DE112017004429T5

DE112017004429T5 - Kraftstoffzufuhrmodul und steuersystem

Info

Publication number: DE112017004429T5
Application number: DE112017004429.4T
Authority: DE
Inventors: Eric D. Anderson; Travis P. Baur; Elton J. Fisch; Cyrus M. Healy; Kevin L. Israelson; Gerald J. Lamarr; Robby L. Linton; Edward J. Talaski
Original assignee: Walbro LLC
Current assignee: Walbro Cass City Us LLC
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-06-27
Also published as: US20190242341A1; JP2019526741A; WO2018045311A2; US11085407B2; WO2018045311A3; CN110177930B; CN110177930A

Abstract

In zumindest einigen Implementierungen umfasst ein Kraftstoffzufuhrmodul ein Reservoir und eine vom Reservoir getragene Kraftstoffpumpe. Das Reservoir kann einen Körper und eine Abdeckung umfassen, die ein Innenvolumen definieren, um einen Vorrat an Kraftstoff aufzunehmen, und das Reservoir kann einen Einlass umfassen, durch den Kraftstoff in das Innenvolumen eintritt, und einen Auslass, aus dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffzufuhrmodul abgeführt wird. Die Kraftstoffpumpe wird vom Reservoir getragen und weist einen ersten Einlass auf, der mit dem Innenvolumen verbunden ist, um Kraftstoff aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe zu fördern, und einen zweiten Einlass, der über dem ersten Einlass relativ zur Schwerkraftrichtung angeordnet ist, um Fluid oder Dämpfe aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe aufzunehmen. Die Kraftstoffpumpe umfasst einen Auslass, aus dem Fluid zur Abgabe an einen Motor über den Reservoirauslass abgeführt wird.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldungen mit den Nummern 62/383,166, eingereicht am 2. September 2016, 62/426,836 eingereicht am 28. November 2016, 62/477,663 eingereicht am 28. März 2017 und 62/524,813 , eingereicht am 26. Juni 2017, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kraftstoffzufuhrmodul und ein Steuersystem zum Abgeben von Kraftstoff unter Druck zur Verwendung durch einen Motor.
HINTERGRUND
Eine Kraftstoffpumpe kann innerhalb eines Kraftstoffzufuhrmoduls mit einem Reservoir, in dem ein Vorrat an Kraftstoff enthalten ist, vorgesehen sein, und die Kraftstoffpumpe pumpt Kraftstoff aus dem Reservoir zur Verwendung durch einen Motor. Die Fluide in den Reservoirs umfassen oft flüssigen Kraftstoff sowie Gase wie Luft und Kraftstoffdämpfe, die sich in einem oberen Bereich des Reservoirs, über dem flüssigen Kraftstoff, sammeln. Die Kraftstoffpumpe kann einen elektrischen Motor umfassen, der ein Pumpelement antreibt, um Kraftstoff aus dem Reservoir zu pumpen. Eine verbesserte Steuerung des Kraftstoffpumpenmotors ist erforderlich, um die Effizienz des Systems zu verbessern, die für die Pumpe benötigte elektrische Energie zu reduzieren und um die Systemleistung zu verbessern, einschließlich der Fähigkeit, dem Motor Kraftstoff als eine Funktion des Kraftstoffdrucks und des Motor-Kraftstoffbedarfs bereitzustellen. Weiterhin kann es notwendig oder wünschenswert sein, das Spülen bzw. Ablassen von Luft und Kraftstoffdampf aus dem Reservoir zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG
In zumindest einigen Implementierungen umfasst ein Kraftstoffzufuhrmodul ein Reservoir und eine vom Reservoir getragene Kraftstoffpumpe. Das Reservoir kann einen Körper und eine Abdeckung umfassen, die ein Innenvolumen definieren, um einen Vorrat an Kraftstoff aufzunehmen, und das Reservoir kann einen Einlass umfassen, durch den Kraftstoff in das Innenvolumen eintritt, und einen Auslass, aus dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffzufuhrmodul abgeführt wird. Die Kraftstoffpumpe wird vom Reservoir getragen und weist einen ersten Einlass auf, der mit dem Innenvolumen verbunden ist, um Kraftstoff aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe zu fördern, und einen zweiten Einlass, der über dem ersten Einlass relativ zur Schwerkraftrichtung angeordnet ist, um Fluid aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe aufzunehmen. Die Kraftstoffpumpe umfasst einen Auslass, aus dem Fluid zur Abgabe an einen Motor über den Reservoirauslass abgeführt wird.
In zumindest einigen Implementierungen umfasst ein Kraftstoffzufuhrmodul ein Reservoir, eine vom Reservoir getragene Kraftstoffpumpe und einen mit der Kraftstoffpumpe verbundenen Krümmer bzw. Verteiler. Das Reservoir umfasst ein Innenvolumen, um einen Vorrat an Kraftstoff aufzunehmen, einen Einlass, durch den Kraftstoff in das Innenvolumen eintritt, und einen Auslass, aus dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffzufuhrmodul abgeführt wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst einen ersten Einlass in Verbindung mit dem Innenvolumen, um Kraftstoff in die Kraftstoffpumpe aus dem Innenvolumen aufzunehmen und einen Auslass, aus dem unter Druck gesetzter Kraftstoff abgeführt wird. Und der Krümmer umfasst einen Einlass, der mit dem Kraftstoffpumpenauslass verbunden ist, einen ersten Auslass, der mit dem Reservoirauslass verbunden ist, und einen zweiten Auslass, der mit einem Drucksensor verbunden ist. Der Krümmer und der Drucksensor werden innerhalb des Innenvolumens aufgenommen, wobei der Drucksensor zwischen Krümmer und Reservoir aufgenommen und nicht direkt mit dem Innenvolumen verbunden ist.
In zumindest einigen Implementierungen umfasst ein Steuersystem für eine Kraftstoffpumpe eine Steuerung mit oder in Verbindung mit einem Speicher, der Anweisungen oder Programme für den Betrieb der Steuerung enthält. Die Steuerung umfasst außerdem:

mindestens einen Eingang, der umfassen kann: einen Ausgang von einem Kraftstoffdruck- oder Kraftstoffdurchflusssensor, einen Ausgang von einer Steuerung, die einem Motor zugeordnet ist, mit dem die Kraftstoffpumpe verwendet wird, einen Drosselstellungssensor des Motors, einen Hinweis auf den Kraftstoffbedarfs des Motors und eine Energieversorgung für die Kraftstoffpumpe, und
einen Ausgang für die Kraftstoffpumpe einer Energieversorgung, dessen Größe oder Stärke von mindestens einem der Eingänge abhängig ist.

In zumindest einigen Implementierungen umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffpumpe:
Bestimmen der Differenz zwischen einem eingestellten Strom- oder Drehzahlwert, der der Kraftstoffpumpe bereitzustellen ist, und einem tatsächlichen Strom- oder Drehzahlwert, der der Kraftstoffpumpe bereitgestellt wird;
Addieren der Differenz zu einem vorherigen Stromwert, um einen vorgegebenen oder angeordneten Strom bereitzustellen, der der Kraftstoffpumpe zugeführt wird; und
Speichern des vorgegebenen Stroms als ein vorheriger Strom.
Figurenliste
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und der besten Betriebsweise wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen fortgesetzt, in denen:

1 ist eine schematische Ansicht eines Kraftstoffzufuhrmoduls;
2 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Kraftstoffzufuhrmoduls;
3 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Kraftstoffzufuhrmoduls;
4 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Kraftstoffzufuhrmoduls;
5 ist eine schematische Ansicht eines Steuersystems für eine Kraftstoffpumpe,
6 ist ein Graph repräsentativer Kraftstoffpumpen-Betriebsdaten;
7 ist eine Schnittansicht eines Bereichs eines Kraftstoffzufuhrmoduls, die einen oberen Bereich eines Reservoirs, einen Krümmer, einen Drucksensor, einen Druckregler und einen Bereich einer Kraftstoffpumpe darstellt;
8 ist eine teilweise Schnittansicht des in 7 gezeigten Moduls, die einen unteren Bereich des Reservoirs, einen Einlassadapter und ein Pumpenbefestigungsmerkmal veranschaulicht;
9 ist eine Schnittansicht des Moduls;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Kraftstoffzuführmoduls;
11 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines Krümmers des Moduls aus 10;
12 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines unteren Bereichs eines Reservoirs oder Körpers des Moduls;
13 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines unteren Bereichs eines Reservoirs oder Körpers des Moduls;
14 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines unteren Bereichs eines Reservoirs oder Körpers des Moduls;
15 ist eine Schnittansicht eines Einlasskörpers des Moduls;
16 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines unteren Bereichs eines Reservoirs oder Körpers des Moduls;
17 ist ein Diagramm eines Kraftstoffpumpen-Steuerschemas; und
18 ist ein Flussdiagramm eines Kraftstoffpumpen-Steuerverfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter näherer Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 ein Kraftstoffzufuhrmodul 10 mit einem Reservoir 12, in dem ein Vorrat an Kraftstoff enthalten ist, und einer Kraftstoffpumpe 14 zum Pumpen von Kraftstoff aus dem Reservoir 12 zur Verwendung durch einen Motor 16. Das Reservoir 12 kann einen Hauptkörper 18 und eine Abdeckung 20 aufweisen oder durch sie definiert sein, welche zusammen ein Innenvolumen 22 definieren, in dem Fluid zurückgehalten wird. Das Fluid beinhaltet oft flüssigen Kraftstoff 24 sowie ebenso Gase wie Luft und Kraftstoffdämpfe, die sich in einem oberen Bereich 25 oberhalb des flüssigen Kraftstoffs (oberhalb in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft) sammeln. Die Kraftstoffpumpe 14 nimmt Kraftstoff aus dem Innenvolumen 22 auf, erhöht den Druck des Kraftstoffs und führt Kraftstoff unter Druck zur Abgabe an den Motor 16 ab.
Der Körper 18 und die Abdeckung 20 des Reservoirs 12 können aus jedem beliebigen Material geformt sein, das für die Verwendung mit dem gepumpten Kraftstoff geeignet ist. Um ein Austreten oder eine Leckage aus dem Reservoir 12 zu verhindern, kann die Abdeckung 20 in abdichtender Weise an dem Körper 18 angeordnet sein. Das Reservoir 12 kann jede gewünschte Form aufweisen und jedes gewünschte Innenvolumen 22 bereitstellen. In dem dargestellten Beispiel weist der Körper 18 eine im Allgemeinen zylindrische Seitenwand 26 auf, die an einem Ende durch eine untere Wand 28 verschlossen und an ihrem anderen Ende offen ist, so dass Komponenten (z.B. die Kraftstoffpumpe) innerhalb des Innenvolumens 22 aufgenommen werden können, bevor die Abdeckung 20 mit dem Hauptkörper 18 verbunden wird, um das obere, offene Ende des Hauptkörpers zu schließen und das Innenvolumen 22 zu umschließen. In zumindest einigen Implementierungen umfasst das Reservoir 12 einen Einlass 30, durch den Kraftstoff in das Innenvolumen 22 eingeleitet wird, und einen Auslass 32, aus dem Kraftstoff aus dem Reservoir 12 abgeführt wird. Der Einlass 30 kann zum Innenvolumen 22 hin auf einer Ebene oberhalb eines Einlasses der Kraftstoffpumpe 14 offen sein, um ein Austreten von Kraftstoff aus dem Innenvolumen unter Schwerkraft oder unter einem Innendruck, der innerhalb des Innenvolumens vorhanden sein kann, zu vermeiden. In zumindest einigen Implementierungen öffnet der Einlass 30 in das Innenvolumen 22 an einer Stelle, die näher an der oberen Wand oder Abdeckung 20 als an der unteren Wand 28 des Reservoirs 12 liegt, und in der dargestellten Implementierung befindet sich der Einlass 30 in einem Abstand von der oberen Wand 20, der innerhalb von 1% bis 50% der Gesamthöhe des Innenvolumens 22 liegt. Eine sekundäre Kraftstoffpumpe, manchmal auch Hebepumpe genannt, kann entweder innerhalb oder außerhalb des Innenvolumens vorgesehen sein, um Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrat 34 (z.B. einem Kraftstofftank) in das Innenvolumen 22 durch den Einlass 30 zu pumpen, falls gewünscht. In dem in 1 dargestellten Beispiel wird der obere Bereich 25 des Reservoirs 12 nicht entlüftet, d.h. die gasförmige Materie im oberen Bereich 25 kann das Innenvolumen 22 nicht über eine Lüftung oder ein Entlüftungsventil verlassen. Stattdessen wird die gasförmige Materie über einen zweiten Einlass 36, der in den oberen Bereich 25 öffnet, in die Kraftstoffpumpe 14 eingebracht, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Die Kraftstoffpumpe 14 kann einen elektrischen oder Elektromotor 38 und ein vom Motor angetriebenes Pumpelement 40 umfassen. Das Pumpelement 40 kann von einem positiven-Verdränger-Typ sein, wie eine Gerotor- oder Schraubenpumpe, oder eine Zentripetalpumpe wie eine Pumpe vom Turbinentyp. Um Kraftstoff aus dem Innenvolumen 22 aufzunehmen, weist die Kraftstoffpumpe 14 einen ersten Einlass 42 auf. Der erste Einlass 42 kann im Innenvolumen 22 angeordnet sein, so dass er näher an der unteren Wand 28 des Reservoirs 12 liegt. In einigen Implementierungen befindet sich der erste Einlass 42 innerhalb eines unteren Drittels der Höhe des Innenvolumens 22 (relativ zur Schwerkraft) und kann innerhalb der unteren 10% der Höhe des Innenvolumens liegen. In dieser Position kann der erste Einlass 42 in flüssigen Kraftstoff eingetaucht sein oder unter diesem liegen, während des normalen Betriebs des Moduls 10, was alle oder fast alle Fälle umfassen kann, außer wenn der Hauptkraftstofftank 34 einen niedrigen Kraftstoffstand aufweist und wenn das Reservoir 12 einen niedrigen Füllstand an Kraftstoff aufweist oder keinen Kraftstoff enthält. Dies hält eine Flüssigkeitssäule am ersten Einlass 42 aufrecht, und der erste Einlass wird befeuchtet, um die Leistung und Effizienz der Pumpe 14 zu verbessern. In dem dargestellten Beispiel weist der erste Einlass 42 eine relativ geringe Größe auf und kann in einem von der Kraftstoffpumpe separaten Körper 44 definiert sein, wie beispielsweise dem Einlasskörper 44, der mit dem Gehäuse 46 der Kraftstoffpumpe 14 verbunden ist, oder der erste Einlass 42 kann in dem oder durch das Gehäuse 46 definiert sein. In zumindest einigen Implementierungen kann der erste Einlass 42 eine Größe (z.B. Durchmesser) zwischen 1 mm und 12 mm aufweisen. Der Einlasskörper 44 kann den zweiten Einlass 36 umfassen, der offen ist zum oberen Bereich 25 und durch den gasförmige Materie in ein Rohr oder einen anderen Durchgang 48 eingezogen wird, der zu dem ersten Einlass 42 führt. Unter zumindest bestimmten Umständen wird ein Teil der gasförmigen Materie durch den zweiten Einlass 36, den Durchgang 48 und in die Kraftstoffpumpe 14 gezogen und danach aus einem Auslass 49 der Kraftstoffpumpe 14 abgeführt, in ein Gemisch mit flüssigem Kraftstoff, das von der Kraftstoffpumpe abgeführt wird.
