DE102011117472B4

DE102011117472B4 - Vorrichtung zum Pumpen und zur Wasserabscheidung von Kraftsstoff für ein Fahrzeug und ent-sprechendes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011117472B4
Application number: DE102011117472.2A
Authority: DE
Inventors: Ronald Pott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2031-11-03
Also published as: DE102011117472A1

Abstract

Vorrichtung zum Pumpen und zur Wasserabscheidung von Kraftstoff für ein Fahrzeug (10), wobei die Vorrichtung (20) einen Zufluss (1), einen Abfluss (2), einen Elektromotor (8), eine Pumpe (7) und eine Zentrifuge (5) umfasst, wobei der Elektromotor (8) zum Antrieb der Pumpe (7) und zum Antrieb der Zentrifuge (5) ausgestaltet ist, wobei die Pumpe (7) ausgestaltet ist, um den Kraftstoff von dem Zufluss (1) zu dem Abfluss (2) zu pumpen, wobei die Zentrifuge (5) ausgestaltet ist, um Wasser (3) aus dem Kraftstoff abzuscheiden, wobei die Vorrichtung (20) mindestens eine Welle (9, 19), mit welcher der Elektromotor (8), die Pumpe (7) und die Zentrifuge (5) gekoppelt sind, und eine weitere Pumpe, um das abgeschiedene Wasser in einen Auffangbehälter (17) oder zu einer Abgasanlage des Fahrzeugs (10) zu pumpen, umfasst, und wobei die mindestens eine Welle (9) auch mit der weiteren Pumpe gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um Kraftstoff zu pumpen und dabei gleichzeitig eine Wasserabscheidung durchzuführen.
Die US 3,933,638 A beschreibt ein Reinigungssystem mit einer Zentrifuge für Kraftstoff. Dabei wird ein Motor von dem strömenden Kraftstoff angetrieben, wobei dieser Motor wiederum die Zentrifuge antreibt.
Die US 6,361,684 B1 offenbart eine Filteranordnung für Kraftstoff mit einer Wasserabscheidung.
Die US 5,227,06 A1 beschreibt eine Trennvorrichtung, um Wasser und Verunreinigungen von einem Kraftstoff zu trennen.
Die DE 10 2004 041 768 A1 offenbart einen Filter, um mittels einer Fliehkraftabscheidung Wasser und/oder Schmutzpartikel vom Kraftstoff abzuscheiden.
Die DE 103 53 367 A1 betrifft ein System zur Abscheidung von Partikeln und Wasser aus Kraftstoffen, wobei ein Fluidabscheider als Zentrifugalabscheider ausgeführt ist.
Die DE 79 21 846 U1 betrifft ein System zur Abscheidung von Partikeln aus dem Kraftstoff, wobei ein Partikelabscheider als Zentrifuge ausgeführt wird.
Die DE 945 198 B beschreibt eine von einer Turbine angetriebene Zentrifugal-Reinigungseinrichtung für Kraftstoff und Schmieröl an Einspritzbrennkraftmaschinen.
Die DE 10 2009 011 899 A1 offenbart eine Kraftstofffördereinrichtung für ein Fahrzeug, die eine Wasserabscheideeinrichtung beinhaltet. Die Wasserabscheideeinrichtung führt das abgeschiedenes Medium dem Abgasstrang zu.
