DE102014213898A1

DE102014213898A1 - Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014213898A1
Application number: DE102014213898.1A
Authority: DE
Inventors: Volker Cornelius
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffleitungssystem, zumindest einem Kraftstofffilter stromab nach einer Niederdruckpumpe, einer über die Kraftstoffleitung verbundenen Hochdruckpumpe für ein Einspritzsystem der Brennkraftmaschine sowie einer an das Einspritzsystem anschließenden Rücklaufleitung, die stromab nach der Niederdruckpumpe an die Kraftstoffleitung anschließt. Zwischen der Niederdruckpumpe und dem zumindest einem Kraftstofffilter stromab ist ein Wärmetauscher vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Modernen Kraftstofffördereinrichtungen, wie beispielsweise common-rail Systeme, für eine Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine beinhalten häufig einen Wärmetauscher, der die Temperierung des Kraftstoffs ermöglicht. Eine erhöhte Kraftstofftemperatur kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Haltbarkeit der Kraftstoffpumpe, eine Verschlechterung von Kunststoffen und Elastomeren verursachen und Kohlenwasserstofffilter in der Kraftstoffanlage erfordern. Eine zu niedrige Kraftstofftemperatur kann eine Versulzung des Kraftstofffilters, dass heißt eine Verstopfung des Filters durch ausgeflocktes Paraffin des Kraftstoffs, verursachen.
Aus dem Dokument DE 102 32 514 A1 ist eine Kraftstoffkühleinrichtung bekannt, bei dem im Rücklauf, in der Bypassleitung der Wärmetauscher vorgesehen ist, der mit einem Kühlkreislauf einer Klimaanlage und/oder der Brennkraftmaschine und/oder einer Ladeluftkühlung im Wirkverbindung steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffkreislauf für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine derart auszubilden und anzuordnen, dass eine einfache Temperierung des Kraftstoffs gewährleistet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Kraftstoffleitungssystem, zumindest einen Kraftstofffilter stromab nach einer Niederdruckpumpe, eine über die Kraftstoffleitung verbundenen Hochdruckpumpe für ein Einspritzsystem der Brennkraftmaschine sowie eine an das Einspritzsystem anschließenden Rücklaufleitung, die stromab nach der Niederdruckpumpe an die Kraftstoffleitung anschließt, auf. Zwischen der Niederdruckpumpe und dem zumindest einem Kraftstofffilter stromab ist ein Wärmetauscher vorgesehen.
Bevorzugt befindet sich um den Wärmetauscher eine Bypassleitung. Durch die Bypassleitung kann der Kraftstoff, der bereits entsprechend temperiert ist, direkt zum Kraftstofffilter gelangen.
Vorzugsweise weist die Rücklaufleitung ein Umschaltventil auf, das derart angeordnet ist, dass der Kraftstoff durch den Bypass und/oder durch die Rücklaufleitung geleitet wird. Besonders in der ersten Aufwärmphase wird die abgesteuerte Menge aus den Injektoren je nach Temperatur entweder direkt zum Filter oder zunächst zu dem Wärmetauscher und anschließend zum Filter geleitet.
Eine besonders effiziente Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es vor, dass das Umschaltventil thermisch steuerbar ist. Bei niedrigen Temperaturen fließt der volle, übliche Kühlstrom durch den Wärmetauscher und wird temperiert. Bei hohen Temperaturen dagegen, wird die Bypassverbindung verschlossen oder in ihrer Durchflussmenge begrenzt. Je höher die Kraftstofftemperatur steigt, desto weiter soll der Kühlstrom über die Bypassverbindung bis auf seinen ursprünglichen Maximalwert ansteigen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung besteht darin, dass eine verbesserte Kaltabfahrfähigkeit des Fahrzeuge erreicht wird. Unter dem Begriff einer Kaltabfahrt kann ein Kaltstart des Verbrennungsmotors versanden werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung zu der CO₂-Optimierung mittels eines temperaturabhängigen Volumenstrombegrenzungselementes innerhalb der Pumpe beitragen. Durch das Volumenstrombegrenzungselement kann der Druck des fließenden Kraftstoffs bei Kaltabfahrt angehoben werden und die Kraftstoffmenge bei niedrigen Temperaturen und damit auch CO₂-Ausstoß reduziert werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch, dass das Einspritzsystem ein common-rail-Einspritzsystem ist. Bei common-rail-Einspritzsystemen sind für die einwandfreie Funktion die hohen Raildrucke von großer Bedeutung. Durch die mögliche Versulzung des Kraftstoffsfilters nimmt die Gesamt-Drosselwirkung der Hochdruckpumpe und damit auch der Raildruck ab. Eine sachgerechte Temperierung des Kraftstoffs kann die Versulzung verhindern und die einwandfreie Funktion des common-rail-Einspritzsystems gewährleisten.
