DE102013214173A1

DE102013214173A1 - Optimierter Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102013214173A1
Application number: DE201310214173
Authority: DE
Inventors: Sascha Ambrock; David STINGELE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Kraftstoffvorratsbehälter (1) in dem ein Schwalltopf (2) und eine Vorförderpumpe (3) angeordnet sind, mittels welcher ein aus dem Schwalltopf (2) angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung (4) einer Hochdruckpumpe (5) zuführbar ist, wobei in der Kraftstoffleitung (4) mindestens ein Kraftstofffilter (6) angeordnet ist, ferner umfassend eine Rücklaufleitung (7) zur Rückführung zumindest eines Teilstroms des Kraftstoffförderstroms in den Kraftstoffvorratsbehälter (1) und mindestens einer Treibmengenleitung (8) zum Betrieb mindestens einer im Kraftstoffvorratsbehälter (1) angeordneten Saugstrahlpumpe (9), wobei die mindestens eine Treibmengenleitung (8) fluidtechnisch mit der Kraftstoffleitung (4) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der Kraftstofffilter (6) stromabwärts der Vorförderpumpe (3) aber stromaufwärts der Treibmengenleitung (8) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Kraftstoffvorratsbehälter in dem ein Schwalltopf und eine Vorförderpumpe angeordnet sind, mittels welcher ein aus dem Schwalltopf angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung einer Hochdruckpumpe zuführbar ist, wobei in der Kraftstoffleitung mindestens ein Kraftstofffilter angeordnet ist, ferner umfassend eine Rücklaufleitung zur Rückführung zumindest eines Teilstroms des Kraftstoffförderstroms in den Kraftstoffvorratsbehälter und mindestens einer Treibmengenleitung zum Betrieb mindestens einer im Kraftstoffvorratsbehälter angeordneten Saugstrahlpumpe, wobei die mindestens eine Treibmengenleitung fluidtechnisch mit der Kraftstoffleitung verbunden ist.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2008 001 240 A1 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffversorgungssystems hervor, wobei die Vorrichtung eine Elektrokraftstoffpumpe umfasst, welche Kraftstoff von einem Vorratsbehälter zu einer Hochdruckpumpe fördert. Eine Teilmenge der Kraftstofffördermenge gelangt dabei als Rücklaufmenge über eine Rücklaufleitung zurück in den Vorratsbehälter. Die Elektrokraftstoffpumpe und die Hochdruckpumpe sind über einen Druckleitung miteinander verbunden. Das beschriebene System bildet einen gattungsgemäßen Niederdruckkreis aus.
Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik geht hervor, dass mindestens ein Kraftstofffilter in einem Niederdruckkreislauf angeordnet ist, um den im Vorratsbehälter befindlichen Kraftstoff zu filtern.
Die Druckschrift DE 10 2011 002 755 A1 offenbart beispielsweise einen Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem. Dieser umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter und eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe, mittels welcher ein aus dem Kraftstoffvorratsbehälter angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung einer Hochdruckpumpe des Niederdruckkreises zuführbar ist. Ferner umfasst der Niederdruckkreis eine Rücklaufleitung zur Rückführung wenigstens eines Teilstroms des Kraftstoffförderstroms in den Kraftstoffvorratsbehälter. In der Kraftstoffleitung ist stromaufwärts der Hochdruckpumpe ein Kraftstofffilter zum Filtern des Kraftstoffs angeordnet.
In Ländern wie China oder Indien, in denen der Kraftstoff mit Partikeln kontaminiert ist, soll der Kraftstoff durch ein mehrfaches, schnelles Umpumpen der Tankmenge über den Kraftstofffilter gereinigt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass nach dem Tankvorgang die Vorförderpumpe für eine gewisse Zeit voll angesteuert wird und somit die maximale Förderleistung erbringt. In der Regel dauert ein zweifaches Umpumpen der Tankmenge über den Kraftstofffilter bei einem 50-Liter-Tank ca. 1 Stunde.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Niederdruckkreislauf dahingehend zu verbessern, dass ohne zusätzliche Kosten oder Mittel ein schnelleres Umpumpen der Tankmenge über den Kraftstofffilter möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Niederdruckkreislauf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder Anspruch 6 in Verbindung mit deren kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden, abhängigen Ansprüchen hervor.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist der Kraftstofffilter stromabwärts der Vorförderpumpe aber stromaufwärts der Treibmengenleitung angeordnet. Aufgrund der Kreisleitung zwischen der Triebleitung, dem Tank, der Förderpumpe und dem Filter wird der Kraftstoff mehrfach durch den Kraftstofffilter geleitet und dadurch eine höhere Reinheitsklasse des Kraftstoffs erzielt. Daher können bei der Auslegung des Kraftstofffilters geringere Druckverluste erzielt werden und somit kleinere Förderpumpen bei gleicher Reinheitsklasse verwendet werden.
