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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage
für eine
Brennkraftmaschine gemäß den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Eine derartige Kraftstoffversorgungsanlage ist
aus
DE 197 34 , 493
C1 bekannt. Diese Kraftstoffversorgungsanlage ist mit einem
Kraftstofftank für flüssigen Kraftstoff,
von dem aus eine Kraftstoffzuleitung zu einer Einspritzvorrichtung
führt,
mit einer Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung für niedrig
siedende Kraftstoffanteile, die mit dem Kraftstofftank verbunden
ist, mit einem der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung nachgeschalteten
Zwischentank für
das Kondensat, von dem aus eine Kondensatleitung zu einem die Zufuhr
zu der Einspritzeinrichtung regelnden Steuerventil führt, und mit
einer die in der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung anfallenden
höher siedenden
Restkraftstoffanteile abführenden
Restkraftstoffrückleitung
versehen. Die Restkraftstoffrückleitung
mündet in
einen Zusatztank, von dem aus eine Restkraftstoffzuleitung zu einem
in der Kraftstoffzuleitung angeordneten Umschaltventil führt. Die
Steuerung des Ventils ist derart, daß der Restkraftstoff aus der
Restkraftstoffzuleitung in die zu der Einspritzeinrichtung führende Kraftstoffzuleitung
wenigstens teilweise bei Vollast der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Aufgrund der heute weltweit geforderten
Einhaltung der gesetzlich festgeschriebenen Rbgasemissionsgrenzwerte
werden an Bord eines mit Verbrennungsmotoren betriebenen Kraftfahrzeugs
eine Kraftstoffversorgungsanlage mit einer Kraftstofffraktionierungseinrichtung
zur Herstellung von niedrig siedenden Kraftstoffanteilen benötigt, um
die während des
Betriebs des Kraftfahrzeuges entstehenden Schadstoffemissionen in
der Kaltstart- und/oder Warmlaufphase zu reduzieren und den Schadstoffausstoß insgesamt
zu vermindern. Solche Anlagen sind häufig apparativ relativ komplex
und aufwendig konzipiert und benötigen
daher ein großes
Bauvolumen mit einem entsprechendem Baugewicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine zur
Verfügung
zu stellen, die nur ein geringes Bauvolumen und ein geringes Baugewicht
in Verbindung mit einer während
der verschiedenen Betriebsphasen des Kraftfahrzeugs reduzierten
Schadstoffemission aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung
nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der Beschreibung.
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Die Erfindung löst obengenannte Aufgabe, indem
die Gasförderpumpe,
der Elektromotor und die Kraftstoffpumpe in der Kraftstoffversorgungsanlage eine
Pumpeneinheit bilden, wobei der Elektromotor derart eingebaut ist,
daß er
beide Pumpen antreiben kann. Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage
ist zwischen Kraftstoffpumpe und Elektromotor und/oder zwischen
Elektromotor und Gasförderpumpe
eine Kupplung vorgesehen.
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Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung
der Erfindung besteht gemäß Anspruch
2 darin, daß auf
der Saug- und Druckseite der Kraftstoffpumpe mindestens ein Regelventil
derart angeordnet ist, daß flüssiger Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank, auch als Hauptkraftstofftank bezeichnet,
oder Kraftstoff mit niedrig siedenden Anteilen aus dem Zusatztank,
auch als Startkraftstofftank bezeichnet, mit der Kraftstoffpumpe
wahlweise förderbar
ist. Erfindungsgemäß ist außerdem mittels
Kraftstoffpumpe überschüssiger Kraftstoff
mit niedrig siedenden Anteilen über
eine Kraftstoffrückleitung
in den Zusatztank rückführbar. Als
ein weiterer Vorteil läßt sich
auf diese Weise ein einmal gewonnener Startkraftstoff sparen, um
ihn beispielsweise in Kaltstartsituationen zur Reduzierung der Abgasemissionen
in kürzester
Zeit zur Verfügung
zu haben. Durch die deutliche Verminderung der Schadstoffemission,
insbesondere bei der Emission von Kohlenwasserstoffen, resultiert
daraus vorteilhafterweise zum einen eine Reduzierung des Edelmetallgehalts
bei den Abgaskatalysatoren, zum anderen ein Wegfall der motornahen
Katalysatoren, die aufgrund der hohen Temperaturen in diesem Bereich
einer starken Alterung unterworfen wären.
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Als ein weiteres wichtiges Merkmal
ist die Pumpeneinheit der Kraftstoffversorgungsanlage in den Kraftstofftank
eines Fahrzeugs eingebaut.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich
aufgrund der genannten Vorteile für den Einsatz in allen mobilen
Systemen, wie Personen- und Nutzfahrzeuge.
