DE102017203980A1

DE102017203980A1 - Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank

Info

Publication number: DE102017203980A1
Application number: DE102017203980.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schnittger; Markus Viereck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-09-13
Also published as: CN110392780B; WO2018162187A1; CN110392780A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank (1), der in mindestens einen flüssigen Kraftstoff (2) enthaltenen Haupttankbereich (3) zur Bevorratung des Kraftstoffes (2) und einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich (5) zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung unterteilt ist, aus dem eine Kraftstoffförderpumpe (6) Kraftstoff (2') für einen Verbrennungsmotor (7) ansaugt, wobei im Kraftstofftank (1) Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs (5) mit aus dem Haupttankbereich (3) stammenden Kraftstoff (2) über eine Umfüllleitung (9) angeordnet sind, wobei die Umpumpmittel eine von der Strömungsenergie des sich im Kraftstofftank (1) aufgrund der hierauf einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte angetriebenen Pumpeinheit (10; 10‘; 10‘‘; 10‘‘‘) umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank, der in mindestens einen flüssigen Kraftstoff enthaltenen Haupttankbereich zur Bevorratung des Kraftstoffs und einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung unterteilt ist, aus dem eine Kraftstoffförderpumpe Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor ansaugt, wobei im Kraftstofftank Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs mit aus dem Haupttankbereich stammenden Kraftstoff über eine Umfüllleitung angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, der mit einer solchen Kraftstoffzuführeinrichtung ausgestattet ist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik, konkret auf die Verbrennungsmotortechnik. Verbrennungsmotoren werden üblicherweise mit einem Kraftstoff betrieben, der in einem zugeordneten Kraftstofftank bevorratet ist. Es ist auch denkbar, die erfindungsgemäße Lösung im Zusammenhang mit nicht-fahrzeuggebundenen, Verbrennungsmotoren einzusetzen. Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung nicht auf die Verwendung in Zusammenhang mit herkömmlichen Kraftstoffen, wie Benzin oder Dieselkraftstoff, geeignet, sondern kann insbesondere auch im Zusammenhang mit verflüssigtem Gas, sogenanntem Naturalgas (Erdgas), eingesetzt werden, das in hierfür geeignete hinreichend druckfeste und isolierte Kraftstofftanks bevorratet wird. Dieser spezielle Kraftstoff dient beispielsweise zur Direkteinblasung in den Brennraum eines Verbrennungsmotors und einer Zündung des so erzeugten Gas-Luft-Gemischs mit Hilfe von Dieselkraftstoff oder dergleichen. Als Naturalgas kommt insbesondere Erdgas zur Verwendung. Diese Art der Verbrennung zeichnet sich durch eine geringe CO2-Emission sowie einen geringen Kraftstoffaufwand aus.
Der Kraftstoff Naturalgas, wie beispielsweise Methan, wird in flüssiger Form im Kraftstofftank bevorratet, wobei sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gasförmiges Naturalgas befindet. Der Tankdruck beträgt für Methan üblicherweise zirka 3 bis 15 bar. Die Temperaturen im Tank liegen im Bereich von minus 162° Celsius bis minus 110° Celsius. Aus diesen Gründen hat insbesondere eine Kraftstoffzuführeinrichtung für verflüssigtes Naturalgas als Kraftstoff besondere Anforderungen zu erfüllen, welche von der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
Die DE 10 2011 011167 A1 offenbart eine gattungsgemäße Kraftstoffzuführeinrichtung, welche allerdings für herkömmliche Kraftstoffe konzipiert ist. Die Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst einen Kraftstofftank, eine in einem Förder- oder Schwalltopf angeordnete Kraftstoffförderpumpe, eine Saugstrahlpumpe zur Förderung von Kraftstoff in den Förder- oder Schwalltopf sowie Mittel zur Steuerung der Kraftstoffförderung durch die Saugstrahlpumpe, um einerseits den Energieverbrauch durch die Förderung von Kraftstoff in den Förder- oder Schwalltopf zu verringern, andererseits jedoch auch in dynamischen Fahrzuständen immer eine Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff sicherzustellen. Hierfür ist als Steuermittel ein im Förder- oder Schwalltopf angeordnetes Steuerventil vorgesehen, dass die Kraftstoffförderung in Abhängigkeit vom Kraftstoffpegel im Förder- oder Schwalltopf steuert.
