DE19734493C1 - Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanla­ ge für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine Kraftstoffversorgungsanlage bzw. ein Kraftstoff­ versorgungssystem dieser Art ist aus der DE 42 15 949 C1 bekannt.

Aufgabe dieser Kraftstoffversorgungsanlage ist es, von der Kraftstoffzuleitung aus Kraftstoff ab­ zuzweigen und in einer Verdampfungs- und Kondensie­ rungseinrichtung niedrig siedende Kraftstoffanteile zu gewinnen, die während des Kaltstartes der Brennkraft­ maschine der Einspritzeinrichtung zugeleitet werden, um zum einen einen sicheren Kaltstart zu gewährleisten und zum anderen die Rohemission der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase zu reduzieren und den Schad­ stoffausstoß insgesamt zu vermindern. Der in der Ver­ dampfungs- und Kondensierungseinrichtung anfallende höher siedende Kraftstoffanteil wird über eine Rest­ kraftstoffrückleitung zu dem Kraftstofftank zurückge­ leitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt eine weitere Verbes­ serung der vorstehend beschriebenen Kraftstoffversor­ gungsanlage zugrunde, insbesondere der Art, daß noch bessere Leistungs- und Verbrauchsvorteile damit er­ zielt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr die Rückführung des Restkraftstoffes nicht mehr in den Kraftstofftank, sondern in einen gesonderten Zusatztank, von wo aus gezielt eine Beimischung in die zu der Einspritzein­ richtung führende Kraftstoffzuleitung oder auch eine ausschließliche Kraftstoffversorgung der Einspritzein­ richtung mit dem Restkraftstoff erfolgt.

Auf den ersten Blick scheint diese Maßnahme zu einer Erhöhung des Aufwandes zu führen, aber in überraschen­ der Weise ergeben sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen insgesamt gesehen deutliche Leistungs- und Verbrauchsvorteile. Der Restkraftstoff hat nämlich im Vergleich zu dem Ausgangskraftstoff in dem Kraftstoff­ tank eine höhere Oktanzahl. Wird dem Motor nun erfin­ dungsgemäß bei einer hohen Lastanforderung, insbeson­ dere bei Vollast, der auf diese Weise abgesonderte und in dem Zusatztank zurückgehaltene Restkraftstoff zuge­ führt, so kann in Verbindung mit einer bekannten Klopfregelung die Klopfbegrenzung vermieden und je­ weils der optimale Zündwinkel eingestellt werden. Dar­ aus resultiert bei Vollast bzw. bei höheren Lasten ein deutlicher Leistungs- und Verbrauchsvorteil bei gleichzeitiger Absenkung der maximalen Abgastempera­ tur.

Als weiterer Vorteil läßt sich auf diese Weise die Zeit zur Bereitstellung der erforderlichen Startkraft­ stoffmenge aus niedrig siedenden Kraftstoffanteilen stets gleich halten. Wird nämlich der Restkraftstoff nicht wie beim Stand der Technik dem allgemeinen Kraftstofftank zugeleitet, so kann dort nicht im Laufe des Betriebes eine Anreicherung mit höher siedenden Kraftstoffanteilen entstehen. Insbesondere bei häufi­ gen Kaltstarts würde sich im Laufe der Zeit der Anteil an nieder siedenden Kraftstoffanteilen auf diese Weise reduzieren, so daß deren Gewinnung in der Verdamp­ fungs- und Kondensierungseinrichtung entsprechend zu­ nehmend schwieriger werden würde.

Eine sehr vorteilhafte und nicht naheliegende Weiter­ bildung der Erfindung besteht gemäß Anspruch 2 darin, daß die Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung mit einer Wärmetauschereinrichtung versehen ist, die die bei der Kondensierung der niedrig siedenden Kraft­ stoffanteile anfallende Kondensationswärme an den zu der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung ge­ führten Kraftstoff abgibt.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die bei der Kondensierung der niedrig siedenden Kraftstoffanteile anfallende Kondensationswärme in nutzbringender Weise verwertet. Insbesondere wird auf diese Weise eine bes­ sere und schnellere Verdampfung des damit der Verdamp­ fungseinrichtung mit erhöhter Temperatur zugeführten Kraftstoffes erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung beschrie­ benen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 in Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage,

Fig. 2 in Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung.

