DE19714488C1

DE19714488C1 - Verfahren zum Erwärmen von Kraftstoff und Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE19714488C1
Application number: DE19714488A
Authority: DE
Inventors: Hinrich Dr Krueger; Christoph Klesse; Moritz Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: FR2761735A1; FR2761735B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von Kraft stoff vor dem Einspritzen in eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 und eine Kraftstoffeinspritzanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 5.

Eine zu niedrige Kraftstofftemperatur ist insbesondere bei Dieselkraftstoff ein Problem, da die Fließfähigkeit des Kraftstoffes verschlechtert wird und damit das Einspritzen beeinträchtigt wird. Bei Dieselkraftstoff flockt zudem Paraf fin im Kraftstoffilter bei niedrigen Temperaturen aus, so daß eine ausreichende Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine nicht gewährleistet ist.

Aus der DE 44 20 043 C1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage für Dieselmotoren mit Kraftstofferwärmung für den Winterbe trieb bekannt, bei der der Kraftstoff über ein Filter von ei ner Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstofftank gesaugt wird und unter Druck Hochdruckpumpelementen zugeführt wird. Der in der Einspritzpumpe überschüssige Kraftstoff wird über Leckölan schlüsse zu den Einspritzventilen geleitet und anschließend vor das Filter in die Kraftstoffzuleitung geführt. Die Ein spritzventile dienen als Wärmetauscher, die den Kraftstoff erwärmen.

Aus der gattungsgemäßen DE 32 43 809 C2 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen erwärmten Diesel kraftstoffes bekannt, bei dem der Dieselkraftstoff vor dem Zuführen zum Einspritzventil über eine Heizeinrichtung er wärmt wird. Die Heizeinrichtung ist beispielsweise als elek trische Heizeinrichtung ausgebildet.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein einfaches Verfah ren zur Erwärmung des Kraftstoffes und eine konstruktiv ein fach ausgebildete Kraftstoffeinspritzanlage bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe verdichtet wird und ein Teil des verdichteten Kraftstoffes eingespritzt wird, wobei ein anderer Teil des verdichteten Kraftstoffes über ein Ven til entspannt wird und der Kraftstoffpumpe erneut zugeführt wird.

Vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; Es zeigen:

Fig. 1: Eine erste Kraftstoffeinspritzanlage,

Fig. 2 Eine zweite Kraftstoffeinspritzanlage und

Fig. 3: Ein Thermostatventil.

Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Tank 1, an den eine Vorförderpumpe 2 angeschlossen ist, die über eine Kraftstoffzuleitung 4 Kraftstoff über ein Kraftstoffil ter 6 einer Hochdruckpumpe 8 zuführt. Parallel zur Vorförder pumpe 2 ist ein Vordruckregelventil 3 vorgesehen, das den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 4 regelt.

Die Hochdruckpumpe 8 ist an eine Kraftstoffleitung 9 mit ei nem Kraftstoffspeicher 10 angeschlossen. Der Kraftstoffspei cher 10 ist über Einspritzleitungen mit Einspritzventilen 12 verbunden. Die Kraftstoffleitung 9 ist über ein erstes Druck regelventil 11 und eine Rückleitung 13 mit einem Eingang ei nes zweiten Ventiles 5 verbunden. Ein erster Ausgang des zweiten Ventiles 5 ist an die Kraftstoffzuleitung und ein zweiter Ausgang des zweiten Ventiles 5 ist an eine Tanklei tung 14 angeschlossen, die vorzugsweise über einen Wärmetau scher 15 zum Kraftstofftank 1 geführt ist. Die Einspritzven tile 12 weisen Leckageleitungen 21 auf, die zur Rückleitung 13 geführt sind.

Das zweite Ventil 5 ist als steuerbares Schaltventil ausge bildet. In der Kraftstoffzuleitung 4 ist vor dem Kraftstof filter 6 ein Temperatursensor 16 vorgesehen. Vor der Hoch druckpumpe 8 ist ein steuerbares Volumenstromregelventil 7 in die Kraftstoffzuleitung 4 eingebracht.