Vorzugsweise ist stromaufwärts der Vorförderpumpe ein Kraftstoffvorfilter in der Kraftstoffleitung zur Grobfilterung des Kraftstoffs angeordnet. Dieser dient im Wesentlichen zum Schutz der Vorförderpumpe vor Verunreinigungen. Grobe Partikel und Verunreinigungen werden durch den Kraftstoffvorfilter entfernt.
Des Weiteren bevorzugt ist der Kraftstofffilter in der Kraftstoffleitung zur Feinfilterung des Kraftstoffs angeordnet. Somit dient der Kraftstofffilter im Wesentlichen zum Schutz der Hochdruckpumpe sowie präzise arbeitende Elemente des Kraftstoffeinspritzsystems wie beispielsweise den Injektoren. Feine Partikel und Wasser, die durch den Kraftstoffvorfilter nicht erfasst wurden, werden von dem Kraftstofffilter herausgefiltert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zwei Treibmengenleitungen in denen jeweils eine Saugstrahlpumpe angeordnet ist, fluidtechnisch mit der Kraftstoffleitung verbunden, um den Kraftstoff aus einem als Satteltank ausgebildeten Kraftstoffvorratsbehälter zu fördern. Die beiden Saugstrahlpumpen haben die Aufgabe, den Kraftstoff aus den letzten Ecken des Kraftstoffvorratsbehälter in den Schwalltopf zu befördern. Die beiden Treibmengenleitungen bilden jeweils einen Kreislauf, der ein mehrfaches schnelles Umpumpen der Tankmenge über den Hauptfilter erlaubt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Rücklaufleitung in den Schwalltopf mündet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich lediglich bereits gefilterter Kraftstoff im Schwalltopf befindet.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels treibt der Teilstrom des Kraftstoffförderstroms mindestens eine im Kraftstoffvorratsbehälter angeordnete Saugstrahlpumpe an, wobei der Kraftstofffilter in der Rücklaufleitung stromabwärts der mindestens einen Saugstrahlpumpe angeordnet ist, wobei die Rücklaufleitung in den Schwalltopf mündet. Dadurch entfällt sowohl der Kraftstofffilter stromabwärts der Vorförderpumpe als auch der Kraftstoffvorfilter stromaufwärts der Kraftstoffvorförderpumpe. Das Umpumpen des Kraftstoffs über den Kraftstofffilter wird optimiert. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung des Kraftstofffilters der Schwalltopf mit gefiltertem Kraftstoff gefüllt wird. Ablagerungen im gesamten Zulauf der Hochdruckpumpe werden sicher verhindert.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen des Niederdruckkreises sehen vor, dass die Vorförderpumpe als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe oder als mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet ist. Die mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe wird vorzugsweise direkt von der Kraftstoffhochdruckpumpe angetrieben.
Darüber hinaus wird ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Niederdruckkreis beansprucht. Der Kraftstoff wird über eine Vorförderpumpe aus einem Kraftstoffvorratsbehälter gesaugt und der Hochdruckpumpe bereitgestellt. Die Hochdruckpumpe fördert den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher oder mindestens einem Einspritzventil.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhang der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Diese zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Niederdruckkreis gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederdruckkreises gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederdruckkreises gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß 1 umfasst der Niederdruckkreis des Kraftstoffeinspritzsystems einen Kraftstoffvorratsbehälter 1 in dem ein Schwalltopf 2 angeordnet ist und eine elektrisch angetriebene Vorförderpumpe 3, mittels welcher ein aus dem Schwalltopf 2 angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung 4 einer Hochdruckpumpe 5 zuführbar ist. Der Niederdruckkreis umfasst ferner eine Rücklaufleitung 7, über welche ein Teilstrom des Kraftstoffförderstroms zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter 1 geführt wird.
Der Teilstrom des Kraftstoffförderstroms setzt sich vorliegend aus einer ersten Teilmenge zusammen, die über ein in der Kraftstoffleitung 4 angeordnetes Überströmventil 13 in die Rücklaufleitung 7 gelangt. Eine zweite Teilmenge umfasst eine der Schmierung und/oder Kühlung dienenden Leckagemenge, welche über die Wellenlager 14a, 14b sowie die Bohrungen 15a, 15b in die Rücklaufleitung 7 gelangt.
Ein erstes Wellenlager 10a ist in einem Gehäuseteil 16a ausgebildet, das das Grundgehäuse bildet. Ein weiteres Wellenlager 10b ist in einem als Flanschbauteil ausgeführten Gehäuseteil 16b ausgebildet. Die Gehäuseteile 16a, 16b sind nur schematisch durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Ferner sind auch das Überströmventil 13 und ein Teil der Rücklaufleitung 7 innerhalb des Gehäuseteils 16a angeordnet. Als innerhalb des Gehäuseteils 16a angeordnete Rücklaufleitung 7 dient eine Bohrung 15c.
