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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Dieselkraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Dieselkraftfahrzeug, welches ein derartiges Kraftstofffördersystem aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems eines derartigen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Dieselkraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren weisen einen Kraftstofftank sowie einen Verbrennungsmotor auf. Zum Fördern des im Kraftstofftank vorhandenen Kraftstoffs in eine erste Förderrichtung zum Verbrennungsmotor, sind Kraftstofftank und Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffförderleitung fluidkommunizierend miteinander gekoppelt. Der Kraftstofftank ist aus sicherheitstechnischen sowie fahrdynamischen Gründen regelmäßig an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet, während der Verbrennungsmotor meist auf einem höheren Niveau am Kraftfahrzeug angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor weist somit eine höhere relative Lage zum Kraftstofftank auf. Ein sich hieraus ergebenes Gefälle wirkt in eine zweite Förderrichtung, welche der ersten Förderrichtung, die zum Betreiben des Verbrennungsmotors erforderlich ist, entgegengesetzt ist. Aus diesem Grund sowie zur Bereitstellung des Kraftstoffs am Verbrennungsmotor unter einem vorgegebenen Kraftstoffdruck, weisen Kraftfahrzeuge eine Kraftstofffördervorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in die erste Förderrichtung auf.
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Im Falle eines Fahrzeugcrashs, bei dem das Kraftfahrzeug auf das Fahrzeugdach oder auf eine Fahrzeugseite gekippt und die Kraftstoffförderleitung in einem Bereich zwischen dem Verbrennungsmotor und der Kraftstofffördervorrichtung beschädigt oder abgelöst ist, droht ein unkontrolliertes Auslaufen des Kraftstofftanks aufgrund einer nunmehr höheren relativen Lage des Kraftstofftanks zum Verbrennungsmotor. Um dieses zu vermeiden, weisen viele Kraftstofffördervorrichtungen ein spezielles Rückschlagventil auf, welches einen Kraftstoffstrom in die zweite Förderrichtung automatisch sperrt und einen Kraftstoffstrom in die erste Förderrichtung erst nach Überwinden eines Mindestdrucks des Kraftstoffes zulässt. Der hydrostatische Druck eines voll befüllten Kraftstofftanks bei einem auf dem Fahrzeugdach liegenden Kraftfahrzeugs reicht zum Freigeben des Rückschlagventils nicht aus.
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Zur Gewährleistung dieser Funktionen weisen derartige Rückschlagventile ein Verschlusselement auf, welches mittels einer Feder, wie z.B. einer Zugfeder oder einer Druckfeder, in Richtung einer Durchflussöffnung des Rückschlagventils gezogen bzw. gedrückt wird. Bei unbelastetem Rückschlagventil wird das Verschlusselement gegen die Durchflussöffnung gezogen bzw. gedrückt, so dass diese verschlossen und ein Fluidstrom durch das Rückschlagventil unterbunden wird. Ein Fluidstrom in Sperrrichtung des Rückschlagventils hat den Effekt, dass dieser das Verschlusselement gegen die Durchflussöffnung drückt und somit das Rückschlagventil verschließt bzw. verschlossen hält. Die Sperrrichtung des Rückschlagventils entspricht der zweiten Förderrichtung. In beiden Fällen ist das Verschlusselement des Rückschlagventils in einer Verschlussstellung angeordnet. Durch einen von der Kraftstofffördervorrichtung erzeugten Kraftstoffdruck ist das Verschlusselement derart gegen die Federkraft der Feder bewegbar, dass die Feder gespannt und das Verschlusselement in eine Freigabestellung bewegt wird. In der Freigabestellung kann ein Kraftstoffstrom in die erste Förderrichtung durch das Rückschlagventil strömen. Aus der
DE 10 2005 003 692 A1 und
DE 199 13 805 A1 sind Kraftstofffördervorrichtungen mit gattungsgemäßen Rückschlagventilen bekannt.
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Ein solches Rückschlagventil hat den Nachteil, dass mittels der Kraftstofffördervorrichtung zunächst der definierte Mindestdruck erzeugt werden muss, um das Verschlusselement gegen die Federkraft von der Verschlussstellung in die Freigabestellung zu bewegen. Somit ist im Normalbetrieb der Kraftstofffördervorrichtung stets ein entsprechender Druckabfall über dem Rückschlagventil vorhanden. Zur Bereitstellung eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks am Verbrennungsmotor muss die Kraftstofffördervorrichtung einen um den Druckabfall höheren Arbeitsdruck bereitstellen. Dieses führt zu einer höheren Leistungsaufnahme der Kraftstofffördervorrichtung und somit einem erhöhten Energieverbrauch. Ferner können Bauteile der Kraftstofffördervorrichtung sowie Kraftstoffförderleitungen aufgrund des höheren Arbeitsdrucks einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Hierdurch steigen eine Ausfallwahrscheinlichkeit und damit einhergehend ein Wartungs- sowie Reparaturaufwand. Ein höherer Energieverbrauch schlägt sich insbesondere in einem erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie CO2-Ausstoß nieder.
