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Die Erfindung betrifft ein Kraftstofffördermodul umfassend einen Kraftstoff-Grobfilter, einen Kraftstoff-Feinfilter, einen Kraftstoff-Versorgungsanschluss und eine in Strömungsrichtung zwischen dem Kraftstoff-Grobfilter und dem Kraftstoff-Feinfilter angeordnete Kraftstoffförderpu m pe.
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Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kraftstofftank und ein Verfahren zur Aufbereitung und Förderung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, bei dem mittels eines Kraftstofffördermoduls Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu der Brennkraftmaschine gefördert wird und dieser dabei zumindest einen Kraftstofffilter durchströmt.
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Die Druckschrift
DE 196 19 992 A1 offenbart ein gattungsgemäßes Kraftstofffördermodul , bei dem in Strömungsrichtung des Kraftstoffs zwischen zwei Kraftstofffiltern eine Kraftstoffförderpumpe angeordnet ist.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 032 251 A1 ist eine Vorrichtung zur Filterung von Kraftstoff und zur Ausscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff bekannt. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise zwischen einer einem Kraftstofftank zugeordneten Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe angeordnet. Die Niederdruckpumpe dient der Förderung des Kraftstoffs vom Tank zum Einspritzsystem. Sie wird auch als Kraftstoffförderpumpe bezeichnet. Die Hochdruckpumpe ist der Brennkraftmaschine zugeordnet und erzeugt den für das Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkammer erforderlichen Hochdruck. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen sind sogenannte Common-Rail-Einspritzsysteme verbreitet. Es ist weiterhin durch die Druckschrift
US 3 083 833 A1 eine Vorrichtung zur Filterung von Kraftstoff bekannt, welche eine Einrichtung zur Erwärmung des Kraftstoffs aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu verbessern und eine Möglichkeit aufzuzeigen, die bei der Aufbereitung und der Bedarfsmengenanforderung des Kraftstoffs erforderlichen Einrichtungen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Es ist ein Kraftstofffördermodul vorgesehen, bei dem ein Kraftstoff-Grobfilter, ein Kraftstoff-Feinfilter, ein Kraftstoff-Versorgungsanschluss und eine in Strömungsrichtung zwischen dem Kraftstoff-Grobfilter und dem Kraftstoff-Feinfilter angeordnete Kraftstoffförderpumpe zu einer Montageeinheit zusammengefasst sind.
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Das Kraftstofffördermodul umfasst den Kraftstoff-Grobfilter, den Kraftstoff-Feinfilter, einen Kraftstoff-Versorgungsanschluss und eine in Strömungsrichtung zwischen dem Kraftstoff-Grobfilter und dem Kraftstoff-Feinfilter angeordnete Kraftstoffförderpumpe, wobei das Kraftstofffördermodul einen Kraftstoff-Rückführanschluss, einen Kraftstoff-Zulaufanschluss und einen Kraftstoff-Ablaufanschluss umfasst, wobei das Kraftstofffördermodul zudem eine Ventileinrichtung zur Verbindung des Kraftstoff-Rückführanschlusses mit der Kraftstoffförderpumpe und/oder mit dem Kraftstoff-Ablaufanschluss aufweist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kraftstoffförderpumpe von einem Gleichstrommotor angetrieben ist, die einen konstanten Volumenstrom oder einen bedarfsabhängigen Volumenstrom für ein eine Einspritzpumpe umfassendes Einspritzsystem erzeugt, wobei der Anteil des Kraftstoffs, der nicht für die Einspritzung verwendet wird, durch Schaltung der Ventileinrichtung über eine Verbindungsleitung zwischen dem Kraftstoff-Zulaufanschluss und der Ventileinrichtung in den Vorlaufstrang geführt und/oder über den Kraftstoff-Ablaufanschluss zu einem Kraftstofftank zurückgeführt wird, wobei die Schaltung der Ventileinrichtung in Abhängigkeit einer Temperatur des Kraftstoffs erfolgt, die mittels eines am Kraftstoff-Zulaufanschluss angeordneten Temperatursensors ermittelt wird, und die Erwärmung des Kraftstoffs durch eine in Strömungsrichtung vor dem Kraftstoff-Grobfilter und/oder dem Kraftstoff-Feinfilter angeordnete Heizungseinrichtung und in einem Betriebsmodus des Gleichstrommotors durch Erhöhung der Spannung an den Spulen des Gleichstrommotors erfolgt, sodass Wärme an den Kraftstoff abgegeben wird.