Um zu steuern, wann die gasförmige Materie in die Kraftstoffpumpe 14 eingezogen wird, kann der erste Einlass 42 so bemessen sein, dass der Fluidstrom durch ihn hindurch eingeschränkt wird. Weiterhin kann der Motor 38 mit variabler Drehzahl angetrieben werden, und die Strömungsrate des in die Kraftstoffpumpe 14 eingezogenen Kraftstoffs variiert als eine Funktion der Motordrehzahl. Wenn die Strömungsrate des Kraftstoffs durch die Kraftstoffpumpe 14 unter einem Schwellenwert liegt, reicht der Druckabfall am zweiten Einlass 36 nicht aus, um Luft durch das Rohr 48 zu ziehen, flüssiger Kraftstoff verbleibt im Rohr und die Luft wird nicht aus dem Reservoir 12 abgelassen. Wenn die Strömungsrate des Kraftstoffs durch die Kraftstoffpumpe 14 über einem Schwellenwert liegt, ist der Druckabfall am zweiten Einlass 36 groß genug, um das Fluid aus dem Rohr 48 zu ziehen und Luft durch das Rohr zu ziehen. Wenn Luft durch das Rohr 48 gezogen und aus dem Reservoir 12 ausgelassen wird, steigt oder nimmt der Kraftstoffstand im Reservoir 12 zu, bis der flüssige Kraftstoff auf dem Niveau des zweiten Einlasses 36 liegt. Bei diesem Kraftstoffniveau wird jegliche Luft über der Oberfläche des Kraftstoffs im Reservoir 12 eingeschlossen und nicht ausgelassen, und die Pumpe 14 nimmt flüssigen Kraftstoff auf und pumpt ihn ab. In zumindest einigen Implementierungen ist der Reservoireinlass 30 in einer Höhe (relativ zur Schwerkraft) angeordnet, die oberhalb der Höhe des zweiten Einlasses 36 liegt, so dass der Kraftstoffstand oder das Kraftstoffniveau im Innenvolumen 22 unter dem Niveau des Reservoireinlasses 30 bleibt und der Kraftstoff nicht durch den Reservoireinlass zurück in den Kraftstofftank 34 strömt. Natürlich können auch andere Anordnungen verwendet werden, und unabhängig von der relativen Höhe des Reservoireinlasses 30 kann ein Absperrventil bzw. ein Rückschlagventil hinzugenommen werden, um den Rückfluss von Kraftstoff in den Kraftstofftank 34 zu verhindern, falls gewünscht.
Ein Rückschlagventil 50 kann in einem Verzweigungsdurchgang 51 vorgesehen sein, der mit dem Kraftstoffpumpenauslass 49 verbunden ist, um Kraftstoff in das Reservoir 12 zurückzuführen, der aus der Kraftstoffpumpe 14 mit einer höheren Strömungsrate abgeführt wird, als vom Motor 16 gefordert. Das Ventil 50 kann vorgespannt sein, beispielsweise durch eine Feder, so dass das Ventil nur dann öffnet, wenn der auf das Ventil wirkende Kraftstoff über einem Schwellenwertdruck liegt. Auf diese Weise kann das Ventil 50 als ein Druckregler wirken, der den Kraftstoff über einen gewünschten maximalen Druck zurück in das Reservoir 12 umleitet. Das Ventil 50 kann außerdem etwas Kraftstoff in den Kraftstoffleitungen 52 stromabwärts der Kraftstoffpumpe beibehalten, um beispielsweise das Starten eines Motors zu erleichtern, indem es einen Kraftstoffvorrat aufrechterhält, der bereit ist, beim ersten Ankurbeln des Motors an den Motor abgegeben zu werden. Wenn der Kraftstoff nicht in den Kraftstoffleitungen 52, die zum Motor 16 führen, beibehalten würde, müssten diese Kraftstoffleitungen zuerst mit Kraftstoff gefüllt werden, bevor der Kraftstoff an den Motor abgegeben wird. Ein zweites Rückschlagventil 54 kann in der Pumpe 14 oder stromabwärts davon vorgesehen sein und ist angeordnet, um das Abführen von Kraftstoff unter Druck aus der Kraftstoffpumpe 14 zu ermöglichen, aber den Rückfluss von Kraftstoff zurück in das Reservoir 12 durch die Kraftstoffpumpe zu verhindern.
Die Länge oder Höhe des Rohres 48 (und damit die Höhe des zweiten Einlasses 36) ist ein Faktor, der die Strömungsrate des Kraftstoffs bestimmt, der benötigt wird, um einen Druckabfall zu verursachen, der ausreicht, um Luft durch das Rohr 48 einzuziehen. In zumindest einigen Implementierungen kann das Rohr 48 zwischen 2 und 16 Zoll lang sein, gemessen vom zweiten Einlass 36 bis zu einem tiefsten Punkt des Rohrs 48. Und der zweite Einlass 36 kann sich oberhalb einer Mittellinie oder eines Mittelniveaus des Innenvolumens 22 befinden (gemessen von einer Oberseite bis zur Unterseite des Innenvolumens). In einigen Implementierungen kann der zweite Einlass 36 innerhalb eines oberen Drittels des Innenvolumens 22 liegen, und in einigen Implementierungen kann er innerhalb von 10% der Oberseite des Innenvolumens liegen (d.h. in einem Abstand vom oberen oder höchsten Punkt des Innenvolumens , der 10% oder weniger als die Gesamthöhe des Innenvolumens von der Oberseite oder dem Kopfende bis zur Unterseite oder dem Boden des Innenvolumens beträgt).
Ein weiterer Faktor, der die Strömungsrate der durch das Rohr 48 eingezogenen Luft bestimmt, ist die Größe des zweiten Einlasses 36. Der erste Einlass 42 kann so bemessen sein, dass er einen Druckabfall bei einer Schwellenwert-Strömungsrate bereitstellt, der ausreicht, um Luft aus dem Reservoir 12 abzulassen, aber keine Luft mit Strömungsraten unterhalb des Schwellenwerts ablässt. Beispielsweise kann dadurch verhindert werden, dass Luft abgelassen wird, wenn der Motor 16 im Leerlauf oder bei niedrigen Drehzahlen läuft, wobei das Bereitstellen einer Luftzufuhr für den Motor den Motorbetrieb übermäßig oder negativ beeinflussen könnte. Bei höheren Drehzahlen kann der Motor 16 besser mit einer vorübergehenden Luftzufuhr umgehen, während die Luft abgelassen wird. Entsprechend können der erste und zweite Einlass 36, 42 so bemessen sein, dass sichergestellt ist, dass die Luft nicht aus dem Reservoir 12 abgelassen wird, bis eine ausreichende oder Schwellenwert-Strömungsrate des Kraftstoffs vom Motor 16 gefordert und von der Kraftstoffpumpe 14 zugeführt wird. In zumindest einigen Implementierungen weist der zweite Einlass 36 einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 3 mm oder größer auf (z.B. bis zu 7 mm in einigen Implementierungen), und ein Druckabfall zwischen etwa 0,05 psi und 0,5 psi ist erforderlich, um Luft durch das Rohr einzuziehen. In zumindest einigen Implementierungen kann das System so kalibriert oder konstruiert werden, dass der Luftstrom beginnt, wenn der Kraftstofffluss zum Motor 25% bis 75% des Durchflusses beträgt, der erforderlich ist, um einen Motorbetrieb mit weit geöffneter Drossel zu unterstützen. Eine kleinere Dimensionierung des ersten Einlasses 42 in Kombination mit einer größeren Dimensionierung des zweiten Einlasses 36 kann es ermöglichen, die Luft abzulassen, bevor der Motor startet oder im Leerlauf ist, obwohl dies den Motorstart leicht verzögern kann, kann es den nachfolgenden Systembetrieb und die Leistung verbessern. Alternativ kann eine kleinere Dimensionierung des zweiten Einlasses 36 ein langsameres Luftablassen mit geringeren Auswirkungen auf den Motorbetrieb ermöglichen.
In 2 umfasst ein Kraftstoffzufuhrmodul 100 ein Reservoir 12, das einen Körper 18 und eine Abdeckung 20 umfassen kann, und eine Kraftstoffpumpe 14 in dem Reservoir, wie in Bezug auf das in 1 dargestellte Modul beschrieben. Komponenten des Moduls 100, die den Komponenten des Moduls 10 gleichen oder diesen ähnlich sind, können mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, um die Beschreibung und das Verständnis des Moduls 100 zu erleichtern.
In diesem Beispiel ist ein erster Einlass 102 zur Kraftstoffpumpe 14 nicht beschränkt (d.h. es gibt keinen signifikanten Druckabfall am Einlass durch den in den Einlass strömenden Kraftstoff). Stattdessen wird der Druckabfall, der benötigt wird, um Luft durch das Rohr oder den Durchgang 48 einzuziehen, von einer Strahlpumpe 104 bereitgestellt (die möglicherweise so ausgerichtet ist, dass der Strom durch die Strahlpumpe senkrecht zur Richtung der Schwerkraft verläuft). In dem dargestellten Beispiel weist die Strahlpumpe 104 eine Mündung oder Düse 106 auf, die unter zumindest einigen Betriebszuständen Fluid in den Durchgang 48 abführt und dadurch einen Druckabfall im Durchgang 48 erzeugt, um Fluid durch den zweiten Einlass 36 einzuziehen. Die Strahlpumpe 104 könnte durch einen Teil des Kraftstoffs angetrieben werden, der aus dem Kraftstoffpumpenauslass 49 abgeführt wird, bevor der Kraftstoff an den Motor 16 abgegeben wird, und in einigen Fällen, bevor der Kraftstoff aus dem Reservoir 12 abgeführt wird, oder die Strahlpumpe 104 könnte durch einen anderen Kraftstofffluss angetrieben werden, beispielsweise von einer anderen Kraftstoffpumpe, oder von Kraftstoff, der in das Reservoir 12 zurückgeführt wird, nachdem er zu einer Kraftstoffleitung oder einem Injektor bzw. einer Einspritzvorrichtung oder einem Druckregler stromabwärts oder innerhalb des Reservoirs geleitet wurde. Unabhängig von der Quelle bestimmt die Geschwindigkeit des Fluidstroms aus der Düse 106 und in das Rohr 48 die Größe oder Stärke des dadurch verursachten Druckabfalls. Wenn der so verursachte Druckabfall größer als ein Schwellenwert oder eine -größe ist, wird das Fluid durch den zweiten Einlass 36 eingezogen, um die Luft aus dem Reservoir abzulassen, bis das Niveau des flüssigen Kraftstoffs im Innenvolumen 22 den zweiten Einlass 36 erreicht, an dem nur noch flüssiger Kraftstoff in den Durchgang 48 und in die Pumpe 14 aufgenommen wird. Auch die Ausrichtung, die Größen und die vertikale Position (z.B. Höhe relativ zur Richtung der Schwerkraft) der Strahlpumpe relativ zu dem Einlass sind Parameter, die ihren Betrieb beeinflussen.
Im dargestellten Beispiel ist in einer Bypass-Leitung bzw. Umgehungsleitung 51 ein Rückschlagventil 50 vorgesehen, das an einem Ende mit dem Kraftstoffpumpenauslass 49 und am anderen Ende mit der Düse 106 verbunden ist. Das Rückschlagventil 50 ist angeordnet, um sich zu öffnen, wenn es von einem Druck oberhalb eines zweiten Schwellenwerts beaufschlagt wird, und ist nicht geöffnet, so dass kein Kraftstoff zur Düse 106 strömt, wenn der Druck des aus der Kraftstoffpumpe 14 abgegebenen Kraftstoffs unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt. Wenn also die Kraftstoffpumpe 14 variabel angetrieben wird (d.h. mit unterschiedlichen Drehzahlen oder Energieeingängen), um einen Kraftstoffausstoß bei unterschiedlichen Drücken bereitzustellen, kann das Rückschlagventil 50 während des Niedrigdruck-Betriebs der Kraftstoffpumpe geschlossen bleiben, was mit einem Niedriggeschwindigkeits- und Niedrigleistungs-Motorbetrieb verbunden sein kann. Dies kann ein Einziehen einer relativ großen Luftzufuhr auf einmal und das Zuführen dieser Luft zum Motor 16 vermeiden, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl und Energie betrieben wird. Der Niedrigdruck-Kraftstoffpumpenbetrieb könnte ansonsten mit einem Niedrigspannungszustand verbunden sein, wie er bei einem Kaltstart des Motors 16 auftreten kann (z.B. in einem System, bei dem der Ausgangsdruck der Kraftstoffpumpe gestaltet ist, um relativ gleichmäßig zu sein, um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Druckabfall über Kraftstoffinjektoren bereitzustellen, die den Kraftstoff an den Motor abgeben). Während des Niedrigspannungsbetriebs der Kraftstoffpumpe 14 kann es wünschenswert sein, das Umleiten von Kraftstoff zur Düse 106 zu vermeiden und stattdessen den gesamten oder im Wesentlichen gesamten Kraftstoff an den Motor 16 zu liefern, um den Motorbetrieb zu unterstützen. Während des normalen Kraftstoffpumpenbetriebs kann der Ausgangskraftstoffdruck ausreichend sein, um das Rückschlagventil 50 zu öffnen und die Düse 106 mit Kraftstoff zu versorgen, und dieser Kraftstofffluss durch die Düse kann mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen, um Luft durch den Durchgang 48 einzuziehen und Luft aus dem Innenvolumen 22 abzulassen oder zu spülen. In zumindest einigen Implementierungen kann sich das Rückschlagventil 50 öffnen, wenn der Kraftstoffdruck zwischen 20% und 80% des nominellen maximalen Kraftstoffdrucks im System liegt, wobei einige Systeme mit einem Rückschlagventil ausgestattet sind, das sich bei einem Druck zwischen 40% und 60% des maximalen Kraftstoffdrucks öffnet. Die Düse 106 kann in zumindest einigen Implementierungen, wie beispielsweise denen, bei denen der maximale Kraftstoffdruck zwischen 250 kPa und 475 kPa liegt, einen Strömungsbereich zwischen 0,05 mm² und ,30 mm² aufweisen. In einem anderen Szenario ist das Rückschlagventil immer oder normalerweise geöffnet und die Düse hat einen kleinen Bereich, der ein relativ gleichmäßiges Luftablassen unter einer Vielzahl von Zuständen ermöglicht.