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Die Erfindung wird nun anhand der
beigefügten
Zeichnung weiter beschrieben. In dieser zeigt in schematischer Darstellung
als ein Beispiel:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
des Gesamtsystems einer Kraftstoffversorgungsanlage
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2 den
Betrieb einer Kraftstoffversorgungsanlage mit Hauptkraftstoff nach
Abschluß des Warmlaufs
bzw. beim Warmstart des Kraftfahrzeugs
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3 eine
Spülung
der Kraftstoffpumpe mit Startkraftstoff vor dem Start des Verbrennungsmotors
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4 den
Betrieb einer Kraftstoffversorgungsanlage mit Startkraftstoff beim
Kaltstart und Warmlauf des Kraftfahrzeugs
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5 eine
Erstbefüllung
mit Startkraftstoff
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6 den
Betrieb der Gasförderpumpe
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1 umfaßt als Gesamtsystem
einer Kraftstoffversorgungsanlage die in den 2 bis 6 dargestellten
Betriebsarten oder Funktionen der Anlage: Betrieb mit Hauptkraftstoff,
Spülung
mit Startkraftstoff, Betrieb mit Startkraftstoff, Erstbefüllung mit Startkraftstoff
und den Betrieb der Gasförderpumpe, welche
nachstehend erläutert
werden. Das Gesamtsystem erlaubt vorteilhafterweise zum einen die
Herstellung von Startkraftstoff und zum anderen gleichzeitig das
Managen der Förderung
von Hauptkraftstoff und Startkraftstoff. 1 zeigt eine Pumpeneinheit bestehend
aus einer Kraftstoffpumpe 2, einem Elektromotor 3 und
einer Gasförderpumpe 4.
Zwischen Kraftstoffpumpe 2 und dem Elektromotor 3 ist eine
Kupplung 7 bzw. zwischen Elektromotor 3 und Gasförderpumpe 4 ist
eine Kupplung 8 vorgesehen. Die zwischen einem Ventil 5 und 6 angeordnete Kraftstoffpumpe 2 saugt
Hauptkraftstoff aus dem Hauptkraftstofftank 1 an, bei entsprechender
Ventilstellung 5. Über
ein Ventil 6 gelangt der Hauptkraftstoff in die Hauptkraftstoffleitung 9 zum
einem Einspritzventil 12. Zwischen Ventil 6 und
dem Einspritzventil 12 befindet sich in der Hauptkraftstoffleitung 9 ein
Kraftstoffdruckregler 11, wobei ausgehend von dem Kraftstoffdruckregler 11 eine
Rücklaufleitung 14 zum
Hauptkraftstofftank 1 vorgesehen ist. Zwischen Ventil 6 und
dem Kraftstoffdruckregler 11 befindet sich in der Hauptkraftstoffleitung 9 noch
ein zusätzliches
Ventil 10.
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Das Ventil 5 ist nun so
eingestellt, daß die durch
den Elektromotor 3 angetriebene Kraftstoffpumpe 2 Startkraftstoff
aus einem Startkraftstofftank 13 ansaugt, welcher entweder über das
Ventil 6 in die Hauptkraftstoffleitung 9 oder
in die Startkraftstoffleitung 15 eingebracht werden kann.
Zwischen Ventil 6 und dem Einspritzventil 12 befindet
sich in der Startkraftstoffleitung 15 ein Kraftstoffdruckregler 17,
wobei ausgehend von dem Kraftstoffdruckregler 17 eine Rücklaufleitung 18 zum
Startkraftstofftank 13 vorgesehen ist. Zwischen Ventil 6 und
dem Kraftstoffdruckregler 17 befindet sich ebenfalls ein
zusätzliches Ventil 16.
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Wie in 2 beispielhaft
dargestellt, zeigt die Prinzipzeichnung den Betrieb einer Kraftstoffversorgungsanlage
mit Hauptkraftstoff nach Abschluß des Warmlaufs bzw. beim Warmstart
des Kraftfahrzeugs. Hierzu treibt der Elektromotor 3 über die
geschlossene Kupplung 7 die Kraftstoffpumpe 2 an,
wobei die Kupplung 8 offen ist. Ventil 5, insbesondere ein
3-Wege-Ventil, bevorzugt
ein elektrisch betriebenes Magnetventil, ist so eingestellt, daß die Kraftstoffpumpe 2 Hauptkraftstoff
aus dem Hauptkraftstoff-Fahrzeugtank 1 ansaugt. Über ein
Ventil 6, insbesondere ein 3-Wege-Ventil, bevorzugt ein
elektrisch betriebenes Magnetventil, gelangt der Hauptkraftstoff
in die Hauptkraftstoffleitung 9 zum Einspritzventil 12,
das die Einspritzung in den nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor
steuert. Statt eines Einspritzventils mit seitlichem Rückschlagventil
kann auch ein lanzenförmiger
Kraftstoffverteiler mit in die Lanze integriertem Rückschlagventil
vorgesehen sein. Ein Kraftstoffdruckregler 11 reguliert
den Einspritzdruck in den Verbrennungsmotor. Zwischen Ventil 6 und
dem Kraftstoffdruckregler 11 befindet sich in der Hauptkraftstoffleitung
ein zusätzliches Ventil 10,
bevorzugt ein Rückschlagventil.