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Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofffördersystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise nicht aufweisen. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofffördersystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise das Betreiben einer Kraftstofffördervorrichtung mit einem reduzierten Arbeitsdruck ermöglichen und dabei gewährleisten, dass das Risiko eines unbeabsichtigten Ausfließens von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs im Falle eines Fahrzeugcrashs reduziert ist.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Kraftstofftank mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftstofffördersystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftstofffördersystem weist eine Kraftstofffördervorrichtung zum Fördern von Kraftstoff in eine erste Förderrichtung, eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Kraftstoffförderungsvorrichtung und ein Ventil mit einem Verschlusselement auf. Die erste Förderrichtung verläuft von einem Kraftstofffördervorrichtungseinlass der Kraftstofffördervorrichtung zu einem Kraftstofffördervorrichtungsauslass der Kraftstofffördervorrichtung. Das Ventil ist ausgebildet, eine Fluidkommunikation zwischen einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs und einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs in einer Verschlussstellung des Verschlusselements zu unterbrechen sowie in einer Freigabestellung des Verschlusselements freizugeben. Erfindungsgemäß ist die Kraftstofffördervorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in eine der ersten Förderrichtung entgegengesetzte zweite Förderrichtung ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung ist derart ausgebildet und eingerichtet, die Kraftstofffördervorrichtung in Abhängigkeit eines erfassten Beschleunigungswerts des Kraftfahrzeugs zum Fördern in die zweite Förderrichtung zu steuern.
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Die Kraftstofffördervorrichtung ist vorzugsweise gemäß einer elektrisch betriebenen Kraftstoffpumpe ausgebildet mit einem Rotor, einem den Rotor umgebenen Stator sowie mindestens einer Pumpenstufe zum Fördern des Kraftstoffs in die erste Förderrichtung. Durch Umkehr einer Drehrichtung des Rotors ist der Kraftstoff mittels der Kraftstofffördervorrichtung in die zweite Förderrichtung, welche der ersten Förderrichtung entgegengesetzt ist, förderbar.
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Der Kraftstofffördervorrichtungsauslass der Kraftstofffördervorrichtung ist mittels einer Kraftstoffförderleitung mit dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs fluidkommunizierend koppelbar. Das Ventil kann beispielsweise an der Kraftstoffförderleitung anordenbar oder zwischen dem Kraftstofffördervorrichtungseinlass und dem Kraftstofffördervorrichtungsauslass der Kraftstofffördervorrichtung angeordnet sein.
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Das Ventil weist mindestens zwei Ventilstellungen auf, in denen das Verschlusselement des Ventils anordenbar ist. Das Verschlusselement ist zwischen der Verschlussstellung zum Unterbrechen eines Kraftstoffstroms und einer Freigabestellung zum Freigeben des Kraftstoffstroms verstellbar. Unter einer Freigabestellung können auch mehrere Ventilstellungen verstanden werden, welche einen Kraftstoffstrom durch das Ventil zulassen. Eine bevorzugte Freigabestellung ist eine Ventilstellung bei der das Ventil einen minimal möglichen Strömungswiderstand bereitstellt, wie etwa bei einem maximalen Durchflussquerschnitt. Das Ventil ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Ventilstellung unabhängig von einem durch das Ventil strömenden Fluid- bzw. Kraftstoffstrom verstellbar ist. Das Ventil ist demnach derart konfigurierbar, dass eine beliebige Veränderung des durch das Ventil strömenden Kraftstoffstroms keine Veränderung der Ventilstellung bewirkt. Vorzugsweise ersetzt das Ventil ein Rückschlagventil eines herkömmlichen Kraftstoffförderungssystems, welches beim Fördern des Kraftstoffs in die erste Förderrichtung einen relativ hohen Widerstand bietet und somit zu einem hohen Druckabfall führt, welcher durch eine Steigerung der Leistung der Kraftstofffördervorrichtung kompensiert werden muss. Ein im Wesentlichen unabhängig vom Kraftstoffstrom verstellbares Ventil hat den Vorteil, dass nur ein geringer Druckabfall am Ventil stattfindet und somit die Kraftstofffördervorrichtung eine geringere Gesamtleistung bereitstellen muss.