Der Wärmetauscher kann fluidgekühlt sein. Eine derartige Vorrichtung ist in der Voranmeldung DE 10 2014 203 915 offenbart. Der Inhalt der Voranmeldung DE 10 2014 203 915 wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die Anmeldung einbezogen. Ein erfindungsgemäßer flüssigkeitsgekühlter Ladeluftkühler dient zur Änderung der Temperatur von Frischgas einer Brennkraftmaschine, wobei das Frischgas der Brennkraftmaschine zugeführt wird, um in Brennräumen der Brennkraftmaschine zusammen mit Kraftstoff als Gemisch verbrannt zu werden. Das Frischgas kann dabei aus der Umgebungsluft der Brennkraftmaschine, aber insbesondere auch aus einer Mischung aus Luft und zurückgeführtem Abgas der Brennkraftmaschine bestehen.
Der Ladeluftkühler umfasst eine oder mehrere Frischgaslagen und eine oder mehrere Wasserlagen, die in der Regel abwechselnd geschichtet angeordnet sind. Die Wasserlagen werden von Kühlwasser durchströmt, während die Frischgaslagen von dem Frischgas durchströmt werden. Hierdurch ist ein Wärmetauscher gebildet, der die Temperatur des Frischgases beeinflusst, in der Regel reduziert. Als Alternative für das Kühlwasser kann ein Fachmann die ihm bekannten und für Ladeluftkühler geeigneten Kühlflüssigkeiten verwenden. Die Lagen können alternativ auch als Schichten oder Layer bezeichnet werden.
Die Lagen erstrecken sich flächig, weisen also eine um ein Vielfaches der Höhe größere Erstreckung in Längen- und Breitenrichtung auf. Üblicherweise sind die Lagen eben ausgebildet und insbesondere als flache Quader geformt und in Höhenrichtung aneinander anliegend gestapelt.
Die Lagen, insbesondere der Lagenstapel, sind in einem Gehäuse aufgenommen, welches die Lagen und die diese durchströmenden Medien von der Umgebung trennen. An einem nach außen weisenden Wandabschnitt des Gehäuses eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers ist unmittelbar oder mittelbar ein Kraftstoffkühler zur Änderung der Temperatur von Kraftstoff, welcher der Brennkraftmaschine zugeführt werden soll, angeordnet. In diesem Zusammenhang ist als nach innen weisend ein Wandabschnitt zu verstehen, dessen Oberfläche in Richtung einer angrenzenden Frischgas- oder Wasserlage zeigt. Dementsprechend ist als nach außen weisend ein Wandabschnitt zu verstehen, dessen Oberfläche von den Frischgas- und Wasserlagen abgekehrt ist, also in Richtung der Umgebung des Ladeluftkühlers zeigt.
Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler ermöglicht somit eine Kühlung von Kraftstoff, indem ein Kraftstoffkühler unmittelbar an dem Ladeluftkühler angeordnet ist und von der Kühlleistung des Ladeluftkühlers partizipiert. Ein aufwendigerer, als selbständiger Einzelkühler ausgebildeter Kraftstoffkühler kann entfallen und kostengünstig sowie bauraumsparend an dem Ladeluftkühler angeordnet werden. Durch die Anordnung des Kraftstoffkühlers an einem nach außen weisenden Wandabschnitt des Gehäuses des Ladeluftkühlers, das heißt außerhalb des Gehäuses des Ladeluftkühlers, ist sichergestellt, dass bei einer ungewöhnlich auftretenden Leckage des Kraftstoffkühlers kein Kraftstoff in eine Frischgaslage des Ladeluftkühlers eindringen kann, da das Gehäuse des Ladeluftkühlers die Frischgaslagen wie beschrieben nach außen abdichtet. Bei einer Integration des Kraftstoffkühlers in das Gehäuse eines Ladeluftkühlers könnte Kraftstoff in eine Frischgaslage des Ladeluftkühlers eintreten, was eine unkontrollierte Zufuhr von Kraftstoff zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine zur Folge hätte.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur des Kraftstoffs erfasst, und wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb eines Schwellenwertes liegt, wird der Kraftstoff in einem Wärmetauscher angewärmt und werden gegebenenfalls die Injektoren abgesteuert. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs oberhalb eines Schwellenwertes liegt, wird der Kraftstoff in dem Wärmetauscher gekühlt. Anschließend kann der Kraftstoff im Einspritzsystem gefördert werden.