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Diese Montageeinheit ist insbesondere bei der Herstellung und Wartung der Brennkraftmaschine, einfach zu handhaben. Das Kraftstofffördermodul dient dazu, den Kraftstoff zu fördern und zu filtern, um diesen in ausreichender Menge und Beschaffenheit dem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen. Das Kraftstofffördermodul umfasst den Kraftstoff-Rückführanschluss, welcher wie der Kraftstoff-Versorgungsanschluss zur Verbindung mit einer Brennkraftmaschine dient. Über den Kraftstoff-Rückführanschluss ist es möglich, in der Brennkraftmaschine nicht verbrannten Kraftstoff geregelt erneut der Brennkraftmaschine zuzuführen. Hierdurch wird es darüber hinaus möglich, die Wärme des zurückgeführten Kraftstoffs beispielsweise zur Erwärmung des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffs oder zur Spülung der Filter zu nutzen. Weiterhin ist das Kraftstofffördermodul über den Kraftstoff-Zulaufanschluss mit dem Kraftstofftank verbunden und umfasst den Kraftstoff-Ablaufanschluss, über den aus der Brennkraftmaschine und/oder von einer Überdruckentlastungseinrichtung der Kraftstoffförderpumpe Kraftstoff in den Kraftstofftank geleitet wird. Für eine Steuerung, insbesondere der Kraftstoffrückführung, umfasst das Kraftstofffördermodul die Ventileinrichtung. Mittels der Ventileinrichtung ist der Kraftstoff-Rückführanschluss mit dem Kraftstoff-Zulaufanschluss und/oder dem Kraftstoff-Ablaufanschluss verbunden.
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Die Ventileinrichtung ist vorzugsweise als ein Mehrwegeventil, insbesondere als ein Dreiwegeventil ausgeführt. Die Ansteuerung der Ventileinrichtung erfolgt mechanisch, elektrisch und/oder elektronisch in Abhängigkeit der insbesondere vor dem Kraftstoff-Grobfilter mittels eines Temperatursensors erfassten Temperatur des Kraftstoffs.
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Die Ansteuerung der Ventileinrichtung kann in Abhängigkeit von an mehreren Stellen erfassten Temperaturen oder anderen Eigenschaften des Kraftstoffs erfolgen. Über die Verbindungsleitung gelangt der von der Brennkraftmaschine zurückgeführte Kraftstoff in Strömungsrichtung nach der Ventileinrichtung aus dem Rücklaufstrang in den Vorlaufstrang.
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Der Vorlaufstrang umfasst alle Einrichtungen des Kraftstofffördermoduls zwischen dem Kraftstoff-Zulaufanschluss und dem Kraftstoff-Versorgungsanschluss. Vorzugsweise ist die Verbindungsleitung vor dem Kraftstoff-Grobfilter, insbesondere vor dem Temperatursensor, an den Vorlaufstrang angebunden.
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Die Ventileinrichtung ermöglicht die vollständige oder teilweise Weiterleitung des Kraftstoffs von dem Kraftstoff-Rückführanschluss zur Verbindungsleitung und/oder zum Kraftstoff-Ablaufanschluss. Bei einer teilweisen Weiterleitung des Kraftstoffs ist das Verhältnis zwischen Verbindungsleitung und Kraftstoff-Ablaufanschluss mittels der Ventileinrichtung einstellbar.
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Die Ventileinrichtung ermöglicht auch die Weiterleitung des Kraftstoffs nur zur Verbindungsleitung oder nur zum Kraftstoff-Ablaufanschluss.
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Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Kraftstoffförderpumpe von einem Elektromotor angetrieben ist, der als Gleichstrommotor ausgebildet ist, wobei ein mechanisch oder elektronisch kommutierter Gleichstrommotor vorgeschlagen wird. Die Verwendung eines Gleichstrommotors erlaubt einen Betrieb der Kraftstoffförderpumpe unabhängig von dem Funktionszustand der Brennkraftmaschine. Weiterhin entfällt eine aufwendige mechanische Kopplung der Kraftstoffförderpumpe an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die Verwendung eines Gleichstrommotors erlaubt es, direkt die in einer Batterie gespeicherte Gleichspannung zu nutzen, ein Wechselrichter ist nicht erforderlich.