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Die Steuerungsvorrichtung ist zum Steuern der Kraftstofffördervorrichtung ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung ist ferner ausgebildet, Beschleunigungswerte des Kraftfahrzeugs aufzunehmen und die Kraftstofffördervorrichtung in Abhängigkeit der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu steuern. Durch Auswertung der aufgenommenen Beschleunigungswerte ist die Steuerungsvorrichtung in der Lage, zwischen einem Normalbetrieb des Kraftstofffördersystems, bei denen das Kraftfahrzeug Beschleunigungen innerhalb eines vordefinierten Beschleunigungsbereichs aufweist, und einer Crashsituation, bei der Beschleunigungswerte des Kraftfahrzeugs auf ein Umkippen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise auf das Fahrzeugdach oder eine Fahrzeugseite, schließen lassen, zu unterscheiden. Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung derart ausgebildet, bei einem detektierten Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs die Kraftstofffördervorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in die erste Förderrichtung und bei einer detektierten Crashsituation des Kraftfahrzeugs die Kraftstofffördervorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in die zweite Förderrichtung zu steuern.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug hat gegenüber herkömmlichen Kraftstofffördersystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise im Falle einer Crashsituation Kraftstoff aus einer zwischen der Kraftstofffördervorrichtung und dem Verbrennungsmotor angeordneten Kraftstoffförderleitung zumindest teilweise zurückförderbar und ein Auslaufen des Kraftstofftanks über die Kraftstofffördervorrichtung somit verhinderbar ist. Ferner hat das erfindungsgemäße Kraftstofffördersystem den Vorteil, dass das Ventil nicht gemäß einem herkömmlich verwendeten Rückschlagventil ausgebildet sein muss, so dass hierdurch ein Ventil verwendbar ist, welches einen wesentlichen geringeren Druckabfall als herkömmliche Rückschlagventile aufweist. Hierdurch können Kraftstoffverbrauch, Verschleiß sowie CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Kraftstofffördersystem vorgesehen sein, dass das Kraftstofffördersystem einen Beschleunigungssensor zum Detektieren von Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs und/oder eine Datenschnittstelle zum Empfangen von Beschleunigungsdaten eines Systems des Kraftfahrzeugs aufweist. Das System des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise als Airbagsystem zum Steuern der Auslösung von Airbags des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Eigene Beschleunigungssensoren haben den Vorteil, dass das Kraftstofffördersystem unabhängig von bereits bestehenden Systemen des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist und somit eine besonders hohe Kompatibilität mit einer Vielzahl unterschiedlicher Kraftfahrzeuge aufweist. Ferner haben eigene Beschleunigungssensoren den Vorteil, dass hierdurch Redundanzen bereitstellbar sind, welche zu einer höheren Betriebssicherheit führen können. Eine Datenschnittstelle hat insbesondere den Vorteil, dass eigene Beschleunigungssensoren nicht notwendig und somit Herstellungskosten des Kraftstofffördersystems reduzierbar sind.
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Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet, das Verschlusselement des Ventils von der Freigabestellung in die Verschlussstellung zu verstellen. Demnach ist die Steuerungsvorrichtung zum Steuern des Verstellens der Ventilstellung, also eines Veränderns einer relativen Position des Verschlusselements einer Durchflussöffnung des Ventils, ausgebildet. Eine solche Verstellung kann beispielsweise direkt bzw. durch eine mechanische Zwangskopplung des Verschlusselements mit der Kraftstofffördervorrichtung erfolgen. In diesem Fall ist das Verschlusselement beispielsweise mittels einer Freilaufkupplung und ggf. eines optionalen Getriebes mit einem Rotor der Kraftstofffördervorrichtung mechanisch gekoppelt. Bei einem Drehen des Rotors in eine erste Rotordrehrichtung, bei welcher der Kraftstoff in die erste Förderrichtung förderbar ist, ist somit der Freilauf aktiv. Bei einem Drehen des Rotors in eine entgegengesetzte zweite Rotordrehrichtung, bei der der Kraftstoffstrom in die zweite Förderrichtung förderbar ist, ist ein Drehmoment des Rotors auf das Verschlusselement zum Bewegen des Verschlusselements in die Verschlussstellung übertragbar. Alternativ kann die Verstellung auch indirekt, also nicht mechanisch zwangsgekoppelt, über eine gezielte Ansteuerung erfolgen, wie beispielsweise mittels eines von der Steuerungsvorrichtung ansteuerbaren Aktuators, der unabhängig