Bei einer Kaltabfahrt, beispielweise bei Umgebungstemperaturen von –24°C, ist für die einwandfreie Funktion des Einspritzsystems das Erreichen einer hinreichenden Förderrate der Hochdruckmenge erforderlich. Diese Funktion hängt wiederrum entscheidend vom Vordruck im Triebwerksgehäuse ab. Während der Kaltabfahrt wird der Kraftstofffilter jedoch durch ausgefallene, feste Paraffine des Kraftstoffs, beispielsweise des Dieselkraftstoffs, zugesetzt. Dies führt dazu, dass die durch den Filter strömende Kraftstoffmenge zunächst kontinuierlich abnimmt. Zwar wirken parallel die Erwärmungsmaßnahmen im Kraftstoffversorgungssystem, die den Kraftstofffilter wieder freittauen, jedoch benötigt dieser Vorgang eine gewisse Zeit. Während dieser sogenannten Versulzungsphase des Kraftstofffilters kann nicht der gesamte übliche Kraftstoffvolumenstrom in die Hochdruckpumpe befördert werden. Der versulzte Kraftstofffilter wirkt damit volumenstrombegrenzend. Je nach Gesamt-Drosselwirkung der Hochdruckpumpe kann der erforderliche Vordruck im Triebwerksgehäuse nicht mehr erreicht werden. Die Folge sind Raildruckabweichung und gegebenenfalls der Notlauf beziehungsweise der Ausfall der Brennkraftmaschine. Demgegenüber kann eine erhöhte Kraftstofftemperatur eine Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Haltbarkeit der Kraftstoffpumpe, eine Verschlechterung von Kunststoffen und Elastomeren verursachen und Kohlenwasserstofffilter in der Kraftstoffanlage erfordern. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß der Kraftstoff auf einen unteren Schwellenwert in einem Wärmetauscher angewärmt, wenn die Temperatur des Kraftstoffes unterhalb des unteren Schwellenwertes liegt. Damit kann während der Kaltabfahrt die Raildruckabweichung sowie der Notlauf der Brennkraftmaschine vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die nicht eingespritzte Menge des Kraftstoffs aus dem Einspritzsystem über eine Bypassleitung an dem Wärmetauscher wenigstens teilweise vorbeigeleitet.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Kraftstoffs in der Rücklaufleitung erfasst und wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb oder oberhalb des Schwellenwertes liegt, wird der Kraftstoff durch das Umschaltventil in den Wärmetauscher geleitet und/oder wenn die Temperatur des Kraftstoffs den Schwellenwert aufweist, wird der Kraftstoff in den Wärmetauscher geleitet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff, und
2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Förderung von Kraftstoff.
In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff schematisch dargestellt. Das fahrzeugeigene Kraftstoffversorgungssystem besteht regelmäßig aus einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffleitungssystem, zumindest einem Kraftstofffilter 12 stromab nach einer Niederdruckpumpe 10, einer über die Kraftstoffleitung verbundenen Hochdruckpumpe 9 für ein Einspritzsystem 11 der Brennkraftmaschine sowie einer an das Einspritzsystem 11 anschließenden Rücklaufleitung 6, die stromab nach der Niederdruckpumpe 10 an die Kraftstoffleitung anschließt. Das Einspritzsystem 11 kann ein common-rail-Einspritzsystem sein. Die Brennkraftmaschine kann ein Dieselmotor sein. Zwischen der Niederdruckpumpe 10 und dem Kraftstofffilter 12 stromab ist ein Wärmetauscher 3 angeordnet. Um den Wärmetauscher 3 befindet sich eine Bypassleitung 5. In der Rücklaufleitung 6 ist ein Umschaltventil 4 derart angeordnet, dass der Kraftstoff durch die Bypassleitung 5 und/oder durch die Rücklaufleitung 6 geleitet wird. Die Richtung des Kraftstoffflusses 2 ist in der 1 dargestellt. Grundsätzlich wird der Kraftstoff von einem Kraftstofftank 1 über die Niederdruckpumpe 10 zum Einspritzsystem 11 gefördert. Bevor der Kraftstoff zum Einspritzsystem 11 gelangen kann, wird er durch den Wärmetauscher 3, den Kraftstofffilter 12 und anschließend die Hochdruckpumpe 9 geführt. Die Menge des Kraftstoffs die durch das Einspritzsystem 11 mit den Injektoren 8 nicht eingespritzt wurde, gelangt in die Rücklaufleitung 6. Das Umschaltventil 4 in der Rücklaufleitung 6 verzweigt die Rücklaufleitung 6 in die Bypassleitung 5 um den Wärmetauscher 3 und in die Rücklaufleitung 6 zum Wärmetauscher 3.