Das Kraftstoffzufuhrmodul 120 aus 3 kann zumindest in gewisser Weise den zuvor beschriebenen Kraftstoffzufuhrmodulen 10, 100 ähnlich sein und es können dieselben Bezugszeichen für Komponenten verwendet werden, die den zuvor beschriebenen Komponenten gleichen oder diesen ähnlich sind. Dieses Modul 120 kann auch ein Reservoir 12 mit einem Hauptkörper 18 und einer Abdeckung 20 sowie eine vom Reservoir getragene Kraftstoffpumpe 14 umfassen.
In diesem Beispiel wird die Kraftstoffpumpe 14 invertiert oder umgedreht, so dass sich der erste Einlass 42 der Pumpe oberhalb des Pumpenauslasses 49 relativ zur Richtung der Schwerkraft befindet. So angeordnet, kann der erste Einlass 42 in einem Luftraum oberhalb des Niveaus von flüssigem Kraftstoff 24 unter zumindest einigen Zuständen ausgerichtet sein, beispielsweise wenn die Kraftstoffpumpe 14 nicht in Betrieb ist. In diesem Beispiel führt das Einlassrohr 48 zu einem zweiten Einlass 36, der in flüssigen Kraftstoff eingetaucht ist oder unter diesem liegt und durch den flüssiger Kraftstoff während des Betriebs der Kraftstoffpumpe in die Kraftstoffpumpe 14 eingezogen wird. Daher wird, wenn die Kraftstoffpumpe 14 in Betrieb ist, Luft in den ersten Einlass 42 und Kraftstoff in den zweiten Einlass 36 eingezogen und über das Einlassrohr 48 an die Kraftstoffpumpe abgegeben. Die Rate, mit der Kraftstoff und Luft in die Kraftstoffpumpe 14 eingezogen werden, variiert je nach der Strömungsrate des Fluids durch die Kraftstoffpumpe, die beliebig variiert werden kann. Die Dimensionierung des ersten Einlasses 42 kann gering sein, um die Strömungsrate von Luft in den ersten Einlass zu begrenzen und somit die Rate zu begrenzen, mit der Luft aus der Kraftstoffpumpe 14 abgeführt wird. Bei dieser Anordnung strömt Luft in die Kraftstoffpumpe 14, solange die Kraftstoffpumpe in Betrieb ist und bis das Kraftstoffniveau im Innenvolumen 22 den ersten Einlass 42 bedeckt.
In zumindest einigen Implementierungen hat der erste Einlass 42 einen Durchmesser von 0,1 mm bis 1 mm (und/oder der Strömungsbereich liegt zwischen 0,0075 und 0,785 mm²) und ist so bemessen, dass er die Strömungsrate von Luft durch ihn hindurch steuert. Ein Filter oder Sieb 122 kann verwendet werden, um zu verhindern, dass der Einlass 42 im Betrieb durch Verunreinigungen blockiert wird. Ein Rückschlagventil 50 in einer Bypassleitung bzw. Umgehungsleitung 51, die mit dem Pumpenauslass 49 verbunden ist, kann verwendet werden, um den maximalen Druck des vom Modul 120 abgegebenen Kraftstoffs zu begrenzen.
Entsprechend wurden mehrere Beispiele für Kraftstoffzuführmodule 10, 100, 120 gezeigt, bei denen Luft innerhalb des Moduls in eine Kraftstoffpumpe 14 eingezogen und aus dem Modul abgegeben wird, wobei flüssiger Kraftstoff aus der Kraftstoffpumpe abgeführt wird. Kraftstoff und Luft können aus dem Reservoir 12 eingezogen und von dort mit einer einzigen Pumpe 14 gefördert werden, wenn gewünscht. Die Module 10, 100, 120 benötigen somit keine Lüftungsventile, was die Kosten für das Modul erhöhen würde. Darüber hinaus umfassen die häufig verwendeten Lüftungsventile ein schwimmendes Ventilelement, um das Ventil bei höheren Kraftstoffständen oder -niveaus im Modul zu schließen, was das System komplexer macht und die Ursache für Kraftstoff- und/oder Kohlenwasserstoffaustritt oder -leckagen aus dem Modul sein kann. Darüber hinaus umfassen solche entlüfteten Module oft einen Dampf- oder Schwadenkanister, um Kohlenwasserstoffe aus den entlüfteten Gasen zu entfernen und der Atmosphäre im Wesentlichen saubere Luft zuzuführen. Diese Kanister würden das System auch kostenintensiver und komplexer werden lassen. Zumindest einige der Module 10, 100, 120 bieten eine Möglichkeit, Luft aus dem Reservoir mit einer einzigen Pumpe und ohne Verwendung einer invertierten Pumpe zu lüften, so dass Kraftstoff von der Pumpe leichter eingezogen werden kann, ohne Druckverluste, die mit einer invertierten Pumpe und dem Einziehen von Kraftstoff durch ein Rohr zu einem erhöhten Pumpeneinlass verbunden sind. Während in den Beispielen der 1 bis 3 ein einzelner Lufteinlass 36 oder 42 dargestellt ist, können mehrere Lufteinlässe vorgesehen sein, und die Lufteinlässe können unterschiedliche Dimensionierungen haben und an verschiedenen vertikalen Positionen innerhalb des Innenvolumens angeordnet sein, um die Strömungsrate der Luft aus dem Modul zu variieren, in Abhängigkeit von beispielsweise dem Kraftstoffniveau im Modul oder als eine Funktion des durch die Kraftstoffpumpe erzeugten Druckabfalls.
Wie in 4 dargestellt, kann ein Kraftstoffzufuhrmodul 150 mehr als eine Kraftstoffpumpe umfassen. Eine erste Kraftstoffpumpe 14 kann angeordnet sein, um Kraftstoff aus dem Innenvolumen 22 zu pumpen und den Kraftstoff aus dem Modul 150 unter Druck zur Verwendung durch einen Motor 16 abzuführen, und eine zweite Kraftstoffpumpe 152 kann angeordnet sein, um Kraftstoff in das Innenvolumen 22 des Reservoirs 12 aus einem Kraftstoffvorrat 34 (z.B. einem Kraftstofftank) zu pumpen. Die erste Pumpe 14 kann wie in 1 dargestellt und vorstehend beschrieben konstruiert und angeordnet sein, umfassend einen beschränkten ersten Einlass 42, ein Einlassrohr 48 mit einem zweiten Einlass 36, durch den Luft und/oder Kraftstoff in die erste Pumpe eingezogen werden kann, und einen Bypass- bzw. Umgehungsdurchgang 51 und ein Rückschlagventil 50, durch die der aus der ersten Pumpe abgeführte Kraftstoff in das Innenvolumen 22 oder anderswohin geleitet werden kann, wie gewünscht. Wie in 4 dargestellt, kann dem Auslass der ersten Pumpe 14 ein Drucksensor 154 zugeordnet sein, um einen Druck des Kraftstoffs zu bestimmen, der von der ersten Pumpe abgeführt wird (über den Auslass 49 und die Kraftstoffleitung 52).
Die zweite Pumpe 152 kann eine positive Verdrängungspumpe oder ein anderer geeigneter Pumpentyp (z.B. ein Turbinentyp oder ein Membranpumpentyp) sein, um Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrat 34 in das Reservoir 12 zu fördern. Die zweite Pumpe 152 weist einen Einlass 156 in Verbindung mit einem Einlass 30 des Reservoirs 12 und einen Auslass 158 in Verbindung mit dem Innenvolumen 22 und damit mit dem ersten Einlass 42 der ersten Pumpe 14 auf. Der zweite Pumpeneinlass 156 kann zu einer Einlasskammer 160 geöffnet sein, die durch eine Innenwand 162 des Reservoirs 12 definiert ist, und die Einlasskammer 160 kann vom Rest des Innenraums 22, der als Primärkammer 164 bezeichnet werden kann, getrennt sein. Auf diese Weise wird der von der zweiten Pumpe 152 erzeugte Druckabfall mit der Einlasskammer 160 und nicht mit der Primärkammer 164 verbunden, so dass die zweite Pumpe 152 keinen Kraftstoff aus der Primärkammer 164 einzieht und so dass der ersten Pumpe 14 Kraftstoff zur Verfügung steht. Zwischen der Einlasskammer 160 und der Primärkammer 164 kann ein Rückschlagventil 166 vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass Kraftstoff aus der Primärkammer 164 in die Einlasskammer 160 strömt, um sicherzustellen, dass die zweite Pumpe 152 weiterhin befeuchtet bleibt oder ihren Einlass 156 in flüssigen Kraftstoff getaucht hat, zumindest wenn ein ausreichender Kraftstoffvorrat in der Primärkammer 164 vorhanden ist. Ebenso kann zwischen der Einlasskammer 160 und dem Kraftstoffvorrat 34 ein Rückschlagventil 168 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Kraftstoff in der Einlasskammer in den Kraftstoffvorrat zurückkehrt. Schließlich kann eine alternative Anordnung Kraftstoff aus dem Umgehungsdurchgang 51 in die Einlasskammer 160 bereitstellen, und wie die gestrichelten Linien 170 verdeutlichen, kann dieser Durchgang 51 die Einlasskammer 160 speisen durch ein Rückschlagventil 172, wenn gewünscht, um den Rückfluss von Kraftstoff aus der Einlasskammer 160 zu verhindern. Außerdem stellt die Verwendung dieses Kreislaufs sicher, dass beide Pumpen befeuchtet sind und/oder nicht trocken laufen.
Wenn die erste Pumpe 14 mit einer variablen Rate oder Geschwindigkeit angetrieben wird oder angetrieben wird, um eine variable Ausgangsströmungsrate bereitzustellen, kann die zweite Pumpe 152 auch mit einer variablen Rate angetrieben werden, um eine ausreichende Kraftstoffzufuhr zur ersten Pumpe sicherzustellen, um den Bedarf des Motors 16 zu decken. In einem Beispiel kann die zweite Pumpe 152 als eine Funktion des Drucks innerhalb der Primärkammer 164 angetrieben sein, wie er von einem zweiten Drucksensor 174 ermittelt oder erfasst werden kann. Dementsprechend, wenn der Druck in der Primärkammer 164 unter einem gewünschten Wert liegt, kann die zweite Pumpe 152 eingeschaltet werden, um mehr Kraftstoff in die Primärkammer 104 zu fördern, oder wenn die zweite Pumpe bereits in Betrieb ist, kann die Leistung der zweiten Pumpe erhöht werden (z.B. kann die Drehzahl des Pumpenmotors erhöht werden, um die Ausgangsströmungsrate zu erhöhen). Auf diese Weise kann in der Primärkammer 164 ein gleichbleibender Druck und ein gleichbleibendes Kraftstoffvolumen aufrechterhalten werden, das für die Förderung durch die erste Pumpe 14 zur Verfügung steht. Wie vorstehend erwähnt, überwacht der Drucksensor 154 den Druck am Auslass 49 der ersten Pumpe 14, und die Abgabe der ersten Pumpe 14 kann als eine Funktion des Drucks am Drucksensor 154 angetrieben werden, so dass, wenn der Motor weniger Kraftstoff verbraucht, die erste Pumpe 14 Kraftstoff mit einer niedrigeren Rate ausgeben oder abgeben kann und umgekehrt. Entsprechend kann die zweite Pumpe 152 als eine Funktion des Drucks angetrieben werden, der am Drucksensor 174 erfasst wird, und die erste Pumpe kann als eine Funktion des Drucks angetrieben werden, der am Drucksensor 154 erfasst wird. In einigen Fällen kann ein Druck von 60 bis 90 kPa innerhalb der Primärkammer 164 gewünscht sein, und wenn der am Drucksensor 174 erfasste Druck kleiner als der eingestellte Schwellenwert ist, kann die zweite Pumpe 152 angetrieben werden, um Kraftstoff bereitzustellen (oder um Kraftstoff mit einer höheren Rate bereitzustellen, wenn sie bereits Kraftstoff bereitstellt). In ähnlicher Weise kann die Leistung der zweiten Pumpe 152 durch einen optionalen Druckregler (wie bei 166 schematisch dargestellt) geregelt werden, der in die Primärkammer 164 mündet und durch den Kraftstoff in der Primärkammer bereitgestellt wird, wenn der Druck in der Primärkammer über einem Schwellenwertdruck liegt. Der Regler kann je nach Wunsch von einem Membrantyp, ein vorgespanntes Rückschlagventil oder von anderer Konstruktion sein. Der Regler kann sich öffnen, wenn eine Druckdifferenz größer als ein Schwellenwert (z.B. 60 bis 90 kPa) über dem Regler auftritt, um zu ermöglichen, dass Kraftstoff in die Primärkammer strömt. Als Beispiel kann der Druckregler ein Regler vom Bypass-Typ sein, bei dem ein Bypass- bzw. Umgehungsventil geöffnet wird, wenn der Druck über einem Schwellenwertdruck liegt. Ein Druckschalter oder Strömungssensor kann verwendet werden, um umgeleiteten Kraftstofffluss zu erfassen, und ein Ausgang vom Schalter oder vom Sensor kann verwendet werden, um die zweite Pumpe zu steuern.