von der Kraftstofffördervorrichtung ansteuerbar bzw. betreibbar ist. Es ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung zum Steuern des Ventils in Abhängigkeit der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Somit kann die Steuerungsvorrichtung beispielsweise konfiguriert sein, bei detektiertem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs ein Verbleiben des Verschlusselements in der Freigabestellung und bei detektierter Crashsituation ein Bewegen des Verschlusselements in die Verschlussstellung zu bewirken. Eine derartige Steuerungsvorrichtung hat den Vorteil, dass ein Unterbinden eines unbeabsichtigten Kraftstoffstroms in die erste Förderrichtung auf diese Weise weiter verbessert ist, insbesondere im Falle eines späteren Ausfalls der Kraftstofffördervorrichtung nach dem Schließen des Ventils.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Ventil als Teil der Kraftstofffördervorrichtung ausgebildet ist. Das Ventil kann beispielsweise innerhalb oder außerhalb eines Gehäuses der Kraftstofffördervorrichtung angeordnet sein. Es ist weiter bevorzugt, dass das Ventil zwischen dem Kraftstofffördervorrichtungseinlass und dem Kraftstofffördervorrichtungsauslass der Kraftstofffördervorrichtung, insbesondere zwischen einer, vorzugsweise letzten, Pumpenstufe und dem Kraftstofffördervorrichtungsauslass angeordnet ist. Somit ist die Kraftstofffördervorrichtung mit Ventil als vormontierte Baugruppe bereitstellbar. Hierdurch wird eine Montage bzw. Demontage der Kraftstofffördervorrichtung mit Ventil mit einfachen Mitteln verbessert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ventil eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, aufweist, welche in der Freigabestellung vorgespannt ist und zum Bewegen, z.B. Drücken, des Verschlusselements in die Verschlussstellung ausgebildet ist, wobei das Ventil eine Haltevorrichtung aufweist. Die Haltevorrichtung ist in einer Halteposition zum Halten des Verschlusselements in der Freigabestellung und in einer Freigabeposition zum Freigeben des Verschlusselements in die Verschlussstellung ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung ist zum Steuern der Haltevorrichtung ausgebildet. Die Haltevorrichtung weist vorzugsweise ein relativ zur Haltevorrichtung zwischen der Halteposition und der Freigabeposition bewegbares Halteelement auf. Für den Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs ist das Verschlusselement mittels der Haltevorrichtung bzw. des Halteelements in der Freigabestellung fixierbar. Ein Druckabfall am Ventil ist somit sehr gering, da das Verschlusselement des Ventils im Gegensatz zu einem herkömmlich verwendeten Rückschlagventil dem Kraftstoffstrom nur einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegensetzt. Dies liegt daran, dass das Verschlusselement bereits in der Freigabestellung gehalten ist und somit nicht mittels des Kraftstoffstroms in die Freigabestellung gedrückt werden muss. Im Falle des Erkennens einer Crashsituation, aufgrund der Aufnahme hierfür charakteristischer Beschleunigungswerte bzw. von normalbetriebsuntypischen Beschleunigungswerten, kann die Steuerungsvorrichtung die Haltevorrichtung zum Freigeben des Verschlusselements ansteuern. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass dieses Ansteuern insbesondere nachdem die Kraftstoffförderungsvorrichtung von der Steuerungsvorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in die zweite Förderrichtung gesteuert und vorzugsweise nachdem der Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung zwischen der Kraftstoffförderungsvorrichtung und dem Verbrennungsmotor evakuiert bzw. größtenteils oder zumindest teilweise evakuiert ist, erfolgt. Das Halteelement kann beispielsweise mechanisch mit dem Rotor der Kraftstoffförderungsvorrichtung derart gekoppelt sein, dass das Halteelement beim Fördern des Kraftstoffstroms in die erste Förderrichtung durch die Kraftstoffförderungsvorrichtung in der Halteposition verbleibt, beispielsweise mittels einer Freilaufkupplung, und bei entgegengesetzter zweiter Förderrichtung durch die Kraftstoffförderungsvorrichtung aufgrund einer mechanischen Zwangskopplung in die Freigabeposition bewegt wird. Die mechanische Zwangskopplung kann beispielsweise eine Spindel oder ein Getriebe aufweisen, so dass ein Freigeben des Halteelements nach Umschalten der Rotationsrichtung des Rotors mit einer Verzögerung auftritt. Somit kann auf vorteilhafte Weise sowie mit einfachen Mitteln gewährleistet werden, dass vor dem Schließen des Ventils noch Kraftstoff mittels der Kraftstoffförderungsvorrichtung aus der Kraftstoffförderleitung evakuierbar ist. Hierdurch ist eine Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs weiter verbesserbar.