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3 beschreibt
schematisch eine Spülung der
Kraftstoffpumpe 2 mit Startkraftstoff vor dem Starten des
noch kalten Verbrennungsmotors. In der Kraftstoffpumpe 2 befindet
sich ein Totvolumen, das mit Hauptkraftstoff aus dem letzten Abstellvorgang des
Fahrzeugs gefüllt
ist. Um jedoch den Verbrennungsmotor gleich zu Beginn des Starts
mit reinem Startkraftstoff versorgen zu können, ist eine Spülung mit
Startkraftstoff erforderlich. Hierzu treibt der Elektromotor 3 über die
geschlossene Kupplung 7 die Kraftstoffpumpe 2 an.
Kupplung 8 ist bei diesem Vorgang offen. Das Ventil 5 ist
so eingestellt, daß die Kraftstoffpumpe 2 Startkraftstoff
aus dem Startkraftstofftank 13 ansaugt und über ein
Ventil 6 in die Hauptkraftstoffleitung 9 fördert. Der
Startkraftstoff gelangt über
einen Kraftstoffdruckregler 11 und eine Kraftstoffrücklaufleitung 14 in
den Hauptkraftstofftank 1. Das Einspritzventil 12 für den Verbrennungsmotor bleibt
bei diesem Vorgang noch geschlossen. Nach kurzer Zeit wird Ventil 6 derart
umgeschaltet, daß der Startkraftstoff
in die Startkraftstoffleitung 15, dargestellt in 4, gelangt. Zwischen Ventil 6 und
einem Kraftstoffdruckregler 17 befindet sich in der Startkraftstoffleitung 15 noch
ein zusätzliches
Ventil 16, bevorzugt ein Rückschlagventil. Der kalte Verbrennungsmotor
kann jetzt gestartet werden. Beim Kaltstart und Warmlauf des Motors
erfolgt der Betrieb mit Startkraftstoff.
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Nachdem die Spülung mit Startkraftstoff entsprechend 3 erfolgt ist, wird das
Ventil 6, wie in 4 gezeigt,
so eingestellt, daß der überschüssige Startkraftstoff über den
Kraftstoffdruckregler 17 und eine Startkraftstoffrücklaufleitung 18 zurück in den Startkraftstofftank 13 gelangt.
Dies spart in äußerst vorteilhafterweise
Startkraftstoff. Nach Abschluß des Warmlaufs
wird in den Betrieb mit Hauptkraftstoff umgeschaltet, wie dies in 2 beschrieben ist.
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Die Erstbefüllung mit Startkraftstoff erfolgt, wie
in 5 gezeigt, bei Erstbetriebnahme
oder nach einer Reparatur, da sich in dieser Situation noch kein Startkraftstoff
im Startkraftstofftank 13 und in der Starkraftstoffleitung 15 befindet.
Damit trotzdem bereits der erste Start mit Startkraftstoff erfolgen
und die Startkraftstoffleitung 15 gefüllt werden kann, wird eine
kleine Menge Startkraftstoff in den Hauptkraftstofftank 1 eingefüllt. Der
Elektromotor 3 treibt über die
geschlossene Kupplung 7 die Kraftstoffpumpe 2 an.
Die Kupplung 8 ist hierbei geöffnet. Ventil 5 ist
dabei so eingestellt, daß die
Kraftstoffpumpe 2 Startkraftstoff aus dem Hauptkraftstofftank 1 ansaugt. Über das
Ventil 6 gelangt der Startkraftstoff in die Startkraftstoffleitung 15 zum
Einspritzventil 12 des Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor
kann jetzt gestartet werden. Über
den Kraftstoffregler 17 und der Startkraftstoffrückleitung 18 gelangt
der überschüssige Startkraftstoff
zurück
in den Startkraftstofftank 13 und füllt diesen auf. Wird während des Warmlaufs
vom Füllstandsmesser 19 im
Startkraftstofftank der obere Grenzwert angezeigt, so wird das Ventil 5 in
der Weise umgeschaltet, daß die
Kraftstoffpumpe 2 jetzt Startkraftstoff aus dem Startkraftstofftank
ansaugt, wie in 4 gezeigt,
bis der Warmlauf abgeschlossen ist. Danach kann der Hauptkraftstofftank 1 mit
Hauptkraftstoff gefüllt
werden.