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Gemäß einer Ausführungsvariante ist der Elektromotor ein mechanisch kommutierter Gleichstrommotor. Bei einem mechanisch kommutierten Gleichstrommotor erfolgt die Versorgung des Rotors mit elektrischer Energie mittels Schleifkontakten, sogenannten Bürsten. Ein solcher Elektromotor dreht mit konstanter Drehzahl, woraus ein konstanter Volumenstrom der Kraftstoffförderpumpe resultiert. Zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks ist eine Druckregelungseinrichtung erforderlich. Die Druckregelungseinrichtung kann auf einfache Weise mechanisch, beispielsweise als ein Ventil oder Membrandruckregler ausgeführt sein. Eine alternative elektronische Druckregelungseinrichtung umfasst beispielsweise einen Drucksensor und eine Elektronik zur Erfassung und Verarbeitung der Signale des Drucksensors sowie zur Betätigung des Elektromotors oder eines zwischen Vorlaufstrang und Rücklaufstrang angeordneten schaltbaren Ventils. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, dass die in dem Kraftstofffördermodul integrierte Druckregelungseinrichtung in Strömungsrichtung des Kraftstoffs der Kraftstoffförderpumpe nachgeordnet ist. Vorzugsweise ist die Druckregelungseinrichtung beziehungsweise deren Drucksensor zwischen der Kraftstoffförderpumpe und dem Kraftstoff-Feinfilter angeordnet. Hierdurch ist es möglich, die Kraftstoffförderpumpe in Abhängigkeit des an dem Feinfilter aufgebauten Drucks zu steuern und eine Überlastung des Elektromotors oder der Kraftstoffförderpumpe zu vermeiden.
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Bei einer anderen Ausführungsvariante ist der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, auch bürstenloser Gleichstrommotor genannt. Bei diesem Elektromotor wird die Drehzahl mittels einer elektronischen Steuereinrichtung eingestellt und ist auch während des Betriebs des Elektromotors verstellbar. Somit ist es möglich, den Volumenstrom der Kraftstoffförderpumpe an den Bedarf des Einspritzsystems beziehungsweise der Brennkraftmaschine anzupassen. Die Bedarfsmengenanforderung erfolgt über ein Steuergerät der Brennkraftmaschine und/oder mittels der elektronischen Steuereinrichtung des Elektromotors beziehungsweise des Kraftstofffördermoduls, welche hierzu das Signal zumindest eines Sensors, insbesondere eines in Richtung der Strömung des Kraftstoffs nach der Kraftstoffförderpumpe angeordneten Drucksensors verarbeiten. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise Teil des Kraftstofffördermoduls.
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Der hydraulische Teil der Kraftstoffförderpumpe kann in unterschiedlichen Bauformen ausgeführt sein. Es haben sich unter anderem G-Rotorpumpen, Rollenzellenpumpen und Schraubenspindelpumpen als günstig erwiesen.
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Das Kraftstofffördermodul umfasst zwei Filter - einen Kraftstoff-Grobfilter und einen Kraftstoff-Feinfilter. Diese zweistufige Filteranordnung hat den Vorteil, dass der Feinfilter nicht mit groben Schmutzpartikeln zugesetzt wird. Bei dem Kraftstoff-Grobfilter ist die Öffnungsweite der Filterporen kleiner als 100 Mikrometer und größer als 10 Mikrometer. Vorzugsweise beträgt die Öffnungsweite 30 Mikrometer. Bei dem Kraftstoff-Feinfilter ist die Öffnungsweite der Filterporen kleiner als 20 Mikrometer und größer als 0,5 Mikrometer. Vorzugsweise beträgt die Öffnungsweite 3 Mikrometer.
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Das Kraftstofffördermodul weist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor der Kraftstoffförderpumpe einen Wasserabscheider auf. Die Anordnung des Wasserabscheiders auf der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe, also in Richtung der Strömung des Kraftstoffs vor der Kraftstoffförderpumpe, ist eine besonders effektive Möglichkeit, eventuell im Kraftstoff vorhandenes Wasser aus dem Kraftstoff abzutrennen. Gelangen die Wasser- und Kraftstoffpartikel in die Kraftstoffförderpumpe, werden diese verwirbelt und bilden eine Emulsion. Die Trennung von Wasser und Kraftstoff ist deutlich schwieriger und aufwendiger, wenn diese beiden Stoffe als Emulsion vorliegen, da in der Emulsion die Wassertropfen wesentlich kleiner sind als auf der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe. Der Wasserabscheider ist in idealer Weise mit dem Kraftstoff-Grobfilter als eine Einheit ausgeführt.