Der Kraftstoffspeicher 10 weist einen Drucksensor 19 auf, der über eine Sensorleitung 20 mit einem Steuergerät 22 verbunden ist. Das Steuergerät 22 ist zudem über erste, dritte und vierte Steuerleitungen 18, 38, 48 mit dem Volumenstromregel ventil 7, dem Druckregelventil 11 und den Einspritzventilen 12 verbunden. Das Steuergerät 22 ist zudem über eine Sensor leitung 17 mit dem Temperatursensor 16 und über zweite Steu erleitungen 23 mit dem Schaltventil 5 verbunden.

Die Anordnung nach Fig. 1 funktioniert wie folgt:

Die Vorförderpumpe 2 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstoff tank 1 in die Kraftstoffzuleitung 4 und über das Kraftstof filter 6 zur Hochdruckpumpe 8, die den Kraftstoff auf einen Druck von biespielsweise 300 bis 1800 bar verdichtet und der Kraftstoffleitung 9 und dem Kraftstoffspeicher 10 zuführt. Die Einspritzventile 12 spritzen Kraftstoff aus dem Kraft stoffspeicher 10 in die Brennkraftmaschine ein.

Das Steuergerät 22 mißt die Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffzuleitung 4 und steuert über das Volumenstromregel ventil 7 der Hochdruckpumpe 8 mehr Kraftstoff zu, als auf grund des im Kraftstoffspeicher 10 herrschenden Kraftstoff druckes für den gewünschten Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig wäre, wenn die Kraftstofftemperatur unter einer Mindesttemperatur liegt. Der zuviel geförderte Kraftstoff wird über das Druckregelventil 11 in die Rückleitung 13 ge führt. Das Steuergerät 22 schaltet das Schaltventil 5 in die erste Schaltposition, bei der die Rückleitung 13 mit der Kraftstoffzuleitung 4 verbunden ist, solange die Kraftstoff temperatur in der Kraftstoffzuleitung 4 unter der Mindesttem peratur liegt.

Auf diese Weise wird Kraftstoff, der durch die Verdichtung in der Hochdruckpumpe 8 und die anschließende Expansion in die Rückleitung 13 erwärmt ist, in die Kraftstoffzuleitung 4 ge führt. Überschreitet nun die Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffzuleitung 4 die Mindesttemperatur, so schaltet das Steuergerät 22 das Schaltventil 5 in die zweite Schaltpositi on, in der die Rückleitung 13 mit der Tankleitung 14 verbun den ist. Zugleich steuert das Steuergerät 22 das Volumen stromregelventil 7 derart, daß nur soviel Kraftstoff der Hochdruckpumpe zugeführt wird, daß sich im Kraftstoffspeicher gerade der jeweils erforderliche Kraftstoffdruck einstellt.

Der Wärmetauscher 15 ist zur Kühlung des durch die Tanklei tung 14 fließenden Kraftstoffes vorgesehen, da eine zu große Erwärmung des Kraftstoffes im Kraftstofftank 1 zu verhindern ist.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 anstelle des Schaltventiles 5 ein Thermostat ventil 24 mit einem Thermostatelement 25 vorgesehen. Damit wird die Rückleitung 13 automatisch mit der Kraftstoffzulei tung 4 verbunden, wenn die Kraftstofftemperatur in der Kraft stoffzuleitung 4 vor dem Kraftstoffilter 6 unter der Mindest temperatur liegt. Zur Messung der Temperatur ist vor das Kraftstoffilter 6 das Thermostatelement 25 in die Kraftstoff zuleitung 4 eingebracht. Die Mindesttemperatur liegt vorzugs weise über der unteren Temperaturgrenze für Winterdiesel.