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Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann bei einem Kraftstofffördersystem vorgesehen sein, dass das Ventil eine erste Ventilscheibe und eine zweite Ventilscheibe aufweist, wobei die erste Ventilscheibe und die zweite Ventilscheibe relativ zueinander um eine Rotorachse eines Rotors der Kraftstofffördervorrichtung verdrehbar sind, wobei die erste Ventilscheibe über eine Freilaufkupplung mit dem Rotor derart mechanisch gekoppelt ist, dass die Freilaufkupplung beim Drehen des Rotors in die erste Rotordrehrichtung freiläuft und beim Drehen des Rotors in die zweite Rotordrehrichtung blockiert und somit die erste Ventilscheibe von der Freigabestellung in die Verschlussstellung bewegt. Die erste Ventilscheibe und die zweite Ventilscheibe haben vorzugsweise Durchströmöffnungen, welche in der Freigabestellung fluchtend hintereinander angeordnet sind. In der Verschlussstellung sind die Durchströmöffnungen vorzugsweise von geschlossenen Wandabschnitten der jeweils anderen Ventilscheibe abgedeckt. Ein derartiges Ventil hat den Vorteil, dass dieses mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar ist. Ferner ist ein Druckabfall an diesem Ventil besonders gering, da das Ventil in der Freigabestellung dem Kraftstoffstrom nur einen relativ geringen Widerstand entgegensetzt.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Kraftstofffördersystem einen Bypass mit einem Rückschlagventil aufweist, wobei ein erstes Bypassende des Bypasses mit dem Kraftstofffördervorrichtungsauslass fluidkommunizierend gekoppelt ist. Ein zweites Bypassende des Bypasses ist mit einem Bereich der Kraftstofffördervorrichtung fluidkommunizierend gekoppelt, welcher zwischen einer Pumpenstufe und dem Ventil ausgebildet ist. Das Rückschlagventil ist derart im Bypass angeordnet, dass ein Fluidstrom vom zweiten Bypassende zum ersten Bypassende hin durch das Rückschlagventil unterbunden wird und ein Fluidstrom vom ersten Bypassende zum zweiten Bypassende hin freigebbar ist. Im Falle eines Förderns des Kraftstoffes in die erste Förderrichtung, wird ein Fluidstrom durch das Ventil freigegeben und das Rückschlagventil blockiert. Nach Umschalten der Kraftstofffördervorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in die zweite Förderrichtung, wird das Ventil vorzugsweise durch eine mechanische Zwangskopplung oder ein gezieltes Ansteuern durch die Steuerungsvorrichtung geschlossen. Nach Überwindung eines Öffnungsdrucks wird das Rückschlagventil geöffnet und Kraftstoff kann über den Bypass aus der Kraftstoffförderleitung evakuiert werden. Bei einem folgenden Abschalten der Kraftstofffördervorrichtung schließt das Rückschlagventil automatisch. Mittels eines derartigen Bypasses ist ein Evakuieren der Kraftstoffförderleitung mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig verbesserbar. Somit kann eine Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Kraftstofftank gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein erfindungsgemäßes Kraftstofffördersystem auf. Der Verbrennungsmotor, das Kraftstofffördersystem und der Kraftstofftank sind über Kraftstoffförderleitungen des Kraftfahrzeugs fluidkommunizierend miteinander gekoppelt. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Kraftstofffördersystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise im Falle einer Crashsituation Kraftstoff aus einer zwischen der Kraftstofffördervorrichtung und dem Verbrennungsmotor angeordneten Kraftstoffförderleitung zumindest teilweise zurückförderbar und ein Auslaufen des Kraftstofftanks über die Kraftstofffördervorrichtung somit verhinderbar ist. Ferner hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug den Vorteil, dass das Ventil des Kraftstofffördersystems nicht gemäß einem herkömmlich verwendeten Rückschlagventil ausgebildet sein muss, so dass hierdurch ein Ventil verwendbar ist, welches einen wesentlichen geringeren Druckabfall als herkömmliche Rückschlagventile aufweist. Hierdurch können Kraftstoffverbrauch, Verschleiß sowie CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
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Es ist bevorzugt, dass das Kraftfahrzeug ein Airbagsystem aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung des Kraftstofffördersystems datenkommunizierend mit dem Airbagsystem gekoppelt ist. Das Airbagsystem weist Beschleunigungssensoren zum Detektieren einer Crashsituation auf. Durch eine datenkommunizierende Kopplung sind vom Airbagsystem detektierte Beschleunigungswerte an die Steuerungsvorrichtung weitergebbar und zum situativen Steuern der Kraftstofffördervorrichtung sowie ggf. des Ventils verwendet werden. Auf diese Weise sind Herstellungskosten des Kraftfahrzeugs auf vorteilhafte Weise reduzierbar.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- - Erfassen einer Crashsituation des Kraftfahrzeugs mittels der Steuerungsvorrichtung,
- - Steuern der Kraftstofffördervorrichtung mittels der Steuerungsvorrichtung zum Fördern des Kraftstoffs in die zweite Förderrichtung, und
- - Schließen des Ventils mittels der Steuerungsvorrichtung zum Unterbinden eines Kraftstoffstroms in die erste Förderrichtung.
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Im Rahmen des Erfassens der Crashsituation werden zunächst Beschleunigungsdaten des Kraftfahrzeugs von Beschleunigungssensoren des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Als Crashsituation gilt insbesondere ein Kippen des Kraftfahrzeugs auf eine Fahrzeugseite oder auf das Fahrzeugdach oder eine extreme Schräglage, wie z.B. um eine Fahrzeugquerachse durch das frontale Einfahren in eine Vertiefung, wie beispielsweise einen Graben. Die Beschleunigungssensoren können beispielsweise als Elemente des Kraftstofffördersystems und/oder eines Airbagsystems des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Mittels der Steuerungsvorrichtung werden die aufgenommenen Beschleunigungswerte ausgewertet und dabei beispielsweise mit vordefinierten Beschleunigungswerten bzw. Beschleunigungswertebereichen und/oder Beschleunigungskennfeldern verglichen. Auf diese Weise ist eine Crashsituation des Kraftfahrzeugs mittels der Steuerungsvorrichtung erfassbar.
