DE102014204508A1

DE102014204508A1 - Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014204508A1
Application number: DE102014204508.8A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Bartelt; Stefan Detterbeck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Eine Einspritzpumpe (10) für ein Kraftfahrzeug ist beschrieben, insbesondere eine Einspritzhochdruckpumpe, die ein Gehäuse (12) aufweist, in dem ein Kolben (26) axial bewegbar angeordnet ist, um ein Fluid durch eine Förderkammer (14) der Einspritzpumpe (10) zu fördern. Ferner ist ein elastisches Element (40) oder ein Ablauf für das Fluid in einer Sammelkammer (20) für das Fluid vorgesehen, die von der Förderkammer (14) getrennt ist, wobei sich der Ablauf durch einen in Einbaulage der Einspritzpumpe dem Boden zugeordneten Bereich einer Gehäusewand erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Einspritzhochdruckpumpe.
Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bei einem Verbrennungsmotor kann neben Kraftstoff auch Wasser in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt werden. Dies geschieht üblicherweise in einem Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs, in dem ein fettes Kraftstoffgemisch (λ < 1) verwendet wird. Das Wasser kann dabei dem Kraftstoff im kraftstoffführenden Bereich einer Einspritzpumpe zugeführt werden, sodass das Wasser mit dem Kraftstoff zusammen durch die Einspritzpumpe zu den Injektoren gefördert und in den Brennraum eingespritzt wird.
Die Förderung des Kraftstoffgemisches durch die Einspritzpumpe erfolgt dabei über einen Kolben, der das Kraftstoffgemisch über einen Eingang, durch eine Förderkammer und über einen Ausgang zum Brennraum fördert. Ein Teil des Kraftstoffgemisches strömt beim Fördern des Kraftstoffes aus der Förderkammer entlang des Kolbens in einen anderen Bereich der Einspritzpumpe.
Aufgrund des Zumischens des Wassers zum Kraftstoffgemisch ergibt sich jedoch der Nachteil, dass das Wasser des sich ansammelnden Kraftstoffgemisches bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts einfriert. Aufgrund der Anomalie des Wassers dehnt es sich dabei aus, wodurch es zu Beschädigungen an der Einspritzpumpe kommen kann. Anders ausgedrückt sind die Einspritzpumpen bei der Förderung von einem Wasser enthaltenden Kraftstoffgemisch im Falle von Wasseransammlungen in der Einspritzpumpe gegebenenfalls nicht winterfest.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einspritzpumpe bereitzustellen, die ein Wasser aufweisendes Kraftstoffgemisch fördern kann und winterfest ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einer ersten Ausführungsform durch eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug gelöst, insbesondere eine Einspritzhochdruckpumpe, die ein Gehäuse aufweist, in dem ein Kolben axial bewegbar angeordnet ist, um ein Fluid durch eine Förderkammer der Einspritzpumpe zu fördern, wobei ein Ablauf für das Fluid in einer Sammelkammer für das Fluid vorgesehen ist, die von der Förderkammer getrennt ist und sich durch einen in Einbaulage der Einspritzpumpe dem Boden zugeordneten Bereich einer Gehäusewand erstreckt. Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es, dass das sich in der Sammelkammer ansammelnde Fluid über einen Ablauf ablaufen kann, der geodätisch derart tief gelegen ist, dass sich eine Flüssigkeit mit einer höheren Dichte in der Sammelkammer maximal nur bis zum Ablauf sammeln kann. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, das eine in Bezug auf Kraftstoff höhere Dichte hat. Es ist somit sichergestellt, dass sich das Wasser während des Gefrierens ausdehnen kann, ohne dabei das Gehäuse zu beschädigen. Hierdurch ist eine winterfeste Einspritzpumpe bereitgestellt, die ein Wasser enthaltendes Kraftstoffgemisch fördern kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ablauf mit einem Kraftstoffsystem verbunden werden kann, insbesondere mit einem Vorlauf des Kraftstoffsystems. Das durch den Ablauf abgeführte Fluid bzw. Wasser kann dann über den Vorlauf wieder der Einspritzpumpe zugeführt werden, wobei als treibende Kraft die Druckdifferenz zwischen dem Förderraum und dem Vorlauf dient. Ferner ist dadurch sichergestellt, dass das Kraftstoffsystem abgeschlossen ist und keine Luft in die Kraftstoffleitung eindringen kann.