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Das abgeschiedene Wasser wird in einem Wassersammelraum gesammelt. Der Wassersammelraum ist Bestandteil des Kraftstofffördermoduls und ist an dem Kraftstoff-Grobfilter angeordnet. Über einen in dem Wassersammelraum angeordneten Sensor kann der Füllgrad des Wassersammelraums erfasst werden. Überschreitet der Füllgrad in dem Wassersammelraum einen Grenzwert, wird die Entwässerung des Wassersammelraums beziehungsweise der Tausch des Kraftstoff-Grobfilters signalisiert. Alternativ ist es möglich, dass das Wasser aus dem Wasserabscheider automatisch entsorgt wird. Dies kann kontinuierlich erfolgen oder diskontinuierlich durch Zwischenschaltung eines Wassersammelraums. Die automatische Entsorgung des Wassers erfolgt vorzugsweise durch Verdampfung an einer heißen Stelle der Abgasanlage der Brennkraftmaschine. Das Wasser kann aber auch in einen großen Speicher außerhalb des Kraftstofffördermoduls abgegeben und dort gesammelt werden. Bei Zwischenschaltung einer Reinigungseinrichtung, die beispielsweise einen Aktivkohlefilter umfasst, ist auch eine Abgabe des Wassers an die Umwelt möglich. Weiterhin als günstig erwiesen hat sich die Verdampfung des Wassers in der Brennkraftmaschine. Die Verdampfung in der Brennkraftmaschine kann analog beziehungsweise gemeinsam mit dem Blowby erfolgen. Der Kraftstoff-Feinfilter, auch Hauptfilter genannt, hat bei einer derartigen Ausgestaltung des Kraftstofffördermoduls dann nur die Aufgabe, feine Partikel aus dem Kraftstoff zu filtern. Der Aufbau und die Feinheit der Filter, insbesondere des Hauptfilters, sind vorzugsweise auf die Anforderungen der Brennkraftmaschine abgestimmt, vor allem hinsichtlich der Anzahl und Größe der Schmutzpartikel.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in dem Kraftstofffördermodul insbesondere vor dem Kraftstoff-Grobfilter und/oder vor dem Kraftstoff-Feinfilter eine Heizungseinrichtung angeordnet. Hierdurch ist es möglich, den Kraftstoff vor und beim Start der Brennkraftmaschine zu erwärmen. Da die Viskosität und damit die Durchgängigkeit durch einen Filter von der Temperatur der Kraftstoffe abhängt, ist insbesondere bei geringen Umgebungstemperaturen, beispielsweise im Winter oder in bestimmten Klimazonen, eine Erwärmung des Kraftstoffs vor dem Filtern sinnvoll. Die Heizungseinrichtung kann als Wärmetauscher ausgeführt sein, welcher mit anderen, insbesondere zu kühlenden Einrichtungen der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Eine andere Ausführung der Heizungseinrichtung ist eine elektrische Heizung.
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Vor allem bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff ist bekannt, dass dieser bei Temperaturen unter 0°C Paraffinkristalle bildet, welche die Filter zusetzen können. Um dies zu verhindern, wird der Kraftstoff erwärmt. Eine Erwärmung des Kraftstoffs kann beispielsweise auch durch eine Rückführung des in der Brennkraftmaschine nicht verbrannten Kraftstoffs erfolgen. Der zurückgeführte Kraftstoff wird über eine Ventileinrichtung vorzugsweise der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe zugeführt. Der von der Brennkraftmaschine zurückgeführte Kraftstoff hat in der Brennkraftmaschine oder beim Durchströmen einer Hochdruckpumpe, auch Einspritzpumpe genannt, Wärme aufgenommen und kann diese in dem Kraftstofffördermodul an dieses beziehungsweise an den aus dem Kraftstofftank abgeführten Kraftstoff abgeben.
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Die Ansteuerung der Ventileinrichtung erfolgt vorzugsweise mechanisch, insbesondere mittels Temperatursensoren, beispielsweise eines Wachsdehnelements. Der Temperatursensor, der alternativ als elektronischer Sensor ausgeführt ist, ist vom Vorlaufvolumenstrom umspült. Idealerweise ist der Temperatursensor zwischen einem Filter und der Anbindung der Verbindungsleitung an den Vorlaufstrang angeordnet. Die Steuerung der Ventileinrichtung kann auch elektronisch erfolgen. Hierzu sind die Ventileinrichtung und der Temperatursensor mit der Steuereinrichtung verbunden. Um die Erwärmung des Kraftstoffs außerhalb des Kraftstofffördermoduls zu beeinflussen, ist die Steuereinrichtung direkt oder indirekt über ein Steuergerät der Brennkraftmaschine mit der Hochdruckpumpe und/oder einem Druckregelventil des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Beeinflussung des Betriebs der Einspritzpumpe beziehungsweise des Drucks im Rail kann die Erwärmung des Kraftstoffs verstärkt werden. Durch die Verdichtung einer maximal möglichen Kraftstoffmenge, von der nur ein Teil eingespritzt wird, wird die Temperatur im Kraftstoff erhöht und die Effektivität der Vorwärmung gesteigert.