Nach dem Stand der Technik werden in Fahrzeugen mit Otto- und Dieselmotorantrieb elektrische Kraftstoffpumpen im Tank zur Förderung des Kraftstoffs durch das fahrzeugeigene Kraftstoffversorgungssystem bis zum Verbrennungsmotor eingesetzt. Gerade bei Dieselmotoren, insbesondere wenn diese ein Common-Rail-Einspritzsystem aufweisen, ist es dabei sehr nachteilig, wenn im Kraftstoff Wasser vorhanden ist. Dieses Wasser kann auf verschiedene Arten in den Kraftstoff gelangen. Es kann sich beispielsweise um eine Kondensatbildung handeln, oder der Kraftstoff kann durch ein unsachgemäßes Betanken in den Kraftstoff gelangen. Dieses Wasser führt in den Hochdruckkomponenten des Einspritzsystems sehr schnell zur Korrosion und damit schließlich zum Verschleiß. Dieser Verschleiß hat dann im Allgemeinen den Totalausfall des Einspritzsystems zur Folge.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine effektive und platzsparende Wasserabscheidung für einen Kraftstoff in einem Fahrzeug bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Pumpen und zur Wasserabscheidung von Kraftstoff für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Pumpen und zur Wasserabscheidung von Kraftstoff für ein Fahrzeug bereitgestellt (z. B. Wasser wird von dem Kraftstoff getrennt). Dabei umfasst die Vorrichtung einen Zufluss, einen Abfluss, einen Elektromotor, eine Pumpe und eine Zentrifuge. Der Elektromotor ist sowohl zum Antrieb der Pumpe als auch zum Antrieb der Zentrifuge ausgestaltet. Die Pumpe pumpt den Kraftstoff von dem Zufluss zu dem Abfluss, und die Zentrifuge scheidet Wasser aus dem Kraftstoff ab.
Durch den Einsatz der Zentrifuge werden die unterschiedlichen Dichten von Kraftstoff und Wasser gezielt zur Trennung der ungelösten Wasserbestandteile im Kraftstoff genutzt. Im Vergleich zu der nach dem Stand der Technik üblichen Abscheidung des Wassers mittels Filterpapier arbeitet die Zentrifuge vorteilhafterweise effektiver. Indem der zwangsläufig zum Pumpen des Kraftstoffs vorhandene Elektromotor als permanent drehender elektrischer Antrieb auch zum Antrieb der Zentrifuge eingesetzt wird, beschränkt sich vorteilhafterweise der zusätzlich notwendige Bauraum höchstens auf einen Bauraum für die Zentrifuge.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens eine Welle, welche mit dem Elektromotor, der Pumpe und der Zentrifuge gekoppelt ist.
Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, sind der Elektromotor, die Pumpe und die Zentrifuge mit derselben Welle gekoppelt. Es ist aber auch möglich, dass der Elektromotor, die Pumpe und die Zentrifuge über mehrere wellen, welche untereinander in einer Wirkverbindung stehen, gekoppelt sind.
Indem der Elektromotor die Wellen) antreibt, treibt derselbe Elektromotor vorteilhafterweise über die Wellen) die Pumpe und die Zentrifuge an.
Das von der Zentrifuge abgeschiedene Wasser kann dann mittels einer weiteren Pumpe in einen Auffangbehälter der Vorrichtung befördert werden.
Es ist aber auch möglich, dass das von der Zentrifuge abgeschiedene Wasser mittels einer weiteren Pumpe der Vorrichtung zu einer Abgasanlage des Fahrzeugs gepumpt wird, wo das Wasser verdampft.
Dabei ist die weitere Pumpe ebenfalls mit der mindestens einen Welle gekoppelt, so dass die weitere Pumpe über die mindestens eine Welle auch von dem Elektromotor angetrieben wird.
Beispielsweise kann es sich bei der weiteren Pumpe um eine zusätzliche Pumpenstufe am selben Rotor bzw. derselben Welle handeln. D. h. unabhängig davon, ob die Vorrichtung eine oder mehrere Wellen umfasst, sind der Elektromotor, die Pumpe und die weitere Pumpe mit derselben Welle gekoppelt.
Die Zentrifuge ist vorteilhafterweise in Flussrichtung des Kraftstoffs vor der Pumpe angeordnet, so dass zuerst das Wasser mittels der Zentrifuge abgeschieden wird, bevor der Kraftstoff von der Pumpe zu dem Abfluss der Vorrichtung gepumpt wird.
Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Getriebe, mit welchem die Drehzahl der Zentrifuge gegenüber der Drehzahl der Pumpe erhöht werden kann.