Bei dieser technischen Lösung bildet der Förder- oder Schwalltopf einen vom Haupttankbereich abgegrenzten Vorfüllbereich des Kraftstofftanks, welcher durch die Saugstrahlpumpe auf einen hohen Füllstand gehalten wird, um eine unterbrechungsfreie Pumpenversorgung der Kraftstoffförderpumpe mit Kraftstoff für den Verbrennungsmotor sicherzustellen. Ansonsten würde ein niedriger Füllstand an Kraftstoff im Kraftstofftank dazu führen, dass insbesondere bei starken Fahrzeugneigungen oder Beschleunigungsphasen der Flüssigkeitsspiegel an Kraftstoff nicht mehr weit genug oberhalb des Ansaugstutzens der Kraftstoffförderpumpe liegt, so dass die notwendige Zulaufhöhe zur Kraftstoffförderpumpe unterschritten wird. Der hier als Förder- oder Schwalltopf ausgebildete Vorfüllbereich des Kraftstofftanks vermeidet diesen Nachteil. Allerdings erfordert die Verrohrung der Saugstrahlpumpe zur Erzeugung des Förderstroms der Saugstrahlpumpe sowie die zur Steuerung erforderliche Ventiltechnik einen recht hohen Bauteilaufwand. Andererseits kann nicht unter allen Umständen sichergestellt werden, dass die an sich recht robuste Saugstrahlpumpe auch für sehr niedrige Temperaturbereiche bei Kraftstofftanks für Naturalgas zuverlässig arbeitet, insbesondere unter siedenden Bedingungen. Ferner besitzt eine Saugstrahlpumpe prinzipbedingt einen relativ schlechten Wirkungsgrad.
Daneben gehen aus dem allgemein bekannten Stand der Technik auch technische Lösungen hervor, bei denen das Umpumpen von flüssigem Kraftstoff aus einem Haupttankbereich in einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich eines Kraftstofftanks mit einer elektrisch angetriebenen Tankpumpe durchgeführt wird. Dabei kann der elektrische Antrieb der Tankpumpe, meist ein Elektromotor, sowohl innerhalb des Kraftstofftanks als auch außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein. Ersterenfalls ist eine sichere elektrische Verbindung in den Kraftstofftank hineinzuführen; letzterenfalls sind die Komponenten Motor und Pumpe mit einer Drehdurchführung durch die Kraftstofftankwandung miteinander zu verbinden. All diese hieraus resultierenden baulichen Erfordernisse erhöhen den technischen Aufwand entsprechend.
Ferner gehen aus dem allgemein bekannten Stand der Technik auch robuste rein mechanische Lösungen zur Befüllung eines Vorfüllbereichs eines Kraftstofftanks hervor, welche sich beispielsweise eines Rückschlagventils, vorzugsweise einer Schwenkklappe bedienen, welche in die Trennwand zwischen Haupttankbereich und Vorfüllbereich des Kraftstofftanks eingesetzt ist und nur in Fließrichtung zum Vorfüllbereich hin einen Durchlass öffnet. Der Wirkungsgrad derartiger Systeme ist jedoch recht gering, insbesondere können hiermit keine hohen Füllstände im Vorfüllbereich gegenüber dem Haupttankbereich des Kraftstofftanks erzielt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffzuführeinrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit geringem technischen Aufwand eine zuverlässige Befüllung eines Vorfüllbereichs eines Kraftstofftanks mit einem hohen Füllstand ermöglicht wird, wobei diese technische Lösung insbesondere für Naturalgastanks als Kraftstofftanks geeignet ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Kraftstoffzuführeinrichtung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines die Kraftzuführeinrichtung umfassenden Kraftstoffversorgungssystems wird auf Anspruch 14 verwiesen. In abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass als Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs eines Kraftstofftanks eine von der Strömungsenergie des sich im Kraftstofftank aufgrund der hierauf im Fahrbetrieb einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte angetriebene Pumpeinheit vorgesehen ist.