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Der zurückgeführte Kraftstoff enthält weniger Wasser als der frische Kraftstoff beziehungsweise gar keines, sodass eine Durchmischung vor dem Wasserabscheider die relative Menge an Wasser im Kraftstoff reduziert und somit die Entwässerung erleichtert. Auch wurde der zurückgeführte Kraftstoff bereits gereinigt und ist frei von Schmutzpartikeln und Paraffinen. Ein Gemisch aus zurückgeführtem und frischem Kraftstoff führt weniger und somit leichter filtrierbare Schmutzpartikel und Paraffine mit sich. Als besonders günstig erwiesen hat sich, dass der wärmere, zurückgeführte Kraftstoff vor dem Kraftstoff-Grobfilter mit dem kälteren, frischen Kraftstoff vermengt wird. So können an einem oder beiden Filtern angelagerte Paraffinkristalle aufgelöst werden. Die Heizungseinrichtung kann auch eine Vorwärmeinheit umfassen. Die Vorwärmeinheit und/oder die Heizungseinrichtung sind nach einer Ausführungsform in dem Rücklaufstrang angeordnet. Als ebenso günstig hat sich die Positionierung der Heizungseinrichtung auf der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe, insbesondere vor einem Filter, erwiesen. Die Anordnung der Heizungseinrichtung an dem Kraftstoff-Zulaufanschluss ermöglicht die gezielte Erwärmung des aus dem Kraftstofftank geförderten Kraftstoffs. Besonders günstig ist die Anordnung der Heizungseinrichtung nach der Anbindung der Verbindungsleitung an den Vorlaufstrang.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass in dem Kraftstofffördermodul eine Kühleinrichtung für den Kraftstoff vorgesehen ist. Mittels der Kühleinrichtung kann erreicht werden, dass die Temperatur des Kraftstoffs stets unterhalb einer betriebsbedingten Schwelle gehalten wird. Dies ist insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine oder bei hohen Umgebungstemperaturen erforderlich. Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise als Wärmetauscher ausgeführt. Eine Anordnung der Kühleinrichtung im Rücklaufstrang, insbesondere vor dem Kraftstoff-Ablaufanschluss oder vor der Ventileinrichtung, ist besonders günstig. Jedoch ist es möglich, die Kühleinrichtung an allen beschriebenen Positionen der Heizungseinrichtung anzuordnen. Eine Weiterbildung der Erfindung ist es, dass die Heizungseinrichtung und die Kühleinrichtung eine gemeinsam ausgeführte Temperiereinrichtung sind. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die Heizungseinrichtung und die Kühleinrichtung als Wärmetauscher ausgeführt sind.
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Zur Steuerung des Kraftstofffördermoduls hat dieses zahlreiche Sensoren, welche mit der Steuereinrichtung verbunden sind. Die Steuereinrichtung wiederum ist mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine verbunden, sodass komplexe Betriebszustände optimal beeinflusst werden können. Als Sensoren weist das Kraftstofffördermodul zumindest einen Temperatursensor zur Erfassung der Kraftstofftemperatur und/oder einen Drucksensor zur Erfassung des Kraftstoffdrucks und/oder wenigstens einen Stoffsensor zur Erfassung einer Kraftstoffeigenschaft, beispielsweise des Biodieselanteils, und/oder einen Füllstandssensor zur Erfassung eines Wasserstands in einem Wassersammelraum eines Wasserabscheiders auf.
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Vorteilhaft ist es, dass in der Verbindungsleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist. Hierdurch wird eine Ansaugung rückgeführten Kraftstoffs bei geöffneter Ventileinrichtung über den Rücklaufstrang aus der Brennkraftmaschine vermieden. Das Rückschlagventil ist zwischen der Ventileinrichtung und dem Vorlaufstrang, insbesondere zwischen der Ventileinrichtung und der Anbindung der Verbindungsleitung an den Vorlaufstrang beziehungsweise zwischen der Ventileinrichtung und dem Kraftstoff-Zulaufanschluss angeordnet.
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In dem Rücklaufstrang ist ein Entlüftungsventil vorgesehen, welches den Weg zur Verbindungsleitung nur öffnet, wenn keine Luft im Kraftstoff vorhanden ist. Die Entlüftung erfolgt über den Kraftstoff-Ablaufanschluss zum Kraftstofftank hin. Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung als Entlüftungsventil ausgeführt.
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Das Kraftstofffördermodul ist zur Anordnung an einem Kraftstofftank, insbesondere im Schwerefeld der Erde oberhalb des Kraftstofftanks, vorgesehen. Es kann an der Innenseite des Kraftstofftanks angeordnet sein, ist jedoch vorzugsweise an der Außenseite des Kraftstofftanks angeordnet.