Anstelle der in den vorhergehenden Beispielen verwendeten Mindesttemperatur für den Kraftstoff, ab dem der Kraftstoff zuleitung 4 erwärmter Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 9, 10 zugeführt wird, kann beispielsweise auch die Außentempe ratur oder die Kraftstofftemperatur im Tank mit entsprechen den Vergleichsschwellen verglichen werden und bei einer zu niedrigen Temperatur erwärmter Kraftstoff aus dem Kraft stoffspeicher 9, 10 der Kraftstoffzuleitung 4, insbesondere vor das Kraftstoffilter 6, zugeführt werden.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des Thermostat ventils 24, das einen ersten Kraftstoffanschluß 29 aufweist, der an eine Mischkammer 32 geführt ist, die an einen ersten Ableitungsanschluß 28 angeschlossen ist. In der Mischkammer 32 ist ein Thermostatelement 25 angeordnet, das mit einer Deckplatte 32 des Thermostatventils 24 verbunden ist. Das Thermostatelement 25 weist eine Steuerstange 33 auf, die sich in Längsrichtung der Steuerkammer 32 erstreckt. Die Mischkam mer 32 ist über eine erste Ventilöffnung 35 mit einem zweiten Zuleitungsanschluß 30 verbunden. Der zweite Zuleitungsan schluß 30 ist über eine zweite Ventilöffnung 36 mit einem zweiten Ableitungsanschluß 31 verbunden. Die Steuerstange 33 weist ein erstes Schließglied 26 und ein zweites Schließglied 27 auf. Die Steuerstange 33, das erste Schließglied 26, das zweite Schließglied 27, die erste Ventilöffnung 35 und die zweite Ventilöffnung 36 sind derart angeordnet, daß bei einer Kraftstofftemperatur in der Mischkammer 32, die unter der Mindesttemperatur liegt, die erste Ventilöffnung 35 geöffnet ist und somit Kraftstoff vom zweiten Zuleitungsanschluß 30 in die Mischkammer 32 gelangt. Zugleich ist die zweite Venti löffnung 36 durch das zweite Ventilschließglied 27 geschlos sen.

Steigt nun die Kraftstofftemperatur in der Mischkammer 32 über die Mindesttemperatur, so dehnt sich das Thermostatele ment 25 aus und das erste Schließglied 26 wird in die erste Ventilöffnung 35 gedrückt und die erste Ventilöffnung 35 ge schlossen. Zugleich wird das zweite Schließglied 27 aus der zweiten Ventilöffnung 36 heraus bewegt und damit die zweite Zulaufleitung 30 mit der zweiten Ablaufleitung 31 verbunden.

Das Thermostatelement 25 ist in der Mischkammer 32 derart an geschlossen, daß bei einer ersten geöffneten Ventilöffnung 35 der über den ersten Zuleitungsanschluß 29 aus dem Kraftstoff tank 1 zugeführte Kraftstoff und der aus der Rückleitung 13 über den zweiten Zuleitungsanschluß 30 zugeführte Kraftstoff gemischt werden und der gemischte Kraftstoff am Thermostate lement 25 vorbeifließt. Somit steuert das Thermostatelement 25 den Kraftstoffstrom der Rückleitung 13 in Abhängigkeit von der Temperatur des gemischten Kraftstoffs. Auf diese Weise wird eine genaue Einstellung der Kraftstofftemperatur er reicht.

Der Anschluß des Thermostatventiles 24 wird so gewählt, daß der von der Vorförderpumpe 2 geförderte Kraftstoff über den ersten Zuleitungsanschluß 29 und über den ersten Ableitungs anschluß 28 zum Kraftstoffilter 6 geleitet wird. Zudem ist die Rückleitung 13 an den zweiten Zuleitungsanschluß 30 und die Tankleitung 14 an den zweiten Ableitungsanschluß 31 ange schlossen.

Claims

1. Verfahren zum Erwärmen von Kraftstoff vor dem Einspritzen in eine Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten:

