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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe zum Zuführen von Kraftstoff bei einem Kraftfahrzeug wie z.B. Motorrad, Motorboot, oder weiteren kleinen Motoranwendungen wie z.B. Kettensägen, und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Kraftstoffpumpe. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftstofftank, welcher eine derartige Kraftstoffpumpe umfasst.
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Eine derartige Kraftstoffpumpe ist beispielsweise aus der
GB 2478876 B bekannt. Hierbei handelt sich um eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Magnetkolbenpumpe, welche einen Kolben, einen Aktor zur Betätigung des Kolbens, ein Rückstellelement zur Rückstellung des Kolbens in eine Ausgangsposition, ein Einlassventil, einen Förderraum und ein Auslassventil aufweist. Durch die Betätigung des Kolbens wird in der Ansaugphase Kraftstoff über das Einlassventil in den Förderraum angesaugt. In der Förderphase wird der Kraftstoff über das Auslassventil aus dem Förderraum gefördert. Aufgrund von Temperaturbelastung kann der Kraftstoff bei geringem Saugdruck am Einlassventil ausgasen, wodurch der Förderraum zum Großteil mit Kraftstoffdampf gefüllt wird. Dies kann den Liefergrad und die Funktion der Pumpe erheblich bis hin zum Totalausfall beeinträchtigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass ein minimaler Unterdruck in der Ansaugphase verringert werden kann, wodurch eine Kraftstoffausgasung verhindert werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Kraftstoff in einen Vorraum vorgefördert wird, wobei der Kraftstoff unter Druck gesetzt wird, bevor der Kraftstoff über ein zweites Einlassventil in den Förderraum gelangt. Hierbei umfasst die Kraftstoffpumpe einen Kolben, einen Aktor zur Betätigung des Kolbens, ein Rückstellelement zur Rückstellung des Kolbens in eine Ausgangsposition, ein erstes Einlassventil, ein Auslassventil, und einen Förderraum. Erfindungsgemäß ist ein Vorraum und ein zweites Einlassventil vorgesehen, welches eine Verbindung zwischen dem Förderraum und dem Vorraum verschließt oder freigibt. Somit kann erfindungsgemäß durch Verwendung eines zweiten Einlassventils, welches stromaufwärts des ersten Einlassventils angeordnet ist, eine verbesserte Kraftstoffförderung erreicht werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt kann der Kolben den Förderraum vom Vorraum trennen. Somit kann eine zweistufige Förderung des Kraftstoffs mittels nur einer einzigen Kraftstoffpumpe und einem einzigen Kolben sichergestellt werden. Dies kann zu einer Kosten- und Platzersparnis führen, was besonders wichtig bei Motorrädern oder anderen kleinen Geräten mit wenigem verfügbaren Bauraum ist.
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Vorzugsweise können der Förderraum und der Vorraum in einem gemeinsamen Zylinderbauteil angeordnet sein. Somit kann ein noch kompakterer und platzsparender Aufbau ermöglicht werden.
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Gemäß einer noch weiteren alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Kolben vorzugsweise einen Hohlraum aufweisen, in welchen sich der Vorraum erstreckt. Zum einen kann das Vorhandensein eines Hohlraums im Kolben zu einer Materialreduzierung führen, was wiederum eine Kostenreduzierung zur Folge hat, ohne die Festigkeit bzw. Funktion des Kolbens zu beeinträchtigen. Zum anderen ermöglicht die Benutzung des Hohlraums des Kolbens als Vorraum einen kompakten Aufbau. Vorzugsweise umfasst der Hohlraum des Kolbens den ganzen Vorraum.
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Um eine Verbindung zwischen dem Vorraum und dem Förderraum bereitzustellen, kann vorzugsweise eine Durchgangsöffnung im Kolben ausgebildet sein, wobei das zweite Einlassventil die Durchgangsöffnung verschließt oder freigibt. Ferner ist durch die Anordnung der Durchgangsöffnung im Kolben ein kompakter Aufbau der Kraftstoffpumpenanordnung möglich.