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Die Erfindung betrifft zudem einen Kraftstofftank, der sich dadurch auszeichnet, dass das zuvor erläuterte Kraftstofffördermodul an der Innenseite und/oder der Außenseite des Kraftstofftanks angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat der Kraftstofftank ein Hauptvolumen, in dem ein Schwalltopf angeordnet ist. Der Schwalltopf begrenzt ein Reservoirvolumen, welches kleiner ist als das Hauptvolumen. Die Ansaugung frischen Kraftstoffs erfolgt aus dem Hauptvolumen, während der aus dem Kraftstofffördermodul abgegebene Kraftstoff zunächst in das Reservoirvolumen geführt wird. Bei Erreichen eines vorgegebenen Füllstands im Hauptvolumen wird das Reservoirvolumen zum Hauptvolumen hin geöffnet.
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Ein Verfahren zur Aufbereitung und Förderung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, bei dem mittels des erfindungsgemäßen Kraftstofffördermoduls Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu der Brennkraftmaschine gefördert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftstoff dabei die Kraftstofffilter durchströmt, wobei unverbrauchter Kraftstoff aus der Brennkraftmaschine in das Kraftstofffördermodul zurückgeführt wird und in dem Kraftstofffördermodul, in Abhängigkeit einer Temperaturdifferenz und/oder einer Druckdifferenz zwischen gefördertem und zurückgeführtem Kraftstoff, der zurückgeführte Kraftstoff dem geförderten Kraftstoff zugeführt wird und/oder in den Kraftstofftank abgeführt wird.
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Durch die Rückführung des Kraftstoffs ist es einerseits möglich, diesen für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine zu nutzen. Andererseits können durch eine direkte Rückführung, ohne den Umweg über den Kraftstofftank, die Eigenschaften des zurückgeführten Kraftstoffs im Vorlaufstrang positiv genutzt werden. Beispielsweise ist der Gehalt an Wasser und Schmutzpartikeln herabgesetzt. Auch ist es möglich, die Wärme des zurückgeführten Kraftstoffs für die Erwärmung und/oder Pflege der Filter zu nutzen.
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Der Kraftstoff wird in das Kraftstofffördermodul von der Kraftstoffförderpumpe über den Kraftstoff-Zulaufanschluss und den Vorfilter genannten Kraftstoff-Grobfilter aus dem Kraftstofftank angesaugt. Hierbei erfolgt saugseitig eine Abscheidung von grobem Schmutz und Wasser aus dem Kraftstoff. Auf der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe herrscht ein Unterdruck von -0,4 bar (rel.) bis 0 bar (rel.). In der Kraftstoffförderpumpe wird der Kraftstoff auf einen für die Arbeit der Einspritzpumpe erforderlichen Druck von 3,5 bar (rel.) bis 6 bar (rel.) verdichtet. Danach durchströmt der Kraftstoff den Kraftstoff-Feinfilter, auch Hauptfilter genannt. In dem Hauptfilter erfolgt eine feinere Filtration als im Vorfilter, wobei der Kraftstoff nach dem Hauptfilter eine für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine geeignete Reinheit aufweist. Anschließend verlässt der Kraftstoff über den Kraftstoff-Versorgungsanschluss das Kraftstofffördermodul und gelangt zur Brennkraftmaschine, insbesondere zur Einspritzpumpe des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine. Die Einspritzpumpe verdichtet den Kraftstoff auf einen Hochdruck von mehr als 50 bar (rel.). Der Anteil des Kraftstoffs, der nicht für die Einspritzung verwendet wird, und Kühl-, Schmier- und Leckagemengen strömen über den Kraftstoff-Rückführanschluss wieder in das Kraftstofffördermodul . Die in dem Kraftstofffördermodul integrierte Ventileinrichtung leitet den einen Druck von 0 bar (rel.) bis 1 bar (rel.) aufweisenden Kraftstoff über eine Verbindungsleitung in den Vorlaufstrang und/oder über den Kraftstoff-Ablaufanschluss zurück zum Kraftstofftank. Die Schaltung der Ventileinrichtung erfolgt in Abhängigkeit der Temperatur des Kraftstoffs am Kraftstoff-Zulaufanschluss und/oder dem Luftgehalt des Kraftstoffs im Rücklaufstrang und/oder anderen Parametern des Kraftstoffs. Der Vorlaufstrang erstreckt sich zwischen dem Kraftstoff-Zulaufanschluss und dem Kraftstoff-Versorgungsanschluss, der Rücklaufstrang erstreckt sich zwischen dem Kraftstoff-Rückführanschluss und dem Kraftstoff-Ablaufanschluss.
