DE4336871A1 - Device for reducing the fuel temperature in the tank of a motor vehicle - Google Patents

Device for reducing the fuel temperature in the tank of a motor vehicle

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung der Kraftstofftemperatur im Tank eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for reducing Fuel temperature in the tank of a motor vehicle after Preamble of claim 1.

Bei herkömmlichen Kraftstoffversorgungssystemen in Kraftfahr­ zeugen fördert eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe den Kraftstoff vom Kraftstoffbehälter mit einem Druck von ty­ pisch 2-3 bar durch ein Filter in ein Kraftstoffverteiler­ rohr. Dieses Verteilerrohr, das eine Speicherfunktion ausübt und auch als Kraftstoffschiene oder als Kraftstoffverteiler­ leiste bezeichnet wird, führt den Kraftstoff gleichmäßig den elektronisch gesteuerten Einspritzventilen zu. Die Kraft­ stoffpumpe fördert mehr Kraftstoff, als der Verbrennungsmotor maximal benötigt, um bei allen vorkommenden Betriebszuständen den Druck im Kraftstoffversorgungssystem aufrechtzuerhalten. Am Ende der Kraftstoffverteilerleiste befindet sich ein pneu­ matisch betätigter Druckregler, der die Druckdifferenz zwi­ schen Kraftstoffdruck und Saugrohrdruck konstant hält. Da­ durch kann die von den elektrischen Einspritzventilen abge­ spritzte Kraftstoffmenge ausschließlich über die Öffnungszei­ ten der Ventile bestimmt werden. Der Druckregler leitet den überschüssigen Kraftstoff über einen Pulsationsgeräusche ver­ hindernden Schwingungsdämpfer zum Kraftstoffbehälter zurück.In conventional fuel supply systems in motor vehicles an electrically powered fuel pump the fuel from the fuel tank at a pressure of ty pisch 2-3 bar through a filter in a fuel rail pipe. This manifold, which has a storage function and also as a fuel rail or as a fuel rail is designated, the fuel carries the evenly electronically controlled injectors. The power the fuel pump delivers more fuel than the combustion engine maximum required in all operating conditions maintain the pressure in the fuel supply system. At the end of the fuel rail there is a tire matically operated pressure regulator, which regulates the pressure difference between fuel pressure and intake manifold pressure constant. There due to the abge of the electrical injectors amount of fuel sprayed exclusively over the opening time ten of the valves can be determined. The pressure regulator directs the excess fuel via a pulsating noise obstructing vibration damper back to the fuel tank.

Da der gesamte geförderte Kraftstoff, abzüglich der durch die Einspritzventile abgespritzten Menge, über die Kraftstoffver­ teilerleiste gepumpt wird, wird eine Kühlung der Verteiler­ leiste erreicht. Dadurch verringert sich zwar einerseits die Gefahr einer Dampfblasenbildung, wodurch ein gutes Heißstart­ verhalten gewährleistet ist, andererseits wird aber der zu­ rückfließende Kraftstoff aufgeheizt, was eine erhöhte Kraft­ stofftemperatur im Tank des Fahrzeugs und damit ein verstärk­ tes Ausgasen von Kohlenwasserstoffen zur Folge hat.Because all of the fuel delivered, minus that by the Injectors hosed quantity, over the fuel supply manifold is pumped, cooling the distributor bar reached. On the one hand, this reduces the Risk of vapor bubble formation, which makes a good hot start  behavior is guaranteed, but on the other hand it becomes too refluxing fuel heated up, which increased power material temperature in the tank of the vehicle and thus an increase outgassing of hydrocarbons.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kraft­ stoffversorgungssystem der eingangs genannten Art so auszuge­ stalten, daß bei gegebener Möglichkeit einer Spülung der Kraftstoffverteilerleiste die Temperatur des Kraftstoffes im Kraftstoffbehälter niedrig gehalten werden kann.The invention is therefore based on the object of a force material supply system of the type mentioned at the outset stalten that with a given possibility of rinsing the Fuel rail the temperature of the fuel in the Fuel tank can be kept low.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Un­ teransprüchen.This object is achieved according to the features of patent claim 1 solved. Advantageous further training can be found in the Un claims.

