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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor, einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Kraftstoffsystem, ein Fahrzeug mit einem derartigen Kraftstoffsystem und/oder einem Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Erhöhung der Verdampfungstemperatur eines in diesem Kraftstoffsystem verwendeten Kraftstoffs, wodurch es möglich ist, die Verdampfung eines flüchtigen Kraftstoffs beim Neustart eines warmen Verbrennungsmotors zu verhindern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Verbrennungsmotoren, wie z.B. Dieselmotoren oder Otto-Motoren, werden gegenwärtig in verschiedenen Arten von Anwendungen und Fahrzeugen verwendet, z.B. in schweren Fahrzeugen wie Lastkraftwagen oder Bussen, Autos, Motorbooten, Wasserfahrzeugen, Fähren oder Schiffen. Verbrennungsmotoren werden auch in Industriemotoren und/oder motorbetriebenen Industrierobotern, Kraftwerken, wie z.B. elektrischen Kraftwerken, die einen Dieselgenerator umfassen, und in Lokomotiven verwendet.
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Verbrennungsmotoren können durch flüchtige Kraftstoffe, wie z.B. Benzin, Ethanol oder Erdgas, angetrieben werden. Sie sind mit einem Kraftstoffsystem zum Befördern des Kraftstoffs von einem oder mehreren Kraftstofftanks zu dem Einspritzsystem des Motors versehen. Das Kraftstoffsystem umfasst eine oder mehrere Kraftstoffpumpen, die mechanisch von dem Verbrennungsmotor oder von einem Elektromotor angetrieben werden können. Die Kraftstoffpumpen erzeugen einen Kraftstoffstrom und - druck, um den Kraftstoff zu dem Einspritzsystem des Motors zu befördern, welches es den Brennräumen des Motors zuführt.
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Die Verbrennungsmotoren arbeiten bei hohen Temperaturen, wie z.B. von 450°C bis etwa 1000°C. Um hohe Betriebstemperaturen bewältigen zu können, ist der Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittelsystem versehen. Das Kühlmittelsystem ist so vorgesehen, dass es in der Lage ist, den Verbrennungsmotor zu kühlen, wenn die während des Verbrennungsprozesses entstehenden Temperaturen höher werden. Das Kühlmittelsystem umfasst verschiedene Komponenten, z.B. einen Motorblock, eine Wasserpumpe, einen Lüfter, einen Thermostat, einen Kühler, ein Kühlmittel und Kühlmittelschläuche. Die Wasserpumpe kann mit der Kurbelwelle des Motors verbunden sein. Das Motorkühlmittel kann beispielsweise Ethylenglycol, Propylenglycol und/oder Wasser enthalten. Das Kühlmittel ist dafür vorgesehen, durch das Kühlmittelsystem in den Motorblock zu strömen, wo es durch den Motorblock zirkuliert, und wird dann in den Kühler zurückgeführt. Das Fluid innerhalb des Kühlers wird dann beispielsweise während der Bewegung des Fahrzeugs gekühlt. Das als „Heißabstellen“ bekannte Phänomen tritt auf, wenn der Motor abgeschaltet wird und der Verbrennungsprozess beendet wird. Dies beendet das Moment der Kurbelwelle, was wiederum das Drehen der Wasserpumpe stoppt, so dass das Kühlmittel nicht länger in den Motorblock hinein zirkuliert. Daher erhöhen sich die Temperatur von Motorblock und Zylinder für einen Zeitraum von z.B. ungefähr 3 bis 10 Minuten, abhängig von der Motorkonstruktion und zusätzlichen Bauteilen. Die erhöhte Temperatur kann bewirken, dass der Kraftstoff siedet und somit verdampft oder verdunstet, wodurch ein Neustart des Fahrzeugs extrem schwierig wird.
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Es gab Versuche, das Problem der Kraftstoffverdampfung zu lösen, um einen leichteren Neustart des Motors zu ermöglichen. Zum Beispiel zeigt
DE 195 30 261 A1 eine Lösung, bei der eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe dafür vorgesehen ist, dem Kraftstoffsystem eine kurze Zeit nach Abschalten des Motors weiterhin Kraftstoff zuzuführen, um einen Druck in dem Kraftstoffsystem aufzubauen. Dies stellt sicher, dass eine Dampfsperre an der Kraftstoffeinspritzdüse verhindert wird und ein heißer Neustart ermöglicht wird. Elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpen sind jedoch temperaturempfindlich und es besteht daher die Gefahr eines Ausfalls. Auch sind solche Kraftstoffpumpen teuer und erhöhen somit die Herstellungskosten des Fahrzeugs.
