DE2261394A1 - Treibstoffzufuhrsystem - Google Patents

Description

Essen, den 12. Dezember 1972

PATENTANWÄLTE (40 411/Ti)

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AGF Industries, Incorporated in New York (USA)

Treibstoffzufuhrsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Treibstoffzufuhrsystem für die Zufuhr dampffreien Treibstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine.

Es ist bekannt, in Verbrennungskraftmaschinen mit Benzinbetrieb für Kraftfahrzeuge eine mechanisch betätigte Membranpumpe vorzusehen, die von der Nocken* welle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, um Treibstoff dem Vergaser zuzuführen. In einigen Fällen wurden auch elektrische Pumpen zwischen dem Treibstofftank und dem Vergaser angeordnet und neuerdings auch elektrische Pumpen in den Tank eingebracht, um so den Treibstoff dem Vergaser des Benzinmotors zuzuführen. Im Falle der elektrischen Pumpen handelte es

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sieh dabei teilweise um Zentrifugalpumpen, um Turbinenpumpen und oft auch um Kolbenpumpen. Die meisten, wenn nicht alle, dieser Pumpen sind mit verhältnismäßig geringem Druck betrieben worden, beispielsweise mit 0,5 atü (7psi) oder weniger, und es sind dabei verschiedene Vorkehrungen getroffen worden, um unerwünschte Komplikationen durch einen Dampfverschluß zu vermeiden, der durch die Bildung von Benzindämpfen bei höheren Temperaturen vorkommen kann.

Neuerdings besteht ein starkes Interesse, einen Vergaser überhaupt zu vermeiden und das Treibstoffsystem durch ein Einspritzsystem zu ersetzen, bei dem der Treibstoff in das Ansaugrohr einer Sammelleitung des Motors gespritzt wird. Derartige Einspritzsysteme wurden üblicherweise mit einer Treibstoffpumpe versehen, die den Treibstoff mit höheren Drücken fördert, beispielsweise mit 1,8 bis 3,5 atü (25 bis 50 pel). Derartige Treibstoffpumpen sowie ihre zugehörigen Systeme waren aber nicht voll zufriedenstellend. Wenn nämlich Blasen von Benzindämpfen auch in der Ansaugseite der Pumpe auftraten, waren die notwendigen Drücke für diese Pumpen nicht hoch genug, um den Stapf wieder zu verflüssigen, sodaß die Pumpe dann Dampf in die Treibstoffverteilleitungen förderte, die den Treibstoff dem Ansaugrohr der Sammelleitung zuführen sollen. Sobald nun ein Einspritzventil öffnet und eine Dampfblase duroh das Zufuhrrohr hindurchtritt, wird eine ungenügende Menge' von Treibstoff in das Ansaugrohr der Sammelleitung gefördert, sodaß unter Umständen der Motor schlecht arbeitet, dodaß sich ein unbefriedigender Betriebszustand des Motors ebenso wie eine vermehrte Ausscheidung schädlicher Dämpfe aus dem Auspuffsystem ergibt.

Erfindungsgemäß werden diese Nachtelle dadurch vermieden, daß an einem Treibstoffzufuhrtank über eine Zu-

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fuhrleitung und eine von der Verbrennungskraftmaschine betätigte Membranpumpe mit einer Förderleitung eine, vorzugsweise elektrische betriebene, sich drehende Hochdruckpumpe mit ihrem Sauganschluß angeschlossen ist, vor dem eine Dampf- Flüssigkeitsabscheidezone in der Leitung liegt und Einrichtungen für die Zufuhr flüssigen Treibstoffes zum Einlaß der Hochdruckpumpe aufweist, wobei in einer Zufuhrleitung für flüssigen Treibstoff zumindest eine Treibstoffdüse für die Zufuhr von Treibstoff zur Verbrennungskraftmaschine sowie Druckregeleinrichtungen zur Regelung des Druckes in der Zufuhrleitung vorgesehen sind und wobei Rückführeinrichtungen für den Treibstoff einer-ends an die Regeleinrichtungen und anderen-ends an den Treibstoffzufuhrtank angeschlossen sind. Erfindungsgemäß wird also die überaus wirkungsvolle und bekannte mechanische Membranpumpe dazu benutzt, den Treibstoff aus den Treibstofftank zu fördern und dabei den Druck auf einen Wert von beispielsweise 0,35 bis 0,5 &tü (5 bis 7 psi) anzuheben und den so unter Druck gesetzten Treibstoff einer Kolbenpumpe zuzuführen, die vorzugsweise eine elektrisch betriebene Drehkolbenpumpe ist. Die Zufuhr des Treibstoffes in das Pumpengehäuse erfolgt dabei über einen Hohlraum, der als Speicher dient für den der Pumpe zuzuführenden Treibstoff dient,und die gleichzeitig die Dampfabscheidung bewirkt. Die Dampfabseheideleitung dient zur Rückführung der Dämpfe zum Treibstofftank od.dgl., und diese Leitung ist mit einem Drosseltpierschnitt versehen, um die Menge des in den Tank rückgeführten Dampfes zu begrenzen.Auf diese Weise wird dampffreier Treibstoff an die Saugseite der Drehkolbenpumpe gefördert und dampffreier, flüssiger Treibstoff gelangt dann zu den Treibstoffverteilrohren, die den Treibstoff zu den verschiedenen Eintrittspunkten des Ansaugrohres der Sammelleitung führen. Ferner ist ein