Von einem Kraftstofftank 1 aus führt eine Kraftstoff­ zuleitung 2 über ein Wechselventil 3 als Steuerventil zu einer Einspritzleitung 4a mit einem Einspritzventil 4, das Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brenn­ raum einer Brennkraftmaschine einspritzt. Von der Kraftstoffzuleitung 2 zweigt nach einer Kraftstoffpum­ pe 5 und einem dieser vorgeschalteten Umschaltventil 6 eine Nebenleitung 7 ab. Die Nebenleitung 7 ist spiral­ förmig um eine Verdampfungs- und Kondensierungsein­ richtung 8 gewickelt. Die spiralförmige Wickelung bil­ det mit einer Außenwand 9 in Zylinderform der Verdamp­ fungs- und Kondensierungseinrichtung 8 eine Wärmetau­ schereinrichtung 10. Die Nebenleitung 7 mündet von oben her über ein Einspritzventil 11, das als herkömm­ liches elektromagnetisches Einspritzventil ausgebildet sein kann, in die Verdampfungs- und Kondensierungsein­ richtung 8. Über das Einspritzventil 11 erfolgt in Verbindung mit einem Verdampfungsglied 11a, z. B. einem PTC-Verdampfers eine Verdampfung des zugeführten Kraftstoffes. Das Einspritzventil 11 kann zusammen mit dem Verdampfungsglied 11a auch als kombinierte Einheit ausgebildet sein.

Überschüssiger Kraftstoff aus der Nebenleitung 7 wird über eine Rückleitung 12, in der ein Druckbegrenzungs­ ventil 13 angeordnet ist und einen Kraftstoffkühler 14 in den Kraftstofftank 1 zurückgeleitet.

In der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung 8 erfolgt eine Trennung der Kraftstoffbestandteile in niedrig siedende und höher siedende Kraftstoffanteile. Das Verfahren und der Aufbau der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung 8 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 näher beschrieben.

Die niedrig siedenden Kraftstoffanteile werden in ei­ ner Kondensatleitung 15, in der sich ein Zwischentank 16 für das Kondensat und eine Kraftstoffpumpe 17 mit einer Bypassleitung 18, in der sich ein Druckbegren­ zungsventil 19 befindet, zu dem Wechselventil 3 ge­ führt. Die in der Verdampfungs- und Kondensierungsein­ richtung 8 anfallenden höher siedenden Kraftstoffan­ teile werden über eine Restkraftstoffleitung 20 zu einem Zusatztank 21 zurückgeleitet. Von dem Zusatztank 21 aus führt eine Restkraftstoffzuleitung 22 zu dem Umschaltventil 6.

Fig. 2 zeigt Aufbau und Wirkungsweise der Verdamp­ fungs- und Kondensierungseinrichtung 8. Die Verdamp­ fungs- und Kondensierungseinrichtung 8 weist ein inne­ res Gehäuse 23 in Zylinderform als Sammler auf, in das der von dem Einspritzventil 11 mit Verdampfungsglied 11a verdampfte Kraftstoff als Dampf-/Tropfenwolke 29 eingeblasen wird. Das innere Gehäuse 23 besitzt eine geringe Wärmekapazität und ist mit mehreren Bolzen, z. B. drei am Umfang, mit einem äußeren Gehäuse 25 in Zylinderform verbunden. In dem inneren Gehäuse 23 fal­ len die höher siedenden Kraftstoffanteile aus und wer­ den nach unten über die Restkraftstoffrückleitung 20 abgeführt.