JP H08 - 35 459 A zeigt eine andere Lösung, um den Kraftstoffdruck unmittelbar nach dem Anhalten eines Motors zu erhöhen und das Auftreten von Dämpfen durch Vorsehen eines Öffnungs-/Schließventils in einem Kraftstoffrückführkanal in Reihe mit einem Druckregler zu verhindern, wodurch das Ventil während des Stillstands des Motors geschlossen wird und das Ventil zum Zeitpunkt des Neustarts eines Motors bei hoher Temperatur weiterhin geschlossen wird.
JP 2009 - 074 408 A offenbart noch eine andere Lösung, um die Verzögerung des Starts eines Motors aufgrund der Verdampfung von Kraftstoff in einer Kraftstoffzufuhrleitung zwischen einem Tank und einer Pumpe zu minimieren, bei der eine Kraftstoffpumpe in der Kraftstoffzufuhrleitung zum Verbinden eines Injektors mit dem Kraftstofftank vorgesehen ist. Ein Rückschlagventil zum Verhindern, dass der Kraftstoff rückwärts zur Kraftstofftankseite strömt, ist in der Kraftstoffzufuhrleitung zwischen dem Kraftstofftank und der Kraftstoffpumpe installiert.
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US 2009 / 0 007 892 A1 und
WO 2015 / 174 908 A1 offenbaren jeweils Kraftstoffsysteme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Trotz bekannter Lösungen auf diesem Gebiet besteht die Notwendigkeit, ein Kraftstoffsystem weiterzuentwickeln, das das Risiko der Verdampfung von Kraftstoff während eines Neustarts eines heißen Verbrennungsmotors verringert und das Risiko einer Beschädigung in dem Kraftstoffsystem verringert.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffsystem bereitzustellen, das das Risiko der Verdampfung flüchtiger Kraftstoffe beim Start eines warmen oder heißen Verbrennungsmotors reduziert.
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Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoffsystem und -verfahren bereitzustellen, die leicht zu steuern und robust sind und keine umfangreichen Konstruktionsänderungen an den bestehenden Kraftstoffsystemen erfordern.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, das kompakt und platzsparend ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, bei dem der Kraftstoffverbrauch minimiert wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, bei dem das Risiko einer Beschädigung minimiert wird.
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Die obigen Aufgaben werden mit einem Kraftstoffsystem, einem Verbrennungsmotor, der das Kraftstoffsystem umfasst, und einem Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor gelöst, die alle in den anliegenden Ansprüchen definiert sind. Die Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zum Erhöhen der Verdampfungstemperatur eines in einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor verwendeten Kraftstoffs gelöst, wie es in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung werden die Aufgaben durch ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor gelöst, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe, eine stromabwärts der Kraftstoffpumpe angeordnete Kraftstofffiltervorrichtung und eine erste Kraftstoffleitung umfasst, wobei die Kraftstoffpumpe dafür vorgesehen ist, durch die erste Kraftstoffleitung Kraftstoff durch die Kraftstofffiltervorrichtung zuzuführen. Der Kraftstoff wird dann weiter zu einem Hochdruckkreislauf geleitet, der eine Hochdruckpumpe enthält, die Kraftstoff einem Kraftstoffinjektor zuführt. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem ist stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung und stromabwärts der Kraftstoffpumpe ein Steuerventil angeordnet, das sich bei einem vorgegebenen Druck öffnet und/oder schließt. Ein Rückschlagventil ist stromaufwärts der Kraftstoffpumpe angeordnet, um zu verhindern, dass Kraftstoff in den Kraftstofftank zurückströmt. Wenn der Motor ausgeschaltet wird, hört die Kraftstoffpumpe auf zu arbeiten und wird der Strömungsdruck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffsystem schnell abnehmen. Das Steuerventil hat einen vorgegebenen Öffnungsdruck und somit wird, wenn der Druck unter den vorgegebenen Druck absinkt, der Filtervorrichtung kein Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe zugeführt.
