DE202013012716U1 - Brennstoffzumesseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzumesseinrichtung für eine selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffpumpe (6) zur Förderung eines Kraftstoffes, wobei der Kraftstoff einem Tank entnehmbar und über eine Hochdruckpumpe (7) einem Einspritzsystem (10) der Brennkraftmaschine zuführbar ist und wobei das Einspritzsystem (10) eine von einem Druck- und Bypassventil (8) gesteuerte Rückführleitung (11) aufweist, über die im Einspritzsystem (10) überschüssiger Kraftstoff rückführbar ist, wobei der Tank als Druckmischbehälter (12) mit einem Dampfdruckpufferraum zur Aufnahme eines ersten Kraftstoffes wie Dieselkraftstoff, Rapsöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Palmöl oder Fetten und eines weiteren Kraftstoffes wie ein Liquified-Petroleum-Gas (LPG)-Kraftstoff ausgebildet ist und dem Druckmischbehälter (12) als Tank über ein Entnahmeventil (5) ein aus dem ersten Kraftstoff und dem zweiten Kraftstoff gebildetes, unter Druck stehendes Kraftstoffgemisch entnehmbar und über die als Druckerhöhungspumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe (6) der Hochdruckpumpe (7) und über eine Kraftstoffleitung (24) einem Common-Rail-Rohr (9) des Einspritzsystems (10) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kraftstoffpumpe (6) und der Hochdruckpumpe (7) über eine Abzweigleitung (14) das Kraftstoffgemisch unter Umgehung der Hochdruckpumpe (7) einer pneumatisch oder hydraulisch antreibbaren Hochdruckerhöhungspumpe (15) zuführbar und von der Hochdruckerhöhungspumpe (15) über eine Hochdruckkraftstoffleitung (16) und über ein Rückschlagventil (17) dem Common-Rail-Rohr (9) des Einspritzsystems zuführbar ist, wobei bei einem Starten der Brennkraftmaschine die Hochdruckerhöhungspumpe (15) über die Hochdruckkraftstoffleitung (16) und die Hochdruckpumpe (16) über die Kraftstoffleitung (24) gleichzeitig jeweils eine Kraftstoffgemischmenge in das Common-Rail-Rohr (9) fördern.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzumesseinrichtung für insbesondere eine selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffpumpe zur Förderung eines Kraftstoffes, wobei der Kraftstoff einem Tank entnehmbar und über eine Hochdruckpumpe einem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine zuführbar ist und wobei das Einspritzsystem eine von einem Druck- und Bypassventil gesteuerte Rückführleitung aufweist, über die im Einspritzsystem überschüssiger Kraftstoff rückführbar ist, wobei der Tank als Druckmischbehälter mit einem Dampfdruckpufferraum zur Aufnahme eines ersten Kraftstoffes wie Dieselkraftstoff, Rapsöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Palmöl oder Fetten und eines weiteren Kraftstoffes wie ein Liquified-Petroleum-Gas (LPG)-Kraftstoff ausgebildet ist und dem Druckmischbehälter als Tank über ein Entnahmeventil ein aus dem ersten Kraftstoff und dem zweiten Kraftstoff gebildetes, unter Druck stehendes Kraftstoffgemisch entnehmbar und über die als Druckerhöhungspumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe der Hochdruckpumpe des Einspritzsystems und über eine Kraftstoffleitung einem Common-Rail-Rohr des Einspritzsystems zuführbar ist.
  • Liquified-Petroleum-Gas (LPG)-Kraftstoff, versetzt mit Diesel, Rapsöl, Biodiesel, Palmöl, Leindotteröl, Sonnenblumenöl, Olivenöl, Sojaöl, Jatrophavaöl, Geflügelfett, Tierfett, erzeugt, wie sich in einer Untersuchung gezeigt hat, bei Einsatz in selbstzündenden luftverdichtenden Brennkraftmaschinen bei Temperaturen bis -25° C hervorragende Starteigenschaften sowie überraschend saubere Abgaswerte. Der Gestehungspreis solcher Kraftstoffgemische ist attraktiv und kann in herkömmlichen luftdichten selbstzündenden Brennkraftmaschinen Verwendung finden, so dass unter Berücksichtigung der erzielbaren sauberen Abgaswerte die Verwendung solcher Kraftstoffgemische als positiv zu bewerten ist.