Die erste und zweite Pumpe 14, 152 können Pumpen vom Bürstentyp oder bürstenlose Pumpen sein, und sie können mit einer variablen Spannung oder durch ein pulsbreitenmoduliertes Signal angetrieben werden, um die Abgaben der Pumpen zu variieren. Beispielsweise ändert sich die Drehzahl und/oder die Ausgangsströmungsrate der Kraftstoffpumpen 14, 152, wenn eine Änderung der elektrischen Energie, die den Kraftstoffpumpen zugeführt wird, vorgenommen wird. Eine geringere Spannung, die den Kraftstoffpumpen 14, 152 zugeführt wird, führt zu einer niedrigeren Drehzahl und/oder Ausgangsströmungsrate und kann zu einer geringeren Stromaufnahme durch die Kraftstoffpumpen führen. Auf diese Weise kann die für den Antrieb der Pumpen benötigte Energie an den Bedarf des Kraftstoffsystems oder des Motors angepasst und eine Reduzierung der für den Antrieb der Pumpen benötigten Energie realisiert werden. Diese Energieeinsparung führt auch zu einer Reduzierung der im System erzeugten Wärme und der dem Kraftstoff zugeführten Wärme. Die Reduzierung der dem Kraftstoff zugeführten Wärme kann die Verdampfung von Kraftstoff reduzieren und eine gleichmäßigere Zufuhr von flüssigem Kraftstoff aus dem Modul 150 ermöglichen (z.B. flüssiger Kraftstoff mit weniger gasförmiger Materie, die von ihm mitgeführt wird). Die Reduzierung der Dampferzeugung kann auch eine Reduzierung der für den Betrieb der Kraftstoffpumpen erforderlichen Energie ermöglichen, da die Abgabe mit weniger Dampf/Gasen den Kraftstoffbedarf des Motors leichter decken kann. Die Reduzierung der Wärme der Kraftstoffpumpen kann die Lebensdauer der Kraftstoffpumpen verlängern und kann die Notwendigkeit einer sekundären Kühlung der Kraftstoffpumpen oder des Kraftstoffzuführmoduls überflüssig machen, wie beispielsweise die Wasserkühlung der Kraftstoffpumpen in Schiffsanwendungen (z.B. mit einem Wassermantel oder einer Wasserkammer, durch die im Betrieb Wasser gepumpt wird). Der Kraftstoffstrom durch die Pumpen und die Kraftstoffzufuhr um das Äußere der Kraftstoffpumpen herum kann ausreichend sein, um die Pumpen ohne sekundäre Kühlung der Kraftstoffpumpen zu kühlen. Diese Vorteile können auch in den Modulen 10, 100 und 120 bereitgestellt werden, die variable/angetriebene Pumpen 14 verwenden können.
Anschließend kann die zweite Pumpe 152 als eine Funktion der Abgabe der ersten Pumpe 14 angetrieben werden, ohne dass der Drucksensor 174 benötigt wird, der den Druck der Primärkammer überwacht. Die zweite Pumpe 152 könnte beispielsweise mit einem Druckregler 166 verbunden sein, so dass überschüssiger Durchfluss in die Primärkammer 164 umgeleitet werden kann. Die zweite Pumpe 152 kann anderweitig gesteuert werden, um sicherzustellen, dass die zweite Pumpe in Kombination mit dem Druckregler 166 genügend Kraftstoff in die Primärkammer 164 liefert, um den Betrieb der ersten Pumpe 14 zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Stromaufnahme oder Antriebsfrequenz der ersten Pumpe 14 überwacht oder erfasst und als ein Eingang für eine Steuerung 180 verwendet werden, die den Betrieb der zweiten Pumpe 152 steuert. Im Betrieb kann die Stromaufnahme oder Antriebsfrequenz der ersten Pumpe 14 mit einer Ausgangs-Kraftstoffströmungsrate korreliert werden und diese Informationen können verwendet werden, um den Betrieb der zweiten Pumpe 152 zu steuern, so dass genügend Kraftstoff in der Primärkammer 164 bereitgestellt wird, um den Betrieb der ersten Pumpe 14 zu unterstützen. Des Weiteren kann die zweite Pumpe 152 geregelt werden durch Erfassen der Spannungs- und Stromaufnahme der zweiten Pumpe und durch Ändern des der zweiten Pumpe zugeführten Stroms, nach Wunsch, um die Abgabe der zweiten Pumpe zu ändern. Zusätzlich kann ein Durchflussmesser oder ein anderer Sensor der Kraftstoff-Strömungsrate aus dem Druckregler 166 vorgesehen sein und ein Ausgang von einem solchen Zähler oder Sensor kann zum Steuern der zweiten Pumpe 152 verwendet werden. Weiterhin kann unter Einbeziehung des Druckreglers 166 die zweite Pumpe 152 als eine Funktion des Motorbedarfs gesteuert sein, der durch Rückmeldung von einem oder mehreren Motorsystemen bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann ein Drosselstellungssensor 182 Informationen über den Kraftstoffbedarf des Motors liefern, ebenso wie der Betrieb von Kraftstoffinjektoren (z.B. ein Arbeitszyklus der Solenoide 184 oder anderer elektromechanischer Ventile der Injektoren) oder anderer Systeme, die dem Motor 16 zugeordnet sind. Entsprechend kann die Strömungsrate der ersten Pumpe 14 an die Anforderungen des Kraftstoffsystems (z.B. Kraftstoffbedarf des Motors) angepasst werden und die Strömungsrate der zweiten Pumpe 152 kann als eine Funktion der Bedürfnisse der ersten Pumpe 14 gesteuert werden, um die Energie zu reduzieren, die benötigt wird, um beide Pumpen 14, 152 anzutreiben, um die Wärme zu reduzieren, die von beiden Pumpen erzeugt wird, und um das Erwärmen des Kraftstoffs zu reduzieren.
Die erste Pumpe 14 kann Kraftstoff mit einem relativ hohen Druck, wie beispielsweise zwischen 120 kPa und 1.000 kPa, bereitstellen, und dies kann für die Pumpe 14 in zumindest einigen, hierin offenbarten Implementierungen der anderen Module 10, 100, 120 zutreffen. Die zweite Pumpe 152 kann Kraftstoff bei einem Druck zwischen 10 kPa und 200 kPa bereitstellen. Das Kraftstoffzufuhrmodul 150 kann für den Einsatz mit einem Schiffsfahrzeug (z.B. einem Boot, oder einem Personenwasserfahrzeug oder einem landbasierten Fahrzeug) angepasst werden. Sowohl die erste Pumpe 14 als auch die zweite Pumpe 152 können so ausgerichtet sein, dass ihre Einlässe niedriger als ihre Auslässe sind, um das Einziehen von Kraftstoff aus der Einlasskammer 160 und der Primärkammer 164 zu erleichtern. Wenn gewünscht, können eine oder beide Pumpen invertiert oder umgedreht sein.
Weiterhin kann die Stromaufnahme der zweiten Pumpe 152 überwacht werden, um zu ermitteln, ob die zweite Pumpe Kraftstoff pumpt oder ob nicht genügend Kraftstoff am Einlass 156 der zweiten Pumpe vorhanden ist. In Situationen, in denen nicht bekannt ist, ob die zweite Pumpe 152 flüssigen Kraftstoff pumpt, wird sich die Stromaufnahme der Pumpe ändern (im Allgemeinen wird sie niedriger sein), wenn kein Kraftstoff am Einlass 156 der zweiten Pumpe verfügbar ist. Daher kann das Erkennen einer anderen (z.B. niedrigeren) als der erwarteten Stromaufnahme der zweiten Pumpe für eine bestimmte Schwellenwert-Zeitspanne als Hinweis darauf verwendet werden, dass die Kraftstoffzufuhr zur Einlasskammer 160 zumindest für diese Zeitspanne unterbrochen wurde. Dies kann der Fall sein, wenn der Haupt-Kraftstofftank 34 leer oder nahezu leer ist, oder infolge von Schwappen oder eine andere Bewegung von Kraftstoff im Haupttank 34, wodurch der Kraftstoff für die Einlasskammer 160 vorübergehend nicht verfügbar ist. Um Schäden an der Kraftstoffpumpe 152 zu vermeiden, die auftreten können, wenn sie zu lange im trockenen Zustand betrieben wird (z.B. aufgrund mangelnder Kühlung, die normalerweise durch den Durchfluss von flüssigem Kraftstoff durch die Pumpe sichergestellt wird), kann der Betrieb der zweiten Pumpe 152 eingestellt werden, wenn der Zustand der niedrigen Stromaufnahme erfasst oder zumindest für die Schwellenwertdauer bestimmt wird. Wenn nicht genügend Kraftstoff zur Verfügung steht, um von der ersten Pumpe 14 gepumpt zu werden, um den Motorbetrieb zu unterstützen, wird der Motor 16 außer Betrieb genommen, obwohl dies später geschehen kann als wenn die zweite Pumpe 152 aufgrund des Kraftstoffvolumens in der Primärkammer 164 keinen Kraftstoff mehr pumpt oder fördert.
In zumindest einigen Implementierungen, wenn der Haupt-Kraftstofftank 34 leer ist, muss der Anwender diesen Zustand korrigieren und dann, nach dem Neustart oder dem Versuch eines Neustarts des Motors 16, wird die zweite Pumpe 152 wieder betriebsbereit sein (z.B. kann das Drehen eines Zündschlüssels in eine Ausschaltstellung das System zurücksetzen, so dass die Pumpe wieder betriebsbereit ist, wenn der Zündschlüssel in die Ein- oder Startstellung gedreht wird, oder das Abschalten der Stromversorgung, wenn der Motor steht, wird das System zurücksetzen, so dass das System beim Versuch eines Neustarts des Motors wieder verfügbar ist, unabhängig davon, ob ein Schlüssel benutzt wird oder nicht). In dem Fall, dass Kraftstoffschwappen oder Bewegung im Haupt-Kraftstofftank 34 den Kraftstoff für die Einlasskammer 160 und die Primärkammer 164 unzugänglich gemacht hat, kann der Versuch eines Neustarts des Motors 16 erfolgreich sein, wenn Kraftstoff für die Einlasskammer 160 verfügbar ist und die zweite Pumpe 152 in Betrieb genommen werden kann, um den Versuch eines Neustarts des Motors zu unterstützen. Hier kann der Anwender auf den Zustand des geringen Kraftstoffs aufmerksam gemacht werden und infolgedessen nach zusätzlichem Kraftstoff Ausschau halten, um ihn in den Haupt-Kraftstofftank zu füllen.
5 veranschaulicht ein Steuersystem 200, das eine Kraftstoffpumpensteuerung 202 umfasst, die zum Steuern einer oder mehrerer Kraftstoffpumpen 14, 152 in einem Kraftstoffsystem betreibbar ist. Die Pumpensteuerung 202 kann mit einer Fahrzeug- oder Motorsteuerung 204 in Verbindung stehen, um der Motorsteuerung Informationen zur Verfügung zu stellen und Informationen von der Motorsteuerung zu empfangen. Die Pumpensteuerung 202 kann ebenfalls mit einem oder mehreren Sensoren, wie beispielsweise einem oder mehreren Drucksensoren 206, einem oder mehreren Druckregel-Umleitungs-Strömungsrate-Sensoren 208 und einem oder mehreren Kraftstoff-Injektor-Spannungssensoren oder dergleichen, sowie mit einer Energiequelle 210 für die Kraftstoffpumpe(n), wie beispielsweise einer Batterie, verbunden sein. Des Weiteren kann die Pumpensteuerung 202 einen Speicher oder ein Aufzeichnungsmedium 212 umfassen oder mit diesem verbunden sein, das Betriebsanweisungen oder andere Programme und Algorithmen sowie Betriebsdaten enthält, die dem Motor, der bzw. den Pumpen oder sowohl dem Motor als auch der bzw. den Pumpen zugeordnet sind. Eine Verbindung mit der Pumpensteuerung 202 kann über einen oder mehrere Drähte oder drahtlos über einen drahtlosen Sender 214 (unter Verwendung jedes gewünschten Protokolls, z.B. WLAN/WiFi oder Bluetooth oder andere) erfolgen, um beispielsweise Programme oder andere Informationen an die Steuerung weiterzugeben oder um Daten oder andere Informationen von der Steuerung zu empfangen. In einigen Implementierungen kann sich die Pumpensteuerung 202 innerhalb des Gehäuses 46 der Kraftstoffpumpe 14 oder des Kraftstoffreservoirs befinden und durch den Kraftstofffluss durch die Kraftstoffpumpe gekühlt werden, oder die Pumpensteuerung kann außerhalb der Kraftstoffpumpe angeordnet und mit ihr über einen oder mehrere Drähte verbunden sein.
Der Speicher 212 kann jedes nichtflüchtige, computerverwendbare oder computerlesbare Medium umfassen, das eine oder mehrere Speichervorrichtungen oder -bausteine umfassen kann. Beispielhafte, nichtflüchtige, computerverwendbare Speichervorrichtungen umfassen konventionelle Computersystem-RAM (Direktzugriffsspeicher, Random Access Memory), ROM (Nur-Lese-Speicher, Read Only Memory), EPROM (löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher, erasable, programmable ROM), EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher, electrically erasable, programmable ROM) und magnetische oder optische Platten oder Bänder. In zumindest einer Ausführungsform umfasst der Speicher der Steuerung 202 eine EEPROM-Vorrichtung oder eine Flash-Speichervorrichtung.
Die Steuerung 202 kann auch einen oder mehrere Prozessoren umfassen oder diesen zugeordnet sein, die jede Art von Vorrichtung sein können, die in der Lage ist, elektronische Anweisungen zu verarbeiten, einschließlich Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, elektronischen Steuerschaltungen mit integrierten oder separaten Komponenten, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) und dergleichen. Der bzw. die Prozessoren können ein bzw. mehrere dedizierte Prozessoren sein, die nur für die Pumpensteuerung verwendet werden, oder er bzw. sie können mit anderen Fahrzeug- oder Motorsystemen gemeinsam genutzt werden. Der bzw. die Prozessoren führen verschiedene Arten von digital gespeicherten Anweisungen aus, wie z. B. Software- oder Firmware-Programme, die in einem Speicher gespeichert werden können und die der Pumpensteuerung das Funktionieren ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Prozessor bzw. Prozessoren Programme, Prozessdaten und/oder Anweisungen ausführen und dadurch zumindest ein Merkmal der Kraftstoffpumpe bzw. -pumpen steuern, wie hierin beschrieben. In zumindest einer Ausführungsform kann ein bzw. mehrere Prozessoren in Hardware, Software oder beidem konfiguriert sein.