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Weiter bevorzugt kann die Durchgangsöffnung im Kolben am Förderraum münden. Somit ist eine kurze und direkte Förderung des Kraftstoffs vom Vorraum in den Förderraum möglich. Dadurch können Widerstandsverluste wegen z.B. einer längeren Strömungsstrecke vermieden werden.
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Ferner bevorzugt können das erste Einlassventil, das zweite Einlassventil und das Auslassventil auf einer Linie angeordnet sein. Dies ist so zu verstehen, dass das erste Einlassventil, das zweite Einlassventil und das Auslassventil als Bauteile in Reihe auf einer gemeinsamen Linie angeordnet sind. Somit kann eine Förderung des Kraftstoffs möglichst auf einer Strömungslinie erfolgen, was zu einer Reduzierung von Verlusten wegen z.B. einer Strömungsstrecke mit Umlenkungen führen kann.
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Alternativ kann das zweite Einlassventil und das Auslassventil in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Dies hat einen kompakteren Aufbau der Kraftstoffpumpe zur Folge.
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Vorzugsweise kann ein maximaler Freigabe-Querschnitt des ersten Einlassventils größer als ein maximaler Freigabe-Querschnitt des zweiten Einlassventils sein. Dies kann die Saugverluste und somit den minimalen Unterdruck verringern.
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Weiter bevorzugt kann der Vorraum ein erstes Totvolumen aufweisen und der Förderraum ein zweites Totvolumen aufweisen, wobei das erste Totvolumen und das zweite Totvolumen im Wesentlichen gleich groß sind. Wenn beim Förderraum und Vorraum ein Totvolumen vorhanden ist, sollten die beiden Totvolumen vorzugsweise gleich bzw. ungefähr gleich groß sein. Somit kann eine bessere und schnellere Förderung zwischen dem Förderraum und Vorraum erfolgen.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftstofftank, der eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe aufweist, welche im Kraftstofftank angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad, oder ein anderes benzinbetriebenes Gerät wie z.B. ein Garten- bzw. Haushaltsgerät, welches eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe umfasst.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum zweistufigen Fördern von Kraftstoff mittels einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Ansaugen von Kraftstoff über das erste Einlassventil in den Vorraum, das unter Druck Setzen des im Vorraum befindlichen Kraftstoffs, das Fördern des unter Druck gesetzten Kraftstoffs aus dem Vorraum über das zweite Einlassventil in den Förderraum, das unter Druck Setzen des im Förderraum befindlichen Kraftstoffs, und das Fördern des unter Druck gesetzten Kraftstoffs über das Auslassventil aus dem Förderraum. Somit werden die durch die oben beschriebene Kraftstoffpumpe erhaltenen Vorteile auch hier sichergestellt.
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Weiter bevorzugt können das Ansaugen im Vorraum gleichzeitig mit dem unter Druck Setzen des im Förderraum befindlichen Kraftstoffs stattfinden. Somit ist eine zeitgünstige zweistufige Förderung des Kraftstoffs möglich.
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Ferner bevorzugt kann der Ansaugvorgang an einer Rückseite des Kolbens erfolgen und das Fördern des im Förderraum befindlichen Kraftstoffs an einer Stirnseite des Kolbens erfolgen. Dadurch kann eine zweistufige Förderung des Kraftstoffs mittels nur einer einzigen Kraftstoffpumpe in kompakter Bauweise sichergestellt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Zeichnung ist:
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1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 eine schematische, stark vereinfachte Schnittansicht eines Teils der Kraftstoffpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zur Prinzipdarstellung einer Ansaug- und Förderphase,
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3 eine schematische, stark vereinfachte Schnittansicht des in 2 gezeigten Teils der Kraftstoffpumpe zur Prinzipdarstellung einer Vorförderphase, und
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4 eine stark vereinfachte, schematische Schnittansicht eines Teils einer Kraftstoffpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 eine Kraftstoffpumpe 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1 in der Form einer Magnetkolbenpumpe ausgebildet und weist dementsprechend einen Kolben 2, eine Magnetspule als Aktor 3 zur Betätigung des Kolbens 2 und ein Federelement als Rückstellelement 4 zur Rückstellung des Kolbens 2 in eine Ausgangsposition auf. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1 ein erstes Einlassventil 5, ein Auslassventil 6, einen Förderraum 7, einen Vorraum 8 und ein zweites Einlassventil 9.