  • Aus der DE 10 2010 024 635 A1 ist eine Brennstoffzumesseinrichtung für solche selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschinen bekannt, bei der das Kraftstoffgemisch als fertige, unter Druck stehende Kraftstoffmischung dem Druckmischbehälter als Kraftstofftank zugefüllt wird. Dieses Kraftstoffgemisch kann beispielsweise aus Drucktankstellen in den Druckmischbehälter als Fahrzeugtank gedrückt werden. Dies kann durch instationäre und stationär betriebene Drucktankstellen erfolgen. Die Brennstoffzumesseinrichtung und auch die selbstzündende luftverdichtende Brennkraftmaschine laufen unter normalen Arbeitsbedingungen hervorragend. Als nachteilig hat sich jedoch die Warmstartphase herausgestellt. Wenn die selbstzündende luftverdichtende Brennkraftmaschine im betriebswarmen Zustand abgestellt wird, z. B. weil der Fahrer eines Nutzfahrzeuges eine Pause einzulegen hat, ist das Wiederstartverhalten der mit dem Fahrzeuggemisch betriebenen selbstzündenden luftverdichtenden Brennkraftmaschine nicht befriedigend. Die Startunwilligkeit geht fast an die Kapazitätsgrenze der Batterie, wobei der Anlasser der Brennkraftmaschine übermäßig strapaziert wird. Als Ursache ist hier die Strahlungswärme der heißen Brennkraftmaschine auf die Kraftstoffgemischeinspritzanlage auszumachen. Ausgelöst durch den Stillstand z. B. der Commonrail-Hochdruckförderpumpe fällt der Systemdruck bei gleichzeitigem Anstieg der Strahlungswärme ab. Das hat zur Folge, dass ein Teil des Flüssiggases in Dampfform übergeht, wobei aus 1 ccm Flüssiggas sich ca. 250 ccm Dampf bildet. Um die Einspritzventile im Startvorgang aktiv werden zu lassen, damit eine vorgesehene Einspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, muss jedoch die Hochdruckförderpumpe mindestens einen Druck von 250 bar bis 300 bar im Einspritzsystem aufbauen. Da allerdings das übliche Steuergerät während des Startvorganges nur die geringe Leerlaufmenge zur Einspritzung freigibt, dauert es sehr lange, bis die Hochdruckförderung genügend Flüssigkeit in die Einspritzanlage fördert, um die Dampfblase zu komprimieren, um einen für den Startvorgang erforderlichen Einspritzdruck im betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine bereit zu stellen. Das erschwert den Wiederstartvorgang erheblich.
  • Aus der JP 2004-060509 A ist eine Brennstoffzumesseinrichtung bekannt, bei der ein flüssiger Kraftstoff von einem Tank über eine Kraftstoffpumpe einem Einspritzsystem zugeführt wird. Dabei kann der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe über eine Abzweigleitung unter Umgehung von Rückschlagventilen direkt über eine weitere Druckerhöhungspumpe dem Einspritzsystem zugeführt werden. Zudem ist ein Druckausgleichsbehälter vorgesehen, an den ein Lufttank angeschlossen ist, um den Druck im System ausgleichen zu können. Damit geht auch der schon zuvor beschriebene Nachteil einher, dass bei Verwendung des LPG-Kraftstoffes die Gefahr besteht, dass für den Startvorgang ein erforderlicher Einspritzdruck im betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine nicht bereitzustellen ist, so dass auch hier der Wiederstartvorgang erheblich erschwert ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Brennstoffzumesseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Brennkraftmaschine auch bei einem Warmstart sicher gestartet werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Brennstoffzumesseinrichtung der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Damit ist eine Brennstoffzumesseinrichtung für eine mit einem unter Druck stehenden Kraftstoffgemisch betreibbare selbstzündende luftverdichtende Brennkraftmaschine mit nicht nur hervorragenden Starteigenschaften bei tiefen Temperaturen, sondern auch beim Warmstarten des Motors zur Verfügung gestellt. Über die separate Hochdruckerhöhungspumpe ist der üblicherweise arbeitenden Hochdruckerhöhungspumpe eine weitere