Nach einer zweiten Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug gelöst, insbesondere eine Einspritzhochdruckpumpe, die ein Gehäuse aufweist, in dem ein Kolben axial bewegbar angeordnet ist, um ein Fluid durch eine Förderkammer der Einspritzpumpe zu fördern, wobei ein elastisches Element in einer Sammelkammer vorgesehen ist, die von der Förderkammer getrennt ist. Der Grundgedanke der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es, das Fluid in der Sammelkammer zu sammeln, wobei ein Wasseranteil des Fluids sich beim Einfrieren ausdehnen kann und dabei das elastische Element komprimiert. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform kann sich die Sammelkammer komplett mit Wasser füllen, wobei die Einspritzpumpe aufgrund des elastischen Elements dennoch winterfest ist.
Bei der zweiten Ausführungsform kann ebenfalls ein Ablauf vorgesehen sein, der jedoch in Einbaulage der Einspritzpumpe an einem beliebigen Ort im Gehäuse angeordnet sein kann, beispielsweise auch am oberen Bereich der Sammelkammer.
Ein Aspekt der Erfindung sieht dabei vor, dass das elastische Element ein weichelastisches Element ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass das elastische Element beim Ausdehnen des Wassers während des Gefrierens elastisch nachgibt, sodass das Gehäuse der Einspritzpumpe nicht beschädigt wird.
Insbesondere kann in Einbaulage der Einspritzpumpe die Sammelkammer unterhalb der Förderkammer angeordnet sein. Das in der Förderkammer geförderte Fluid fließt aufgrund der Gewichtskraft nach unten, sodass es sich in der darunter angeordneten Sammelkammer sammelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich der Kolben zumindest teilweise durch die Sammelkammer. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Kolben durch das aus der Förderkammer in die Sammelkammer übergehende Fluid geschmiert ist.
Das Fluid kann ein Kraftstoffgemisch sein, insbesondere ein Kraftstoff und Wasser aufweisendes Kraftstoffgemisch. Über die Zumischung des Wassers zum Kraftstoff kann der Kraftstoffverbrauch in bestimmten Betriebsbereichen des Kraftfahrzeugs gesenkt werden.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist eine Einspritzpumpe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt.
Die Einspritzpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das eine Förderkammer 14 mit einem Eingang 16 sowie einem Ausgang 18 umfasst. Des Weiteren ist im Gehäuse 12 eine Sammelkammer 20 ausgebildet, die einen Ablauf 22 aufweist, der sich durch eine Wand des Gehäuses 12 erstreckt.
Die Förderkammer 14 ist von der Sammelkammer 20 durch eine Führung 24 getrennt, wobei innerhalb der Führung 24 ein Kolben 26 geführt ist, der zur Förderung eines Fluids durch die Förderkammer 14 dient. Der Kolben 26 ist dazu innerhalb des Gehäuses 12 der Einspritzpumpe 10 axial beweglich angeordnet, wobei er aufgrund seiner Bewegung Fluid über den Eingang 16 ansaugt und bei entgegengesetzter Bewegung über den Ausgang 18 zu einem hier nicht dargestellten Brennraum eines Motors fördert.
Bei dem Fluid kann es sich um ein Kraftstoffgemisch handeln, welches neben Kraftstoff auch Wasser aufweisen kann.
Die Förderkammer 14 ist zudem zur Sammelkammer 20 über die Führung 24 weitestgehend abgedichtet. Dennoch kann Fluid von der Förderkammer 14 an der Mantelfläche des Kolbens 26 entlang in die Sammelkammer 20 fließen und sich in dieser sammeln. Dieses Fluid kann dabei zur Schmierung des Kolbens 26 innerhalb der Führung 24 verwendet werden.
Bei einer Erstinbetriebnahme der Einspritzpumpe 10 ist die Sammelkammer 20 nach kurzer Zeit vollständig mit Fluid gefüllt. Da der Kraftstoff im Vergleich zum Wasser eine geringere Dichte aufweist, sammelt sich der Wasseranteil W des Fluids im unteren Bereich der Sammelkammer 20, wohingegen sich der Kraftstoffanteil K im oberen Bereich der Sammelkammer 20 sammelt. Über die Anordnungshöhe des Ablaufs 22 in der Wand des Gehäuses 12 kann nun die Füllhöhe des Wasseranteils W des Fluids in der Sammelkammer 20 bestimmt werden. Hierzu kann der Ablauf 22 in einem unteren Bereich der Sammelkammer 20 angeordnet sein, sodass dieser in einem Bereich der Sammelkammer 20 vorgesehen ist, in dem sich das Wasser aufgrund der höheren Dichte sammelt.
Als treibende Kraft für das Abfließen des Fluids bzw. des Wassers über den Ablauf 22 dient eine Druckdifferenz im Kraftstoffsystem, in dem die Einspritzpumpe 10 angeordnet ist.