Durch die Verwendung eines elektrisch steuerbaren Ventils im Kraftstoffkreislauf kann die Menge des zur Spülung der die Einspritzventile tragenden Kraftstoffverteilerleiste durch­ fließenden Kraftstoffes kontinuierlich eingestellt werden. Besonders einfach läßt sich diese, von einer Kraftstoffpumpe geförderte und von den Einspritzventilen nicht abgespritzte Menge an Kraftstoff einstellen, wenn das Absperrventil mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert wird, über dessen freie Wahl des Tastverhältnisses der Öffnungsgrad einer Rückführleitung oder einer Bypassleitung variiert wird.By using an electrically controllable valve in the The fuel cycle can be the amount to flush the the Injector-carrying fuel rail flowing fuel can be adjusted continuously. This can be done particularly easily by a fuel pump promoted and not sprayed by the injectors Set the amount of fuel when the shut-off valve with a pulse width modulated signal is controlled via its free choice of the duty cycle the degree of opening a return line or a bypass line is varied.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. It demonstrate:

Fig. 1 und Fig. 2 zwei mögliche Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Reduzierung der Kraftstofftemperatur im Tank eines Kraftfahrzeuges und Fig. 1 and Fig. 2 show two possible embodiments of a device for reducing the fuel temperature in the tank of a motor vehicle and

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Arbeitspunktes des Druckreglers von der Stellung des Absperrventils veranschaulicht. Fig. 3 is a diagram illustrating the dependence of the operating point of the pressure regulator on the position of the shut-off valve.

Bei dem in Fig. 1 in Blockdarstellung gezeigten Kraftstoff­ versorgungssystem eines Kraftfahrzeugs in einer Brennkraftma­ schine sind nur diejenigen Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere sind dabei Kraftstoffilter, Schwingungsdämpfer, sowie elektrische Verbindungen zur Ansteuerung einzelner Komponenten aus Grün­ den der Übersichtlichkeit weggelassen.In the fuel supply system of a motor vehicle in an internal combustion engine shown in block diagram in FIG. 1, only those parts are shown which are necessary for an understanding of the invention. In particular, fuel filters, vibration dampers and electrical connections for controlling individual components are omitted for reasons of clarity.

Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Kraftstoffpumpe bezeichnet, die über eine Saugleitung 18 Kraftstoff aus einem Tank 10 ansaugt und über eine Förderleitung 21 zu einer Kraftstoff­ verteilerleiste 12 pumpt. Als Kraftstoffpumpe kann beispiels­ weise eine elektrisch angetriebene Rollenzellenpumpe Verwen­ dung finden. Die Kraftstoffverteilerleiste 12, deren Volumen gegenüber der pro Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine einge­ spritzten Kraftstoffmenge groß ist, verhindert aufgrund ihrer Speicherfunktion Druckschwankungen und führt den an die Ver­ teilerleiste angeschlossenen Einspritzventil 13 gleichmäßig Kraftstoff zu. Dieser Kraftstoff wird von den Einspritzventi­ len 13 in ein Saugrohr 14 der Brennkraftmaschine einge­ spritzt.The reference numeral 11 designates a fuel pump which sucks fuel from a tank 10 via a suction line 18 and pumps it via a delivery line 21 to a fuel rail 12 . As a fuel pump, for example, an electrically driven roller cell pump can be used. The fuel rail 12 , the volume of which is large compared to the amount of fuel injected per working cycle of the internal combustion engine, prevents pressure fluctuations due to its storage function and supplies the injector 13 connected to the fuel rail 13 evenly to fuel. This fuel is injected from the injection valves len 13 into an intake manifold 14 of the internal combustion engine.