Als Pumpeinheit wird hierbei ein fluidtechnisches Aggregat verstanden, welches einen durch den Antrieb variierbaren inneren Pumpenraum aufweist, der nach dem Pumpprinzip betrieben wird. Mit anderen Worten bietet die Erfindung eine technische Lehre an, womit der Vorfüllbereich eines Kraftstofftanks mittels einer passiv ausgestalteten Flüssigkeitspumpe befüllt wird, die also nur durch Nutzung der vom bewegenden Kraftstoff ausgehenden Strömungs- und Trägheitskräften angetrieben wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass diese ohne äußere Energiezuführung in den Kraftstofftank hinein auskommt. Der rein mechanische Aufbau funktioniert selbst bei sehr niedrigen Betriebstemperaturen in Verbindung mit hohen Betriebsdrücken. Zudem wird keine signifikante Verlustwärme den Tankdruck erhöhen. Wegen der Anwendung des Pumpprinzips können durch die Erzeugung von Überdrücken gegenüber der Umgebung hohe Füllstände im Vorfüllbereich des Kraftstofftanks erzeugt werden. Der stetig durch Nutzung von Steigungs- und Gefälleabschnitten oder Beschleunigungskräften während des Fahrzeugbetriebs befüllte Vorfüllbereich ermöglicht über einen längeren Zeitraum optimale Zulaufbedingungen für eine unterbrechungsfreie Pumpenversorgung der Kraftstoffförderpumpe, welche am Vorfüllbereich des Kraftstofftanks angeschlossen ist oder auch hierin angeordnet sein kann. Ein Abreißen der Pumpenförderung aufgrund eines trägheitsbedingten Zurückschwappens von Kraftstoff im Kraftstofftank wird wirkungsvoll verhindert. Hierdurch vergrößert sich das nutzbare Tankvolumen und damit die vom Kraftfahrzeug bewältigbare Reichweite.
Vorzugsweise weist die Pumpeinheit ein Rückschlagventil als Einlassventil auf, über welches der Kraftstoff aus dem Haupttankbereich in die Pumpeinheit hinein gelangt. Das Rückschlagventil kann beispielsweise als Klappenventil, Kugelventil, Tellerventil oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise arbeitet das Rückschlagventil ausschließlich druckdifferenzgesteuert; es kommt als ohne integrierte Rückstellfeder aus.
Die erfindungsgemäße Pumpeinheit lässt sich vorzugsweise gemäß der folgenden bevorzugten Ausführungsformen realisieren:
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpeinheit nach Art einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, deren Kolben direkt von der Strömungsenergie des Kraftstoffs beaufschlagt ist. Hierfür wirkt die Strömungsenergie des Kraftstoffs auf die Kolbenaußenseite und bewirkt damit eine Verringerung des Volumens des Pumpenraums, wodurch sich ein Überdruck einstellt, welcher die Kraftstoffförderung in den Vorfüllbereich gewährleistet. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ein besonders einfachen Aufbau mit wenigen Bauelementen aus.
Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpeinheit zwar ebenfalls nach Art einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, der Kolben wird jedoch mit einem druckübersetzenden Vorschaltkolben verbunden, der eine größere Kolbenfläche aufweist, als der pumpende Kolben innerhalb des Zylinders, und der von der Strömungsenergie des Kraftstoffs beaufschlagt ist. Gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform wird hierdurch ein höherer Wirkungsgrad der Pumpeinheit mit einfachen technischen Mitteln erzielt. Ein recht geringer Betrag an Strömungsenergie reicht bei dieser zweiten Ausführungsform also aus, um die Pumpeinheit anzutreiben. Die erreichbare Förderhöhe kann hiermit zudem vergrößert werden.