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Damit der Kraftstoff eine für die Verwendung in der Brennkraftmaschine beziehungsweise für die Förderung zur Brennkraftmaschine erforderliche Temperatur aufweist, ist es eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass in dem Kraftstofffördermodul dem aus dem Kraftstofftank geförderten Kraftstoff und/oder dem aus der Brennkraftmaschine zurückgeführten Kraftstoff Wärme zugeführt und/oder entzogen wird. Hierzu ist das Kraftstofffördermodul mit einer elektrischen Heizungseinrichtung ausgestattet. So wird mittels der Heizungseinrichtung und wenigstens eines Temperatursensors die Temperatur des Kraftstoffs beeinflusst. Die Temperatursensoren erfassen die Temperatur des Kraftstoffs und/oder der Umgebungsluft. Die Heizungseinrichtung wird hauptsächlich bei einem Unterschreiten der Temperatur der Umgebungsluft von +10 °C eingeschaltet und bei einem Überschreiten der Temperatur der Umgebungsluft von +26 °C abgeschaltet.
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Eine weitere Steigerung der Effektivität der Erwärmung des Kraftstoffs ergibt sich daraus, dass die Kraftstoffförderpumpe in einem Betriebsmodus betrieben wird, wobei diese Wärme abgibt. Insbesondere bei einer Kraftstoffförderpumpe mit einem EC-Motor wird dazu die Spannung an den Spulen des Elektromotors erhöht, sodass durch die Spulen mehr Strom fließt als erforderlich. Dabei erwärmen sich die Spulen und die Wärme wird an den Kraftstoff abgegeben.
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Weiterhin günstig für die freie Wahl der Positionierung des Kraftstofffördermoduls, insbesondere außerhalb des Kraftstofftanks und/oder mit einem Abstand zu dem Kraftstofftank ist es, dass der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank mittels eines von einer Kraftstoffförderpumpe erzeugten Unterdrucks zu dem Kraftstofffördermodul gefördert wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstofffördermoduls;
- 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Kraftstofffördermoduls;
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Kraftstofffördermoduls.
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1 zeigt ein Kraftstofffördermodul 1 zur Aufbereitung und Förderung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine 2. Das Kraftstofffördermodul 1 umfasst eine Kraftstoffförderpumpe 3, mittels welcher der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 4 zu der Brennkraftmaschine 2 gefördert wird. Das Kraftstofffördermodul 1 umfasst weiterhin Einrichtungen zur Aufbereitung des Kraftstoffs, insbesondere einen Kraftstoff-Grobfilter 5 und einen Kraftstoff-Feinfilter 6. Die Kraftstoffförderpumpe 3 ist in Strömungsrichtung 9 des Kraftstoffs zwischen dem Kraftstoff-Grobfilter 5 und dem Kraftstoff-Feinfilter 6 angeordnet. Daher wird der Kraftstoff-Grobfilter 5 auch als Vorfilter und der Kraftstoff-Feinfilter 6 als Hauptfilter bezeichnet. Zur Verbindung mit der Brennkraftmaschine 2 hat das Kraftstofffördermodul 1 einen Kraftstoff-Versorgungsanschluss 7. Über einen Kraftstoff-Zulaufanschluss 8 ist das Kraftstofffördermodul 1 mit dem Kraftstofftank 4 verbunden. Dabei sind in Strömungsrichtung 9 des Kraftstoffs der Kraftstoff-Zulaufanschluss 8 vor der Kraftstoffförderpumpe 3 und der Kraftstoff-Versorgungsanschluss 7 nach der Kraftstoffförderpumpe 3 angeordnet. In der Abbildung ist weiterhin eine der Brennkraftmaschine 2 zugeordnete Einspritzpumpe 10 dargestellt. Die Einspritzpumpe 10 erzeugt den für das Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkammer der Brennkraftmaschine 2 erforderlichen Hochdruck. Kraftstoff, der in der Brennkraftmaschine 2 nicht verbraucht wurde, wird über einen Kraftstoff-Rückführanschluss 11 zurück in das Kraftstofffördermodul 1 geleitet. In dem Kraftstofffördermodul 1 wird zumindest ein Teil des Kraftstoffs erneut der Kraftstoffförderpumpe 3 zugeführt und/oder über einen Kraftstoff-Ablaufanschluss 12 in den Kraftstofftank 4 geleitet. Eine Steuereinrichtung 13 des Kraftstofffördermoduls 1 ist mit einem Steuergerät 14 der Brennkraftmaschine 2 und/oder zumindest einem Sensor 15 des Kraftstofffördermoduls 1 verbunden, was