Von der Verteilerleiste 12 führt eine Rücklaufleitung 19, 19′ zurück zum Kraftstofftank 10. In einer Bypaßleitung 20, die stromabwärts der Kraftstoffpumpe 11 und vor der Kraftstoff­ verteilerleiste 12 von der Förderleitung 21 abzweigt und in die Rücklaufleitung 19′ mündet, ist ein pneumatisch gesteuer­ ter Druckregler 15 angeordnet. Er hält die Druckdifferenz zwischen Kraftstoffdruck und Saugrohrdruck konstant. Hierfür ist der Druckregler 15 über eine nicht näher bezeichnete Lei­ tung mit dem Saugrohr 14 der Brennkraftmaschine verbunden.From the manifold 12 , a return line 19, 19 'leads back to the fuel tank 10th In a bypass line 20 , which branches off downstream of the fuel pump 11 and before the fuel rail 12 from the delivery line 21 and opens into the return line 19 ', a pneumatically controlled pressure regulator 15 is arranged. It keeps the pressure difference between fuel pressure and intake manifold pressure constant. For this purpose, the pressure regulator 15 is connected via an unspecified line to the intake manifold 14 of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß ist in der Rücklaufleitung 19, 19′ ein elek­ trisch betätigtes Absperrventil 16 vorgesehen, das über eine elektronische Steuerungseinrichtung 17 ansteuerbar ist und den Öffnungsquerschnitt der Rücklaufleitung kontinuierlich verändern kann. Vorzugsweise wird dieses Absperrventil 16 mit einem elektrischen Signal angesteuert, dessen Tastverhältnis von 0% bis 100% variiert werden kann.According to the invention in the return line 19 , 19 'an elec trically operated shut-off valve 16 is provided which can be controlled via an electronic control device 17 and can change the opening cross section of the return line continuously. This shut-off valve 16 is preferably controlled by an electrical signal, the pulse duty factor of which can be varied from 0% to 100%.

Ist das Absperrventil 16 geschlossen (0% Tastverhältnis), so führt von der Kraftstoffpumpe 15 nur eine Stichleitung, näm­ lich die Förderleitung 21 zur Kraftstoffverteilerleiste 12. Da die Kraftstoffpumpe zu jedem Zeitpunkt des Betriebes der Brennkraftmaschine mehr Kraftstoff fördert, als die Ein­ spritzventile 13 in das Saugrohr 14 einspritzen, wird der überschüssige Kraftstoff über die Bypaßleitung 20 und den Kraftstoffdruckregler 15 zurück in den Kraftstofftank 10 ge­ leitet. In diesem Falle durchfließt der überschüssige Kraft­ stoff nicht die Kraftstoffverteilerleiste 12, so daß der Kraftstoff dort keine Wärme aufnehmen kann. Da somit kein Spülen der Kraftstoffverteilerleiste stattfindet, tritt auch im Tank 10 keine zusätzliche Erwärmung des Kraftstoffes auf.If the shut-off valve 16 is closed (0% duty cycle), only one spur line leads from the fuel pump 15 , namely the delivery line 21 to the fuel rail 12 . Since the fuel pump promotes more fuel at any time during operation of the internal combustion engine than inject the injection valves 13 into the intake manifold 14 , the excess fuel is conducted via the bypass line 20 and the fuel pressure regulator 15 back into the fuel tank 10 . In this case, the excess fuel does not flow through the fuel rail 12 , so that the fuel can not absorb heat there. Since there is thus no flushing of the fuel rail, there is no additional heating of the fuel in the tank 10 either.

Bei geöffnetem Absperrventil 16 kann der überschüssige Kraft­ stoff nicht nur über den Druckregler 15 sondern auch über die Rücklaufleitung 19, 19′ zum Kraftstofftank 10 zurückfließen. Somit gelangt ein Teil des Kraftstoffes über die Kraftstoff­ verteilerleiste 12 und das Absperrventil 16 zurück in den Tank, während der andere Teil des nicht verbrauchten Kraft­ stoffes über den Druckregler 15 in den Tank 10 zurückgeführt wird.When the shut-off valve 16 is open, the excess fuel can flow back to the fuel tank 10 not only via the pressure regulator 15 but also via the return line 19 , 19 '. Thus, part of the fuel passes through the fuel rail 12 and the shut-off valve 16 back into the tank, while the other part of the unused fuel is returned to the tank 10 via the pressure regulator 15 .

