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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dieselkraftstoffpumpenmodul zum Liefern von Dieselkraftstoff von einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs zu einem Kraftstoffverteilerrohr für die Kraftstoffeinspritzung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Strahlpumpe.
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DE 10 2005 027 218 A1 offenbart eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung für ein rückflussfreies Kraftstoff-Versorgungssystem.
DE 100 07 522 A 1 offenbart ein Verfahren zur Trennung von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Zusammenfassung
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Bei einer Ausführungsform eines Dieselkraftstoffpumpenmoduls für die Verwendung innerhalb eines Dieselkraftstofftanks umfasst das Dieselkraftstoffpumpenmodul einen Behälter, welcher ein Kraftstoffspeichervolumen definiert. Eine Strahlpumpe, welche einen Einlass aufweist, ist innerhalb des Behälters angeordnet und ist ausgestaltet, um Kraftstoff von dem Tank in den Behälter zu pumpen. Das Dieselkraftstoffpumpenmodul umfasst des Weiteren eine elektrische Pumpe, welche einen Einlass und einen Auslass aufweist, und eine Luftabscheidekammer, welche den Auslass der elektrischen Pumpe mit dem Einlass der Strahlpumpe verbindet.
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Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb einer Strahlpumpe, bei welchem die Strahlpumpe eine Düse aufweist und betreibbar ist, um Dieselkraftstoff von einem Tank in einen Kraftstoffpumpenmodulbehälter zu pumpen, umfasst das Verfahren ein Erzeugen von einer Dieselkraftstoffmischung, welche einen ersten Teil an Gas enthält, einer Dieselkraftstoffmischung, welche einen zweiten Teil an Gas enthält, wobei der zweite Teil an Gas größer ist als der erste Teil an Gas. Das Verfahren umfasst ebenso ein Liefern von etwas von der Dieselkraftstoffmischung, welche den zweiten Teil an Gas enthält, zu der Strahlpumpe.
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Andere Aspekte der Erfindung werden unter Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlich werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Dieselkraftstoffpumpenmoduls;
- 2 ist eine andere perspektivische Ansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls der 1;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls der 1 mit dem Modulbehälter entfernt, wobei eine untere Anordnung offengelegt wird;
- 4 ist eine andere perspektivische Ansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls, wie es in der 3 dargestellt ist;
- 5 ist eine Explosionsansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls der 1 mit dem Modulbehälter entfernt;
- 6 ist eine Querschnittsansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls entlang einer Linie 6-6 der 3;
- 7 ist eine andere perspektivische Ansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls, wie es in der 3 dargestellt ist mit der Luftabscheidekammer entfernt;
- 8 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Dieselkraftstoffpumpenmoduls entlang einer Linie 8-8 der 2;
- 9 ist ein Flussdiagramm der Kraftstoffströmung innerhalb des Dieselkraftstoffpumpenmoduls der 1.
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Detaillierte Beschreibung
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Bevor einige Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, ist es zu verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung gegeben sind oder in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist für andere Ausführungsformen geeignet und dazu geeignet, auf verschiedene Arten in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt zu werden. Auch muss man verstehen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Begrifflichkeit dem Zweck einer Beschreibung dient und nicht als beschränkend erachtet werden sollte. Die Verwendung von „enthalten“, „umfassen“ oder „aufweisen“ und Variationen davon ist hier dazu gedacht, die Gegenstände zu umfassen, welche nachfolgend aufgelistet sind, und Äquivalente davon sowie zusätzliche Gegenstände. Und so wie sie hier in den angehängten Ansprüchen verwendet sind, sind die Begriffe „obere“, „untere“, „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ und andere richtungsbezogene Begriffe nicht dazu gedacht, irgendeine besondere Ausrichtung zu erfordern, sondern werden stattdessen lediglich für die Zwecke der Beschreibung verwendet.