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Nach Abschluß des Warmlaufs muß durch den
Betrieb der Gasförderpumpe 4 der
Kraftstofffraktionierungseinheit der verbrauchte Startkraftstoff
wieder ergänzt
werden. Dies ist in 6 schematisch dargestellt.
Dabei wird während
des Betriebs mit Hauptkraftstoff die Kupplung 8 geschlossen,
so daß auch
die Gasförderpumpe 4 angetrieben
wird. Diese saugt Luft und Kraftstoffdampf aus dem Hauptkraftstofftank 1 ab
und komprimiert das Gemisch. In einem nachfolgenden Wärmetauscher 20 kühlt das Gemisch
ab, so daß die
Kraftstoffanteile kondensieren. Die verbliebene Luft fördert das
Kraftstoffkondensat in den Startkraftstofftank 13, wird
nach dem Druckentlastungsventil 21 auf Umgebungsdruck entspannt
und gelangt über
ein Verteilerrohr wieder in den Hauptkraftstofftank 1.
Beim Aufsteigen der Luftblasen reichern sich diese mit der niedriger
siedenden Kraftstoffkomponente an. Der Kreislauf beginnt erneut.
Zeigt der Füllstandsmesser 19 während der Fraktionierung
den oberen Grenzwert an, wird durch Öffnen der Kupplung 8 die
Fraktionierung beendet. Sollte vor Erreichen des oberen Grenzwerts
zwischenzeitlich der Verbrennungsmotor abgestellt werden, bedeutet
dies ein gleichzeitiges Abstellen der Kraftstoffpumpe 2.
Damit die Fraktionierung trotzdem bis zum Erreichen der oberen Füllstandsmarke
fortführbar
ist, kann die Kupplung 7 geöffnet werden und zu Ende fraktioniert
werden.
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Bisher bekannte Lösungen beschreiben einen Kraftstoffkreislauf
eines Fahrzeugs mit einem zusätzlichen
Startkraftstoffkreislauf zur Emissionsverminderung insbesondere
in der Kaltstartphase. Dabei erfolgt die Förderung des Hauptkraftstoffs
getrennt von der Förderung
des Startkraftstoffs. Dies impliziert zwei getrennte Antriebe für die jeweiligen Pumpen
der beiden getrennten Systeme.
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Entsprechend dem vorliegenden Erfindungsgedanken
ergeben sich durch das Zusammenfassen der Kraftstoffversorgungseinheit,
enthaltend eine Pumpeneinheit und einen Startkraftstofftank – welche
in den Hauptkraftstofftank einer Brennkraftmaschine integriert sind-
zu einer Baueinheit, vorteilhafterweise zum einen eine Reduktion
des Volumens einer solchen Kraftstoffversorgungseinheit wie auch ein
wesentlich geringerer Bauaufwand, zum anderen entfällt durch
die Verwendung des Elektromotors als Antrieb für beide Pumpensysteme – Kraftstoffpumpe und
Gasförderpumpe-
ein zusätzlicher
Antrieb, wie es im Falle eines getrennten Betriebes beider Systeme
notwendig gewesen wäre.
Der Wegfall des zusätzlichen
Antriebs führt
daher zu einer Kostenreduktion bei der Herstellung des Bauteils.
Ferner läßt sich im
Falle einer Wartung der Kraftstoffversorgungseinheit diese ohne
großen
Aufwand aus dem Kraftstoffbehälter
ausbauen. Durch die Kapselung der Pumpeneinheit ergibt sich weiterhin
eine gedämpfte
Geräuschentwicklung.
Außerdem
läßt sich
die so gestaltete Kraftstoffversorgungseinheit problemlos in jeden
Kraftstoffbehälter
integrieren, ohne daß der
jeweilige Kraftstoffbehälter
daran angepaßt
werden muß.
Dies verkürzt
die Enzwicklungszeiten erheblich und erspart die Kosten der Anpassung
an den jeweiligen Kraftstoffbehälter
eines Fahrzeugs. Die Erfindung erlaubt außerdem bei Erstinbetriebnahme
eines Fahrzeugs mittels einer Pumpe (der Kraftstoffpumpe 2)
durch entsprechendes Schalten der Ventile 5 und 6 die
sofortige Befüllung
des Hauptkraftstofftanks mit Startkraftstoff. Dies trägt an dieser
Stelle wiederum zur Emissionsverminderung bei.
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Die Arbeitsweise der Kraftstofffraktionierungseinheit
beruht auf dem Gedanken der Schleppgasfraktionierung und ist in
der Patentschrift
DE
199 27 177 C1 ausführlich
beschrieben.