In dem in 5 dargestellten Beispiel verwendet die Pumpensteuerung 202 einen oder mehrere Eingänge, um den Betrieb von zwei Pumpen zu steuern, wie beispielsweise die erste und zweite Pumpe 14, 152, die mit Bezug auf 4 beschrieben sind. Repräsentative Eingaben, die der Steuerung zur Verfügung gestellt werden, umfassen die Ausgaben 216, 218 von einem oder mehreren Drucksensoren oder Strömungssensoren (z.B. die in 4 dargestellten Drucksensoren 154, 174), eine Ausgabe 220 von einem Drosselstellungssensor 182, der von der Motorsteuerung 204 (oder direkt vom Sensor) bereitgestellt werden kann, eine Ausgabe 222 von einem Drucksensor, der auf den Motor-Ladedruck bzw. - Ansaugdruck reagiert, und eine Ausgabe 224 von einem Sensor, der den Kraftstoffbedarf des Motors ermittelt. Weitere Eingaben umfassen eine Eingabe 226, die das Speichern von Informationen in einem der Pumpensteuerung zugeordneten Speicher ermöglicht, eine Eingabe 228, die Daten von der Motorsteuerung empfängt, die zumindest temporär im Pumpensteuerungsspeicher gespeichert werden sollen, eine Eingabe 230, die Energie von der Energiequelle empfängt und Spannungsdaten des Kraftstoff-Injektors aufnimmt sowie eine Eingabe von einem Sensor, der den Umleitungsdurchfluss misst. Repräsentative Ausgaben von der Pumpensteuerung 202 umfassen eine Ausgabe 232 mit Daten oder anderen Informationen (z.B. Pumpenbetriebsdaten und Diagnoseinformationen) an die Motorsteuerung 204, eine Ausgabe 234 als Anzeige des Kraftstoffdrucks an die Motorsteuerung, eine Ausgabe 236 für Diagnose- oder andere Daten an eine externe Quelle 238 (z.B. einen Computer oder eine Diagnoseausrüstung), eine Ausgabe 240 für die erste Pumpe 14 und eine Ausgabe 242 für die zweite Pumpe 152. Die Ausgaben 240 und 242 können elektrische Leistungsausgänge sein, wobei die den Pumpen 14, 152 zugeführte Spannung gemäß einem von den Pumpen benötigten Kraftstoffbedarf variiert werden kann. Auf diese Weise kann die Kraftstoffpumpe bzw. die Kraftstoffpumpen 14, 152 nach Wunsch und gemäß den verschiedenen hierin genannten Möglichkeiten gesteuert werden. Weiterhin kann der Betrieb der Kraftstoffpumpen 14, 152 mit der Motorsteuerung 204 in Verbindung stehen, um den gewünschten Betrieb des Motors 16 und des Kraftstoffsystems insgesamt sicherzustellen und zu ermöglichen. Dies kann den bedarfsgerechten Betrieb der Kraftstoffpumpen 14, 152 erleichtern, um unter anderem den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung zu reduzieren, wie bereits erwähnt.
6 umfasst ein Diagramm und zugehörige Daten, die zwischen der Pumpensteuerung 202 und der Motorsteuerung 204 ausgetauscht oder einer externen Quelle 238 bereitgestellt werden können. Andere Daten und Details können zusätzlich zu oder anstelle dessen, was in 6 dargestellt ist, übermittelt werden. In 6 hat die Pumpensteuerung 202 in ihrem Speicher gespeichert: eine Anzeige des aktuell installierten Programms oder der Steuerungssoftware (dargestellt als im Feld 244), die Zeit und das Datum, zu dem das Programm in die Steuerung geladen wurde im Feld 246, die Anzahl der Male, die die Steuerungssoftware auf die Steuerung geladen wurde im Feld 248, die Gesamtlaufzeit der Steuerung 202 im Feld 252, den Motor 16 oder eine andere Komponente im Feld 250, die letzte Laufzeit der Steuerung 202 im Feld 252, die Anzahl der Motorstopps im Feld 254, die Anzahl der Motorblockaden/-stillstände oder unbeabsichtigten Stopps im Feld 256 und ein Balkendiagramm 258 der Motordrehzahl als eine Funktion der Zeit. Hier sind die Motordrehzahlen in Intervallen von 500 l/min angegeben und das Balkendiagramm zeigt die Zeit (in Stunden), in der der Motor in jedem Intervall von 500 l/min betrieben wurde. Zum Beispiel zeigt die Grafik, dass der Motor für insgesamt etwa 1,4 Stunden bei Drehzahlen zwischen 2.000 l/min und 2.500 l/min und für etwa 2 Stunden bei Drehzahlen zwischen 4.500 l/min und 5.000 l/min betrieben wurde. Die Zeitsummen können aus der letzten Programmierung der Steuerung stammen, oder die Gesamtzeit sein, wie gewünscht. Natürlich können auf Wunsch auch andere Daten zur Verfügung gestellt werden. Die Daten können zur Ermittlung der Bauteilleistung, der Laufzeit, der Lebensdauer oder für andere Zwecke verwendet werden, z. B. um System- oder Komponentenfehlfunktionen oder Anomalien zu erkennen.
Weiterhin ermöglicht eine Steuerung mit der Fähigkeit, den Betrieb der Pumpe(n) in Kombination mit Informationen von einem Drucksensor (z.B. Sensor 174) oder einem Füllstandsensor zu variieren, die Entwicklung eines Algorithmus, um den relativen Füllstand von Kraftstoffdampf und/oder Luft im Behälter zu ermitteln. Beispielsweise sind 10% Flüssigkeit und 90% Dampf vorhanden, was die Pumpe veranlasst, bei voller Leistung zu arbeiten, um den Behälter zu füllen. In einem Beispiel, wenn das Volumen bis nach oben hin oder voll mit Kraftstoff (bis zum maximal gewünschten Füllstand gefüllt) ist, wird sich der Druck schneller ändern, wenn Kraftstoff hinzugefügt wird oder der Kraftstoffstand durch Änderung der Strömungsraten der Pumpe(n) verringert wird. Ein Algorithmus kann verwendet werden, um die maximale Drehzahl der Pumpen zu begrenzen, wenn bestimmt wird, dass sie unter Luft laufen, und um Schäden zu begrenzen, die an den Pumpen auftreten können, während sie unter Luft laufen.
7 bis 9 veranschaulichen einen Teil eines Kraftstoffzufuhrmoduls 300, das umfasst: eine Abdeckung oder einen oberen Teil 302 eines Reservoirs 304, einen Auslass 306 einer Kraftstoffpumpe 308 innerhalb eines Innenvolumens 310 des Reservoirs, einen Krümmer 312 mit einem Einlass 314, der mit dem Auslass 306 der Kraftstoffpumpe verbunden ist, einen Auslass 316 des Reservoirs 304, durch den Kraftstoff aus dem Modul 300 abgeführt wird und der mit einem ersten Auslass 318 des Krümmers 312 verbunden ist, einen Druckregler 320, der mit einem zweiten Auslass 322 des Krümmers verbunden ist, und einen Sensor 324, der mit einem dritten Auslass 325 des Krümmers verbunden ist. Der Krümmer 312, der Druckregler 320 und der Sensor 324 können alle vom Modul 300 getragen sein, und in zumindest einigen Implementierungen können die Komponenten alle innerhalb des Innenvolumens 310 des Reservoirs 304 aufgenommen sein. Diese Komponenten, wie vorstehend beschrieben und im Folgenden näher erläutert, können dazu dienen, die Strömungsrate und den Druck des Kraftstoffs zu steuern, der aus dem Modul 300 abgeführt wird.
Um einen Rückfluss von Kraftstoff in das Reservoir 304 durch die Kraftstoffpumpe 308 zu verhindern, kann dem Kraftstoffpumpenauslass 306 ein Rückschlagventil 326 zugeordnet sein. Das Ventil 326 ermöglicht einen Fluidstrom aus dem Auslass der Kraftstoffpumpe 306, hemmt oder verhindert jedoch den Rückfluss von Kraftstoff. Das Ventil 326 kann vom Krümmer 312, von einem Gehäuse 328 der Kraftstoffpumpe 308 oder von beiden getragen werden. In der dargestellten Implementierung wird das Ventil 326 zumindest teilweise in einem Hohlraum 330 des Krümmers 312 aufgenommen, der zumindest einen Teil des Einlasses 314 des Krümmers definiert und/oder zu diesem führt, und das Ventil 326 steht in Eingriff mit oder wird zumindest teilweise in dem Auslass 306 des Kraftstoffpumpengehäuses 328 aufgenommen, der durch einen Durchgang in einer Gehäusekomponente (z.B. einer Endkappe) der Kraftstoffpumpe 308 definiert sein kann. Somit kann das Ventil 326 eine Schnittstelle zwischen der Kraftstoffpumpe 308 und dem Krümmer 312 bilden. Es können geeignete Dichtungen 332 vorgesehen sein, um einen Kraftstoffverlust aus dem Auslass und der Krümmer-Schnittstelle zu verhindern. Kraftstoff, der durch das Ventil 326 strömt, wird in den Krümmer 312 abgeführt und ein Teil des Kraftstoffs wird mit dem ersten, zweiten und dritten Auslass des Krümmers in Verbindung gebracht. Der Teil des Kraftstoffs, der zum ersten Auslass 318 strömt, wird aus dem Reservoir 304 abgeführt und anschließend wie gewünscht innerhalb des Kraftstoffsystems geleitet. Der Rest des Kraftstoffs wird mit dem Regler 320 und dem Sensor 324 oder beiden in Verbindung gebracht.
Kraftstoff, der in den zweiten Auslass 322 strömt, ist mit dem Druckregler 320 verbunden, der von jeder gewünschten Konstruktion und Anordnung sein kann. Wie dargestellt, wird ein Ventilelement 334 in eine geschlossene Stellung vorgespannt, in der Kraftstoff daran gehindert (oder zumindest gehemmt) wird, durch einen Umleitungsauslass 336 des Reglers 320 und zurück in das Innenvolumen 310 des Reservoirs zu strömen, wobei dieser Kraftstoff verfügbar ist, um von der Kraftstoffpumpe 308 erneut herausgepumpt zu werden. Wenn der Kraftstoffdruck, der auf das Ventilelement 334 wirkt, über einem Schwellenwertdruck liegt (d.h. größer als die Kraft bzw. die Kräfte, die das Ventilelement geschlossen halten), wird das Ventilelement geöffnet und der Kraftstoff fließt aus dem Umleitungsauslass 336 ab. Somit wird der Kraftstoff innerhalb des Krümmers 312 auf oder unter dem Schwellenwertdruck gehalten, und dadurch befindet sich der aus dem Reservoirauslass 316 abgeführte Kraftstoff auf oder unter dem Schwellenwertdruck. Eine Düse 340 (7) oder ein anderer Strömungsregler kann stromaufwärts vom Ventilelement 334 vorgesehen sein und kann eine Mündung oder einen Durchgang mit reduziertem Strömungsbereich aufweisen, um den Durchfluss von Kraftstoff in den zweiten Auslass 322 zu steuern. Die Düse 340 kann eine vom Krümmer 312 separate Komponente sein, die beim Zusammenbau oder während eines Verfahrens, durch das der Krümmer geformt wird (z.B. ein Einlege-Spritzgussverfahren bzw. Insert-Molding-Verfahren), darin eingesetzt wird. Um unterschiedliche Strömungsraten in verschiedenen Anwendungen zu erreichen, können verschiedene Düsen in Krümmern derselben Konstruktion verwendet werden. Auf diese Weise kann eine Krümmerausführung mit verschiedenen Ventilen, Drucksensoren und in verschiedenen Anwendungen des Kraftstoffzufuhrmoduls verwendet werden, je nach Wunsch. Die Düse 340 kann auch einstückig in den Krümmer 312 geformt werden.
Wie hierin erläutert, können ein oder mehrere Drucksensoren 324 innerhalb eines Systems zum Steuern des Betriebs der Kraftstoffpumpe verwendet werden. In dem in 7 dargestellten Beispiel wird der Drucksensor 324 über den dritten Krümmerauslass 325 mit dem aus der Kraftstoffpumpe 308 abgeführten Kraftstoff verbunden. Der Kraftstoffdrucksensor 324 kann von jedem gewünschten Typ sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf verschiedene Sensoren vom Wandlertyp, wie Dehnungsmessstreifen, sowie kapazitive, induktive und piezoelektrische Sensoren. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Drucksensor 324 einen Einlasskörper 342, der mit dem dritten Krümmerauslass 326 verbunden ist und mit diesem gekoppelt und abgedichtet sein kann, um Kraftstoff in den Einlasskörper 342 aufzunehmen. Der Einlasskörper kann zumindest einen Teil einer Kammer 344 definieren, die zu einer Seite eines Sensorelements 346 hin offen ist, so dass das Sensorelement von dem unter Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Sensorelements 346 kann eine Referenzkammer 348 durch ein Gehäuse des Sensors oder durch das Modulreservoir (z.B. oberer Teil 302) definiert sein. Im dargestellten Beispiel ist der Sensor 324 in das Modulreservoir 304 integriert und ist keine eigenständige Einheit, obwohl er es sein könnte oder auf andere Weise in das Modulreservoir integriert werden könnte. Die Referenzkammer 348 kann zu einem Referenzeinlass 350 (7) des Modulreservoirs 304 hin offen sein. Der Referenzeinlass 350 könnte beispielsweise mit der Atmosphäre oder mit einer anderen Druckquelle, wie beispielsweise einem Ansaugkrümmer des Motors, verbunden sein. Signalleitungen 352 können sich vom Sensorelement 346 durch einen Anschluss 354 im Modulreservoir 304 erstrecken und können zu einer Steuerung oder einer anderen Schnittstelle zur Kommunikation der Daten vom Drucksensor 324 geführt werden, wie gewünscht. Die Leitungen 352 und alle dem Sensor 324 zugeordneten und im Modulreservoir 304 aufgenommenen elektrischen Elemente/Elektroniken können von der Referenzkammer 348 und anderweitig durch einen Stopfen 356 abgedichtet sein, durch den die Leitungen 352 hindurchgehen können und der (z.B. durch einen O-Ring, Klebstoff, Verguss, Schweißen oder anderweitig) an dem Modulreservoir 304 stromaufwärts eines Endes des Anschlusses 354 in dichtender Weise angebracht sein kann.