mittels einer Strichpunktlinie angedeutet ist. Der Kraftstofftank 4 hat ein Hauptvolumen 16, in dem ein Schwalltopf 17 angeordnet ist. Der Schwalltopf 17 begrenzt ein Reservoirvolumen 18. Das Hauptvolumen 16 ist mit dem Kraftstoff-Zulaufanschluss 8 verbunden. Das Reservoirvolumen 18 ist mit dem Kraftstoff-Ablaufanschluss 12 verbunden. Das Kraftstofffördermodul 1 umfasst auch einen Wasserabscheider 27. Der Wasserabscheider 27 ist als ein Bestandteil des Kraftstoff-Grobfilters 5 ausgeführt. Das vom Wasserabscheider 27 aus dem Kraftstoff abgeschiedene Wasser wird in einem Wassersammelraum 28 gesammelt. Der Wassersammelraum 28 ist an dem Kraftstoff-Grobfilter 5 angeordnet. Über einen in dem Wassersammelraum 28 angeordneten Füllstandssensor 29 kann der Füllstand im Wassersammelraum 28 erfasst werden. Der Füllstandssensor 29 ist mit dem Steuergerät 14 verbunden.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform des Kraftstofffördermoduls 1, bei dem die Kraftstoffförderpumpe 3 von einem mechanisch kommutierten Elektromotor 19 angetrieben ist. Zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks hat das Kraftstofffördermodul 1 eine Druckregelungseinrichtung 20. Die Druckregelungseinrichtung 20 ist in Strömungsrichtung 9 des Kraftstoffs zwischen der Kraftstoffförderpumpe 3 und dem Kraftstoff-Feinfilter 6 angeordnet. Von einem zwischen dem Kraftstoff-Feinfilter 6 und dem Kraftstoff-Versorgungsanschluss 7 angeordneten Sensor 15 werden chemische und/oder physikalische Eigenschaften des Kraftstoffs, beispielsweise die Temperatur, ermittelt. Der Sensor 15 ist mit dem Steuergerät 14 der Brennkraftmaschine 2 verbunden. Das Steuergerät 14 kann so den Betrieb der Brennkraftmaschine 2 auf die Eigenschaften des Kraftstoffs anpassen.
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Das Kraftstofffördermodul 1 umfasst auch eine Ventileinrichtung 21 zur Verbindung des Kraftstoff-Rückführanschlusses 11 mit der Kraftstoffförderpumpe 3 oder dem Kraftstoff-Ablaufanschluss 12. Die Ansteuerung der Ventileinrichtung 21 erfolgt in Abhängigkeit eines Temperatursensors 22. Der aus der Brennkraftmaschine 2 zurückgeführte Kraftstoff gelangt in Abhängigkeit der Schaltstellung der Ventileinrichtung 21 entweder über den Kraftstoff-Rückführanschluss 11 in den in 1 gezeigten Kraftstofftank 4 oder über eine Verbindungsleitung 23 in den Vorlaufstrang auf die Saugseite der Kraftstoffförderpumpe 3. Der Temperatursensor 22 ist zwischen der Anbindung der Verbindungsleitung 23 an den Vorlaufstrang und dem Kraftstoff-Grobfilter 5 angeordnet. In der Verbindungsleitung 23 ist ein Rückschlagventil 24 angeordnet.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kraftstofffördermoduls 1, bei dem im Gegensatz zur ersten Ausführungsform die Kraftstoffförderpumpe 3 von einem elektronisch kommutierten Elektromotor 25 angetrieben ist. Durch den Einsatz des elektronisch kommutierten Elektromotors 25 ist es möglich, den Volumenstrom der Kraftstoffförderpumpe 3 an den Bedarf des Einspritzsystems beziehungsweise der Brennkraftmaschine 2 anzupassen. Die Steuerung der Bedarfsmengen erfolgt über das Steuergerät 14 der Brennkraftmaschine 2 und/oder mittels der elektronischen Steuereinrichtung 13, welche hierzu das Signal eines Drucksensors 26 verarbeitet. Der Drucksensor 26 ist in Strömungsrichtung des Kraftstoffs nach der Kraftstoffförderpumpe 3 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstofffördermodul
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Kraftstoffförderpumpe
- 4
- Kraftstofftank
- 5
- Kraftstoff-Grobfilter
- 6
- Kraftstoff-Feinfilter
- 7
- Kraftstoff-Versorgungsanschluss
- 8
- Kraftstoff-Zulaufanschluss
- 9
- Strömungsrichtung
- 10
- Einspritzpumpe
- 11
- Kraftstoff-Rückführanschluss
- 12
- Kraftstoff-Ablaufanschluss
- 13
- Steuereinrichtung
- 14
- Steuergerät
- 15
- Sensor
- 16
- Hauptvolumen
- 17
- Schwalltopf
- 18
- Reservoirvolumen
- 19
- Elektromotor (DC)
- 20
- Druckregelungseinrichtung
- 21
- Ventileinrichtung
- 22
- Temperatursensor
- 23
- Verbindungsleitung
- 24
- Rückschlagventil
- 25
- Elektromotor (EC)
- 26
- Drucksensor
- 27
- Wasserabscheider
- 28
- Wassersammelraum
- 29
- Füllstandssensor