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Der Öffnungsdruck für das Steuerventil wird geeigneterweise so vorgegeben, dass er über dem Atmosphärendruck liegt. Der Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe wird bis zu dem vorgegebenen Druck mit Druck beaufschlagt. Wenn der Druck über dem vorgegebenen Druck liegt, öffnet sich das Steuerventil und lässt den Kraftstoff in dem Kraftstoffsystem weiter passieren. Während das Steuerventil geschlossen ist, verhindert das Rückschlagventil, bis der Druck über die Öffnungstemperatur steigt, dass der Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank fließt, wodurch der verbleibende Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe unter Druck gehalten wird. Wenn der Druck des Kraftstoffs steigt, steigt die Verdampfungs- oder Siedetemperatur des Kraftstoffs. Daher wird der Kraftstoff während des Warmstarts des Fahrzeugs, der oben als „Heißabstellen“ definiert ist, aufgrund der höheren Verdampfungstemperatur nicht verdampfen und ist es möglich, dem Injektor in dem Hochdruckkreislauf des Kraftstoffsystems Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe zuzuführen und damit den Motor zu starten. Wenn der Motor gestartet wird, beginnt das Kühlmittelsystem zu arbeiten und kann der Motor somit weiterarbeiten. Das vorliegende System wird das Risiko der Verdampfung flüchtiger Kraftstoffe beim Start eines warmen oder heißen Verbrennungsmotors verringern. Außerdem ist das System leicht zu steuern, robust und erfordert keine umfangreichen Konstruktionsänderungen an den vorhandenen Kraftstoffsystemen. Ferner ist das System kompakt und platzsparend und erhöht das Gewicht des Fahrzeugs nicht wesentlich, wodurch der Kraftstoffverbrauch nicht erhöht wird.
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Die Kraftstoffpumpe wird vorzugsweise mechanisch angetrieben und von der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert. Solche Pumpen sind nicht sehr wärmeempfindlich und daher robuster als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpen.
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Das Steuerventil kann so angeordnet sein, dass es sich allmählich öffnet und/oder schließt. Auf diese Weise können plötzliche Druckschwankungen im Kraftstoffsystem verhindert werden.
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Gemäß einer Variante der Erfindung ist eine Rückführleitung stromaufwärts des Steuerventils und stromabwärts der Kraftstoffpumpe zur Rückführung von Kraftstoff zurück zu der Kraftstoffpumpe angeordnet und ist das Rückschlagventil stromaufwärts der Kraftstoffpumpe und der Rückführleitung angeordnet. Auf diese Weise kann der Kraftstoff in einem geschlossenen Kreislauf rückgeführt werden, während er immer noch unter Druck steht, wenn der Druck unter dem Öffnungsdruck des Steuerventils liegt.
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Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst die Rückführleitung einen Regler für die Kraftstoffpumpe. Der Regler steuert den Druck innerhalb der Kraftstoffpumpe und ist geeigneterweise eine Ventilvorrichtung und am Einlass der Rückführleitung angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuerventil der Kraftstoffpumpenregler, der in der ersten Kraftstoffleitung stromabwärts der Kraftstoffpumpe und stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung angeordnet ist. Geeigneterweise wurde der Regler von der Kraftstoffpumpe zu der ersten Kraftstoffleitung verlagert. Auf diese Weise wären keine weiteren Komponenten in dem Kraftstoffsystem erforderlich und könnte das System somit weiter vereinfacht werden.
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Der vorgegebene Öffnungsdruck für das Steuerventil wird vorzugsweise unterhalb eines Nennbetriebsdrucks des Kraftstoffsystems eingestellt. Der Nennbetriebsdruck kann beispielsweise zwischen 5 und 20 bar liegen, jedoch wird der Druck vorzugsweise unter dem Nennbetriebsdruck gehalten, um das Risiko einer Beschädigung der Pumpe zu vermeiden. Der vorgegebene Öffnungsdruck für das Steuerventil wird vorzugsweise auch so eingestellt, dass der Druck die Verdampfungs- und/oder Siedetemperatur des Kraftstoffs erhöht. Ferner wird die Verdampfungs- und/oder Siedetemperatur des Kraftstoffs geeigneterweise so eingestellt, dass sie über der Temperatur des Motors liegt, nachdem der Motor abgeschaltet wurde. Dies bedeutet, dass der Druck ausreichend sein sollte, um die Verdampfungs- und/oder Siedetemperatur über die Temperatur des Motors oder Motorblocks zu erhöhen, da die Temperatur des Motors oder Motorblocks die Temperatur der Kraftstoffpumpe direkt beeinflusst.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der vorgegebene Öffnungsdruck des Steuerventils auf das 1,2- bis 2,5-fache des Atmosphärendrucks eingestellt. Vorzugsweise wird der vorgegebene Öffnungsdruck des Steuerventils so eingestellt, dass die Verdampfungstemperatur des Kraftstoffs um 10 bis 50°C höher als die Verdampfungstemperatur des Kraftstoffs bei Atmosphärendruck ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Druck in der Kraftstoffpumpe die Pumpe nicht beschädigt, während es möglich ist, die Verdampfungs- und/oder Siedetemperatur des Kraftstoffs über die Temperatur des Kraftstoffsystems hinaus zu erhöhen, nachdem ein warmer Motor ausgeschaltet wurde, wodurch ein Neustart des Fahrzeugs bei noch heißem Motor möglich ist.