Um die Konstruktion zu vereinfachen und einzuschränken oder zu verhindern, dass der unter Druck stehende Kraftstoff Komponenten bewegt oder verschiebt, kann der Krümmer 312 am Modulreservoir 304 befestigt werden. In der dargestellten Implementierung ist der Krümmer 312 fest mit der Abdeckung oder einem oberen Teil 302 des Reservoirs verbunden, beispielsweise durch eine oder mehrere passende Verbindungselemente auf der Abdeckung und dem Krümmer. Wie dargestellt, umfassen die Verbindungsmerkmale ausgerichtete Bohrungen und eine Schraube 358 (7) oder ein anderes Befestigungselement, das in den Bohrungen aufgenommen ist, um die Position des Krümmers 312 relativ zur Abdeckung 302 beizubehalten. Andere Verbindungsmerkmale, wie z.B. Laschen, eine Schnappverbindung oder Presspassung, können ebenso verwendet werden wie Klebstoffe, Schweißen, Heißverstemmen oder dergleichen, um die Komponenten miteinander zu verbinden.
Wie in 8 dargestellt, kann zum Halten und/oder Positionieren der Kraftstoffpumpe 308 im Modulreservoir 304 ein unterer Bereich 360 des Modulreservoirs ein oder mehrere Befestigungsmerkmale 362 aufweisen, wie beispielsweise eine Klammer, einen Vorsprung oder dergleichen, in dem ein Bereich des Kraftstoffpumpengehäuses 328 aufgenommen ist. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Befestigungsmerkmal 362 eine oder mehrere Wände, die einstückig aus demselben Material wie der Rest des unteren Bereichs 360 des Modulreservoirs 304 gebildet sind. Die Wände 362 können eine Fassung bzw. einen Sockel definieren, in dem eine Einlass-Endkappe 362 des Kraftstoffpumpengehäuses 328 aufgenommen wird. Daher ist die Kraftstoffpumpe 308 zwischen dem Krümmer 312 und dem unteren Bereich 360 des Modulreservoirs 304 gefangen und wird dadurch darin gehemmt oder daran gehindert, sich axial relativ zum Modulreservoir oder Krümmer 312 zu bewegen. Weiterhin kann ein Gummi- oder elastomerer Isolator in den Hohlraum eingebaut werden, der durch die Wände 362 gebildet wird, um die Pumpe mechanisch vom Reservoir 304 zu isolieren.
Die Kraftstoffpumpe 308 kann auch andere Komponenten umfassen, wie vorstehend erwähnt, und das Modulreservoir 304 und/oder der Krümmer 312 können angeordnet sein, um diese Komponenten aufzunehmen oder zu unterstützen. Zum Beispiel kann ein Filter am Einlass der Kraftstoffpumpe vorgesehen sein, um Kraftstoff zu filtern, während dieser in die Kraftstoffpumpe eingezogen wird. Der Filter kann einen Befestigungskörper oder Einlassadapter 364 umfassen, der mit der Einlass-Endkappe 366 des Kraftstoffpumpengehäuses 328 verbunden ist, und das bzw. die Befestigungsmerkmale 362 können mit dem Einlassadapter 364 anstelle oder zusätzlich zur Einlass-Endkappe 366 mit dem gleichen Effekt (d.h. Halten der Kraftstoffpumpe/Kraftstoffpumpenanordnung) zusammenwirken. Weiterhin kann die Kraftstoffpumpe 308 ein Rohr 48 (8) umfassen, wie hierin ausgeführt, und das Rohr kann von dem Modulreservoir 304 und/oder dem Krümmer 312 gestützt sein. In dem dargestellten Beispiel kann das Rohr 48 mit einer Klammer 368 verbunden oder von dieser gestützt sein, die sich von dem Krümmer 312 erstreckt oder anderweitig durch diesen definiert ist.
Wie in den 8 und 9 dargestellt, kann der Einlassadapter 364 einen begrenzten Einlass (z.B. im Rohr 48 oder anderweitig) aufweisen, der sich innerhalb des Strömungspfads vom Reservoir-Innenvolumen 310 zum Kraftstoffpumpengehäuse-Einlass 370 befindet und einen Teil des Strömungspfades definiert und der konstruiert ist, um den Durchfluss von Luft und/oder Kraftstoff in den Kraftstoffpumpen-Einlass 370 zu steuern. Das Rohr 48 kann mit dem Einlassadapter 364 verbunden sein, und der Einlassadapter kann zwischen dem unteren Bereich 360 des Modulreservoirs 304 (und in Eingriff mit dem Befestigungsmerkmal oder durch dieses gehalten) und der Einlass-Endkappe 366 des Kraftstoffpumpengehäuses 328 gefangen sein. Auf diese Weise kann ein relativ einfaches Konstruktionsverfahren erreicht und die Anzahl der Teile, die für eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrmodulanwendungen benötigt werden, reduziert werden.
Im Zusammenbau kann der Krümmer 312 mit dem oberen Bereich 302 des Modulreservoirs verbunden werden, die Kraftstoffpumpe 308 kann mit dem Krümmer durch Einsetzen des Pumpenauslasses 306 in den Krümmereinlass 314 (mit geeigneten Dichtungen dazwischen) verbunden werden, der Einlassadapter 364 kann mit der Einlass-Endkappe 366 verbunden werden, und der untere Bereich 360 des Reservoirs (z.B. der Körper) kann im Einlassadapter 364 eingebaut und am oberen Bereich 302 (z.B. die Abdeckung) befestigt werden. Des Weiteren können, wie in 9 am besten dargestellt, einer oder mehrere der Durchgänge des Krümmers 312 durch innere Bohrungen oder eingespritzte Durchgänge gebildet werden, und mindestens ein Anschluss 372 an einer Außenseite des Krümmers 312 muss möglicherweise durch einen Stopfen 374 verschlossen werden, um einen unerwünschten Kraftstoffaustritt aus dem Krümmer zu verhindern. Im dargestellten Beispiel sind der Krümmer 312 und das Modulreservoir 304 angeordnet, so dass, wenn der Krümmer in das Modulreservoir eingebaut wird, der Anschluss 372 näher an einer Wand 376 des Modulreservoirs 304 liegt als die Länge des Stopfens 374. Auf diese Weise wird, selbst wenn der Stopfen 374 durch den Fluiddruck im Krümmer 312 verschoben wird, der Stopfen durch einen Eingriff/ein Zusammenwirken des Stopfens mit der Reservoirwand 376 innerhalb des Anschlusses 372 gehalten. Mit anderen Worten, die Wand 376 bietet eine Rückhaltesperre gegen das Austreten des Stopfens 374 aus dem Anschluss 372. In zumindest einigen Implementierungen befindet sich der Krümmeranschluss 372 innerhalb von 5 mm von der Reservoirwand und in einigen Anwendungen innerhalb von 2 oder 3 mm von der Wand. Um das Halten einer Komponente in oder an dem Krümmer 312 zu erleichtern, kann ein Bereich des Kraftstoffpumpengehäuses 328 die Komponente überlappen, wenn die Kraftstoffpumpe 308 mit dem Krümmer 312 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel überlappt das Kraftstoffpumpengehäuse 328 zumindest einen Bereich des Druckreglers 320, um die Bewegung des Druckreglers aus einer Tasche 380 im Verteiler 312 zu hemmen oder zu verhindern, in der der Druckregler 320 aufgenommen ist. Die Kraftstoffpumpe 308 bietet eine Anschlagfläche entgegen der Richtung, in der der unter Druck stehende Kraftstoff im Verteiler 312 auf den Druckregler 320 wirkt. Außerdem oder stattdessen kann die Kraftstoffpumpe 308 einen Teil des Stopfens 372, einen Teil des Drucksensors 324 oder beide überlappen, um das Halten einer oder mehrerer dieser Komponenten relativ zum Krümmer zu erleichtern.
10 bis 13 veranschaulichen ein Kraftstoffzufuhrmodul 400 mit einem im Wesentlichen becherförmigen Reservoir 402, einer Abdeckung oder einem oberen Teil 404, das das offene Ende des Reservoirs 402 verschließt, einem Auslass 406 einer Kraftstoffpumpe 408 innerhalb eines Innenvolumens 410 des Reservoirs, einem Krümmer 412, der mit der Abdeckung 404 einstückig ausgebildet oder durch diese definiert ist und einen mit dem Kraftstoffpumpenauslass 406 verbundenen Einlass 414 aufweist, einem ersten Auslass 416 des Krümmers 412, der zu einem Auslass führt, durch den Kraftstoff aus dem Modul 400 abgeführt wird, einem Drucksensor 420 und einem zweiten Auslass 422 des Krümmers. Diese Komponenten, wie vorstehend beschrieben und im Folgenden näher erläutert, können zum Steuern unter anderem der Strömungsrate und des Drucks des aus dem Modul 400 abgeführten Kraftstoffs dienen.
Wie in 11 dargestellt, beherbergt der Krümmer 412 eine Fluiddüse 424 und einen Druckregler 426 in einem Durchgang (z.B. definiert in einer Leitung 428), die Fluid zum Boden des Reservoirs 402 zum Aufnehmen durch die Pumpe 408 befördern. Wenn das Fluid die Leitung 428 hinunter strömt, nimmt es eine Kurve und tritt in eine zweite Düse 430 (12) ein, die wie eine Strahlpumpe funktionieren kann. Aus der Düse 430 austretendes Fluid erzeugt einen Druckabfall, der an ein Ende eines Durchgangs 432 (der zumindest teilweise in einem Rohr definiert ist, das wie in den 10 und 12 dargestellt angeordnet ist) weitergegeben wird, der in der Nähe der Abdeckung 404 des Moduls 400 oder an der Oberseite eines Kraftstofftanks offen ist, in dem das Modul 400 aufgenommen wird. Dieser Druckabfall am Durchgang 432 zieht Luft von der Oberseite des Rohres/Durchgangs 432 ein und leitet sie zum Einlass 433 der Pumpe 408 weiter.
Um zu verhindern, dass überschüssige Luft oder Dampf infolge eines Aufsteigens in den Pumpeneinlass eintritt, werden einer oder beide offenen Rohre, Anschlüsse oder Durchgänge 434 und ein Durchflussbegrenzer 436 ferner in den Durchgang 438 zwischen der Düse 430 und dem Pumpeneinlass 433 eingesetzt. Der offene Durchgang 434 gestattet es, dass überschüssige Luft aus dem Durchgang 438 austritt (der wie ein Venturirohr wirken kann), und der Durchflussbegrenzer 436 unterbindet oder beschränkt außerdem den Strom von Luft oder Dampf oder Fluiden zum Pumpeneinlass 433. Außerdem ermöglicht die Kombination von zwei Düsen 424 und 430 (eine stromaufwärts des Reglers 426 und eine stromabwärts) eine bessere Steuerung der Pumpwirkung der Strahlpumpe. Die Leitungen 428 und 432 können mit den Anschluss- bzw. Formstücken 435, 437 eines Einlasskörpers 439 des Moduls verbunden sein. Der Einlasskörper 439 kann die Düse 430, die Durchgänge 434, 438, den Durchflussbegrenzer 436 und eine Haupteinlassdurchgangsbegrenzung 444, die zum Kraftstoffpumpeneinlass führt, tragen oder umfassen. Der Einlasskörper 439 kann auch einen Filter oder ein Sieb 446 tragen, um zumindest einige Verunreinigungen aus dem Kraftstoff zu entfernen, der zum Kraftstoffpumpeneinlass strömt, und kann Abstandshalter oder Füße 448 bereitstellen, die es gestatten, dass Kraftstoff zwischen ihnen zum Filter 446 und zur Eingangsdurchgangsbegrenzung 444 aus dem umgebenden Volumen im Modul strömt.
Auch in zumindest einigen Implementierungen, wie in 13 dargestellt, kann dem Modulaufbau weitere Flexibilität verliehen werden, indem ein zusätzlicher Pfad für Fluid geschaffen wird, um von der Oberseite des Reservoirs 402 in den Pumpeneinlass 433 durch ein Rohr oder einen Durchgang 440 einzudringen, der vertikal ausgerichtet sein kann oder anderweitig ein offenes Ende nahe der Oberseite des Moduls 400 aufweist (z.B. in einem Luft-/Dampfraum). Dieser Durchgang 440 öffnet an einem Ende 442, das oberhalb der Haupteinlassdurchgangsbegrenzung 444 liegt, so dass das durch den Durchgang 440 strömende Fluid nicht durch die Begrenzung 444 strömt, bevor es in den Kraftstoffpumpeneinlass 433 eintritt. Ein Grundgedanke bei der Verwendung des zusätzlichen Durchgangs 444 ist, der Pumpe zu ermöglichen, Luft oder Dampf in das Reservoir 402 mit einer Rate aufzunehmen, die die Rate, mit der diese erzeugt werden, leicht übersteigt. Dieser zusätzliche Durchgang 444 würde das Aufnehmen von Dampf bei höheren Strömungsraten bei Motordrehzahlen über der Motorleerlaufdrehzahl gestatten.
14 bis 16 veranschaulichen eine andere Anordnung einer Kraftstoffpumpenbaugruppe 450 für ein Kraftstoffzufuhrmodul, insbesondere einen Einlasskörper 452 für die Kraftstoffpumpe 408. Wie der Einlasskörper 439 kann der Einlasskörper 452 ein oder mehrere Anschluss- bzw. Formstücke 435, 437 umfassen, die mit den Leitungen 428, 432 verbunden sind, und die zweite Düse 430 kann ein Einlegeteil sein (z.B. eine vom Einlasskörper getrennt gebildete Komponente) oder durch einen Bereich des Durchgangs 438 mit reduziertem Durchmesser definiert sein, der einstückig mit dem Einlasskörper 452 ausgebildet ist, wie in 14 dargestellt. Die Düse 430 befindet sich innerhalb des Durchgangs 438 und zwischen den Anschluss- bzw. Formstücken 435, 437 und damit zwischen den Leitungen 428, 432 in Bezug auf den Kraftstoffströmungspfad zum Kraftstoffpumpeneinlass 433. Um die einstückige Bildung der Düse 430 mit dem Einlasskörper 452 zu erleichtern oder das Einführen einer separaten Düse in den Einlasskörper zu erleichtern, kann sich der Durchgang 438 durch den Einlasskörper zu einer äußeren Oberfläche 454 erstrecken und durch einen Stopfen 456 geschlossen sein, um zu verhindern, dass Kraftstoff aus dem Einlasskörper in Richtung des Stopfens ausströmt.