Die Bohrung 15c weist eine Durchmesserverringerung auf, so dass eine Drossel 17 ausgebildet wird. Die Drossel 17 bewirkt eine Drosselung des Teilstroms des Kraftstoffförderstroms, welche über das Überströmventil 13 abgeführt wird. Die Drosselung des Teilstrom des Kraftstoffförderstroms bewirkt einen Druckanstieg in der Rücklaufleitung 7 stromaufwärts der Drossel 17. Aufgrund des Druckanstiegs schließt das Überströmventil 13, so dass in Folge dessen der Zulaufdruck in der Kraftstoffleitung 4 steigt. Somit ist ein Pumpenzulaufdruck größer als 4,5 bar sicher erreichbar und eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe 5 gewährleistet.
Des Weiteren umfasst der in 1 dargestellte Niederdruckkreis eine Zumesseinheit 18, welche der Mengenregelung dient. Die Zumesseinheit 18 vermag die Toleranz der Vorförderpumpe 3 zu kompensieren. Die über die Zumesseinheit 18 zugemessene Menge wird über Einlassventile 19 Hochdruckelementen 20 der Hochdruckpumpe 5 zugeführt. In den Hochdruckelementen 20 wird der Kraftstoff auf Hochdruck komprimiert und über Auslassventile 21 einem Hochdruckspeicher 11 zugeführt. Über an den Hochdruckspeicher 11 angeschlossenen Einspritzventilen 12 – von denen hier nur eins dargestellt ist – wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Brennraum einer – hier nicht dargestellten – Brennkraftmaschine eingespritzt.
Darüber hinaus sind im Kraftstoffvorratsbehälter 1 zwei Treibmengenleitungen 8a, 8b an der Kraftstoffleitung 4 angeordnet und mit dieser fluidtechnisch verbunden. Eine durch die Treibmengenleitungen 8a, 8b strömende Teilmenge des Kraftstoffs treibt zwei Saugstrahlpumpen 9a, 9b, die in den Treibmengenleitungen 8a, 8b angeordnet sind, an. Über die Saugstrahlpumpen 9a, 9b wird der Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 angesaugt und in den Schwalltopf 2 gefördert. Der im Schwalltopf 2 befindliche Kraftstoff wird über die Kraftstoffleitung 4 von der Vorförderpumpe 3 über einen Kraftstoffvorfilter 10 angesaugt.
Stromabwärts der Vorförderpumpe 3 aber stromaufwärts der Treibmengenleitungen 8a, 8b ist ein Kraftstofffilter 6 mit Wasserabscheider angeordnet. Der Kraftstofffilter 6 dient zur Feinfilterung des Kraftstoffs. Um den im Kraftstoffvorratsbehälter 1 befindlichen Kraftstoff schnell und gründlich zu reinigen, wird die Vorförderpumpe 3 nach einem Tankvorgang voll angesteuert. Der Kraftstoff gelangt über den Kraftstoffvorfilter 10 durch die Kraftstoffleitung 4 in die Vorförderpumpe 3. Die Vorförderpumpe 3 fördert den Kraftstoff über den Kraftstofffilter 6 in die beiden Treibmengenleitungen 8a, 8b, wo dieser durch die beiden Saugstrahlpumpen 9a, 9b zusammen mit aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 angesaugtem Kraftstoff in den Schwalltopf 2 gefördert wird.
Das mehrfache schnelle Umpumpen der Tankmenge über den Kraftstofffilter 6 wird Multipasseffekt genannt. Aufgrund einer erheblichen Verkürzung des Strömungswegs des Kraftstoffs über den Kraftstofffilter 6, verkürzt sich auch die Dauer der Vollförderung des Kraftstoffs durch die Vorförderpumpe 3. Ein schnellerer Multipasseffekt geht somit mit einer CO₂-Reduktion einher, da die Ansteuerungsdauer der Vorförderpumpe 3 zur Erreichung des Multipasseffekts reduziert wird.
2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des Niederdruckkreises gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kraftstofffilter 6 als Hauptfilter ausgebildet und außerhalb des Kraftstoffvorratsbehälters 1 angeordnet. Die Treibmengen, die durch die Treibmengenleitungen 8a und 8b strömen, werden nach dem Kraftstoffilter 6 entnommen, um sicherzustellen, dass der im Schwalltopf 2 geförderte Strom frei von Partikeln ist.
Eine vereinfachte schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Niederdruckkreises ist in 3 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Saugstrahlpumpe 9a über einen Teilstrom des Kraftstoffförderstroms, der über die Rücklaufleitung 7 strömt, betrieben. Der Kraftstofffilter 6 ist stromabwärts der Saugstrahlpumpe 9a angeordnet und filtert den durch die Saugstrahlpumpe 9a geförderten Kraftstoff von Verunreinigungen und Wasser. Somit strömt durch die Rücklaufleitung 7 ausschließlich gefilterter Kraftstoff in den Schwalltopf 2.