Gemäß einer die erfindungsgemäße Pumpeinheit nach der ersten und zweiten Ausführungsform verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Kolben von einer Rückstellfeder zur Rückstellung desselben entgegen der Hauptwirkungsfläche und der Strömungsenergie beaufschlagt wird. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Pumpeinheit vergrößert, da eine Kolbenrückstellung nicht abhängig ist von einer entgegen der Hauptwirkungsfläche und der Pumpeinheit vorhandenen Strömungsenergie.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Pumpeinheit einen volumenvariablen Pumpenraum mit einem von einem elastischen Bandbereich umgebenden starren Randbereich aufweist, an dem eine sich in den Kraftstofftank hineinerstreckende Pendelmasse angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform der Pumpeneinheit kann auf relativ zueinander bewegbare Bauteile, welche gegeneinander dynamisch abzudichten sind, vollständig verzichtet werden. Daher zeichnet sich diese Ausführungsform durch einen besonders robusten Aufbau aus. Der starre Wandbereich kann als eine Art Deckel ausgebildet sein, der von einem elastomeren Ringscheibenbereich umgeben ist, welcher wiederum außenradial an einer starren Gehäusewandung eines Pumpengehäuses angebracht ist. Eine solche Baueinheit kann beispielsweise spritzgießtechnisch erzeugt werden.
Gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Pumpeinheit einen vertikal im Kraftstofftank angeordneten Zylinder umfasst, dessen zugeordneter Kolben nach Art eines Schwimmkolbens ausgebildet ist, welcher durch die vertikale Bewegung des Kraftstoffs in Folge der Fahrzeugbewegung beaufschlagt ist. Der Schwimmkolben ist dabei aus einem kraftstoffresistenten Schwimmermaterial herzustellen oder kann als hohler Metall- oder Kunststoffkörper ausgeführt werden. Seitens des Zylinders ist vorzugsweise eine obere Endlagenbegrenzung vorzusehen, damit der Kolben entlang des Zylinderhubs geführt bleibt.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die an die Pumpeinheit angeschlossene Umfüllleitung zwischen dem Haupttankbereich und dem Vorfüllbereich des Kraftstofftanks als eine tankinnen verlaufend angeordnete Leitung oder als ein tankinnenseitig am Kraftstofftank angeformter Kanal ausgebildet ist. Ersterenfalls kann die Umfüllleitung als Kunststoffrohrleitung ausgebildet werden, welche durch den Tankinnenraum hindurch verläuft. Letzterenfalls wird die Umfüllleitung durch einen vorzugsweise bei der Herstellung des Kraftstofftanks erzeugten Kanalzug realisiert, welcher vorteilhafterweise tankbodenseitig angeordnet ist.
Die Abgrenzung des Vorfüllbereichs des Kraftstofftanks vom Haupttankbereich kann in einfacher Weise mittels einer dazwischen angeordneten Schwallwand erfolgen, welche sich ebenfalls urformtechnisch bei der Herstellung des Kraftstofftanks ausbilden lässt. Vorzugsweise erstreckt sich die Schwallwand vom Boden des Kraftstofftanks ausgehend und an die angrenzenden Seitenflächen anschließend in Richtung Tankinnenraum und wahrt mit einer distalen Wandkante gegenüber der Decke des Kraftstofftanks einen Abstand A.
Zur Überwindung der Wandhöhe wird vorgeschlagen, die Umfüllleitung als Steigleitung auszubilden, um den Kraftstoff ausgehend von der Pumpeneinheit, die im Haupttankbereich des Kraftstofftanks angeordnet ist, über die Wandkante hinweg in den Vorfüllbereich zu transportieren. Eine solche einfache Steigleitung verhindert außerdem ein Rückfließen von Kraftstoff in den Pumpenraum in hinreichender Weise.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Figurenliste
Es zeigt:

Figur la eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Anfangszustand,
1b eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Endzustand,
2a eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem Anfangszustand,
2b eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem Endzustand,
3 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und
4 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Figur la beinhaltet ein Kraftstofftank 1 für flüssigen Kraftstoff 2, 2' einen Haupttankbereich 3 sowie einen hiervon durch eine Schwallwand 4 abgetrennten Vorfüllbereich 5. Der Vorfüllbereich 5 besitzt gegenüber dem Haupttankbereich 3 ein geringeres Volumen und dient der Bevorratung des Kraftstoffs 2' zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung. Hierfür ist eine Kraftstoffförderpumpe 6 bodenseitig am Vorfüllbereich 5 des Kraftstofftanks 1 angeschlossen. Die Kraftstoffförderpumpe 6 transportiert den angesaugten Kraftstoff 2' zu einem nachgeschalteten Verbrennungsmotor 7 zum Antrieb eines - nicht weiter dargestellten - Kraftfahrzeuges.