Das über den Ablauf 22 abfließende Fluid bzw. Wasser kann dem hier nicht dargestellten Kraftstoffsystem wieder zugeführt werden, sodass sich ein geschlossenes Kraftstoffsystem ergibt. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts ist somit sichergestellt, dass sich das Wasser beim Gefrieren innerhalb der Sammelkammer 20 ausdehnen kann, ohne das Gehäuse 12 der Einspritzpumpe 10 zu beschädigen, da sich die Sammelkammer 20 niemals vollständig mit Wasser füllen kann.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform der Einspritzpumpe 10 gezeigt, wobei gleiche Elemente der beiden Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Die zweite Ausführungsform der Einspritzpumpe 10 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß 1 darin, dass kein Ablauf 22 vorgesehen ist, der zum gezielten Abführen des Wasseranteils des Fluids ausgebildet ist. Gegenüber der ersten Ausführungsform weist die Einspritzpumpe 10 der zweiten Ausführungsform jedoch ein elastisches Element 30 innerhalb der Sammelkammer 20 auf.
Das elastische Element 30 dient als eine Art Puffer für das Wasser, wenn es sich beim Gefrieren ausdehnt. Hierzu ist das elastische Element 30 aus einem weichelastischen Material hergestellt. Dadurch ist sichergestellt, dass der sich beim Gefrieren ausbreitende Wasseranteil W das elastische Element 30 komprimiert, ohne das Gehäuse 12 zu beschädigen.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform wird der von der Förderkammer 14 in die Sammelkammer 20 übergetretene Wasseranteil W nicht gezielt abgeführt, vielmehr wird dem Wasseranteil W nur die Möglichkeit gegeben, sich innerhalb des Gehäuses 12 auszudehnen, ohne dieses zu beschädigen.
Die Einspritzpumpe 10 gemäß der zweiten Ausführungsform kann ebenfalls einen Ablauf aufweisen, wobei dieser an einem beliebigen Ort in der Gehäusewand der Sammelkammer 20 vorgesehen sein kann, beispielsweise auch im oberen Bereich, da er nicht zum Abführen des Wasseranteils W dient.
Bei einer Anordnung des Ablauf im oberen Bereich der Sammelkammer 20 kann diese demnach vollständig mit Wasser gefüllt sein, wobei der Einfrierschutz aufgrund des elastischen Elements 30 gegeben ist.
Mit den beiden beschriebenen Ausführungsformen der Einspritzpumpe 10 ist es möglich, die Einspritzpumpe 10 mit einem Wasser aufweisenden Kraftstoffgemisch zu betreiben, wobei sichergestellt ist, dass die Einspritzpumpe 10 winterfest ist.

Claims

Einspritzpumpe (10) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Einspritzhochdruckpumpe, die ein Gehäuse (12) aufweist, in dem ein Kolben (26) axial bewegbar angeordnet ist, um ein Fluid durch eine Förderkammer (14) der Einspritzpumpe (10) zu fördern, wobei ein Ablauf (22) für das Fluid in einer Sammelkammer (20) für das Fluid vorgesehen ist, die von der Förderkammer (14) getrennt ist und sich durch einen in Einbaulage der Einspritzpumpe (10) dem Boden zugeordneten Bereich einer Gehäusewand (12) erstreckt.
Einspritzpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf (22) mit einem Kraftstoffsystem (30) verbunden werden kann, insbesondere mit einem Vorlauf (32) des Kraftstoffsystems (30).
Einspritzpumpe (10) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Einspritzhochdruckpumpe, die ein Gehäuse (12) aufweist, in dem ein Kolben (26) axial bewegbar angeordnet ist, um ein Fluid durch eine Förderkammer (14) der Einspritzpumpe (10) zu fördern, wobei ein elastisches Element (40) in einer Sammelkammer (20) vorgesehen ist, die von der Förderkammer (14) getrennt ist.
Einspritzpumpe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (40) ein weichelastisches Element ist.
Einspritzpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Einbaulage der Einspritzpumpe (10) die Sammelkammer (20) unterhalb der Förderkammer (14) angeordnet ist.
Einspritzpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (26) sich zumindest teilweise durch die Sammelkammer (20) erstreckt.
Einspritzpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (20) und die Förderkammer (14) durch eine Führung (24) für den Kolben (26) voneinander getrennt sind.
Einspritzpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kraftstoffgemisch ist, insbesondere ein Kraftstoff und Wasser aufweisendes Kraftstoffgemisch.