In der in 14 dargestellten Implementierung führt der Durchgang 438 zu einem Rohr oder einer Kammer 458, die einen Auslassanschluss 460 aufweist, der wiederum zu einem Pumpeneinlassdurchgang 462 führt. Der Durchgang 438 ist geöffnet zu oder steht in Verbindung mit der Kammer 458 an einem Einlass 464 der Kammer, der sich auf einer ersten Höhe befindet, und der Pumpeneinlassdurchgang 462 öffnet in die Kammer 458 oder steht in Verbindung mit dieser über den Kammerauslassanschluss 460, der sich auf einer zweiten Höhe befindet, und die zweite Höhe ist höher oder größer als die erste Höhe, bezogen auf die Richtung der Schwerkraft. In zumindest einigen Implementierungen wird die zweite Höhe in einer Mitte des Auslassanschlusses 460 gemessen, die sich an einem Einlassende des Pumpeneinlassdurchgangs 462 befindet, und die erste Höhe wird an einer Mitte des Kammereinlasses 464 gemessen, und die zweite Höhe ist mindestens 2 mm höher als die erste Höhe. Die Kammer 458 oder das Rohr können an ihrem unteren Ende 466 offen sein, das in zumindest einigen Implementierungen auf oder unter der ersten Höhe liegen kann. Die Anschlüsse 468, 470 können koaxial zum Durchgang 438 ausgerichtet sein und die Bildung einer einstückig geformten Düse erleichtern, beispielsweise durch Einlegen eines Kerns in eine Form, in der der Einlasskörper 452 ausgeformt wird. In einigen Implementierungen können die Anschlüsse 468, 470, falls vorhanden, verstopft oder blockiert werden, um den Kraftstoffdurchfluss durch sie hindurch zu verhindern. Kraftstoff aus dem Reservoir kann den Filter 446 durch andere Anschlüsse oder Strömungsbereiche erreichen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Spalten zwischen den Füßen 448 des Einlasskörpers 452.
Der Pumpeneinlassdurchgang 462 kann mindestens einen Bereich mit einem kleineren Strömungsbereich als der Durchgang 438 und die Kammer 458 oder das Rohr umfassen. Der reduzierte Strömungsbereich kann durch eine Begrenzung definiert sein, die mit dem Einlasskörper einstückig gebildet oder durch ein separates Einlegeteil oder eine Düse definiert sein kann. Ein Auslassende 472 des Pumpeneinlassdurchgangs 462 kann oberhalb des Filters 446 und der Einlassbegrenzung 444 im Einlasskörper angeordnet sein, zur direkten Aufnahme von Fluid aus dem Pumpeneinlassdurchgang zur Kraftstoffpumpe 408. Der Pumpeneinlassdurchgang 462 kann so angewinkelt sein, dass sich der Auslass 472 auf einer dritten Höhe befindet, die höher als die zweite Höhe ist. Ein Winkel α zwischen den Mittellinien des Pumpeneinlassdurchgangs 462 und des Durchgangs 438 kann zwischen 45 und 75 Grad betragen. Der begrenzte Durchflussbereich und der Winkel des Pumpeneinlassdurchgangs 462 können dazu tendieren, a) die Strömungsrate des durch sie hindurch strömenden Fluids zu reduzieren, können dazu tendieren, b) flüssigen Kraftstoff oder überschüssige Dämpfe aus der Kammer 458 ausströmen zu lassen durch das offene untere Ende 466 oder den Auslassanschluss 468, die sich auf der gleichen Höhe wie die zweite Höhe oder niedriger als diese befinden, und c) Luft oder Kraftstoffdampf mit einer kontrollierten Rate durch den Pumpeneinlassdurchgang 462 einzuziehen, der von der Kraftstoffpumpe 408 gepumpt werden soll.
15 und 16 veranschaulichen einen Einlasskörper 480 ohne einen zweiten Auslassanschluss aus der Kammer 458 (d.h. keinen Anschluss 468 wie im Pumpeneinlasskörper 452). Stattdessen ist ein Deflektor 482 vorgesehen, der axial mit dem Durchgang 438 ausgerichtet ist, und Fluid muss die Kammer 458 entweder durch den Pumpeneinlassdurchgang 462 oder durch das offene untere Ende 466 der Kammer verlassen. In 15 ist der Deflektor 482 durch eine Wand des Einlasskörpers 480 definiert, die einen Teil der Kammer 458 definiert. In 16 ist der Deflektor 482 durch eine Wand eines Deflektorkörpers 484 definiert, der mit dem Einlasskörper 480 verbunden oder anderweitig von diesem getragen wird, aber separat vom Einlasskörper ausgebildet ist. In 16 ist die Kammer 458 teilweise durch den Einlasskörper 480 und teilweise durch den Deflektorkörper 484 definiert. In der in 16 dargestellten Implementierung umfasst der Deflektorkörper 484 eine untere Wand 486, die den gesamten oder den größten Teil des unteren Endes 466 der Kammer 458 umschließt, und ein Auslassanschluss 488 ist durch einen oder beide von dem Einlasskörper 480 und dem Deflektorkörper 484 definiert. Wie ebenfalls dargestellt, kann der Deflektorkörper 484 einen zweiten Deflektor aufweisen, der durch eine Wand 490 definiert ist, die mit dem Auslassanschluss 488 ausgerichtet und zumindest teilweise entgegengesetzt oder rechtwinklig zur Richtung des Fluidstroms aus dem Auslassanschluss angeordnet ist. Des Weiteren erstreckt sich der zweite Deflektor 490 von der Rückwand oder dem Deflektor 482 weg von der Kraftstoffpumpe 408 und die untere Wand 486 erstreckt sich teilweise oder ganz bis zur Deflektorwand 482. So angeordnet, definiert der Deflektorkörper 484 einen Kraftstoffauslassbereich 494 zwischen den Wänden 482, 486, 490, der sich vom Kraftstoffpumpeneinlass weg öffnet, so dass Kraftstoff und Luft/Dampf aus der Kammer 458 und vom Kraftstoffpumpeneinlass weg strömt. Der flüssige Kraftstoff und die abgegebenen Dämpfe werden somit weg vom Pumpeneinlass und in das Innere 410 des Reservoirs geleitet, so dass Luft oder Dampf nicht zum Kraftstoffpumpeneinlass geleitet wird. Unter zumindest einigen Kraftstoffströmungszuständen kann der Ausfluss aus der Kammer recht unruhig sein und zu Schaumbildung und Blasenbildung im Kraftstoff führen. Das Aufnehmen von Schaum oder Blasen in die Pumpe kann die Kraftstoffzufuhr zum Motor ungleichmäßig werden lassen und den Motorbetrieb negativ beeinflussen. Entsprechend dient der Deflektorkörper 484 dazu, den unruhigeren Durchfluss weg vom Pumpeneinlass in das größere Kraftstoffvolumen innerhalb des Reservoir-Innenvolumens zu lenken, wobei sich der Schaum und die Blasen absetzen können, bevor sie in die Kraftstoffpumpe eingebracht werden.
Wie vorstehend dargelegt, kann das Kraftstoffzufuhrmodul oder das Kraftstoffzuführsystem einen Druck- oder Strömungssensor aufweisen, um eine in geschlossener Schleife betriebene Rückkopplungssteuerung der Kraftstoffpumpe als eine Funktion des Drucks des aus der Kraftstoffpumpe abgeführten Kraftstoffs oder des umgeleiteten Kraftstoffflusses zu ermöglichen. Wie ebenfalls vorstehend dargelegt, kann ein Bypass- bzw. Umgehungsdruckregler zusammen mit einem Strömungssensor verwendet werden, der das Vorliegen eines umgeleiteten Kraftstoffflusses erkennt. Der Sensor könnte in diesem Zusammenhang, falls gewünscht, ein Schalter oder dergleichen sein, der auf das Vorliegen eines umgeleiteten Kraftstoffflusses hinweist, woraufhin die Kraftstoffpumpenausgabe angepasst werden kann (z.B. Pulsbreitenmodulationssteuerung oder PWM-Steuerung), um die Ausgabe unter Verwendung eines Algorithmus oder eines anderen Steuerschemas zu reduzieren, um den Bypass- bzw. umgeleiteten Durchfluss zu minimieren und dadurch die Pumpenausgabe bei oder nahe einem gewünschten Wert zu halten. In zumindest einigen Implementierungen, wenn der Kraftstoffbedarf des Motors bekannt wäre und ein Algorithmus/ein Steuerungsschema verwendet würde, um die Kraftstoffpumpe basierend auf Drehzahl und/oder Spannung und Druck zu steuern, könnte die relative Differenz dieser beiden verwendet werden, um nur einen bestimmten Druckregler-Bypassdurchfluss zu gestatten. Wenn dieser kontrollierte Bypass-Durchfluss sehr nahe an 0 l/h wäre, gäbe es wenig bis gar keinen Unterschied im Betrieb dieser Art von System im Vergleich zu einem drucksensorgeregelten System, und das Steuersystem des umgeleiteten Durchflusses könnte kostengünstiger sein, zumindest in einigen Implementierungen.
Ein weiteres Beispiel für eine Möglichkeit zur Steuerung des Kraftstoffdurchflusses ist das Verwenden eines Druckreglers und das Erfassen und Steuern der Umleitung des Druckreglers gemäß der Definition in dem US-Patent Nr. 6,279,541 , dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. In einer Implementierung könnte das durch das Patent '541 gelehrte System modifiziert werden, indem der erwähnte Bypass- bzw. Umgehungsströmungsschalter integriert wird, um die Differenz zwischen Pumpenausgabe und verbrauchtem Motordurchfluss zu überprüfen. Ein Vorteil der Kombination dieser Ideen besteht darin, dass, wenn die Ausgabedurchflussrate der Kraftstoffpumpe aus irgendeinem Grund sinkt, der Sensor/Durchflussschalter verwendet werden kann, um entweder den Ausgabedurchfluss basierend auf einem Algorithmus oder Schema zu überprüfen oder zu korrigieren, um einer Veränderung der Pumpenleistung Rechnung zu tragen. 17 und 18 veranschaulichen ein System und Verfahren zum Steuern der Kraftstoffpumpe sowohl mit aktiviertem Sensor oder Schalter als auch wenn der Sensor oder Schalter ausfällt oder anderweitig inaktiv ist.
17 veranschaulicht ein System 500, bei dem ein gewünschter Stromwert oder Drehzahlwert der Kraftstoffpumpe auf 502 eingestellt und zu einem Fehlerwert bei 504 addiert wird. Der Rückkopplungsstrom oder die Motordrehzahl, die der Kraftstoffpumpe zugeführt wird, wird bei 506 erfasst oder bestimmt und von dem Wert bei 504 subtrahiert, und der resultierende Wert wird von einer Steuerung 507 verwendet, um bei 508 einen angeforderten Strom für die Kraftstoffpumpe einzustellen, der bei 510 an die Kraftstoffpumpe abgegeben wird. Der angeforderte Strom wird abgetastet und bei 512 gespeichert, und zu der Einstellung bei 508 addiert und ein vorheriger angeforderter Strom zusammen mit der Einstellung bei 508 wird zum vorangehenden angeforderten Strom, so dass der angeforderte Strom eine Funktion des Einstellungsfaktors bei 508 und des vorhergehenden gespeicherten Stromwerts bei 512 ist. Die Kraftstoffpumpenausgabe folgt weitgehend dem Strom, der der Kraftstoffpumpe zugeführt wird, zumindest ausreichend, um den Motor am Laufen zu halten, so dass das Fahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Wasserfahrzeug) betrieben und zur Wartung überführt werden kann. Verschiedene Dinge beeinflussen die Fähigkeit, die Kraftstoffpumpe basierend auf der Stromsteuerung präzise zu betreiben, wie z.B. das Volumen der Komponenten des Kraftstoffsystems, das in verschiedenen Fahrzeugen/Schiffen oft unterschiedlich ist, die Variabilität von mechanischen Ventilen und dergleichen, das Volumen von Kraftstoff im Reservoir, etc. Daher kann diese Art der Stromsteuerung unter anderem als ein Notbetrieb („Limp-home“-Modus) verwendet werden, bei dem ein Boot oder ein anderes Fahrzeug mit einer reduzierten oder nominalen Drehzahl betrieben werden kann, um zu vermeiden, dass das Schiff und seine Insassen an einem abgelegenen Ort festsitzen. Dieser Steuerungsmodus stellt ein redundantes Kraftstoffpumpensteuerungsschema zur Verfügung, um zumindest einen gewissen Motorbetrieb nach Ausfall eines Drucksensors zu ermöglichen.
18 ist ein Flussdiagramm eines grundlegenden Kraftstoffpumpen-Steuerungsverfahrens 518. Das Verfahren beginnt bei 520 oder beim Starten des Motors bei 522. Anschließend wird bei 524 ermittelt, ob der Motor läuft, und wenn nicht, kehrt das Verfahren zu 522 zurück und wartet, bis der Motor gestartet wird. Wenn der Motor läuft, fährt das Verfahren mit 526 fort, wobei die Kraftstoffpumpe basierend auf der geschlossenen Druckschleife der Strömungssensorrückkopplung gesteuert wird. Bei 528 wird ermittelt, ob der Drucksensor ausgefallen ist. Wenn der Drucksensor nicht ausgefallen ist, setzt die Rückkopplungssteuerung des geschlossenen Druckschleife- oder Bypass-Strömungssensors der Kraftstoffpumpe ihren Betrieb fort. Wenn ein Fehler des Drucksensors erkannt wird, fährt das Verfahren mit 530 fort, bei dem die Kraftstoffpumpe basierend auf einem Kraftstoffpumpen-Stromsteuerungsschema, wie es beispielsweise in 17 dargestellt ist, betrieben wird. Dieser Modus kann aktiv bleiben, bis der Motor nicht mehr läuft (z.B. wenn der Motor gestoppt wird, z.B. durch Drehen eines Schlüssels in eine Aus-Position). Nach dem Neustart des Motors (z.B. wenn ein Schlüssel in die Ein- oder Startposition gedreht wird) kann das Verfahren wieder zurückkehren zum Start bei 520 und die oben genannten Schritte wiederholen. Auf Wunsch kann ein Fehlerhinweis (z.B. das Aufleuchten einer Servicemotorleuchte auf einer Fahrzeuganzeigetafel) vorgesehen sein, wenn festgestellt oder erkannt wird, dass der Druck- oder Bypass- bzw. Umgehungsdurchflusssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert. Daher kann das aktuelle Steuerverfahren bei einem Ausfall des druck- oder durchflussbasierten Steuerungsschemas geschlossener Schleife ein Ersatz- bzw. Backup- oder sekundäres Steuerungsschema bereitstellen.