1. - der Kraftstoff wird über eine Kraftstoffzuleitung (4) einer Kraftstoffpumpe (8) zugeführt,
2. - der Kraftstoff wird von der Kraftstoffpumpe auf einen für die Einspritzung erforderlichen Druck verdichtet und in ei ne Kraftstoffleitung (9, 10) geleitet,
3. - ein Teil des verdichteten Kraftstoffes wird in die Brenn kraftmaschine eingespritzt,
4. - ein weiterer Teil des verdichteten Kraftstoffes wird über ein Ventil (11) oder über Leckageleitungen (21) eines Ein spritzventils (12) entspannt und anschließend mindestens teilweise über eine Kraftstoffzuleitung (4) der Kraftstoff pumpe (8) wieder zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (11) geöffnet wird, wenn die Kraftstofftemperatur un ter einer Mindesttemperatur liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der entspannte Kraftstoff einem zweiten Ventil (5; 24) zugeführt wird, das in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur oder der Außentemperatur den entspannten Kraftstoff der Kraftstoffpumpe (8) oder einem Kraftstofftank (1) zuführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (8) bei einer Kraft stofftemperatur vor der Kraftstoffpumpe (8), die unter einer Mindesttemperatur liegt, mehr Kraftstoff in den Kraft stoffspeicher (10) pumpt, als aufgrund des im Kraftstoffspei cher herrschenden Druckes für den gewünschten Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Kraftstoffzuleitung (4), die ausge hend von einem Tank (1) an eine Kraftstoffpumpe (8) geführt ist, die über eine Kraftstoffleitung (9) mit einem Einspritz ventil (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

1. - daß an der Kraftstoffleitung (9) ein Ventil (11) vorgesehen ist, das über eine Rückleitung (13) mit der Kraftstoffzu leitung (4) verbunden ist,
2. - daß sich das Ventil (11) abhängig von vorgegebenen Be triebszuständen öffnet, so daß Kraftstoff von der Kraft stoffleitung (9) über die Rückleitung (13) zur Kraftstoff zuleitung (4) strömt.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Einspritzventil (12) über eine Leckagelei tung (21) mit der Rückleitung (13) verbunden ist.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückleitung (13) über ein zweites Ventil (5, 24) an die Kraftstoffzuleitung (4) ange schlossen ist, daß das zweite Ventil (5, 24) an eine Tanklei tung (14) angeschlossen ist, die zum Tank (1) geführt ist, daß das zweite Ventil (5, 24) den von der Rückleitung (13) zu geführten Kraftstoff abhängig von der Schaltstellung an die Kraftstoffzuleitung (4) und/oder an die Tankleitung (14) führt.

8. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (11) als ein Druckregelventil ausgebildet ist, das ab einem einstellbaren Druck öffnet und Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung (9, 10) an die Rückleitung (13) abgibt.

9. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil als steuerba res Druckventil (11) ausgebildet ist, das von einem Steuerge rät (22) abhängig von vorgegebenen Betriebszuständen geöffnet oder geschlossen wird.

10. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil als Thermo statventil (24) ausgebildet ist, das automatisch die Rücklei tung (13) mit der Kraftstoffzuleitung (4) verbindet, wenn die Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffzuleitung (4) unter ei ner vorgebbaren Mindesttemperatur liegt.

11. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das Thermostatventil (24) ein Thermostate lement (25) aufweist, das an den Kraftstoff thermisch gekop pelt ist und unter einer Mindesttemperatur die Rückleitung (13) mit der Kraftstoffzuleitung (4) verbindet, wobei sich der erwärmte Kraftstoff der Rückleitung (13) mit dem kalten Kraftstoff der Kraftstoffzuleitung (4) vermischt, und daß das Thermostatelement (25) so angeordnet ist, daß es an den ge mischten Kraftstoff thermisch gekoppelt ist.

12. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 10 oder 11, da durch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (24) eine Mischkammer (32) aufweist, in der sich der Kraftstoff der Kraftstoffzuleitung (4) mit dem Kraftstoff der Rückleitung (13) vermischt, daß mit der Mischkammer (32) ein Thermostate lement (25) thermisch gekoppelt ist, das abhängig von der Temperatur des gemischten Kraftstoffes die Rückleitung (13) mit der Kraftstoffzuleitung (4) verbindet.

13. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (22) vorgese hen ist, das das zweite Ventil (5) abhängig von vorgegebenen Betriebszuständen, vorzugsweise abhängig von der Kraftstoff temperatur, schaltet.

14. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (8) als Hochdruckpumpe und die Kraftstoffleitung als Kraftstoffspei cher (10) ausgebildet sind.