In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Im Schritt 13 wird die Temperatur des Kraftstoffs erfasst. Das Ergebnis der Erfassung wird in dem Schritt 14 mit einem unteren oder oberen Schwellenwert verglichen. Bei der Überschreitung des oberen Schwellenwertes erfolgt im Schritt 15 eine Kühlung des Kraftstoffs in dem Wärmetauscher. Bei der Unterschreitung des unteren Schwellenwertes erfolgt im Schritt 16 das Anwärmen des Kraftstoffs in dem Wärmetauscher und/oder anwärmen des Kraftstoffs durch eine erhöhte Absteuermenge im Rail. Bei Einhaltung der Schwellenwerte wird der Kraftstoff im Schritt 17 durch die Bypassleitung an dem Wärmetauscher vorbeigeleitet und keine Temperierung des Kraftstoffs erfolgt. Anschließend erfolgt im Schritt 18 eine Förderung des temperierten Kraftstoffs zum Einspritzsystem.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstofftank
2: Richtung des Kraftstoffflusses
3: Wärmetauscher
4: Umschaltventil
5: Bypassleitung
6: Rücklaufleitung
7: Kraftstoffrail
8: Injektor
9: Hochdruckpumpe
10: Niederdruckpumpe
11: Einspritzsystem
12: Kraftstofffilter
13: Erfassen der Temperatur des Kraftstoffs
14: Vergleichen der Temperatur des Kraftstoffs mit einem unteren oder oberen Schwellenwert
15: Kühlen des Kraftstoffs in dem Wärmetauscher
16: Anwärmen des Kraftstoffs in dem Wärmetauscher
17: Vorbeileiten des Kraftstoffs durch die Bypassleitung an dem Wärmetauscher
18: Fördern des temperierten Kraftstoffs zum Einspritzsystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10232514 A1 [0003]
DE 102014203915 [0012, 0012]

Claims

Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für ein Einspritzsystem (11) einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffleitungssystem, zumindest einem Kraftstofffilter (12) stromab nach einer Niederdruckpumpe (10), einer über die Kraftstoffleitung verbundenen Hochdruckpumpe (9) für ein Einspritzsystem (11) der Brennkraftmaschine sowie einer an das Einspritzsystem (11) anschließenden Rücklaufleitung (6), die stromab nach der Niederdruckpumpe (10) an die Kraftstoffleitung anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Niederdruckpumpe (10) und dem zumindest einem Kraftstofffilter (12) stromab ein Wärmetauscher (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffkühlsystem eine Bypassleitung (5) um den Wärmetauscher (3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (6) ein Umschaltventil (4) derart angeordnet ist, dass der Kraftstoff durch die Bypassleitung (5) und/oder durch die Rücklaufleitung (6) geleitet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (4) thermisch steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem (11) ein common-rail-Einspritzsystem ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen fluidgekühlten Wärmetauscher (3) aufweist.
Verfahren zur Förderung von Kraftstoff in einem Einspritzsystem mit folgenden Schritten: – Erfassen einer Temperatur des Kraftstoffs (13), – Anwärmen des Kraftstoffs in einem Wärmetauscher (16), wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb eines unteren Schwellenwertes liegt (14), und/oder – Kühlen des Kraftstoffs in dem Wärmetauscher (15), wenn die Temperatur des Kraftstoffs oberhalb eines oberen Schwellenwertes liegt (14), – Fördern des Kraftstoffs im Einspritzsystem (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
Verfahren zur Förderung von Kraftstoff in einem Einspritzsystem (11) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer Kaltstartphase betrieben und der Kraftstoff mindestens auf einen unteren Schwellenwert in einem Wärmetauscher (3) angewärmt wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb des unteren Schwellenwertes liegt.
Verfahren zur Förderung von Kraftstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht eingespritzte Menge des Kraftstoffs aus dem Einspritzsystem (11) über eine Bypassleitung (5) an dem Wärmetauscher (3) wenigstens teilweise vorbeigeleitet wird.
Verfahren zur Förderung von Kraftstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kraftstoffs in der Rücklaufleitung (6) erfasst wird und wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb oder oberhalb des Schwellenwertes liegt, der Kraftstoff durch das Umschaltventil (4) in den Wärmetauscher (3) geleitet und/oder wenn der Kraftstoff den Schwellenwert aufweist, in den Wärmetauscher (3) geleitet wird.