Die Kraftstoffförderpumpe 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor 8 angetrieben, der sich - wie auch die Kraftstoffförderpumpe 6 - außerhalb des Kraftstofftanks 1 befindet.
Zur Befüllung des Vorfüllbereichs 5 des Kraftstofftanks 1 dient eine Umfüllleitung 9, die in diesem Ausführungsbeispiel als eine Steigleitung ausgebildet ist und den Kraftstoff 2 von einer hydraulischen Pumpeinheit 10 über die obere Wandkante der Schwallwand 4 hinweg in den Vorfüllbereich 5 umpumpt.
Die bodenseitig des Kraftstofftanks 1 im Haupttankbereich 3 angeordnete hydraulische Pumpeinheit 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nach Art einer Kolben 11- Zylinder 12- Einheit ausgebildet. Der Kolben 11 der Pumpeinheit 10 ist hierbei direkt von der Strömungsenergie des Kraftstoffs 2 beaufschlagt, welche aus den hierauf von außen her einwirkenden Beschleunigungskräften resultiert, die durch die Fahrzeugbewegung entsteht, beispielsweise Beschleunigung/Verzögerung und Steigungsfahrt/Gefällefahrt. Dies bewirkt ein hin- und herschwappen des Kraftstoffs 2, 2' im Kraftstofftank 1, woraus die mechanische Betätigungsenergie für den Kolben 11 gewonnen wird.
Die Pumpeinheit 10 ist ferner mit einem Rückschlagventil 13 als Einlassventil ausgestattet, über welches der Kraftstoff 2 aus dem Haupttankbereich 3 in den Innenraum der Pumpeinheit 10 gelangt. In Folge einer von außen aufgrund der vorstehend beschriebenen Ereignisse induzierten Beschleunigung nach rechts zuzüglich der Bilddarstellung (Pfeil) schwappt der im Haupttankbereich 3 enthaltene Kraftstoff 2 sowie auch der im Vorfüllbereich 5 enthaltene Kraftstoff 2' in der Bilddarstellung nach links und damit gegen den Kolben 11 der Pumpeinheit 10. Der innerhalb der Pumpeinheit 10 durch das Rückschlagventil 13 eingeschlossene Volumen an Kraftstoff 2 wird durch die auf den Kolben 11 wirkende Trägheitskraft unter Druck gesetzt. Bei ausreichend hohem Druck im Zylinder 12 der Pumpeinheit 10 wird der Kraftstoff 2 über die Umfüllleitung 9 in den Vorfüllbereich 5 des Kraftstofftanks 1 gefördert. Der Kolben 11 der Pumpeinheit 10 bewegt sich dabei entsprechend in der Bilddarstellung nach links (Pfeil).
Bei einer in 1b illustrierten von außen in der Bildstellung nach links einwirkenden Beschleunigung (Pfeil) schwappt der Kraftstoff 2 und 2' aufgrund der Trägheit in der Bilddarstellung nach rechts. Mittig der Strömungskräfte und unterstützt durch eine schwache Rückstellfeder 14, die in den Zylinder 12 der Pumpeinheit 10 untergebracht ist und innenseitig am Kolben 11 zur Anlage kommt, wird dieser zurückgestellt. Somit kann Kraftstoff 2 aus dem Haupttankbereich 3 wieder über das Rückstellventil 13 in die Pumpeinheit 10 einströmen. Mit Herstellung dieser Pumpbereitschaft kann ein neuer Pumpzyklus beginnen.
Die übrigen nicht bezeichneten Bauteile entsprechen den Bauteilen der vorrandstehenden Figur la, was sinngemäß auch für die nachfolgende Figurenbeschreibung gilt.
Die Ausführungsform nach 2a unterscheidet sich von der vorstehend detaillierten beschriebenen Ausführungsform dahingehend, dass die Kolben-Zylinder- Einheit mit dem Zylinder 12 und einen pumpenden Kolben 11 umfasst, der mit einem druckübersetzenden Vorschaltkolben 15 verbunden ist. Der Vorschaltkolben 15 weist gegenüber dem pumpenden Kolben 11 eine größere Kolbenfläche auf. Diese wird von der Strömungsenergie des Kraftstoffs 2 beaufschlagt.