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Nach Erfassen der Crashsituation gibt die Steuerungsvorrichtung einen Steuerungsbefehl an die Kraftstofffördervorrichtung, welche bis zu diesem Zeitpunkt beispielsweise den Kraftstoff in die erste Förderrichtung fördert. Dem Steuerungsbefehl folgend fördert die Kraftstofffördervorrichtung den Kraftstoff in die zweite Förderrichtung.
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Im Anschluss oder zeitgleich wird das Ventil mittels der Steuerungsvorrichtung in die Verschlussstellung gebracht, so dass ein Kraftstoffstrom zumindest in die erste Förderrichtung und vorzugsweise auch in die zweite Förderrichtung durch das Ventil verhindert wird. Das Schließen des Ventils erfolgt insbesondere indirekt durch das Ansteuern der Kraftstofffördervorrichtung mittels der Steuerungsvorrichtung. Auf diese Weise wird ein Kraftstoffstrom durch das Ventil unterbunden, so dass ein Entleeren des Kraftstofftanks durch das Kraftstofffördersystem, z.B. bei defekter oder abgetrennter Kraftstoffförderleitung, verhindert wird.
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Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Kraftstofffördersystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und dem Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise im Falle einer Crashsituation Kraftstoff aus einer zwischen der Kraftstofffördervorrichtung und dem Verbrennungsmotor angeordneten Kraftstoffförderleitung zumindest teilweise zurückförderbar und ein Auslaufen des Kraftstofftanks über die Kraftstofffördervorrichtung verhinderbar ist. Das Auslaufen wird insbesondere durch das Verschließen des Ventils verhindert.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems eines Kraftfahrzeugs werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Schnittdarstellung ein herkömmliches Rückschlagventil in einer Freigabestellung,
- 2 in einer Schnittdarstellung das Rückschlagventil aus 1 in einer Verschlussstellung,
- 3 in einer Seitenansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofffördersystems,
- 4 in einer Seitenansicht eine bevorzugte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofffördersystems,
- 5 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer ersten Ventilscheibe sowie einer zweiten Ventilscheibe,
- 6 in einer Schnittdarstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines Ventils,
- 7 in einer Seitenansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 8 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 und 2 ist ein herkömmliches Rückschlagventil 18 schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Das Rückschlagventil 18 weist eine Ventilwandung 18d sowie einen Ventileinlass und einen Ventilauslass auf. Ein Ventilschieber 18a ist mittels einer Führungsvorrichtung 18c verschiebbar zwischen der in 1 gezeigten Freigabestellung F sowie der in 2 dargestellten Verschlussstellung V gehalten. In der Verschlussstellung V ist der Ventilschieber 18a gegen eine Dichtscheibe 18b des Rückschlagventils 18 gedrückt. Zwischen dem Ventilschieber 18a und der Führungsvorrichtung 18c ist eine Feder 13 angeordnet, welche als Zugfeder ausgebildet ist. Durch einen in eine erste Förderrichtung F1 strömenden Kraftstoffstrom ist der Ventilschieber 18a in die Freigabestellung F auslenkbar und die Feder 13 somit spannbar, wie in 1 gezeigt. Bei keinem oder bei einem in eine zweite Förderrichtung F2 strömenden Kraftstoffstrom wird der Ventilschieber 18a aufgrund der Vorspannung der Feder 13 automatisch in die Verschlussstellung gemäß 2 gebracht.
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3 zeigt eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofffördersystems 1. Das Kraftstofffördersystem 1 weist eine Kraftstofffördervorrichtung 3 auf, welche mittels einer Steuerungsvorrichtung 4 des Kraftstofffördersystems 1 steuerbar ist. Die Steuerungsvorrichtung 4 weist eine Datenschnittstelle 12 zum Empfangen von Beschleunigungsdaten des Kraftfahrzeugs 2 auf. Zusätzlich oder alternativ kann das Kraftstofffördersystem 1 auch einen oder mehrere Beschleunigungssensoren 11 aufweisen. Die Kraftstofffördervorrichtung 3 weist ein Gehäuse 3a mit einem Kraftstofffördervorrichtungseinlass 7 sowie einem auf einer entgegengesetzten Seite des Gehäuses 3a angeordneten Kraftstofffördervorrichtungsauslass 8 