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Die 1 und 2 stellen ein Dieselkraftstoffpumpenmodul 10 zum Liefern eines Dieselkraftstoffs von hohem Druck an ein Kraftstoffeinspritzsystem dar. Das Dieselkraftstoffpumpenmodul 10 ist im Inneren eines Kraftstofftanks (nicht gezeigt) angeordnet und überträgt Kraftstoff von innerhalb des Tanks für eine weitere Unterdrucksetzung in ein Kraftstoffverteilerrohr für die Verwendung durch eine Kraftstoffeinspritzdüse oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen eines Dieselmotors. Das Dieselkraftstoffpumpenmodul 10 umfasst einen Kraftstoffbehälter 20, welcher ein Kraftstoffspeichervolumen definiert, das durch einen im Allgemeinen zylindrischen Reservoirbehälter 24 mit einer flachen unteren Oberfläche 28 und einem entsprechenden Behälterdeckel 32 gebildet wird. Eines oder mehrere Einwegfüllventile 40 sind an der unteren Oberfläche 28 gebildet, um das anfängliche Füllen des Reservoirbehälters 24 zu erlauben. Eine Haltelasche 50, welche integral gebildet ist mit oder anders gekoppelt ist mit dem Reservoirbehälter 24, schnappt über einen Verriegelungsvorsprung 54 an dem Behälterdeckel 32 und sichert den Behälterdeckel 32 an dem Reservoirbehälter 24. Der Behälterdeckel 32 bildet mit dem Reservoirbehälter 24 nicht eine dichte Abdichtung, sondern umfasst eine oder mehrere Lücken für eine Kommunikation zwischen dem Kraftstoffspeichervolumen und dem Kraftstofftank. Eine Mehrzahl von Anschlüssen überträgt Dieselkraftstoff zu, von und innerhalb des Dieselkraftstoffpumpenmoduls 10, wie es unten weiter beschrieben werden wird.
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Unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 ist das Dieselkraftstoffpumpenmodul 10 ohne den Reservoirbehälter 24 gezeigt, wobei eine untere Anordnung von Komponenten freigelegt wird, einschließlich einer Förderpumpe 60, eines Luftabscheiders 70 und einer Strahlpumpe 80.
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Die dargestellte Förderpumpe 60 ist eine elektrische Walzenzellenpumpe (engl.: roller cell pump) mit einem Gleichstromantrieb und ist innerhalb eines Aufhängers 100 angeordnet, welcher an dem Behälterdeckel 32 befestigt ist. Ein O-Ring (6) oder ein anderes Dichtungselement 110, welches um einen unteren Abschnitt der Pumpe 60 angeordnet ist, dichtet den Pumpeneinlass 114 von der äußeren Umgebung ab und ist zwischen einer unteren Kante 120 des Aufhängers 100 und einer oberen Kante 124 eines O-Ring-Tragelements 130 eingeklemmt. Ein zylindrisches Pumpenanschlussstück oder - schalenteil 134, welches einen Einlassanschluss 140 und eine obere Oberfläche 144 aufweist, liegt über dem O-Ring 110 und dem O-Ring-Tragelement 130, wenn sie zusammengebaut sind. Haltelaschen 148, welche sich von der oberen Oberfläche 144 her erstrecken, ragen hakenartig über radiale Vorsprünge 152 des Aufhängers 100 vor und befestigen das Pumpenschalenteil 134 an seiner Stelle. Ein Pumpeneinlassteil 160 passt dichtend mit einem Einlassanschluss 140 zusammen und umfasst eine 90-Grad-Umkehr von einer mit Widerhaken versehenen Einlassverbindung 164. Eine äußere Filterauslassleitung (nicht gezeigt) passt auf die Einlassverbindung 164 angrenzend zu einer Filtereinlassleitung 168 mit einer Kraftstoffaufnahmeöffnung 172, deren Zweck unten weiter erläutert werden wird.