Bei der darstellten äußeren Beschleunigung nach rechts schwappt der Kraftstoff 2 aufgrund der Trägheit nach bildseitig links gegen die Außenseite des Vorschaltkolbens 15 (Pfeil). Der hiermit axial beabstandet verbundene kleinere pumpende Kolben 11 wird durch die auf den Vorschaltkolben 15 wirkende Trägheitskraft unter Druck gesetzt. Bei ausreichend hohem Druck wird der Kraftstoff 2 über die Umfüllleitung 9 vom Haupttankbereich 3 in den Vorfüllbereich 5 gefördert. Das Rückschlagventil 13 ist hierbei geschlossen.
Mit Hinblick auf 2b schwappt der Kraftstoff 2 und 2' im Haupttankbereich 3 bzw. im Vorfüllbereich 5 bildseitig nach rechts in Folge einer äußeren Beschleunigung nach bildseitig links (Pfeil). Hierbei drückt der Kraftstoff 2 gegen die Innenseite des Vorschaltkolbens 15 und fügt diesen nach bildseitig rechts. Zusätzlich dient eine Rückstellfeder 14 der Rückstellung des Kolbens 11 sowie den damit gekoppelten Vorschaltkolben 15.
Im Zylinder 12 der Pumpeinheit 10' fällt der Druck durch die Rückstellung des Kolbens 11 ab. Dadurch kann das Rückschlagventil 13 wieder Kraftstoff in den Innenraum des Zylinders 12 ansaugen, was zur Rückbefüllung der Pumpeinheit 10' führt.
Bei dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel weist die Pumpeneinheit 10" einen volumenvariablen Pumpenraum 16 auf, der dadurch erzeugt wird, indem ein deckelförmiger starrer Wandbereich 17 des Pumpengehäuses 18 von einem ringscheibenförmigen elastischen Wandbereich 19 umgeben ist. Orthogonal an dem starren Wandbereich 17 ist eine Pendelstange 20 befestigt, die an ihrem distalen Ende eine Pendelmasse 21 aufweist. Bewegt sich die Pendelmasse 21 aufgrund der auf den Kraftstofftank 1 einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte, so verändert die zugeordnete Bewegung des starren Wandbereichs 17 das Volumen des Pumpenraums 16, wodurch eine Pumpwirkung erzielt wird. Bei relativer Volumenvergrößerung gelangt Kraftstoff 2 aus dem Haupttankbereich 3 über das einlassseitige Rückschlagventil 13' in den Pumpraum 16. Bei relativer Volumenverringerung entsteht im Pumpraum 16 ein Überdruck, wodurch der sich hierin befindlichen Kraftstoff 2 über ein auslassseitiges Rückschlagventil 22 und durch einen Kanal 9' als Umfüllleitung in Richtung Vorfüllbereich 5 gelangt (Pfeil).