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Der Kolben 2, welcher zylindrisch ist und in welchem eine Durchgangsöffnung 21 ausgebildet ist, trennt den Förderraum 7 vom Vorraum 8, wobei der Förderraum 7 und der Vorraum 8 in einem gemeinsamen Zylinderbauteil 10 angeordnet sind. Der Kolben 2 ist ebenso im Zylinderbauteil 10 angeordnet. Ferner weist der Kolben 2 einen Hohlraum 20 auf, welcher zylindrisch ist und in welchen sich der Vorraum 8 erstreckt. Weiterhin steht der Vorraum 8 mit der Durchgangsöffnung 21 in Verbindung.
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Über das erste Einlassventil 5 ist der Vorraum 8 ferner mit einem Zulauf 11 verbunden, wobei der Zulauf 11 wiederum z.B. mit einem Kraftstofftank bzw. mit einer Kraftstoffleitung (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Das erste Einlassventil 5, welches an einer Rückseite 22 des Kolbens angeordnet ist, ist ein Plättchenventil. Natürlich sind auch andere Formen von Ventilen wie z.B. Membranventile, Rückschlagventile usw. vorstellbar.
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Das zweite Einlassventil 9, was z.B. auch ein Plättchenventil ist, verschließt oder gibt die Durchgangsöffnung 21 zwischen dem Förderraum 7 und dem Vorraum 8 frei, wobei die Durchgangsöffnung 21 am Förderraum 7 mündet. Ferner ist das zweite Einlassventil 9 an einer Stirnseite 23 des Kolbens 2 angeordnet. Wie in der 1 gezeigt, ist ein maximaler Freigabe-Querschnitt 50 des ersten Einlassventils 5 größer als ein maximaler Freigabe-Querschnitt 90 des zweiten Einlassventils 9.
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Das Auslassventil 6 ist so angeordnet, dass der Förderraum 7 zwischen dem Auslassventil 6 und dem zweiten Einlassventil 9 ausgebildet ist. Weiterhin ist das Auslassventil 6 als Plättchenventil ausgebildet.
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Ferner sind das erste Einlassventil 5, das zweite Einlassventil 9 und das Auslassventil 6 in Reihe auf einer gemeinsamen Mittellinie M angeordnet.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum Betreiben der Kraftstoffpumpe 1 anhand der 2 und 3 im Detail beschrieben.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst die allgemeine Funktion der Kraftstoffpumpe 1 in Bezug auf die Zusammenwirkung des Aktors 4 mit dem Kolben 5 beschrieben.
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Wenn der Aktor 4 bzw. die Magnetspule der Kraftstoffpumpe 1 bestromt wird, bewegt sich der Kolben 2 durch das erzeugte Magnetfeld in eine erste Richtung (fettgedruckter Pfeil R in 3), wobei das Rückstellelement 4 zusammengedrückt wird. Wenn nun die Bestromung des Aktors 4 ausgeschaltet wird, wird der Kolben 2 durch die Bewegung des Rückstellelements 4 in eine zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, geschoben (fettgedruckter Pfeil L in 2).