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Der Auslass der Förderpumpe 60 steht in Fluidkommunikation mit dem Luftabscheider 70 durch einen Kanal 180. Auch bezugnehmend auf die 6 umfasst der Luftabscheider 70 ein Luftabscheidergehäuse 190 mit einer zylindrischen Wand 194, welche eine Abscheidekammer 200 definiert. Der Kanal 180 von der Pumpe 60 endet in einer Öffnung 204, welche im Allgemeinen tangential zu der Krümmung der Wand 194 ausgerichtet ist. Der halbkugelförmige Boden 208 der Kammer 200 umfasst eine Mehrzahl von gleichmäßig voneinander beabstandeten Stützrippen 212 um eine mittige Vertiefung 220 herum. Die mittige Vertiefung 220 steht in Kommunikation mit einem in der Mitte angeordneten Rohr 226. Ein abgeflachtes Element oder Scheibe 230, die integral nahe einem ersten Rohrende 234 des Rohrs 226 gebildet ist, erstreckt sich radial über einen Abschnitt des Weges zu der Wand 194. Wie es auch in der 7 gezeigt ist, erstrecken sich Radialrippen 240 radial in Richtung zu dem Umfang der Scheibe 230 und bilden eine Stützoberfläche 244 für einen Kontakt zwischen dem Rohr 226 und der ringförmigen Wand 248, welche die mittige Vertiefung 220 definiert. Wie es dargestellt ist, verjüngt sich das Rohr 226 von dem ersten Rohrende 234 an dem Boden der Kammer 200 zu einem zweiten Ende 252 nahe der Oberseite der Kammer 200, jedoch kann es in anderen Ausführungsformen nicht solch eine Verjüngung aufweisen. Das zweite Ende 252 tritt zu einem Rückschlagventil 256 aus, welches innerhalb eines Auslassbereichs 260 angeordnet ist.
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Die Oberseite der Kammer 200 wird durch ein Kuppelteil 264 definiert, welches als ein Teil von dem Behälterdeckel 32 gebildet ist, und umfasst eine mit Widerhaken versehene Kammerauslassverbindung 268 in Kommunikation mit dem Auslassbereich 260. Die Krümmung des Kuppelteils 264 bildet eine ringförmige Tasche 272 um den Auslassbereich 260 herum. Eine separate Öffnung 276, welche radial nahe der Wand 194 der Kammer 200 angeordnet ist, umfasst ein erstes Verbindungsende 280, welches unter der inneren Oberfläche 284 des Kuppelteils 264 positioniert ist und fluidmäßig die Kammer 200 mit einer mit Widerhaken versehenen Verbindung 290 koppelt.
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Erneut bezugnehmend auf die 1 erstreckt sich ein Übertragungsrohr 294 von der mit Widerhaken versehenen Verbindung 290 über das Kuppelteil 264 und zurück in eine Aussparung 298 in dem Behälterdeckel 32. Ebenso bezugnehmend auf die 3, 4 und 8 kann das Rohr 294 ein gewelltes, flexibles Rohr sein und erstreckt sich zu einer mit Widerhaken versehenen Verbindung 304, welche zu der Strahlpumpe 80 führt, die sich in einem Förderrohr 310 befindet. Ein Einlassrückschlagventil 314, welches an der unteren Oberfläche 28 eingesetzt ist, dichtet einen unteren Bereich 318 des Förderrohrs 310 von den Inhalten des Tanks ab. Die Strahlpumpe 80 umfasst eine Düse 324 mit einer Auslassöffnung 328, welche innerhalb einer Öffnung 334 positioniert ist, welche zu einem Auslassrohr 340 innerhalb des Förderrohrs 310 gerichtet ist. Das Auslassrohr 340 öffnet sich nahe der Kante 344 des Förderrohrs 310 innerhalb des Kraftstoffspeichervolumens an einem Punkt näher zu dem Behälterdeckel 32 als der Aufnahmeöffnung 172 der Filtereinlassleitung 168. Wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, koppelt ein separates Hochdruckrückkehrrohr 350 mit einer mit Widerhaken versehenen Verbindung fluidmäßig das Kraftstoffverteilerrohr mit dem Behälter 20 und kann ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) innerhalb des Reservoirbehälters 24 umfassen.