auf. Die erste Förderrichtung F1 weist von dem Kraftstofffördervorrichtungseinlass 7 zum Kraftstofffördervorrichtungsauslass 8 und die zweite Förderrichtung F2 in die entgegengesetzte Richtung. Innerhalb des Gehäuses 3a ist ein Rotor 15 mit einer Rotorachse A zwischen zwei Rotorlagerungen 21 drehbar gehalten. Der 15 Rotor ist im Zusammenspiel mit einem Stator 22 sowie durch Steuerung mittels der Steuerungsvorrichtung 4 antreibbar. Vom Kraftstofffördervorrichtungseinlass 7 in die erste Förderrichtung F1 ist eine Pumpenstufe 19 angeordnet. Erfindungsgemäß können weitere Pumpenstufen 19 vorgesehen sein. Weiter der erste Förderrichtung F1 folgend weist die Kraftstofffördervorrichtung 3 ein Ventil 5 mit einer am Gehäuse 3a befestigten zweiten Ventilscheibe 6b sowie einer über eine Freilaufkupplung 16 an dem Rotor 15 gehaltenen ersten Ventilscheibe 6a auf. Die erste Ventilscheibe 6a ist relativ zur zweiten Ventilscheibe 6b zwischen der Freigabestellung F, bei welcher Durchführungen 6c der ersten Ventilscheibe 6a mit Durchführungen 6c der zweiten Ventilscheibe 6b fluchtend angeordnet sind, und der Verschlussstellung V, bei welcher die Durchführungen 6c der ersten Ventilscheibe 6a von Wandabschnitten der zweiten Ventilscheibe 6b abgedeckt sind, verdrehbar. Die erste Ventilscheibe 6a ist somit als Verschlusselement 6 des Ventils 5 ausgebildet. Bei Fördern von Kraftstoff in die erste Förderrichtung F1 dreht der Rotor in eine erste Rotordrehrichtung. Bei einer Drehung des Rotors 15 in die erste Rotordrehrichtung wirkt der Freilauf der Freilaufkupplung 16, so dass die erste Ventilscheibe 6a hierdurch nicht bewegt wird und beispielsweise in der Freigabestellung F verbleibt. Beim Fördern von Kraftstoff in die zweite Förderrichtung F2 dreht der Rotor 15 in eine zweite Rotordrehrichtung, welche der ersten Rotordrehrichtung entgegengesetzt ist. Bei einer Drehung des Rotors 15 in die zweite Rotordrehrichtung greift die Freilaufkupplung 16, so dass die erste Ventilscheibe 6a hierdurch in die Verschlussstellung V bewegt und das Ventil 5 somit geschlossen wird.
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4 zeigt eine bevorzugte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofffördersystems 1. Das Kraftstofffördersystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten Kraftstofffördersystem 1 im Wesentlichen durch einen zusätzlichen Bypass 17 mit einem im Bereich des Kraftstofffördervorrichtungsauslasses 8 angeordneten ersten Bypassende 17a und einem in einem Bereich zwischen der Pumpenstufe 19 und dem Ventil 5 angeordneten zweiten Bypassende 17b. Überdies weist der Bypass 17 ein Rückschlagventil 18 auf, wie beispielsweise in 1 und 2 dargestellt. Das Rückschlagventil 18 wirkt derart, dass ein Kraftstoffstrom vom ersten Bypassende 17a zum zweiten Bypassende 17b freigebbar und vom zweiten Bypassende 17b zum ersten Bypassende 17a unterbunden wird. Weiter bevorzugt ist in dieser zweiten Ausführungsform die Freilaufkupplung 16 derart ausgebildet, dass diese auch bei Drehung des Rotors 15 in die zweite Rotordrehrichtung freiläuft, wenn ein Widerstandsmoment an der Freilaufkupplung 16 einen Grenzwert übersteigt. Dieses kann beispielsweise mittels Reibscheiben oder einer Brechbolzenkupplung realisiert werden. Auf diese Weise ist die Kraftstofffördervorrichtung 3 auch bei geschlossenem Ventil 5 zum Evakuieren von Kraftstoff in die zweite Förderrichtung F2 betreibbar.
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In 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer ersten Ventilscheibe 6a sowie einer zweiten Ventilscheibe 6b schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Die erste Ventilscheibe 6a weist in diesem Beispiel vier kreissegmentförmige Durchführungen 6c auf, welche vorzugsweise gleichmäßig über die Ventilscheibe 6a verteilt sind. Die zweite Ventilscheibe 6b ist in diesem Beispiel im Wesentlichen identisch mit der ersten Ventilscheibe 6a. Lediglich zur besseren Veranschaulichung sind die erste Ventilscheibe 6a und die zweite Ventilscheibe 6b in 5 nebeneinander dargestellt. Im Ventil 5 sind die erste Ventilscheibe 6a und die zweite Ventilscheibe 6b koaxial hintereinander angeordnet, so dass in der Freigabestellung F eine Überdeckung der Durchführungen 6c und in der Verschlussstellung V ein gegenseitiges Verdecken der Durchführungen 6c erfolgt.