Gemäß des in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiels umfasst eine Pumpeinheit 10‘‘‘ einen vertikal im Haupttankbereich 3 des Kraftstofftanks 1 angeordneten Zylinder 12'. Der dem sich vom Boden des Kraftstofftanks 1 vertikal in den Innenraum des Kraftstofftanks 1 erstreckende topfförmige Zylinder 12‘ wirkt mit einem Kolben 11' zusammen, welcher nach Art eines Schwimmkolbens ausgebildet ist und insofern auf der Oberfläche des Kraftstoffs 2 im Haupttankbereich 3 aufschwimmt. Durch die vertikale Bewegung des Kraftstoffs 2 aufgrund der Fahrzeugbewegung erzeugt die Pumpeinheit 10‘‘‘ eine Pumpwirkung, so das Kraftstoff 2 über das einlassseitige Rückschlagventil 13" in das Innere des Zylinders 12' gelangt. Bei einer Abwärtsbewegung des schwimmenden Kolbens 11' wird ein Druck auf den angesaugten Kraftstoff 2 ausgeübt, so dass dieser das auslassseitige Rückschlagventil 9" verlässt und über den Kanal 9' in den Vorfüllbereich 5 gelangt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vier vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die als Umpumpmittel dienende Pumpeinheit, auf welche die äußeren Beschleunigungskräfte zwecks Antrieb einwirken, auch durch andere als Alternativen bekannte mechanische Antriebsmittel zu betreiben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011011167 A1 [0004]

Claims

Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank (1), der in mindestens einen flüssigen Kraftstoff (2) enthaltenen Haupttankbereich (3) zur Bevorratung des Kraftstoffes (2) und einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich (5) zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung unterteilt ist, aus dem eine Kraftstoffförderpumpe (6) Kraftstoff (2') für einen Verbrennungsmotor (7) ansaugt, wobei im Kraftstofftank (1) Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs (5) mit aus dem Haupttankbereich (3) stammenden Kraftstoff (2) über eine Umfüllleitung (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umpumpmittel eine von der Strömungsenergie des sich im Kraftstofftank (1) aufgrund der hierauf einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte angetriebenen Pumpeinheit (10; 10‘; 10‘‘; 10‘‘‘) umfassen.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10; 10') ein Rückschlagventil (13) als Einlassventil umfasst, über welches der Kraftstoff (2) aus dem Haupttankbereich (3) in die Pumpeinheit (10; 10') gelangt.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10) nach Art einer Kolben (11) -Zylinder (12) -Einheit ausgebildet ist, deren Kolben (11) direkt von der Strömungsenergie des Kraftstoffes (2) beaufschlagt ist.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10') nach Art einer Kolben (11) -Zylinder (12) -Einheit ausgebildet ist, deren Kolben (11) mit einem druckübersetzenden Vorschaltkolben (15) verbunden ist, der eine größere Kolbenfläche aufweist als der pumpende Kolben (11), und der von der Strömungsenergie des Kraftstoffes (2) beaufschlagt ist.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (11) von einer Rückstellfeder (14) zur Rückstellung desselben entgegen der Hauptwirkungsrichtung der Strömungsenergie beaufschlagt ist.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10") einen volumenvariablen Pumpenraum (16) mit einem von einem elastischen Wandbereich (19) umgebenden starren Wandbereich (17) aufweist, an dem eine sich in den Kraftstofftank (1) hinein erstreckende Pendelmasse (21) angebracht ist.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10‘‘‘) einen vertikal im Kraftstofftank (1) angeordneten Zylinder (12') umfasst, dessen zugeordneter Kolben (11') nach Art eines Schwimmkolbens ausgebildet ist, der durch die vertikale Bewegung des Kraftstoffs (2) beaufschlagt ist.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Pumpeinheit (10; 10‘; 10‘‘; 10‘‘‘) angeschlossene Umfüllleitung (9; 9') als eine tankinnen verlaufend angeordnete Umfüllleitung (9) oder als ein tankinnenseitig am Kraftstofftank (1) angeformter Kanal (9') ausgebildet ist.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgrenzung des Vorfüllbereichs (5) des Kraftstofftanks (1) vom Haupttankbereich (3) mittels eines eingesetzten topfförmigen Gefäßes oder einer dazwischen angeordneten Schwallwand (4) erfolgt.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwallwand (4) sich vom Boden des Kraftstofftanks (1) ausgehend und an die angrenzenden Seiten anschließend in Richtung Tankinnenraum erstreckt und mit einer distalen oberen Wandkante gegenüber der Decke des Kraftstofftanks (1) einen Abstand (A) wahrt.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfüllleitung (9) als Steigleitung ausgebildet ist, um den Kraftstoff (2) ausgehend von der Pumpeinheit (10) über die obere Wandkante der Schwallwand (4) hinweg in den Vorfüllbereich (5) zu überführen.
Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfüllbereich (5) ein kleineres Aufnahmevolumen an Kraftstoff (2') umfasst, als der Haupttankbereich (3).
Kraftstoffzuführeinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofftank (1) sowie zumindest die diesem zugeordnete Kraftstoffförderpumpe (6) zur Kraftstoffspeicherung bzw. - zuführung von Kraftstoff (2, 2') in Form von verflüssigtem Gas, insbesondere Naturalgas, ausgebildet sind.
Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor (7) eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.