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Ebenso bezugnehmend auf die 9 wird, mit dem Dieselkraftstoffpumpenmodul 10 innerhalb eines Dieselkraftstofftanks positioniert, im Betrieb, wenn Kraftstoff für das Kraftstoffverteilerrohr benötigt wird, ein Steueralgorithmus (hier nicht im Detail dargestellt) die Förderpumpe 60 aktivieren. Die Pumpe 60 erzeugt einen Niedrigdruckbereich zum Einsaugen von Kraftstoff an dem Pumpeneinlass 114. Da der Pumpeneinlass 114 von dem unmittelbaren Kraftstoffspeichervolumen durch den O-Ring 110 abgedichtet ist, wird Kraftstoff durch die Aufnahmeöffnung 172 eingesaugt und strömt durch die Einlassleitung 168 von dem Reservoirbehälter 24 zu einem äußeren Filter 360 heraus. Bei einer Ausführungsform ist der äußere Filter 360 ein Filter mit langer Lebensdauer, welcher aus einem hydroskopischen Filtermedium konstruiert ist, welches zum Trennen von Wasser von dem Dieselkraftstoff funktioniert, bevor er in die Förderpumpe 60 eintritt. Der Kraftstoff geht durch den Filter 360 hindurch, tritt wieder in den Reservoirbehälter 24 ein und strömt durch die Filterauslassleitung zu dem Einlassanschluss 140 der Pumpenschale 134. Der Kraftstoff tritt in den Einlassanschluss 140 der Pumpenschale 134 ein und wird durch die Förderpumpe 60 auf einen Differenzdruck bzw. Unterschied von in etwa 4 Atmosphären unter Druck gesetzt. Dieser unter Druck gesetzte Kraftstoff strömt durch den Kanal 180 zu dem Luftabscheider 70.
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Der Kraftstoff, welcher durch den Kanal 180 hindurchgeht, wird in die Abscheidekammer 200 mit einer Geschwindigkeit im Allgemeinen tangential zu der Kammerwand 194 eingeführt. Der Kraftstoff, welcher eine Mischung von Kraftstoff, Luft und Kraftstoffdampf ist, strömt in einem mittels Schwerkraft unterstützten, mindestens teilweise kugelförmigen Muster von der Oberseite der Kammer 200 zu dem Boden 208, wenn von der Perspektive der 6 her betrachtet. Wenn der Kraftstoff nach unten läuft, tendiert die Massenträgheit des flüssigen Kraftstoffs von höherer Dichte dazu, den flüssigen Kraftstoff näher zu der Kammerwand 194 zu leiten, während leichtere Luft und leichterer Kraftstoffdampf nahe der Mitte von der Kammer 200 verbleiben. Wenn der dichtere flüssige Kraftstoff nach unten zu der mittigen Vertiefung 220 strömt, wird jede verbleibende wirbelnde Bewegung dieses Kraftstoffs beim Kontakt mit der Scheibe 230 verhindert. Der flüssige Kraftstoff strömt hinter die Stützrippen 212, sammelt sich in der Vertiefung 220 und strömt aufgrund der Druckdifferenz in dem System, welche durch die Förderpumpe 60 erzeugt wird, nach oben innerhalb des Rohres 226. Das Rückschlagventil 256 stellt sicher, dass flüssiger Kraftstoff lediglich in einer Richtung von dem Rohr 226 zu dem Auslassbereich 260 und heraus von der Kammer 220 strömt.