separat antreibbare Pumpe zur Seite gestellt, so dass während des Startvorgangs das Kraftstoffgemisch mit dem notwendigen Druck dem Common-Rail-Rohr der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine von zwei Pumpen zugeführt werden kann. Dabei wird die zusätzliche Hochdruckerhöhungspumpe nicht über eine Starterbatterie angetrieben, sondern durch das Druckluftmedium oder ein Hydraulikmedium, das nach Freigabe des Speichers unmittelbar mit hohem Druck zur Verfügung steht, so dass unmittelbar nach Betätigung der Anlassvorrichtung die zusätzliche Hochdruckerhöhungspumpe das Kraftstoffgemisch mit hohem Druck (z. B. >300 bar) in ihre Leitung einbringt und etwaige Dampfblasen auflöst.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn das Druckmedium, bevorzugterweise Druckluft, in einem Druckluftspeicher bevorratet ist. Dieser kann z. B. von einer Druckluftbremsanlage eines Fahrzeuges, das mit der selbstzündenden luftverdichtenden Brennkraftmaschine ausgestattet ist, zur Verfügung gestellt werden und mit dem erforderlichen Systemdruck auch nach Abstellen der Brennkraftmaschine bevorratet werden. Die dazu erforderlichen Umbaumaßnahmen sowohl hinsichtlich des Anzapfens der Druckluftbremsanlage als auch die Verbindung mit der Brennkraftmaschine verursacht einen nur unerheblichen Aufwand. Zwischen dem Druckluftspeicher und der zusätzlichen Hochdruckerhöhungspumpe ist ein Magnetventil angeordnet, das über eine Steuervorrichtung der Anlassvorrichtung der Brennkraftmaschine im Öffnungssinne betätigt wird, so dass unmittelbar mit Betätigung der Anlassvorrichtung der erhöhte Druck zum Betrieb der Hochdruckerhöhungspumpe aktiviert ist und das Kraftstoffgemisch für den Startvorgang mit dem benötigten Druckniveau zur Verfügung stellt.
  • Wesentliche weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der einzigen Figur ist ein Anlagenschema der Brennstoffzumesseinrichtung in Verbindung mit dem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine veranschaulicht.
  • In der Zeichnung ist allgemein mit 1 beziffert ein Sicherheitsventil mit ingetriertem Füllstop, um einen Dampfpufferraum von ca. 15% des Behältervolumens sicherzustellen, mit 2 ein Füllventil, mit 3 ist eine Rücklaufleitung und mit 4 eine Inhaltsanzeige eines als Druckmischbehälters 12 ausgebildeten bezifferten Tankes der nicht näher dargetellten Brennkraftmaschine beziffert. Innerhalb des Druckmischbehälters 12 ist das unter Druck stehende Kraftstoffgemisch aus Dieselkraftstoff, Rapsöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Palmöl oder Fetten und einem LPG-Kraftstoff wie Propan oder Butan dargestellt. Oberhalb des Füllspiegels befindet sich ein Dampfdruckpufferraums im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gemisch als fertiges, unter Druck stehendes Gemisch über das Füllventil eingeleitet worden.
  • An der tiefsten Stelle des Drucktankes 12, also dort, wo ein statischer Druck aufgrund des eingefüllten Kraftstoffgemisches ansteht, an der Entnahmeleitung, die das Entnahmeventil 5 beinhaltet, ist eine etwaige Gasblasenbildung in der Leitung sicher verhindert. Dies wird unterstützt durch die dem Entnahmeventil 5 nachgeordnete Druckerhöhungspumpe 6, von der das unter Druck stehende Kraftstoffgemisch der Hochdruckpumpe 7 zugeführt wird, mit der das Kraftstoffgemisch auf einen Druck von ca. 1.600 bar gebracht werden kann. Der Hochdruckpumpe 7 nachgeordnet ist ein Überdruck- und Bypassventil 8. Von dort kann das unter Druck stehende Kraftstoffgemisch dem Common-Rail-Einspritzsystem 9 mit den Einspritzelementen 10 zugeführt werden. Von dort kann überschüssiger Kraftstoff über die Rücklaufleitung 11 dem Druckmischbehälter 12 wieder zugeführt werden. In einer anderen Stellung des Überdrucks und Bypassventiles kann zudem von diesem Ventil noch überschüssiger Kraftstoff über die Leitung 11 ebenfalls dem Druckmischbehälter 12 wieder rückgeführt werden.