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In 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Ventils 5 schematisch in einer Schnittdarstellung sowie in der Freigabestellung F abgebildet. Das Ventil 5 weist ein mittels einer Führungsvorrichtung 18 c linear geführtes Verschlusselement 6 auf, welches mittels einer Feder 13 in die Verschlussstellung V bewegbar ist. Das Ventil 5 weist eine Haltevorrichtung 14 mit einem Halteelement 14a auf, welches in einer Halteposition H angeordnet ist. In der Halteposition H greift das Halteelement 14a in das Verschlusselement 6 ein und hält dieses in der Freigabestellung F. Hierdurch wird bewirkt, dass ein in die erste Förderrichtung F1 strömender Kraftstoffstrom nur einen geringen Widerstand im Ventil 5 erfährt und ein Druckverlust im Ventil 5 daher verhältnismäßig gering ausfällt. Durch Bewegen des Halteelements 14a in die in dieser Darstellung angedeutete Freigabeposition R, gerät das Halteelement 14a außer Eingriff mit dem Verschlusselement 6, so dass dieses durch die Federkraft der Feder 13 in die Verschlussstellung V bewegt wird. Die Steuerungsvorrichtung 4 ist ausgebildet, um die Haltevorrichtung 14 zu steuern. In einem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs 2 ist das Halteelement 14a in der Halteposition H. In einer Crashsituation wird das Halteelement 14a durch Ansteuern durch die Steuerungsvorrichtung 4 in die Freigabeposition R bewegt. Die Haltevorrichtung 14 weist hierfür vorzugsweise einen Aktuator, insbesondere einen Elektromotor, auf.
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7 zeigt eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 2 weist einen in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs 2 angeordneten Verbrennungsmotor 9 sowie einen in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs 2 angeordneten Fahrzeugtank 10 auf. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 9 auch an einem anderen Bereich des Kraftfahrzeugs, wie z.B. einem Heckbereich, angeordnet sein. Im Bereich des Verbrennungsmotors 9 weist das Kraftfahrzeug 2 ein erfindungsgemäßes Kraftstofffördersystem 1 sowie ein Airbagsystem 20 mit einem oder mehreren Beschleunigungssensoren 11 auf. Das Kraftstofffördersystem 1 ist über eine Datenschnittstelle 12 mit dem Airbagsystem 20 zum Empfangen von Beschleunigungsdaten des Kraftfahrzeugs 2 gekoppelt.
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In 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ablaufdiagramm schematisch abgebildet. In einem ersten Verfahrensschritt 100 werden Beschleunigungsdaten des Kraftfahrzeugs 2 mittels mindestens eines Beschleunigungssensors 11 erfasst und an die Steuerungsvorrichtung 4 weitergeleitet. Die Steuerungsvorrichtung 4 erkennt anhand der Beschleunigungsdaten, dass eine Crashsituation des Kraftfahrzeugs 2 vorliegt. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 steuert die Steuerungsvorrichtung 4 die Kraftstofffördervorrichtung 3 derart, dass diese Kraftstoff in die zweite Förderrichtung F2 fördert. Dieses Fördern erfolgt zumindest über ein kurzes Zeitintervall, kann aber auch kontinuierlich erfolgen. Vorzugsweise erfolgt dieses Fördern mindestens solange, bis Kraftstoff aus zwischen der Kraftstofffördervorrichtung 3 und dem Verbrennungsmotor 9 angeordneten Kraftstoffförderleitungen zumindest größtenteils evakuiert ist. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird das Ventil 5 zum Unterbinden des Kraftstoffstroms in die erste Förderrichtung F1 mittels der Steuerungsvorrichtung 4 geschlossen. Das Schließen des Ventils 5 kann beispielsweise direkt durch eine Ansteuerung eines Aktuators oder indirekt durch Ansteuern der Kraftstofffördervorrichtung 3 erfolgen. Durch ein Schließen des Ventils 5 wird ein Auslaufen des Kraftstofftanks 10 über die Kraftstofffördervorrichtung 3 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstofffördersystem
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Kraftstofffördervorrichtung
- 3a
- Gehäuse
- 4
- Steuerungsvorrichtung
- 5
- Ventil
- 6
- Verschlusselement
- 6a
- erste Ventilscheibe
- 6b
- zweite Ventilscheibe
- 6c
- Durchführung
- 7
- Kraftstofffördervorrichtungseinlass
- 8
- Kraftstofffördervorrichtungsauslass
- 9
- Verbrennungsmotor
- 10
- Kraftstofftank
- 11
- Beschleunigungssensor
- 12
- Datenschnittstelle
- 13
- Feder
- 14
- Haltevorrichtung
- 14a
- Halteelement
- 15
- Rotor
- 16
- Freilaufkupplung
- 17
- Bypass
- 17a
- erstes Bypassende
- 17b
- zweites Bypassende
- 18
- Rückschlagventil
- 18a
- Ventilschieber
- 18b
- Dichtscheibe
- 18c
- Führungsvorrichtung
- 18d
- Ventilwandung
- 19
- Pumpenstufe
- 20
- Airbagsystem
- 21
- Rotorlagerung
- 22
- Stator
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- A
- Rotorachse
- F
- Freigabestellung
- F1
- erste Förderrichtung
- F2
- zweite Förderrichtung
- H
- Halteposition
- R
- Freigabeposition
- V
- Verschlussstellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005003692 A1 [0004]
- DE 19913805 A1 [0004]