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Der in dem Kraftstoffsystem verwendete Kraftstoff kann jeglicher flüchtige Kraftstoff sein, wie beispielsweise Ethanol, Methan, Propanol oder Benzin oder eine Mischung daraus. Gemäß einer Variante ist der Kraftstoff Ethanol, was heutzutage üblicherweise in verschiedenen Arten von Fahrzeugen verwendet wird. Außerdem ist Ethanol ein umweltfreundlicherer Kraftstoff als Kraftstoffe auf Erdölbasis. Zum Beispiel kann der Kraftstoff ED95 oder E85 sein. ED95 ist ein Kraftstoff auf Ethanolbasis, der ungefähr 95 Vol .-% Ethanol enthält und in angepassten Dieselmotoren verwendbar ist. E85 ist ein Kraftstoff auf Ethanolbasis, der üblicherweise Ethanol in einer Menge von 85 Vol .-% und Benzin in einer Menge von etwa 15 Vol .-% enthält, wobei das Volumenverhältnis jedoch variiert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor, der das wie oben definierte Kraftstoffsystem umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das den Verbrennungsmotor umfasst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erhöhen der Verdampfungstemperatur eines in einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor verwendeten Kraftstoffs. Das Kraftstoffsystem umfasst einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe, eine stromabwärts der Kraftstoffpumpe angeordnete Kraftstofffiltervorrichtung, eine erste Kraftstoffleitung, wobei die Kraftstoffpumpe dafür vorgesehen ist, durch die erste Kraftstoffleitung Kraftstoff durch die Kraftstofffiltervorrichtung zuzuführen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von:
- a) Anordnen eines Steuerventils stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung und stromabwärts der Kraftstoffpumpe, um den Kraftstoffstrom von der Kraftstoffpumpe zu steuern;
- b) Anordnen eines Rückschlagventils stromaufwärts der Kraftstoffpumpe in der ersten Kraftstoffleitung, um zu verhindern, dass Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank fließt;
- c) Steuern des Steuerventils derart, dass es sich bei einem vorgegebenen Druck öffnet;
wobei ein Druck, der geringer als der vorgegebene Öffnungsdruck des Steuerventils ist, in der Kraftstoffpumpe aufgebaut wird, nachdem der Verbrennungsmotor abgeschaltet wurde.
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Durch das Verfahren werden die gleichen Wirkungen erreicht, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Kraftstoffsystem beschrieben wurden. Somit wird, wenn der Motor ausgeschaltet wird, der Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe mit Druck beaufschlagt, da das Steuerventil einen vorgegebenen Öffnungsdruck aufweist und das Rückschlagventil verhindert, dass Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank fließt. Mit dem vorliegenden Verfahren wird es somit möglich, das Risiko der Verdampfung flüchtiger Kraftstoffe beim Start eines warmen oder heißen Verbrennungsmotors zu verringern.
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Das Verfahren kann ferner einen Schritt umfassen von:
- d) Rückführen eines Teils des Kraftstoffs über eine Rückführleitung zurück zu der Niedrigdruckpumpe.
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Auf diese Weise kann der Druck in der Kraftstoffpumpe reguliert werden. Wie oben erwähnt, kann auf diese Weise der Kraftstoff in einem geschlossenen Kreislauf rückgeführt werden, während er immer noch unter Druck steht, wenn der Druck unter dem Öffnungsdruck des Steuerventils liegt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt b) außerdem das elektrische Steuern des Steuerventils über eine Steuervorrichtung, die über einen Kommunikationsbus mit dem Steuerventil verbunden ist. Auf diese Weise wird es möglich, die Steuerung des Steuerventils in ein übliches Fahrzeugsteuerungssystem zu integrieren.