Wenn die Vorrichtung ein Getriebe umfasst, umfasst sie auch zwei Wellen. Dabei ist eine Welle mit dem Elektromotor, der Pumpe und dem Getriebe gekoppelt, während die andere Welle mit dem Getriebe und der Zentrifuge gekoppelt ist. Falls die Drehzahl des Elektromotors, welcher in der Regel für die Pumpe ausgelegt wird, für den Betrieb einer Zentrifuge zu niedrig ist, kann durch dieses der Zentrifuge vor geschaltete Getriebe, welches beispielsweise als Planetengetriebe ausgeführt sein kann, eine Drehzahlerhöhung realisiert werden. Alternativ ist es erfindungsgemäß auch möglich, eine erforderliche höhere Drehzahl der Zentrifuge durch eine entsprechende Drehzahlerhöhung des Elektromotors zu realisieren. In diesem Fall muss die Kraftstoffpumpe für diese Drehzahlerhöhung ausgelegt werden und die Vorrichtung benötigt nur eine Welle.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen Verbrennungsmotor und eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Dabei ist die Pumpe der Vorrichtung derart ausgestaltet, dass ein Kraftstoff mittels der Pumpe dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung bietet folgende Vorteile:

• Sofern die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Tank des Fahrzeugs angeordnet ist, wird vorteilhafterweise kein zusätzlicher Bauraum für die Vorrichtung an einer ungünstigen anderen Position, z. B. im Vorderwagen, des Fahrzeugs benötigt.
• Da derselbe Elektromotor, welcher bereits die Pumpe antreibt, auch zum Antrieb der Zentrifuge eingesetzt wird, ist kein zusätzlicher Elektromotor notwendig.
• Vorteilhafterweise erfolgt die Abscheidung des Wassers vor der Pumpenstufe. Dadurch wird eine Emulsionsbildung durch die Pumpenstufe, welche eine nachfolgende Abscheidung des Wassers erschwert, vorteilhafterweise zumindest verringert.
• Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft für alle Fahrzeuge einsetzbar, welche eine Kraftstoffpumpe innerhalb des Tanks aufweisen.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Otto- und Dieselmotorantrieb geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsförmen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar.
2 stellt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zum Pumpen und zur Wasserabscheidung von Kraftstoff für ein Fahrzeug dargestellt. Die Vorrichtung 20 umfasst einen Zufluss 1, einen Abfluss 2, einen Elektromotor 8, eine Pumpe 7, eine Zentrifuge 5, eine Getriebe 6 sowie eine erste Welle 9 und eine zweite Welle 19. Der Elektromotor 8, welcher sich innerhalb eines Gehäuses 11 befindet, treibt die erste Welle 9 an, mit welcher auch die Pumpe bzw. das Kraftstoffpumpenwerk 7 und das Planetengetriebe 6 gekoppelt sind und dadurch von dem Elektromotor 8 angetrieben werden. Das Planetengetriebe 6 ist neben der ersten Welle 9 auch mit der zweiten Welle 19 gekoppelt und setzt die Drehbewegung der ersten Welle 9 in eine Drehbewegung der zweiten Welle 19 um, wobei die Drehzahl der zweiten Welle 19 höher als die Drehzahl der ersten Welle ist. Neben dem Planetengetriebe 6 ist auch die Zentrifuge 5 mit der zweiten Welle 19 gekoppelt.