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Rückschlagventil an einem Ende des Treibstoffverteilerrohr es vorgesehen, um einen konstanten Druck im Verteilerrohr aufrechtzuerhalten, wobei der Überschuß an Treibstoff, der vom Motor nicht gebraucht wird, über das Rückschlagventil dem Tank od.dgl. rückgeführt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von fn der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Fig. 1 stellt ein Schema eines erfindunge&emäßen Treibstoff systemes dar, wogegen Fig. 2 ein Schnitt durch eine in einen bevorzugten AusfUhrungsbeispiel verwendete, zwangsläufig arbeitende Drehkolbenpumpe ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Pumpenrotor und die Pumpkammer der Pumpe gemäß Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist ein Benzintank 10 mit einer Abzugsleitung 12 versehen, die den Treibstoff zu einer herkömmlichen mechanischen Membranpumpe 14 leitet. Diese Pumpe kann grundsätzlich beliebiger Art sein, ist jedoch bevorzugt gemäß der US-PS Nr. 3 096 722 ausgebildet. Derartige Pumpen weisen Einlaß- und Auslaßfittings auf, die zu Einlaß- und Auslaßventilen führen, die ihrerseits in der Verbindung zur Pumpkammer liegen. Eine Wandung der Pumpkammer ist von einer flexiblen Membrane gebildet, die durch einen Hebelarm hin- und herbewegt wird, der seinerseits von der Nockenwelle des Motors betätigt wird. Die flexible Membran wird dabei in Pumprichtung unter der Wirkung einer Feder bewegt. Weitere Einzelheiten können dem genannten Patent entnommen werden.

Die Membranpumpe 14 steht mit der Abzugsleitung 12 in Verbindung, sodäß der Treibstoff aus dem Tank 10 abgezogen wird, und fördert den Treibstoff über ein Leitungsrohr 16 zu einer Hochdruck- Drehpumpe 20. Die Pumpe 20 fördert den flüssigen Treibstoff in ein Rohr 22, das mit einem Treibstoffverteilkopf 24 in Verbindung steht

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Der Treibstoffverteiler 24 liefert den flüssigen Treibstoff an ein oder mehrere Einspritzventile 26. An dem vom Rohr 22 abgewendeten Ende des TreibstoffVerteilers 24 ist ein Druckventil 28 vorgesehen, Ait dessen Hilie ein konstanter Druck in der Leitung 22 und im Treibstoffverteiler 24 aufrecht erhalten wird, und über das gegebenenfalls überschüssiger Treibstoff in den Tank 10 über eine Rohrleitung 30 zurückgeführt werden- kann. Ferner ist die Pumpe 20 mit der Rohrleitung 30 über ein Verbindungsrohr 32 verbunden.

In Fig. 2 ist eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte Ausführungsform einer zwangsläufig arbeitenden Drehpumpe 20 dargestellt. Was dabei den elektrischen Motor und den Pumpenteil betrifft, so sind die allgemeinen Merkmale derartiger Pumpen dem Fachmanne bekannt, und es wird in diesem Zusammenhang auf die US-PS Nr. 3 399 627 hingewiesen, in welcher Patentschrift einzelheiten des elektrischen Motors und des Pumpenteiles beschrieben sind, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zweckmäßig sind.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Pumpe 20 in ein Gehäuse 40 eingeschlossen, das einen Einlaß 41, einen Auslaß 42 und einen Rückführauslaß 43 aufweist. Die Pumpe 20 wird normalerweise in aufrechter Lage montiert, und es 1st für diesen Zweck zumindest ein Tragarm 43 vorgesehen. Das Gehäuse 40 erstreckt sich noch über die Motor- Pumpen- Einheit hinaus und bildet so einen Dampf- Flüssigkeitsabscheideraum 44. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, mündet der Einlaß 41 an der Seite dieses Raumes 44, es sind aber auch andere Eintrittsstellen möglich, beispielsweise an der Oberseite des Raumes.