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Ferner kann gemäß einer Variante der Schritt c) das Bereitstellen einer Ventilvorrichtung am Einlass der Rückführleitung umfassen. Auf diese Weise wird es möglich, den Druck in der Kraftstoffpumpe und die Rückführströmung effektiv zu steuern.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend in der detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In denen zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs, das mit einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist,
- 2 ein Verbindungsdiagramm für ein Kraftstoffsystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 3 ein Diagramm, das den Dampfdruck von Ethanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt,
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erhöhen der Verdampfungstemperatur eines in einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor verwendeten Kraftstoffs gemäß der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Kraftstoffsystem und das Verfahren, die oben allgemein beschrieben wurden, beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Teil eines Kraftstoffsystems, der oft als Niederdruckkreislauf oder Niederdruckteil des Kraftstoffsystems bezeichnet wird. Der Hauptzweck der Kraftstoffpumpe besteht darin, Kraftstoff von dem Kraftstofftank weiter durch den Kraftstofffilter und zu dem Hochdruckkreislauf eines Kraftstoffsystems zu befördern, in dem eine Hochdruckpumpe vorgesehen ist, um den Kraftstoff weiter einem Injektor zuzuführen. Mit der Kraftstoffpumpe ist in diesem Zusammenhang eine Niedrigdruckpumpe mit einem Betriebsdruck von etwa 500 bis 2000 kPa (5 bis 20 bar), geeigneterweise von 9 bis 14 bar, gemeint. Geeigneterweise wird die Kraftstoffpumpe von dem Verbrennungsmotor betrieben und von der Drehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert, wodurch eine robuste und zuverlässige Zuführung des Kraftstoffs von dem Kraftstofftank weiter durch den Kraftstofffilter zu dem Hochdruckkreislauf des Kraftstoffsystems bereitgestellt wird.
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Das Rückschlagventil, das in dem Kraftstoffsystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird, verhindert, dass der Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank fließt, und unterstützt dadurch das Beaufschlagen des Kraftstoffs in der Kraftstoffpumpe mit Druck. Das Rückschlagventil kann z.B. ein Membranventil sein.
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Das Steuerventil der vorliegenden Erfindung wird mechanisch oder elektrisch gesteuert. In jedem Fall sollte das Steuerventil so ausgelegt sein, dass es im normalen Betrieb des Kraftstoffsystems und des Verbrennungsmotors eine minimale Einwirkung hat. Zum Beispiel sollte die Strömungsfläche ausreichend groß sein, damit der Gegendruck in dem System minimiert wird. Wenn das Steuerventil elektrisch betätigbar oder steuerbar ist, ist es möglich, dass das Ventil auf flexible Weise geschlossen und geöffnet wird. Mittels eines mechanisch steuerbaren Ventils kann jedoch ein einfaches und kostengünstigeres Kraftstoffsystem bereitgestellt werden. Das mechanisch steuerbare Ventil kann beispielsweise eine Federeinrichtung umfassen, die eine vorgegebene Widerstandskraft aufweist, die das Öffnen des Ventils bei einem vorgegebenen Druck ermöglicht. Ein Betrieb des Ventils auf der Grundlage von vorgegebenen Parametern führt zu einem Kraftstoffsystem, in dem die Kraftstoffpumpe bei Bedarf mit Druck beaufschlagt wird, d.h. wenn der Motor abgeschaltet wird, wodurch der Energiebedarf des Kraftstoffsystems und somit auch der Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Das elektrisch betätigbare Ventil kann z.B. ein Solenoidventil sein, kann jedoch auch jegliches erwünschte elektrische Ventil sein.
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Wenn das Steuerventil elektrisch ist, kann es in Verbindung mit einer Steuereinheit vorgesehen sein, die vorteilhafterweise mit einem CAN-Bus verbunden ist. Die anderen Steuereinheiten des Fahrzeugs können ebenfalls mit dem CAN-Bus verbunden sein, so dass die Steuereinheit des Ventils Information von ihnen empfangen kann. Diese Information kann vorteilhafterweise als Steuerparameter beim Betätigen des Ventils verwendet werden. Die Ventilsteuereinheit kann entweder eine separate Einheit sein, die auf die Betätigung des Ventils beschränkt ist, oder mit der Steuereinheit der Kraftstoffpumpe verbunden sein, die vorteilhafterweise die Form der Steuereinheit des Elektromotors annimmt, der die Kraftstoffpumpe antreibt.