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Von dem Auslassbereich 260 strömt der „sauberere“ Kraftstoff, bei oder nahe bei 100 % Flüssigkeit, zu einer Druckpumpe 370 außerhalb des Tanks, innerhalb welcher er auf den richtigen Druck unter Druck gesetzt wird, welcher durch das Kraftstoffverteilerrohr für die Verwendung in dem Kraftstoffeinspritzsystem erfordert wird. Da ein Dieselkraftstoff eine Tendenz zum Schäumen aufweist, wenn er in Bewegung gebracht wird, und die Gasblasen, welche gebildet werden, sich nicht unbedingt schnell auflösen, entfernt die Luftabscheidekammer 200 einen beträchtlichen Anteil dieser Gasblasen von dem Kraftstoff, welche Geräusche innerhalb der Druckpumpe 370 verursachen können, wenn sie nicht vor dem Eintritt reduziert werden. Der Luftabscheider 70 erzeugt somit von einer Dieselkraftstoffmischung, welche einen ersten Anteil bzw. Teil an Gas enthält, 1) eine Dieselkraftstoffmischung, welche einen zweiten Teil an Gas enthält, der größer ist als der erste Teil an Gas und daher mehr kompressibel ist, und 2) eine Dieselkraftstoffmischung, welche einen dritten Teil an Gas enthält, der geringer ist als der erste Teil an Gas. Als ein Beispiel kann der Luftabscheider 70 von einer Dieselkraftstoffmischung, welche in etwa 99 % flüssig und 1 % gasförmig oder dampfförmig nach dem Volumen ist, 1) eine Dieselkraftstoffmischung, welche um 2 % oder mehr gasförmig oder dampfförmig nach Volumen ist, und 2) eine Dieselkraftstoffmischung, welche bei oder nahe bei 100 % flüssigem Dieselkraftstoff ist, erzeugen.
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Kraftstoff innerhalb des Kraftstoffverteilerrohrs, welcher nicht durch ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen eingespritzt wird, wird zurückrecycelt zu dem Behälter 20 durch das Hochdruckrückkehrrohr 350.
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Die Kraftstoffmischung von niedrigerer Dichte, welche aus Kraftstoff, Luft und Dampf besteht, nahe der Mitte der Kammer 200 steigt konisch auf zu dem Kuppelteil 264. Ein Teil dieser Mischung von niedrigerer Dichte wird innerhalb der ringförmigen Tasche 272 angrenzend zu dem Kuppelteil 264 und dem Auslassbereich 260 zurückgehalten und stellt ein Volumen von komprimierbarem Fluid bereit, welches zum Dämpfen von irgendwelchen Druckpulsationen innerhalb der Kammer 200 dient, wobei wiederum irgendein Geräusch, welches von dem Dieselkraftstoffpumpenmodul 10 erzeugt wird, verringert wird.
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Etwas von dieser komprimierbaren Kraftstoffmischung strömt zu der Öffnung 276 und geht durch ein Übertragungsrohr 294 hindurch, um die Antriebskraft für die Strahlpumpe 80 bereitzustellen. Dieser Anteil tritt in den Einlass der Strahlpumpe 80 ein und wird zu der Düse 324 geleitet, von welcher er sie bei höherer Geschwindigkeit durch die Öffnung 328 verlässt. Der Strom der Kraftstoffmischung, welcher aus der Öffnung 328 austritt, ist in der Öffnung 334 angeordnet, und aufgrund der Ausgestaltung des Förderrohrs 310, welches die Strahlpumpe 80 umgibt, zieht er Kraftstoff innerhalb des Tanks durch das Rückschlagventil 314 ein. Dieser Kraftstoff geht durch das Rückschlagventil 314 hindurch und in den unteren Bereich 318, von wo er in den Strom der Strahlpumpe mitgerissen wird. Die Mischung des Stroms von der Strömung und mitgerissenem Kraftstoff von dem Tank geht weiter durch das Auslassrohr 340, wo sie in den Behälter 20 nahe der Oberseite von dem Förderrohr 310 austritt. Wenn die Strahlpumpe 80 einmal anfänglich angesaugt ist, hält die Strahlpumpe 80 den Behälter 20 voll mit Kraftstoff, wobei überschüssiger Kraftstoff fähig ist, aus der Lücke (den Lücken) zwischen dem Behälterdeckel 32 und dem Reservoirbehälter 24 und in den Tank herauszuströmen.
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Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben.
