DE102017222926A1

DE102017222926A1 - Kraftstofffördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017222926A1
Application number: DE102017222926.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Herzenjak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-19
Also published as: WO2019115167A1

Abstract

Kraftstofffördereinrichtung (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (10) und mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (16), wobei durch die Förderpumpe (10) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (16) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (16) Kraftstoff über eine Wärmeleitung (17) in einen Buffertank (18) gefördert wird, wobei zwischen dem Buffertank (18) und einem Hochdruckspeicher (20) ein Druckregler (19) angeordnet ist. Zwischen der Hochdruckpumpe (16) und dem Buffertank (18) sind ein erster Wärmetauscher (31) und ein zweiter Wärmetauscher (32) angeordnet, wobei durch den ersten Wärmetauscher (31) thermische Energie des Kraftstoffes einer Rücklaufleitung (23), welche mit dem Vorratsbehälter (12) verbunden ist, auf den Kraftstoff der Wärmeleitung (17) übertragbar sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1.
Eine solche Kraftstofffördereinrichtung ist durch die DE 10 2012 200 706 A1 bekannt. Diese Kraftstofffördereinrichtung weist eine Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert, aus dem zumindest mittelbar wenigstens ein Injektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Kraftstoff versorgt wird. Zwischen der Förderpumpe und der Saugseite der Hochdruckpumpe führt eine Bypassverbindung zu einem Niederdruckbereich ab.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass die Temperatur des Kraftstoffes, der in den Vorratsbehälter zurückströmt reduziert wird, da die thermische Energie des Kraftstoffes in der Rücklaufleitung auf den Kraftstoff in der Wärmeleitung übertragen wird. Des Weiteren muss weniger Energie von außen in die Kraftstofffördereinrichtung eingebracht werden, um beispielsweise beim Kraftstoff in der flüssigen Phase (LNG) eine Änderung des Aggregatszustandes hervorzurufen.
Im kälteisolierten Vorratsbehälter (z.B. LNG-Tank, Kryo-Tank) wird der gasförmige Kraftstoff bei einer Temperatur von -140°C gespeichert. Aufgrund der niedrigen Temperaturen befindet sich der Kraftstoff in der flüssigen Phase. Für den motorischen Betrieb sind aber deutlich höhere Temperaturen nötig (ca. -20°C). Somit wird der Kraftstoff mittels des Motorkühlwassers über den zweiten Wärmetauscher erwärmt.
Abhängig vom gewünschten Druck im Hochdruckspeicher, wird überschüssiger, erwärmter Kraftstoff über den Druckregler und eine Rücklaufleitung abgesteuert. Der Kraftstoff gelangt über die Rücklaufleitung entweder zwischen die Förderpumpe und die Hochdruckpumpe oder in den Vorratsbehälter.
Die thermische Energie des Kraftstoffes in der Rücklaufleitung kann mittels des ersten Wärmetauschers auf den Kraftstoff in der Wärmeleitung übertragen werden. Somit wird zum einen das Kühlsystem des Motors leichter zu regeln. Zum anderen wird die Temperatur des Kraftstoffes in der Rücklaufleitung deutlich verringert. Somit können größere Mengen an Kraftstoff vor die Hochdruckpumpe zurückgespeist werden oder andererseits die Temperaturerhöhung im Vorratsbehälter reduziert werden.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.
Es ist von Vorteil, wenn durch den zweiten Wärmetauscher thermische Energie aus einem weiteren Fahrzeugsystem, beispielsweise aus dem Kühlkreislauf des Motors durch Motorkühlwassers, auf den Kraftstoff der Wärmeleitung übertragbar ist, da auf diese Weise die für den motorischen Betrieb benötigten deutlich höheren Temperaturen erreicht werden können.
Vorteilhaft ist ein Rücklauftank, der in der Rücklaufleitung angeordnet ist, da auf diese Weise die thermische Energie, die im durch die Rücklaufleitung abgesteuerten Kraftstoff vorhanden ist, zwischengespeichert werden kann.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch ein Ventil, welches zwischen Rücklauftank und ersten Wärmetauscher angeordnet ist, da durch das Ventil die zum ersten Wärmetauscher strömende Kraftstoffmenge steuerbar ist.
Ein besonderer Vorteil durch einen größerer Rohrdurchmesser der Rücklaufleitung, welcher ein Speichervolumen zwischen Druckregler und Ventil darstellt, erreicht, da dies eine besonders kostengünstige Realisierung eines Rücklauftanks darstellt.
Eine Abzweigleitung, welche die Rücklaufleitung und einen ersten Leitungsabschnitt verbindet, wobei der erste Leitungsabschnitt zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnet ist, ist von Vorteil, da die Kraftstoffmenge, die in den Vorratsbehälter zurückströmt reduziert werden kann, wenn der Kraftstoff die thermischen Voraussetzungen erfüllt um zwischen Förderpumpe und Hochdruckpumpe eingespeist werden zu können.
Ein Abzweigventil, welches zwischen Rücklaufleitung und Abzweigleitung angeordnet ist, ist vorteilhaft, da auf diese Weise der Kraftstoff in der Rücklaufleitung abhängig von der Temperatur des Kraftstoffes in der Rücklaufleitung entweder in den Vorratsbehälter oder in den ersten Leitungsabschnitt vor der Hochdruckpumpe geleitet werden kann .
Es ist von Vorteil, wenn der erste Wärmetauscher zwischen der Hochdruckpumpe und dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist, da auf diese Weise die thermische Energie, welche aus einem weiteren Fahrzeugsystem auf den Kraftstoff in der Wärmeleitung übertragen werden muss, reduziert werden kann .
Ausführungsbeispiele