Die niedrig siedenden Kraftstoffanteile treten als Dampf aus der oberen Öffnung des inneren Gehäuses bzw. Sammlers 23 aus (siehe Pfeile) und kondensieren an der Innenwand des äußeren Gehäuses 25. Dabei ist der Über­ gang vom inneren Gehäuse 23 zum äußeren Gehäuse 25 so zu gestalten, daß die in der Dampfwolke möglicherweise mitgeführten kleinen Tropfen mit höher siedenden Kraftstoffanteilen im inneren Gehäuse 23 zurückgehal­ ten werden.

An der Außenwand 9 des äußeren Gehäuses 25 befindet sich der Wärmetauscher 10, der die bei der Kondensie­ rung anfallende Kondensationswärme in die Nebenleitung 7 abführt. Am Boden des äußeren Gehäuses 25 befindet sich in Bereich eines Spaltes 26, der aufgrund der Durchmesserunterschiede zwischen dem inneren Gehäuse 23 und dem äußeren Gehäuse 25 entsteht, eine Ausgangs­ öffnung für die Kondensatleitung 15. In dem Spalt 26 läuft Kondensat entlang der Innenwand des äußeren Ge­ häuses 25 in Pfeilrichtung nach unten und wird in die Kondensatleitung 15 abgeführt.

Die erfindungsgemäße Kraftversorgungsanlage funktio­ niert auf folgende Weise:

Die Kraftstoffzufuhr aus der Kraftstoffzuleitung 2 erfolgt über die herkömmliche Kraftstoffpumpe 5 mit z. B. 3,8 bar Überdruck. Der von der Kraftstoffzulei­ tung 2 hinter der Kraftstoffpumpe 5 in die Nebenlei­ tung 7 abgezweigte Kraftstoff durchströmt zuerst den Wärmetauscher 10 an der Außenwand 9 der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung 8, um die Kondensations­ wärme aufzunehmen. Anschließend gelangt der auf diese Weise vorgewärmte Kraftstoff zum Einspritzventil 11 mit dem elektrisch beheizten Verdampfungsglied 11a. Die überschüssige Menge wird über das Druckbegren­ zungsventil 13 und den Kraftstoffkühler 14 in den Kraftstofftank 1 in der Rückleitung 12 abgeführt.

Das aus den niedrig siedenden Kraftstoffanteilen be­ stehende Kondensat wird in dem Zwischentank 16 bevor­ ratet. Über eine Ausgleichsleitung 27 ist der Zwi­ schentank 16 noch mit der Verdampfungs- und Kondensie­ rungseinrichtung 8 verbunden. Die Förderung des Kon­ densates in der Kondensatleitung 15 erfolgt über die zusätzliche Kraftstoffpumpe 17. Das Wechselventil 3, das eingangsseitig mit der Kraftstoffzuleitung 2 und der Kondensatleitung 15 und ausgangsseitig über die Einspritzleitung 4a mit dem Einspritzventil 4 verbun­ den ist, gibt vor jedem Einspritzventil 4 der Brenn­ kraftmaschine jeweils den Kraftstoffpfad zu dem dazu­ gehörigen Einspritzventil 4 frei und zwar zu dem Ein­ spritzventil, dessen Kraftstoffpumpe gerade aktiv ist. Dies bedeutet, jedem Einspritzventil 4 ist ein Wech­ selventil 3 zugeordnet, das jeweils aus der Kondensat­ leitung 15 oder der Kraftstoffzuleitung 2 versorgt wird.

Durch das Wechselventil 3 und das Umschaltventil 6 kann durch eine gezielte Zuführung von Kraftstoff, nämlich Originalkraftstoff, niedrig siedender Kraft­ stoff aus der Kondensatleitung 15 oder Restkraftstoff mit höherer Oktanzahl aus der Restkraftstoffzuleitung 22, dafür gesorgt werden, daß die Brennkraftmaschine für einen optimalen Betrieb stets mit deren besten Kraftstoffanteilen versorgt wird.

Vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine wird kurze Zeit mit Betrieb aus der Kondensatleitung 15 gefahren, wozu das Wechselventil 3 entsprechend umgeschaltet wird, damit beim darauffolgenden Start bereits ab der ersten Einspritzung wieder Kondensat aus der Kon­ densatleitung 15 in das dazugehörige Einspritzventil 4 eingespritzt werden kann. Mit fußgespülten Einspritz­ ventilen 4 läßt sich dabei die Nachlaufzeit beim Ab­ stellen der Brennkraftmaschine deutlich verringern.