In den Dampfrückführauslaß 43 ist eine Büchse 46 eingepreßt, die eine Drosselstelle bildet und so ein Übermaß an rückgeführtem Dampf und Flüssigkeit zum Treibstoff tank 10 verhindert. Der Rückführauslaß 43 steht

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■It dem Rohr 32 in Verbindung, das seinerseits in die Leitung 30 mündet und damit mit dem Treibstofftank 10 verbunden 1st. Der Einlaß 41 steht mit der Rohrleitung 16 in Verbindung, die den Treibstoff von der Pumpe 14 erhält, die ihrerseits den Treibstoff von Tank 10 über das Rohr 12 geliefert bekommt.

Im Gehäuse 40 ist ein elektrischer Motor herkömmlicher Bauart, der im einzelnen nicht beschrieben werden braucht. Is gentigt der Hinweis, daß der dargestellte Motor ein Permanentmagnetmotor ist mit einem Permanentmagnet stat or 50, einem gewickelten Rotor 58 und oberen und unteren Lagern 53t 54. überdies ist ein Kommutator 56 vorgesehen, der mit elektrischen Bürsten 57 zusammenwirkt, über die der gewickelte Rotor mit einer Ipannungsquelle, beispielsweise der Autobatterie über nicht dargestellte elektrische Anschlüsse verbunden ist.

Das Lager 53 sitzt in einer Abdeckplatte 60, wogegen das Lager 54 in einer Abdeckplatte 62 gehalten ist. Die Platte 62 stellt dabei eine der Seitenabdeckplatten der zwangsläufig arbeitenden Drehkolbenpumpe dieses AusfUhrungsbeispleles dar.

Bine untere Platte 64 bildet die zweite Abdeckung für die Rotationspumpe. Die Pumpe weist la übrigen eine zylindrische Pumpkammer 65 auf, die zwischen den Platten 62 und 64 angeordnet ist, ferner einen lotor 66 mit mehreren Pumpkolben 67t die mittels Federn 68 gegen die Zylinderwandung der Pumpkammer gepreßt sind. Der Rotor 66 sitzt an einer Welle 70 des Elektromotors.

Die beschriebene Pumpe ist von Naßmotortyp, bei dem der gepumpte Treibstoff zu jeder Zeit durch den Motor zirkuliert, wodurch sich in Folge der Kühlwirkung des Treibstoffes ste.ts eine bestimmte Temperatur einstellt. Der Treibstoff wird dabei aus dem Raum 44 über Leitungen in die Pumpe abwärts geleitet, wie dies durch

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die Leitung 72 mit der seitlichen Passage 74 veranschaulicht ist. Die Passage 74 steht mit dem Pumpeneinlaß 75 in Verbindung. Der Pumpenauslaß 76 hingegen führt über eine Passage 73 zum Auslaßrohr 42,

Nachstehend soll die Betriebsweise des oben beschriebenen Treibstoffzufuhrsystems erläutert werden. Angenommen, der Explosionsmotor läuft zwar nicht, wurde aber vorher bereits benutzt, so ist Treibstoff im Raum 44 der Treibstoffpumpe 20 enthalten, der unter der Wirkung der Schwerkraft zur Pumpe strömt. Wird der AnlaßStromkreis für den Explosionsmotor geschlossen, so wird auch der Elektromotor unter Strom gesetzt, und die Pumpe beginnt zu arbeiten. In Folge der schwerkraft abhäng ig en Förderung fördert die Pumpe unmittelbar über den Auslaß 52 Treibstoff zum Rohr 22 und zum Treibstoffverteiler 24. Auf diese Weise ist sofort nach dem Starten der Verbrennungskraftmaschine Treibstoff vorhanden. Während des Anlassens betätigt die Nockenwelle des Explosionsmotors die Membranpumpe 14, sodaß während des Anlassens oder unmittelbar nach dem Anlaufen der Verbrennungskraftmaschine der Raum 44 über die Treibstoffpumpe 14 unter Überdruck gesetzt wird, da diese Treibstoff in diesen Raum fördert. Sobald der Explosionsmotor läuft, arbeiten beide Pumpen 14 und 20 und sichern somit die ständige Zufuhr von Treibstoff zum Treibstoffverteiler 24 und den Einspritzventilen 26. Da die Pumpe 20 im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit umläuft, wird der Überschuß an Treibstoff über den Druckregler 28 und das Rohr 30 in den Treibstoff tank zurückgeführt.