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 eine Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Kraftstofffördereinrichtung 1 aufweist. Die Kraftstofffördereinrichtung 1 weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt. Der Antrieb der Förderpumpe 10 kann mechanisch über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen über die Hochdruckpumpe 16 oder über einen eigenen Antrieb, z.B. einen Elektromotor erfolgen.
Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe 16 gefördert, die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung 1 ist. Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 wird Kraftstoff über eine Wärmeleitung 17 in einen Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gefördert.
Die Förderpumpe 10 kann entweder im Vorratsbehälter 12 oder außerhalb des Vorratsbehälters 12 angeordnet sein und den Kraftstoff auf ein erstes Druckniveau verdichten, während die Hochdruckpumpe 16 der Förderpumpe 10 nachgeordnet ist und den Kraftstoff vom ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau, insbesondere ein Druckniveau zwischen 500 und 600 bar, verdichtet.
Der Hochdruckbereich umfasst einen Buffertank 18 und einen Hochdruckspeicher 20, wobei der Hochdruckspeicher 20 mit mindestens einem Injektor 21 zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum, verbunden ist.
Zwischen dem Buffertank 18 und dem Hochdruckspeicher 20 ist ein Druckregler 19 angeordnet. Der Druckregler 19 ermöglicht eine Einstellung der gewünschten Druckverhältnisse im Hochdruckspeicher 20, indem er die Kraftstoffstoffmenge, die aus dem Buffertank 18 in den Hochdruckspeicher 20 strömt regelt.
Überschüssiger Kraftstoff kann durch eine Rücklaufleitung 23, welche mit dem Vorratsbehälter 12 verbunden ist, aus dem Hochdruckbereich abgesteuert werden. Die Rücklaufleitung 23 kann, wie in 1 dargestellt, mit dem Druckregler 19 verbunden sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Rücklaufleitung 23 auch mit dem Hochdruckspeicher 20 über ein Absteuerventil verbunden sein. Des Weiteren ist es möglich, dass die Rücklaufleitung 23 sowohl mit dem Druckregelventil 19, als auch mit dem Hochdruckspeicher 20 verbunden ist.
Zwischen der Hochdruckpumpe 16 und dem Buffertank 18 sind ein erster Wärmetauscher 31 und ein zweiter Wärmetauscher 32 angeordnet. Der erste Wärmetauscher 31 überträgt thermische Energie des Kraftstoffes, der sich in der Rücklaufleitung 23 befindet, auf den Kraftstoff der Wärmeleitung 17.
Die Kraftstofffördereinrichtung ist zur Förderung von flüssigem Gas als Kraftstoff ausgelegt. Im Vorratsbehälter 12 wird das Gas in flüssigem Aggregatszustand, insbesondere als Gas in der flüssigen Phase, aufgenommen. Um das Gas in dem flüssigen Aggregatszustand zu halten, muss das Gas unter sehr niedrigen Temperaturen im Vorratsbehälter 12 aufbewahrt werden. Der Vorratsbehälter 12 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Isolierung auf, um einen Wärmeeintrag von außen in den Kraftstoff zu vermeiden. Die Förderpumpe 10 kann entweder im Vorratsbehälter 12 oder außerhalb des Vorratsbehälters 12 angeordnet sein.
Der zweite Wärmetauscher 32 ist dazu ausgebildet thermische Energie aus einem weiteren Fahrzeugsystem auf den Kraftstoff der Wärmeleitung 17 zu übertragen. Der erste Wärmetauscher 31 ist zwischen der Hochdruckpumpe 16 und dem zweiten Wärmetauscher 32 angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Abzweigleitung 25 die Rücklaufleitung 23 und einen ersten Leitungsabschnitt 13 verbinden. Der erste Leitungsabschnitt 13 ist zwischen der Förderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 16 angeordnet.
Ein Abzweigventil 26, welches zwischen der Rücklaufleitung 23 und der Abzweigleitung 25 angeordnet ist, ermöglicht es den rückströmenden Kraftstoff aus der Rücklaufleitung 23 entweder zurück in den Vorratsbehälter 12 zu leiten oder den rückströmenden Kraftstoff aus der Rückströmleitung 23 in den ersten Leitungsabschnitt 13 zu leiten.
Das Abzweigventil 26 kann auch so ausgestaltet sein, dass nur ein gewisser Anteil des rückströmenden Kraftstoffes in den ersten Leitungsabschnitt 13 strömt, während der restliche Anteil des rückströmenden Kraftstoffes in den Vorratsbehälter 12 zurückströmt.
In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eine Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gezeigt. Die wesentlichen Komponenten der Kraftstofffördereinrichtung unterscheiden sich nicht von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Neben den bereits in der 1 gezeigten Komponenten ist ein Rücklauftank 24 in der Rücklaufleitung 23 angeordnet. Das Weitern ist zwischen dem Rücklauftank 24 und dem erstem Wärmetauscher 31 ein Ventil 27 angeordnet. Das Ventil 27 kann die zum ersten Wärmetauscher 31 strömende Kraftstoffmenge steuern. Dies ist entweder durch ein elektrisch ansteuerbares Ventil 27 möglich, welches die Zustände „offen“ oder „geschlossen“ aufweist und entsprechend angesteuert wird. Alternativ kann das Ventil 27 auch als Drossel mit veränderbaren Querschnitt realisiert werden, so dass die jeweilige Durchströmmenge an Kraftstoff verändert werden kann.
Der Rücklauftank 24 kann auch durch einen größerer Rohrdurchmesser der Rücklaufleitung 23 realisiert werden, welcher ein Speichervolumen zwischen dem Hochdruckbereich und dem Ventil 27 darstellt.
Die Injektoren 21 können als Dual-Fluid-Injektoren ausgebildet sein und neben dem Kraftstoff, welcher als gasförmiges Medium bzw. Gas in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegt auch einen weiteren Kraftstoff in den Brennraum einspritzen. Der weitere Kraftstoff kann beispielsweise als Dieselkraftstoff vorliegen und durch mindestens eine Hydraulikpumpe aus einem Tank in ein Hochdruckrail gefördert werden, bevor der weitere Kraftstoff den Dual-Fluid-Injektoren zugeführt wird.
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 102012200706 A1 [0002]