In einigen Implementierungen können der Strahlpumpenauslass und der Kraftstoffpumpeneinlass in flüssigen Kraftstoff eingetaucht werden bzw. unter diesem liegen, wenn sich 50 ccm oder mehr flüssiger Kraftstoff im Reservoir befinden. Ein System kann auch einen Kraftstoffdruckregler umfassen, der sich auf eine subatmosphärische Druckquelle bezieht, wie beispielsweise einen Motoreinlasskrümmer. Bypass- bzw. umgeleiteter Durchfluss vom Regler kann eine erste Leitung, die Fluid zu einer Strahlpumpe leitet, und einen Strömungsschalter speisen, der entweder in der ersten Leitung angebracht ist oder eine Strömung von einer Verzweigungsverbindung (z.B. einer T-Verbindung) von der ersten Leitung aufnimmt, so dass ein Ausgangssignal des Strömungsschalters verwendet werden kann, um das System zu steuern (z.B. das Vorliegen von Kraftstoff am Strömungsschalter, das eine erste Ausgabe bewirkt, und das Fehlen eines Kraftstoffdurchflusses am Schalter, das eine andere Ausgabe bewirkt, die keine Ausgabe umfassen kann).
Die hierin offenbarten Formen der Erfindung stellen derzeit bevorzugte Ausführungsformen dar, und viele andere Formen und Ausführungsformen sind möglich. Es ist nicht beabsichtigt, hierin alle möglichen gleichwertigen Formen oder Verzweigungen der Erfindung zu erwähnen. Es versteht sich, dass die hierin verwendeten Begriffe lediglich beschreibend und nicht einschränkend sind und dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/383166 [0001]
US 62/426836 [0001]
US 62/477663 [0001]
US 62/524813 [0001]
US 6279541 [0057]

Claims

Was beansprucht wird, ist:
Ein Kraftstoffzufuhrmodul, umfassend: ein Reservoir umfassend einen Körper und eine Abdeckung, die ein Innenvolumen definieren, um einen Vorrat an Kraftstoff zu enthalten, wobei das Reservoir einen Einlass umfasst, durch den Kraftstoff in das Innenvolumen eintritt, und einen Auslass, aus dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffzufuhrmodul abgeführt wird; und eine Kraftstoffpumpe, die von dem Reservoir getragen wird und einen ersten Einlass aufweist, der mit dem Innenvolumen in Verbindung steht, um Kraftstoff aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe aufzunehmen, und einen zweiten Einlass, der über dem ersten Einlass relativ zur Richtung der Schwerkraft beabstandet ist, um Fluid aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe aufzunehmen, und wobei die Kraftstoffpumpe einen Auslass aufweist, aus dem Fluid zur Abgabe an einen Motor durch den Reservoirauslass abgegeben wird.
Das Modul nach Anspruch 1, wobei sich der zweite Einlass in einem oberen Drittel des Innenvolumens befindet.
Das Modul nach Anspruch 2, wobei sich der erste Einlass in einem unteren Drittel des Innenvolumens befindet.
Das Modul nach Anspruch 1, wobei der zweite Einlass einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 7 mm aufweist.
Das Modul nach Anspruch 1, wobei der zweite Einlass innerhalb eines Rohres definiert ist, das sich von benachbart zu dem ersten Einlass an einem Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, das den zweiten Einlass definiert, und ein Druckabfall zwischen etwa 0,05 psi und 0,5 psi erforderlich ist, um Fluid durch das Rohr zu ziehen.
Das Modul nach Anspruch 1, das auch eine Bypass bzw. Umgehungsleitung umfasst, die mit 1) dem Kraftstoffpumpenauslass verbunden ist, um mindestens einen Teils des aus dem Kraftstoffpumpenauslass abgeführten Kraftstoffs aufzunehmen, und mit 2) einer Strahlpumpe verbunden ist, die mit dem zweiten Einlass verbunden ist, um Fluid durch den zweiten Einlass zu ziehen.
Das Modul nach Anspruch 6, wobei die Strahlpumpe eine Düse oder Öffnung mit einer Größe zwischen 0,2 mm und 0,8 mm aufweist.
Das Modul nach Anspruch 6, wobei der Fluidstrom durch die Strahlpumpe einen Druckabfall erzeugt, der das Fluid durch den zweiten Einlass zieht.
Das Modul nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffpumpenauslass näher an einem Boden des Innenvolumens angeordnet ist als der zweite Einlass.
Das Modul nach Anspruch 9, wobei die Kraftstoffpumpe ein Pumpelement und einen Kraftstoffpumpeneinlass umfasst, in dem Kraftstoff in das Pumpelement eintritt, der Kraftstoffpumpeneinlass sowohl mit dem ersten Einlass als auch mit dem zweiten Einlass in Verbindung steht und das in den ersten Einlass und den zweiten Einlass eingezogene Fluid zum Kraftstoffpumpeneinlass geführt wird, und wobei der erste Einlass näher an dem Kraftstoffpumpenauslass als der Kraftstoffpumpeneinlass angeordnet ist.
Das Modul nach Anspruch 1, wobei das Innenvolumen eine Einlasskammer und eine Primärkammer umfasst und wobei eine zweite Kraftstoffpumpe von dem Reservoir getragen wird und einen Einlass in Verbindung mit der Einlasskammer und mit einem Kraftstoffvorrat sowie einen Auslass in Verbindung mit der Primärkammer aufweist, um Kraftstoff aus der Einlasskammer in die Primärkammer abzuführen, und der erste Kraftstoffpumpeneinlass in Verbindung mit der Primärkammer steht.
Das Modul nach Anspruch 11, das außerdem einen Drucksensor, einen Kraftstoffdruckregler oder eine Vorrichtung umfasst, die auf den Kraftstoffstand in der Primärkammer reagiert, und wobei die zweite Kraftstoffpumpe als eine Funktion der Rückkopplung des Drucksensors, des Kraftstoffdruckreglers oder einer Vorrichtung betrieben wird, die auf den Kraftstoffstand in der Primärkammer reagiert.
Das Modul nach Anspruch 11, das auch eine Steuerung umfasst, die mit der zweiten Kraftstoffpumpe verbunden ist, um den Betrieb der zweiten Kraftstoffpumpe zu steuern, und wobei die andere Kraftstoffpumpe mit einer variablen Rate angetrieben wird, um eine variable Ausgabe bereitzustellen, und wobei die Steuerung auf mindestens ein Betriebsmerkmal der anderen Kraftstoffpumpe reagiert und den Betrieb der zweiten Kraftstoffpumpe als eine Funktion des mindestens einen Betriebsmerkmals der anderen Kraftstoffpumpe steuert.
Das Modul nach Anspruch 13, wobei das mindestens eine Betriebsmerkmal mindestens eines aus der Stromaufnahme der anderen Kraftstoffpumpe oder der Strömungsrate des aus der anderen Kraftstoffpumpe abgeführten Kraftstoffs oder einer Strömungsrate oder -menge in einem Bypass-bzw. Umgehungsdurchgang ist.
Das Modul nach Anspruch 11, das außerdem eine Steuerung umfasst, die mit der zweiten Kraftstoffpumpe verbunden ist, um den Betrieb der zweiten Kraftstoffpumpe zu steuern, und wobei die Steuerung auf mindestens ein Motorbetriebsmerkmal des Motors reagiert, dem der Kraftstoff durch das Kraftstoffzufuhrmodul zugeführt wird, und den Betrieb der zweiten Kraftstoffpumpe als eine Funktion des mindestens einen Motorbetriebsmerkmals steuert.
Das Modul nach Anspruch 15, wobei das mindestens eine Motorbetriebsmerkmal eine Drosselstellung und/oder einen Kraftstoffinjektor-Arbeitszyklus umfasst.
Kraftstoffzufuhrmodul, umfassend: ein Reservoir mit einem Innenvolumen zum Aufnehmen eines Kraftstoffvorrats, wobei das Reservoir einen Einlass aufweist, durch den Kraftstoff in das Innenvolumen eintritt, und einen Auslass, aus dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffzufuhrmodul abgeführt wird; eine Kraftstoffpumpe, die von dem Reservoir getragen wird und einen ersten Einlass aufweist, der mit dem Innenvolumen in Verbindung steht, um Kraftstoff aus dem Innenvolumen in die Kraftstoffpumpe aufzunehmen, und einen Auslass, aus dem unter Druck stehender Kraftstoff abgeführt wird; einen Krümmer mit einem Einlass, der mit dem Kraftstoffpumpenauslass verbunden ist, einem ersten Auslass, der mit dem Reservoirauslass verbunden ist, und einem zweiten Auslass, der mit einem Drucksensor verbunden ist, wobei der Krümmer und der Drucksensor innerhalb des Innenvolumens aufgenommen werden, wobei der Drucksensor zwischen dem Krümmer und dem Reservoir aufgenommen und nicht direkt mit dem Innenvolumen verbunden ist.
Das Modul nach Anspruch 17, das außerdem einen Druckregler umfasst, und wobei der Krümmer einen dritten Auslass umfasst, der mit dem Druckregler in Verbindung steht, so dass Kraftstoff, der aus dem Auslass der Kraftstoffpumpe abgeführt wird, mit dem Druckregler verbunden ist, wobei der Druckregler innerhalb des Innenraums aufgenommen ist.
Das Modul nach Anspruch 18, wobei das Kraftstoffpumpengehäuse einen Teil des Kraftstoffdruckreglers überlappt.
Das Modul nach Anspruch 17, wobei das Reservoir eine Abdeckung und einen mit der Abdeckung verbundenen Körper aufweist und wobei der Körper ein Befestigungsmerkmal aufweist, das einen Teil des Kraftstoffpumpengehäuses aufnimmt, um die Kraftstoffpumpe relativ zu dem Körper zu halten und zu positionieren.
Das Modul nach Anspruch 17, wobei der Krümmer einen externen Anschluss umfasst und ein Stopfen innerhalb des Anschlusses aufgenommen wird, um Kraftstofffluss aus dem Anschluss zu verhindern, und wobei entweder das Kraftstoffpumpengehäuse oder ein Teil des Reservoirs in einem Abstand von dem Anschluss angeordnet ist, der kleiner als eine Länge des Stopfens ist.
Ein Steuersystem für eine Kraftstoffpumpe, umfassend: eine Steuerung mit oder in Verbindung mit einem Speicher, der Anweisungen oder Programme für den Betrieb der Steuerung enthält, wobei die Steuerung außerdem Folgendes umfasst: mindestens einen Eingang, der umfassen kann: einen Ausgang von einem Kraftstoffdruck- oder Kraftstoffdurchflusssensor, einen Ausgang von einer Steuerung, die einem Motor zugeordnet ist, mit dem die Kraftstoffpumpe verwendet wird, einen Drosselstellungssensor des Motors, einen Hinweis auf den Motorkraftstoffbedarf und eine Energieversorgung für die Kraftstoffpumpe, und einen Ausgang für die Kraftstoffpumpe einer Stromversorgung, dessen Größe oder Stärke von zumindest einem der Eingänge abhängig ist.
Das System nach Anspruch 22, das außerdem einen zweiten Ausgang aufweist, der auf die Leistung der Kraftstoffpumpe hinweist.
Das System nach Anspruch 23, wobei der Ausgang durch einen drahtlosen Übermittler bzw. Sender bereitgestellt wird.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffpumpe, umfassend: Ermitteln der Differenz zwischen einem eingestellten Strom- oder Drehzahlwert, der der Kraftstoffpumpe zur Verfügung zu stellen ist, und einem tatsächlichen Strom- oder Drehzahlwert, der der Kraftstoffpumpe zur Verfügung gestellt wird; Addieren der Differenz zu einem vorherigen Stromwert, um einen vorgegebenen bzw. angeforderten Strom bereitzustellen, der der Kraftstoffpumpe zugeführt wird; und Speichern des angeforderten Stroms als vorheriger Strom.
Das Verfahren nach Anspruch 25, das außerdem die Schritte umfasst: Ermitteln mit einem Sensor den Druck des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffpumpe abgeführt wird, oder eines Durchflusses von umgeleitetem Kraftstoff; Steuern des Kraftstoffpumpenbetriebs als eine Funktion des Drucks des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffpumpe abgeführt wird, oder des Durchflusses des umgeleiteten Kraftstoffs, Ermitteln, ob der Sensor einen Fehler aufweist und wenn der Sensor keinen Fehler aufweist, dann Steuern des Drucks als eine Funktion des Drucks des aus der Kraftstoffpumpe abgegebenen Kraftstoffs oder basierend auf einem umgeleiteten Kraftstoffdurchfluss und nicht als eine Funktion des Stroms, der der Kraftstoffpumpe zugeführt wird oder der Drehzahl der Kraftstoffpumpe, wie in Anspruch 25 ausgeführt, und wenn der Sensor einen Fehler aufweist, Steuern der Kraftstoffpumpe als eine Funktion des Stroms, der der Kraftstoffpumpe zugeführt wird oder der Drehzahl der Kraftstoffpumpe, wie in Anspruch 25 ausgeführt.
Das Modul nach Anspruch 1, das außerdem Folgendes umfasst: einen Kraftstoffdruckregler mit einem Einlass in Verbindung mit dem Auslass der Kraftstoffpumpe und einem Ventil, das geöffnet wird, wenn der Kraftstoffdruck am Einlass größer als ein Schwellenwert ist, und einem Bypass bzw. Umgehungsauslass, durch den Kraftstoff aus dem Druckregler abgeführt wird, wenn das Ventil offen ist, eine erste Leitung, durch die Kraftstoff aus dem Kraftstoffdruckreglerauslass strömt; eine zweite Leitung mit einem offenen Ende, das den zweiten Einlass definiert; einen Einlasskörper mit zumindest einem Durchgang, der mit der ersten Leitung und der zweiten Leitung in Verbindung steht, um den Fluidstrom aus beiden Leitungen in Richtung des Kraftstoffpumpeneinlasses zu leiten; und zumindest einen Durchflussbegrenzer, der von dem Einlasskörper getragen wird, um die Strömungsrate von Fluid vom Einlasskörper hin zu dem Kraftstoffpumpeneinlass zu steuern.
Das Modul nach Anspruch 27, wobei sich der Durchflussbegrenzer zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung in Bezug auf die Richtung des Fluidstroms im Durchgang des Einlasskörpers befindet.
Das Modul nach Anspruch 27, wobei der Einlasskörper eine Kammer zwischen dem Kraftstoffpumpeneinlass und beiden Leitungen aufweist, so dass Fluid, das von beiden Leitungen strömt, durch die Kammer strömen muss, bevor es in den Kraftstoffpumpeneinlass eintritt, und wobei die Kammer einen Einlass aufweist, der beide Leitungen mit der Kammer verbindet, und einen Auslass, der sich oberhalb der Höhe des Einlasses in die Kammer befindet.