  • Hinter dem Feinfilter 13 vor der Common-Rail-Hochdruckpumpe 7 kann an das die Kraftstoffgemisch führende Niederdruck-Leitung zwischen Pumpe 6 und Hochdruckpumpe 7 eine Leitung 14 angeschlossen sein, die zu einer luftbetriebenen Druckerhöhungspumpe 15 führt. Diese Druckerhöhungspumpe bzw. Hochdruckerhöhungspumpe 15 ist über eine Druckleitung 23 mit dem fahrzeugeigenen Druckluftbremssystem 22 verbunden und wird mit 7 bar bis 10 bar Druck beaufschlagt. Zwischen der Bremsanlage 22 und der Druckerhöhungspumpe 15 ist zur sicheren Luftbevorratung ein Luftspeicher 19 angeordnet. Nach dem Start der Brennkraftmaschine füllt sich automatisch die Druckluftbremsanlage 22, wobei erst nach Erreichen des vollen Bremssystemdrucks die Inbetriebnahme des mit der Brennkraftmaschine ausgestatten Fahrzeuges freigegeben wird. Dann öffnet das Überströmventil 21 und lässt durch ein Rückschlagventil 20 durch die Druckluftleitung 23 Druckluft in den Luftspeicher 19 strömen.
  • Der Luftspeicher 19 hat die Aufgabe, auch nach langem Stillstand des Fahrzeuges, bei dem sich die Bremsanlage des Fahrzeuges durch Undichtigkeit entleert hat, Druckluft zum Betrieb der Druckerhöhungspumpe 15 vorzuhalten.
  • Zum Starten des Motors wird der Anlasser A eingeschaltet. Die dann anliegende elektrische Spannung öffnet über das Steuergerät St das Magnetventil 18. Über die Druckluftleitung 23 wird die Druckerhöhungspumpe 15 betrieben. Die Druckerhöhungspumpe 15 fördert in Sekundenschnelle die an einer anderen Stelle als die Leitung 24 der Hochdruckpumpe 7 in das Common-Rail-Rohr 9 mündet, über die Hochdruckkraftstoffleitung 16 die erforderliche Kraftstoffgemischmenge gleichzeitig mit der Common-Rail-Hochdruckpumpe 7 in das Common-Rail-Rohr 9, so dass in Sekundenschnelle der erforderliche Einspritzdruck zum Starten der Brennkraftmaschine hergestellt wird. Dies erfolgt auch nach Wiederstart einer betriebswarmen Brennkraftmaschine, da aufgrund des sekundenschnell zur Verfügung gestellten flüssigen Kraftstoffgemisches unter hohem Druck (>300 bar) etwaige Dampf- bzw. Gasblasen rückverflüssigt werden. Die erforderliche Kraftstoffgemischmenge kann vor der Common-Rail-Hochdruckpumpe 7 entnommen werden, da die Vorförderpumpe 6 eine Mengenförderung hat, die den Volllastbetrieb bzw. Leerlaufbetrieb übersteigt.
  • Ein Rückschlagventil 17 verhindert im laufenden Betrieb eine rückwärtige Druckerhöhung, so dass die Anlage vor Überdruck aus dem Common-Rail-Rohr gesichert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010024635 A1 [0003]
    • JP 2004060509 A [0004]

Claims (12)

  1. Brennstoffzumesseinrichtung für eine selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffpumpe (6) zur Förderung eines Kraftstoffes, wobei der Kraftstoff einem Tank entnehmbar und über eine Hochdruckpumpe (7) einem Einspritzsystem (10) der Brennkraftmaschine zuführbar ist und wobei das Einspritzsystem (10) eine von einem Druck- und Bypassventil (8) gesteuerte Rückführleitung (11) aufweist, über die im Einspritzsystem (10) überschüssiger Kraftstoff rückführbar ist, wobei der Tank als Druckmischbehälter (12) mit einem Dampfdruckpufferraum zur Aufnahme eines ersten Kraftstoffes wie Dieselkraftstoff, Rapsöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Palmöl oder Fetten und eines weiteren Kraftstoffes wie ein Liquified-Petroleum-Gas (LPG)-Kraftstoff ausgebildet ist und dem Druckmischbehälter (12) als Tank über ein Entnahmeventil (5) ein aus dem ersten Kraftstoff und dem zweiten Kraftstoff gebildetes, unter Druck stehendes Kraftstoffgemisch entnehmbar und über die als Druckerhöhungspumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe (6) der Hochdruckpumpe (7) und über eine Kraftstoffleitung (24) einem Common-Rail-Rohr (9) des Einspritzsystems (10) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kraftstoffpumpe (6) und der Hochdruckpumpe (7) über eine Abzweigleitung (14) das Kraftstoffgemisch unter Umgehung der Hochdruckpumpe (7) einer pneumatisch oder hydraulisch antreibbaren Hochdruckerhöhungspumpe (15) zuführbar und von der Hochdruckerhöhungspumpe (15) über eine Hochdruckkraftstoffleitung (16) und über ein Rückschlagventil (17) dem Common-Rail-Rohr (9) des Einspritzsystems zuführbar ist, wobei bei einem Starten der Brennkraftmaschine die Hochdruckerhöhungspumpe (15) über die Hochdruckkraftstoffleitung (16) und die Hochdruckpumpe (16) über die Kraftstoffleitung (24) gleichzeitig jeweils eine Kraftstoffgemischmenge in das Common-Rail-Rohr (9) fördern.