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In 2 ist eine Ansaug- und eine Förderphase des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht, wobei der Kolben 2 durch das Rückstellelement 4 in die zweite Richtung bewegt wird, was durch den fettgedruckten Pfeil L gekennzeichnet ist. Dadurch öffnet das erste Einlassventil 5 und Kraftstoff wird z.B. aus einem Kraftstofftank, der aber nicht gezeigt ist, über das erste Einlassventil 5 in den Vorraum 8 angesaugt (Pfeil A). Es sei angemerkt, dass der größte Teil der angesaugten Kraftstoffmenge in den Hohlraum 20 des Kolbens 2 gelangt (Pfeile B), in den sich der Vorraum 8 erstreckt. Gleichzeitig mit dem Ansaugen von Kraftstoff über das erste Einlassventil 5 in den Vorraum 8, wird Kraftstoff, der sich schon im Förderraum 7 befindet, durch die Bewegung des Kolbens 2 in die zweite Richtung unter Druck gesetzt, wobei das zweite Einlassventil 9 schließt. Ab einem bestimmten Druckniveau im Förderraum 7 öffnet das Auslassventil 6 und der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird über das Auslassventil 6 aus dem Förderraum 7 zur Verbrennungsmaschine (nicht gezeigt) gefördert (Pfeile C in 2).
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In 3 ist eine Vorförderphase des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei der Kolben 2 durch den Aktor 3 in die erste Richtung bewegt wird, was durch den fettgedruckten Pfeil R gekennzeichnet ist. Durch die Bewegung des Kolbens 2 schließt das erste Einlassventil 5 und der im Vorraum 8 befindliche Kraftstoff wird unter Druck gesetzt. Ab einem bestimmten Druckniveau im Vorraum 8 öffnet das zweite Einlassventil 9. Somit wird der im Vorraum 8 unter Druck gesetzte Kraftstoff aus dem Vorraum 8 über das zweite Einlassventil 9 in den Förderraum 7 vorgefördert (Pfeil D).
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Anschließend wiederholt sich die Ansaug- und Förderphase und ein neuer Hub der Kraftstoffpumpe 1 kann nun stattfinden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 eine Kraftstoffpumpe 1 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei die Kraftstoffpumpe 1 in der Ansaugphase gezeigt ist. In der Ansaugphase sind das erste Einlassventil 5 und das Auslassventil 6 offen und das zweite Einlassventil 9 geschlossen.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich grundsätzlich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das zweite Einlassventil 9 und das Auslassventil 6 in einer gemeinsamen Ebene E angeordnet sind. Hierbei weist der Kolben 2 im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel keine Durchgangsöffnung auf, wobei die Verbindung des Vorraums 8 mit dem Förderraum 7 über eine Leitung 12 bereitgestellt wird. Die Verbindung über die Leitung 12 wird vom zweiten Einlassventil 9 verschlossen oder freigegeben. Weiterhin ist der Kolben 2 derart ausgebildet, dass die Kraftstoffpumpe 1 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren funktioniert. Die Ventile dieses Ausführungsbeispiels sind ferner als Kugel-Rückschlagventile ausgebildet.
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Es sei angemerkt, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dem Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen und insofern nicht als einschränkend angesehen werden sollten. So ist z.B. eine Scheibe anstatt eines Kolbens ebenso denkbar.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben dergleichen führt somit zu einer kompakten Lösung für das Problem des Ausgasens von Kraftstoff beim Ansaugen, wobei ein zweistufiges Fördern des Kraftstoffs stattfindet, jedoch ohne die Notwendigkeit einer zweiten Kraftstoffpumpe. Somit können Platz und Kosten erspart werden. Weiterhin hat das Ansaugen an der Rückseite des Kolbens 2 eine Reduzierung des minimalen Unterdrucks zur Folge, da das Ansaugen mit geringerer Geschwindigkeit stattfindet und führt zu einer noch kompakteren Ausgestaltung der Kraftstoffpumpe.
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Durch die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1 und das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner eine bessere Funktion eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs sichergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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