Claims

Kraftstofffördereinrichtung (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (10) und mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (16), wobei durch die Förderpumpe (10) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (16) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (16) Kraftstoff über eine Wärmeleitung (17) in einen Buffertank (18) gefördert wird, wobei zwischen dem Buffertank (18) und einem Hochdruckspeicher (20) ein Druckregler (19) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hochdruckpumpe (16) und dem Buffertank (18) ein erster Wärmetauscher (31) und ein zweiter Wärmetauscher (32) angeordnet sind, wobei durch den ersten Wärmetauscher (31) thermische Energie des Kraftstoffes einer Rücklaufleitung (23), welche mit dem Vorratsbehälter (12) verbunden ist, auf den Kraftstoff der Wärmeleitung (17) übertragbar ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den zweiten Wärmetauscher (32) thermische Energie aus einem weiteren Fahrzeugsystem auf den Kraftstoff der Wärmeleitung (17) übertragbar ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücklauftank (24) in der Rücklaufleitung (23) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rücklauftank (24) und erstem Wärmetauscher (31) ein Ventil (27) angeordnet ist, wobei durch das Ventil (27) die zum ersten Wärmetauscher (31) strömende Kraftstoffmenge steuerbar ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauftank (24) durch einen größerer Rohrdurchmesser der Rücklaufleitung (23) realisiert wird, welcher ein Speichervolumen zwischen Druckregler (19) und Ventil (27) darstellt.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abzweigleitung (25) die Rücklaufleitung (23) und einen ersten Leitungsabschnitt (13) verbindet, wobei der erste Leitungsabschnitt (13) zwischen der Förderpumpe (10) und der Hochdruckpumpe (16) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abzweigventil (26) zwischen Rücklaufleitung (23) und Abzweigleitung (25) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (31) zwischen der Hochdruckpumpe (16) und dem zweiten Wärmetauscher (32) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (10) im Vorratsbehälter angeordnet (12) ist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (12) zur Aufnahme verflüssigten Gas (LNG) bzw. Gas in der flüssigen Phase ausgebildet ist.