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Wenn das Steuerventil elektrisch gesteuert wird, kann das Kraftstoffsystem der vorliegenden Erfindung auch einen Drucksensor umfassen, der vorzugsweise stromabwärts der Kraftstoffpumpe oder der Kraftstofffiltervorrichtung vorgesehen ist, um den Kraftstoffdruck nach der Kraftstoffpumpe oder der Kraftstofffiltervorrichtung zu messen, und über den CAN-Bus mit der Steuereinheit des Ventils in Verbindung steht, um es diesem zu ermöglichen, zu entscheiden, ob eine Aktivierung des Ventils erforderlich ist, d.h. die Kraftstoffzufuhr von der Kraftstoffpumpe zu schließen. Alternativ ist ein Drucksensor stromabwärts der Kraftstoffpumpe und stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung oder sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Kraftstofffiltervorrichtung vorgesehen. Der Drucksensor ist vorzugsweise mit einer Steuerlogik versehen und steht in direkter Verbindung mit dem CAN-Bus. Alternativ stehen die Drucksensoren mit der Steuereinheit der Kraftstoffpumpe in Verbindung, die wiederum mit dem CAN-Bus und somit mit der Steuereinheit des Ventils in Verbindung steht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angegeben, die eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, das mit einem Kraftstoffsystem 4 für einen Verbrennungsmotor 2 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Der Motor 2 ist mit einem Getriebe 6 verbunden, das wiederum über eine Übersetzungseinrichtung mit den Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs verbunden ist. Das Fahrzeug umfasst auch ein Fahrgestell 10.
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2 ist ein Verbindungsdiagramm für ein Kraftstoffsystem 4 für einen Verbrennungsmotor 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst einen Kraftstofftank 20, eine Kraftstoffpumpe 22, eine Kraftstofffiltervorrichtung 12 und einen Verbrennungsmotor 2 (in 1 gezeigt). Die Kraftstoffpumpe 22 pumpt Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 20 durch die Kraftstofffiltervorrichtung 12, die ein stromabwärts der Kraftstoffpumpe 22 angeordnetes Filterelement 28 umfasst, zu einem Hochdruckkreislauf des Kraftstoffsystems (nicht gezeigt). Der Kraftstoff wird in dem Hochdruckkreislauf mittels einer Hochdruckpumpe zu einer Einspritzvorrichtung gepumpt, die Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einspritzt. Ferner ist stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung 12 und stromabwärts der Kraftstoffpumpe 22 ein Steuerventil 30 angeordnet, das sich bei einem vorgegebenen Druck öffnet und/oder schließt. Ein Rückschlagventil 26 ist stromaufwärts der Kraftstoffpumpe 22 angeordnet, um zu verhindern, dass der Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank 20 fließt. Die Kraftstoffpumpe 22, die eine Niedrigdruckpumpe ist, wird durch die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors angetrieben. Wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, stoppt die Kraftstoffpumpe somit den Betrieb und wird der Druck in dem Kraftstoffsystem schnell abnehmen. Da das Steuerventil 30 einen vorgegebenen Öffnungsdruck hat und da das Rückschlagventil 26 verhindert, dass der Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank 20 strömt, ist es möglich, ein spezifisches Volumen innerhalb der Pumpe zu halten und einen Kraftstoffdruck auf einem Niveau bis zu dem vorgegebenen Öffnungsdruck des Steuerventils 30 aufrechtzuerhalten. Der Öffnungsdruck für das Steuerventil 30 kann so vorgegeben sein, dass er über dem Atmosphärendruck liegt, und somit wird der Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 22 selbst dann mit Druck beaufschlagt, wenn der Druck unter den vorgegebenen Druck abgefallen ist. Zur gleichen Zeit wird das Rückschlagventil 26 verhindern, dass der Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank 20 fließt, wodurch der verbleibende Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 22 unter Druck gehalten wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst auch eine Rückführleitung 32, die stromaufwärts des Steuerventils 30 und stromabwärts der Kraftstoffpumpe 22 zur Rückführung von zumindest einem Teil des Kraftstoffs zurück zur Kraftstoffpumpe 22 vorgesehen ist, und das Rückschlagventil 26 ist stromaufwärts der Kraftstoffpumpe 22 und der Rückführleitung 32 angeordnet. Ein Regler 36 ist in der Rückführleitung 32 angeordnet und der Regler steuert den Druck in der Kraftstoffpumpe 22. Gemäß einer Variante der Erfindung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist der Regler 36 für die Kraftstoffpumpe stattdessen am Einlass der Rückführleitung 32 angeordnet und bildet das Steuerventil 30 der Kraftstoffpumpe 22. Das bedeutet, der Regler 36 wurde von der Kraftstoffpumpe 22 zu der ersten Kraftstoffleitung 24 stromabwärts der Kraftstoffpumpe 22 und stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung 12 verlagert.