Während des normalen Betriebes des Explosionsmotors können sich Treibstoffdämpfe bilden, die durch die Treibstoffpumpe 14 über das Rohrl6 in den Raum 44 der Pumpe 20 gelangen. Wenn sich aber solche Dämpfe bil-

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den, so werden sie über die Drosselstelle der Büchse 46 abgezogen und in den Tank zurückgeführt, sodaß der Raum 44 im wesentlichen gleichmäßig mit flüssigem Treibstoff gefüllt ist. Auch während des normalen Laufes ist der Raum 44 unter Druck, der dem Förderdruck der Membranpumpe 14 entspricht, sodaß stets ein überdruck auf der Äaugseite der Drehkolbenpumpe 20 herrscht.

Da die meisten Autofahrer solange fahren, bit der Treibstofftank nahezu leer ist, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um auch unter diesen Umständen eine entsprechende Treibstoffzufuhr sicher zu stellen* let der Tank etwa nur ein Viertel oder weniger gefüllt, so kann das Umfahren einer Ecke in Folge der Zentrifugalkraft bewirken, daß der Treibstoff im Tank nach einer Seite hin geschleudert wird. Wenn dies geschieht, so kann es vorkommen, daß die Einmündung des Treibetoffrohres 12 von Treibstoff unbedeckt ist, sodaß nur Dämpfe in die Pumpe 14 gelangen. Dieser Zustand wird für gewöhnlich rasch wieder korrigiert, sobald das Fahrzeug wieder seinen geraden Kurs aufnimmt« Während des kurzen Zeitintervalle jedoch, während dessen der Treibstoff aus dem Bereich der Einmündung dee Saugrohres It gesohl eudert wurde, kenn natürlich kein weiterer Treibstoff In den Baum 44 der Pumpe 20 gefördert werden. Dadurch wird jedoch der Verbrennungskraftmaschine kein Treibstoff entzogen, weil genügend Treibstoff in Raum 44 vorhanden ist, um den Betrieb des Explosionsmotors für eine Zelt sicherzustellen, die für gewöhnlich ausreicht, um den normalen Pumpbetrieb flüssigen Treibstoffes durch die Pumpe 14 wieder aufzunehmen.

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Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Erfindung an Hand einer elektrischen Drehkolbenpumpe beschrieben ist, soll vermerkt werden, daß auch andere Arten von Hochdruck- Rotationspumpen verwendet werden können. Beispielsweise können Turbinenpumpen oder Zentrifugalpumpen verwendet werden, wobei lediglich wesentlich ist, daß die Pumpe imstande ist, den Druck auf die erforderliche Höhe von 1,8 bis 3,5 atü (25 bis 50 psi) zu bringen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche:

   il.J Treibstoffzufuhrsystem für die Zufuhr dampffreien Treibstoffes zu einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Treibstofftank (lO) über eine Zufuhrleitung (12) und eine von der Verbrennungskraftmaschine betätigte Membranpumpe (14) mit einer Förderleitung (l6) eine, vorzugsweise elektrisch betriebene, sich drehende Hochdruckpumpe (20) mit ihrem Sauganschluß (41) angeschlossen ist, vor dem eine Dampf- FlUssigkeitsabscheidezone (44) in der Leitung liegt und Einrichtungen für die Zufuhr flüssigen Treibstoffes zum Saugeinlaß (75) der Hochdruckpumpe (20) aufweist, wobei in einer Zufuhrleitung für flüssigen Treibstoff zumindest eine Treibstoffdüse für die Zufuhr von Treibstoff zur Verbrennungskraftmaschine sowie Druckregeleinrichtungen (28) zur Regelung des Druckes in der Zufuhrleitung vorgesehen sind und wobei RÜckführeinrichtungen (30) für den Treibstoff einerends an die Regeleinrichtungen und andernends an den Treibstofftank (lO) angeschlossen atnd.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dampfrückführleitung (32) zwischen der Abscheidezone (44) und den RückfUhreinrichtungen (30) für den Treibstoff angeordnet ist.
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Drosseleinrichtungen (46) in der Dampfrückführleitung (43) zum Steuern der Menge des durch die Dampfrückführleitung (43) rückgeführten Dampfes vorgesehen sind.
4. 4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidezone (44) für Übergangsbetriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine, wie beispiels-

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   weise Anlassen oder rasche Drehungen des Fahrzeuges, einen Speicherraum für den Treibstoff aufweist.
5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselquerschnitt in der Dampfrückführ-

   leitung vorgesehen ist, die zwischen der Abscheidezone (hk) und dem Treibstofftank (io) liegt, und den Speicherraum im wesentlichen voll mit Treibstoff gefüllt hält. .

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