Nach einem erneuten Start, wenn ein vorgegebener Grenzwert eine charakteristische Größe überschritten hat, z. B. die Kühlwassertemperatur, wird auf den Ori­ ginalkraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 2 durch eine entsprechende Umschaltung des Wechselventiles 3 umgeschaltet.

Im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine erfolgt eine Umschaltung des Umschaltventiles 6 derart, daß Restkraftstoff aus dem Zusatztank 21 in die Kraft­ stoffzuleitung 2 gefördert wird, womit aufgrund der höheren Oktanzahl des Restkraftstoffes der Brennkraft­ maschine klopffesterer Kraftstoff zugeführt wird.

Claims (7)

1. Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftma­ schine mit einem Kraftstofftank für flüssigen Kraftstoff, von dem aus eine Kraftstoffzuleitung zu einer Einspritzeinrichtung führt, mit einer Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung für niedrig siedende Kraftstoffanteile, die mit dem Kraftstofftank verbunden ist, mit einem der Ver­ dampfungs- und Kondensierungseinrichtung nachge­ schalteten Zwischentank für das Kondensat, von dem aus eine Kondensatleitung zu einem die Zufuhr zu der Einspritzeinrichtung regelnden Steuerventil führt, und mit einer die in der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung anfallenden höher sie­ denden Restkraftstoffanteile abführenden Rest­ kraftstoffrückleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Restkraftstoffrückleitung (20) in einen Zu­ satztank (21) mündet, von dem aus eine Restkraft­ stoffzuleitung (22) zu einem in der Kraftstoffzu­ leitung (2) angeordneten Umschaltventil (6) führt, daß so gesteuert ist, daß Restkraftstoff aus der Restkraftstoffzuleitung (22) in die zu der Ein­ spritzeinrichtung (4) führende Kraftstoffzuleitung (2) wenigstens teilweise bei Vollast der Brenn­ kraftmaschine zugeführt wird.

2. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung (8) mit einer Wärmetauschereinrichtung (10) verse­ hen ist, die die bei der Kondensierung der niedrig siedenden Kraftstoffanteile anfallende Kondensati­ onswärme an den zu der Verdampfungs- und Konden­ sierungseinrichtung (8) geführten Kraftstoff ab­ gibt.

3. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung (8) ein inneres Gehäuse (23) als Sammler aufweist, in dem die höher siedenden Kraftstoffanteile aus­ fallen, und ein äußeres Gehäuse (25), an dem die niedrig siedenden Kraftstoffanteile ausfallen, wo­ bei die Wärmetauschereinrichtung (10) an der Au­ ßenwand (9) des äußeren Gehäuses (25) angeordnet ist.

4. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gehäuse (23) und das äußere Gehäuse (25) wenigstens annähernd jeweils eine Zylinder­ form aufweisen, wobei die Kondensierung der nied­ rig siedenden Kraftstoffanteile in einem ringför­ migen Spalt (26) zwischen dem inneren Gehäuse (23) und dem äußeren Gehäuse (25) erfolgt und die Wär­ metauschereinrichtung (10) eine spiralförmig um das äußere Gehäuse (25) gelegte Kraftstoffneben­ leitung (7) aufweist.

5. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung (8) mit einem Einspritzventil (11) zur Verdampfung des zugeführten Kraftstoffes versehen ist.

6. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil als Wechselventil (3) ausgebildet ist, in das eingangsseitig die Kraftstoffzuleitung (2) und die Kondensatleitung (15) mündet und das ausgangsseitig eine zu der Einspritzeinrichtung (4) führende Einspritzleitung (4a) aufweist.

7. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zwischentank (16) für Kondensat und dem Wechselventil (3) in der Kondensatleitung (15) eine Kraftstoffpumpe (17) angeordnet ist.