Aufgrund des gefilterten Kraftstoffs im Schwalltopf 2 entfällt sowohl der Vorfilter 10 als auch andere in der Kraftstoffleitung 4 stromaufwärts der Hochdruckpumpe 5 angeordnete Kraftstofffilter 6. Der Kraftstoff wird aus dem Schwalltopf 2 über die Vorförderpumpe 3 zur Hochdruckpumpe 5 gefördert. Im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine strömt über 95 % der in die Hochdruckpumpe 5 geförderten Kraftstoffmenge strömt über die Rücklaufleitung zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter 1. Somit wird auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Multipasseffekt optimiert. Ein derart ausgebildeter Niederdruckkreis bietet ferner den Vorteil, dass die Vorförderpumpe 3 kostengünstiger dimensioniert werden kann. Dadurch, dass der Schwalltopf 2 mit gefiltertem Kraftstoff betrieben wird, werden Ablagerungen im Zulauf der Hochdruckpumpe 5 verhindert, so dass kein Filterdruckabfall im Zulauf verhindert wird. Ferner erhöht sich auch der Druck in der Rücklaufleitung 7.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, mehr als nur zwei Treibmengenleitungen 8 in dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 auszubilden und ebenso auch eine Vielzahl von Saugstrahlpumpen 9 in dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 auszubilden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008001240 A1 [0002]
DE 102011002755 A1 [0004]

Claims

Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Kraftstoffvorratsbehälter (1) in dem ein Schwalltopf (2) und eine Vorförderpumpe (3) angeordnet sind, mittels welcher ein aus dem Schwalltopf (2) angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung (4) einer Hochdruckpumpe (5) zuführbar ist, wobei in der Kraftstoffleitung (4) mindestens ein Kraftstofffilter (6) angeordnet ist, ferner umfassend eine Rücklaufleitung (7) zur Rückführung zumindest eines Teilstroms des Kraftstoffförderstroms in den Kraftstoffvorratsbehälter (1) und mindestens einer Treibmengenleitung (8) zum Betrieb mindestens einer im Kraftstoffvorratsbehälter (1) angeordneten Saugstrahlpumpe (9), wobei die mindestens eine Treibmengenleitung (8) fluidtechnisch mit der Kraftstoffleitung (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofffilter (6) stromabwärts der Vorförderpumpe (3) aber stromaufwärts der Treibmengenleitung (8) angeordnet ist.
Niederdruckkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Vorförderpumpe (3) ein Kraftstoffvorfilter (10) in der Kraftstoffleitung (4) zur Grobfilterung des Kraftstoffs angeordnet ist.
Niederdruckkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofffilter (6) in der Kraftstoffleitung (4) zur Feinfilterung des Kraftstoffs angeordnet ist.
Niederdruckkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Treibmengenleitung (8a, 8b) in denen jeweils eine Saugstrahlpumpe (9a, 9b) angeordnet ist, fluidtechnisch mit der Kraftstoffleitung (4) verbunden sind, um den Kraftstoff aus einem als Satteltank ausgebildeten Kraftstoffvorratsbehälter (1) zu fördern.
Niederdruckkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (7) in den Schwalltopf (2) mündet.
Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Kraftstoffvorratsbehälter (1) in dem ein Schwalltopf (2) und eine Vorförderpumpe (3) angeordnet sind, mittels welcher ein aus dem Schwalltopf (2) angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung (4) einer Hochdruckpumpe (5) zuführbar ist, ferner umfassend einen Kraftstoffilter (6) zum Filtern des Kraftstoffs und eine Rücklaufleitung (7) zur Rückführung zumindest eines Teilstroms des Kraftstoffförderstroms in den Kraftstoffvorratsbehälter (1), wobei der Teilstrom des Kraftstoffförderstroms mindestens eine im Kraftstoffvorratsbehälter (1) angeordnete Saugstrahlpumpe (9) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofffilter (6) in der Rücklaufleitung (7) stromabwärts der mindestens einen Saugstrahlpumpe (9) angeordnet ist, wobei die Rücklaufleitung (7) in den Schwalltopf (2) mündet.
Niederdruckkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (3) als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet ist.
Niederdruckkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (3) als mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Niederdruckkreis und einem Hochdruckkreis, wobei in dem Niederdruckkreis eine Vorförderpumpe (3) angeordnet ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (1) zu einer zwischen Niederdruckkreis und Hochdruckkreis angeordneten Hochdruckpumpe (5) fördert, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher (11) oder mindestens einem Einspritzventil (12) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckkreis nach Anspruch 1 oder 6 ausgebildet ist.