  2. Brennstoffzumesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckerhöhungspumpe (15) auf einen Druck von >250 bar ausgelegt ist.
  3. Brennstoffzumesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (7) auf einen Druck von >1600 bar ausgelegt ist.
  4. Brennstoffzumesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckerhöhungspumpe (15) über eine Druckleitung (23) mit einem Druckluft- oder Hydraulikspeicher (19) verbunden ist.
  5. Brennstoffzumesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Betätigung einer Anlassvorrichtung (A) der Brennkraftmaschine sowohl die Hochdruckpumpe (7) als auch die Hochdruckerhöhungspumpe (15) einschaltbar sind.
  6. Brennstoffzumesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckluft- oder Hydraulikspeicher (19) und der zusätzlichen Hochdruckerhöhungspumpe (15) ein Magnetventil (18) angeordnet ist, das von einer Steuervorrichtung (St) der Anlassvorrichtung (A) der Brennkraftmaschine mit Einschalten der Anlassvorrichtung (A) betätigt wird, so dass unmittelbar mit Betätigung der Anlassvorrichtung (A) die Hochdruckerhöhungspumpe (15) aktiviert ist und unmittelbar mit Betätigung der Anlassvorrichtung (A) der erhöhte Druck zum Betrieb der Hochdruckerhöhungspumpe (15) aktiviert ist und dass das Kraftstoffgemisch für den Startvorgang mit dem benötigten Druckniveau in der zusätzlichen Hochdruckleitung (16) zur Verfügung stellt.
  7. Brennstoffzumesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten der Brennkraftmaschine die Anlassvorrichtung (A) über eine Einschaltvorrichtung eingeschaltet wird, die mit einer anliegenden elektrischen Spannung über ein Steuergerät (St) das Magnetventil (18) schaltet und ein Druckluftmedium oder ein Hydraulikmedium zum Betrieb der Hochdruckerhöhungspumpe (15) mit dem Einschalten der Anlassvorrichtung (A) freigibt, so dass mit diesem Druckluft- oder Hydraulikmedium mit Einschalten der Anlassvorrichtung (A) die Hochdruckerhöhungspumpe (15) mit dem Druckluft- oder Hydraulikmedium beaufschlagt wird.
  8. Brennstoffzumesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffgemisch der Hochdruckpumpe (7) und der Hochdruckerhöhungspumpe (15) von der Kraftstoffpumpe (6) im flüssigen Zustand zugefördert wird.
  9. Brennstoffzumesseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffförderpumpe (6) mit einem statischen Druck des in dem Druckmischbehälters (12) eingefüllten Kraftstoffgemisches beaufschlagt ist.
  10. Brennstoffzumesseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckerhöhungspumpe (15) als Vorrichtung zur Auflösung von in der Hochdruckleitung (16) und in der Leitung (24) und im Common-Rail-Rohr (9) gebildeten Dampfblasen des Kraftstoffgemisches ausgebildet ist.
  11. Brennstoffzumesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspeicher (19) mit einer Druckluft-Bremsanlage eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeuges verbindbar ist.
  12. Brennstoffzumesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckbremsanlage (22) und dem Luftspeicher (19) eine Druckleitung (23) vorgesehen ist mit einem Überströmventil (21) und einem Rückschlagventil (20).
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