Da die Pumpe 7 bei der dargestellten Ausführungsform mit einer kleineren Drehzahl arbeitet als die Zentrifuge 5, dient das Planetengetriebe 7 dazu, die Drehzahl der zweiten Welle 19 ausgehend von der Drehzahl der ersten Welle 9 zu erhöhen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail erläutert: Der Vorrichtung 20 wird der Kraftstoff über den Zufluss 1 zugeführt. Der Kraftstoff gelangt dann in die Zentrifuge 5, in welcher Wasser 3, welches sich im Kraftstoff befindet, durch die aus der Drehbewegung der Zentrifuge 5 resultierende Fliehkraft in ein Wasserreservoir 4 abgeschieden wird. Dieses Wasserreservoir 4 kann einen Wasserfüllstandssensor (nicht dargestellt) aufweisen. Falls dieser Wasserfüllstandssensor meldet, dass die Wassermenge im Wasserreservoir 4 einen Schwellenwert überschritten hat, wird das Wasser mittels einer weiteren Pumpe (nicht dargestellt) über eine Saugleitung 13 in einen Sammelbehälter bzw. Auffangbehälter 17 (in 1 nicht dargestellt) abgepumpt. Dieser Auffangbehälter 17 kann sich beispielsweise außerhalb des Tanks irgendwo im Heck des Fahrzeugs befinden und mehrere Liter aufnehmen. Wenn dieser Tank vollständig gefüllt ist, wird beispielsweise der Fahrer zum Ablassen/Entsorgen des Wassers aufgefordert.
Durch die Pumpwirkung der Pumpe 7 wird der vom Wasser 3 befreite Kraftstoff in der angegebenen Flussrichtung 14 von der Zentrifuge 5 weiter nach oben (in 1) gepumpt, so dass der Kraftstoff den Pumpenkopf 12 durchströmt und am Kraftstoffanschluss bzw. Abfluss 2 aus der Vorrichtung 20 austritt. Der Abfluss 2 ist mit einer Kraftstoffleitung verbunden, über welche der Kraftstoff zu einem Hochdruckpumpensystem befördert wird, welches den Kraftstoff schließlich in den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs einspritzt.
Entgegen der in 1 dargestellten Reihenfolge kann die Zentrifuge 5 erfindungsgemäß auch in Flussrichtung 14 hinter der Pumpe 7 angeordnet sein.
In 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches einen Verbrennungsmotor 15, einen Tank 16 und die erfindungsgemäße Vorrichtung 20, welche sich innerhalb des Tanks 16 befindet, umfasst. Die Vorrichtung 20 pumpt den Kraftstoff, welcher sich im Tank 16 befindet, in Richtung Verbrennungsmotor 15 und scheidet dabei Wasser 3, welches sich im Kraftstoff befindet, ab. Da sich die Vorrichtung 20 innerhalb des Tanks 16 befindet, erfolgt die Abscheidung des Wassers 3 vorteilhafterweise innerhalb des Tanks 16.

Claims

Vorrichtung zum Pumpen und zur Wasserabscheidung von Kraftstoff für ein Fahrzeug (10), wobei die Vorrichtung (20) einen Zufluss (1), einen Abfluss (2), einen Elektromotor (8), eine Pumpe (7) und eine Zentrifuge (5) umfasst, wobei der Elektromotor (8) zum Antrieb der Pumpe (7) und zum Antrieb der Zentrifuge (5) ausgestaltet ist, wobei die Pumpe (7) ausgestaltet ist, um den Kraftstoff von dem Zufluss (1) zu dem Abfluss (2) zu pumpen, wobei die Zentrifuge (5) ausgestaltet ist, um Wasser (3) aus dem Kraftstoff abzuscheiden, wobei die Vorrichtung (20) mindestens eine Welle (9, 19), mit welcher der Elektromotor (8), die Pumpe (7) und die Zentrifuge (5) gekoppelt sind, und eine weitere Pumpe, um das abgeschiedene Wasser in einen Auffangbehälter (17) oder zu einer Abgasanlage des Fahrzeugs (10) zu pumpen, umfasst, und wobei die mindestens eine Welle (9) auch mit der weiteren Pumpe gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (5) in Flussrichtung (14) des Kraftstoffs vor der Pumpe (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) ein Getriebe (6) umfasst, um die Drehzahl der Zentrifuge (5) gegenüber der Drehzahl der Pumpe (7) zu erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Planetengetriebe (6) ist.
Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (15) und einer Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (7) der Vorrichtung (20) angeordnet ist, um dem Verbrennungsmotor (15) einen Kraftstoff zuzuführen.