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Wenn der Druck des Kraftstoffs steigt, steigt der Dampfdruck des Kraftstoffs und somit die Verdampfungs- und/oder Siedetemperatur des Kraftstoffs. Daher wird der Kraftstoff während des Heißstarts des Fahrzeugs aufgrund der höheren Verdampfungstemperatur nicht verdampfen und wird es möglich, dem Injektor in dem Hochdruckkreislauf des Kraftstoffsystems Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe zuzuführen und somit den Motor zu starten. 3 zeigt, wie die Siedetemperatur steigt, wenn der Dampfdruck von Ethanol steigt. Bei einem atmosphärischen Druck von 101,3 kPa beträgt die Verdampfungstemperatur etwa 76°C. Wenn der Druck auf 200 kPa steigt, beträgt die Verdampfungstemperatur etwa 97°C.
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4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, das die Schritte umfasst von:
- a) Anordnen eines Steuerventils 30 stromaufwärts der Kraftstofffiltervorrichtung 12 und stromabwärts der Kraftstoffpumpe 22, um den Kraftstoffstrom von der Kraftstoffpumpe 22 zu steuern;
- b) Anordnen eines Rückschlagventils 26 stromaufwärts der Kraftstoffpumpe 22 in der ersten Kraftstoffleitung 24, um zu verhindern, dass der Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank 20 strömt;
- c) Steuern des Steuerventils 30 derart, dass es sich bei einem vorgegebenen Druck öffnet;
wobei ein Druck, der geringer als der vorgegebene Öffnungsdruck des Steuerventils ist, in der Kraftstoffpumpe 22 aufgebaut wird, nachdem der Verbrennungsmotor 2 ausgeschaltet wird.
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Durch das Verfahren werden die gleichen Wirkungen und Vorteile erhalten, die oben im Zusammenhang mit dem Kraftstoffsystem 4 beschrieben wurden. Wenn der Motor 2 ausgeschaltet wird, wird somit der Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 22 mit Druck beaufschlagt, da das Steuerventil 30 einen vorgegebenen Öffnungsdruck hat und das Rückschlagventil 26 verhindert, dass der Kraftstoff zurück zum Kraftstofftank 20 strömt. Durch das vorliegende Verfahren wird es somit möglich, das Risiko der Verdampfung flüchtiger Kraftstoffe beim Start eines warmen oder heißen Verbrennungsmotors zu verringern.
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Das Verfahren kann ferner einen Schritt umfassen von:
- d) Rückführen eines Teils des Kraftstoffs über eine Rückführleitung 32 zurück zu der Kraftstoffpumpe 22. Wie oben erwähnt, kann auf diese Weise der Kraftstoff in einem geschlossenen Kreislauf rückgeführt werden, während er immer noch unter Druck steht, wenn der Druck unter dem Öffnungsdruck des Steuerventils liegt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt b) auch das elektrische Steuern des Steuerventils über eine Steuervorrichtung, die über einen Kommunikationsbus mit dem Steuerventil verbunden ist. Auf diese Weise wird es möglich, die Steuerung des Steuerventils in ein übliches Fahrzeugsteuerungssystem zu integrieren.
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Ferner kann gemäß einer Variante der Schritt c) das Bereitstellen einer Ventilvorrichtung am Einlass der Rückführleitung umfassen. Auf diese Weise wird es möglich sein, die Rückführströmung effektiv zu steuern.
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Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränken. Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen für den Fachmann ersichtlich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen am besten zu erläutern, wodurch es anderen Fachmännern ermöglicht wird, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen und mit den verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die spezielle beabsichtigte Verwendung geeignet sind. Die oben angegebenen Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Erfindung zwischen verschiedenen angegebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