Die über das Absperrventil 16 zurückfließende Kraftstoffmenge kann nun durch freie Wahl des Tastverhältnisses des am Ab­ sperrventil 16 anliegenden, pulsweitenmodulierten Signals ge­ steuert werden. Durch gezielte Beeinflussung des Öffnungsgra­ des der Rücklaufleitung 19, 19′ kann die Kraftstoffverteiler­ leiste 12 gespült und damit eine Dampfblasenbildung verhin­ dert werden, ohne dabei den Nachteil einer erhöhten Kraft­ stofftemperatur im Tank in Kauf nehmen zu müssen, wenn der gesamte überschüssige Kraftstoff durch die Verteilerleiste gepumpt wird.The flowing back through the check valve 16 fuel quantity can now ge be controlled by choice of the duty ratio of the on-off valve 16 from adjacent, pulse-width-modulated signal. By deliberately influencing the opening size of the return line 19 , 19 ', the fuel rail 12 can be flushed and thus vapor bubbles can be prevented without having to accept the disadvantage of an increased fuel temperature in the tank if all the excess fuel through the fuel rail is pumped.

Möglicherweise auftretende Druckspitzen aufgrund des Ein- und Ausschaltens des Absperrventils 16 können über ein kontinu­ ierliches Auffahren des Absperrventils weitestgehend vermie­ den werden. Durch das Öffnen des Absperrventils und damit des Öffnens der Rücklaufleitung 19, 19′ zum Tank 10 sinkt der Sy­ stemdruck in der Kraftstoffversorgungsanlage ein, was vom Druckregler 15 durch eine Rücknahme der abgesteuerten Kraft­ stoffmenge wieder ausgeglichen wird. Dadurch wird der System­ druck aufrechterhalten. Bei einem vorgegebenen Systemdruck muß somit der Kraftstoffdruckregler 15 seinen Arbeitspunkt verschieben.Possibly occurring pressure peaks due to the switching on and off of the shut-off valve 16 can be largely avoided by continuously opening the shut-off valve. By opening the shut-off valve and thus opening the return line 19 , 19 'to the tank 10 , the system pressure drops in the fuel supply system, which is compensated for by the pressure regulator 15 by a reduction in the amount of fuel that is exhausted. This maintains the system pressure. At a given system pressure, the fuel pressure regulator 15 must therefore shift its operating point.

Dieses wird anhand des Diagramms nach Fig. 3 erklärt. Auf der Abszisse ist die durch den Kraftstoffdruckregler 15 zur Aufrechterhaltung eines konstanten Systemdruckes abgeregelte Kraftstoffmenge aufgetragen, auf der Ordinate der Druck im Kraftstoffversorgungssystem. Mit PSYS ist dabei der Kraft­ stoffsystemdruck bezeichnet. Nach Einschalten der Brennkraft­ maschine und damit der Kraftstoffpumpe 15 wird der System­ druck PSYS in sehr kurzer Zeit erreicht und vom Kraftstoff­ druckregler 15 konstant gehalten. Die schraffierten Bereiche kennzeichnen dabei normale Arbeitsbereiche, die bestimmt sind durch den Lastpunkt der Brennkraftmaschine. Das Bezugszeichen Q2 bezeichnet dabei diejenige abgeregelte Kraftstoffmenge, die bei einem mittleren Arbeitspunkt AP2 bei geschlossenem Absperrventil 16. Dies bedeutet, daß der Kraftstoffdruckreg­ ler 15 eine große Kraftstoffmenge abregeln muß. Die Kraft­ stoffverteilerleiste 12 wird in diesem Falle nicht gespült, so daß der über den Druckregler 15 zurückfließende Kraftstoff nicht aufgeheizt wird.This is explained on the basis of the diagram in FIG. 3. The quantity of fuel regulated by the fuel pressure regulator 15 to maintain a constant system pressure is plotted on the abscissa, and the pressure in the fuel supply system is plotted on the ordinate. PSYS is the fuel system pressure. After switching on the internal combustion engine and thus the fuel pump 15 , the system pressure PSYS is reached in a very short time and kept constant by the fuel pressure regulator 15 . The hatched areas indicate normal work areas, which are determined by the load point of the internal combustion engine. The reference symbol Q2 denotes the regulated fuel quantity that occurs at a middle operating point AP2 with the shut-off valve 16 closed. This means that the Kraftstoffdruckreg must ler 15 abregeln a large amount of fuel. The fuel distributor bar 12 is not rinsed in this case, so that the fuel flowing back through the pressure regulator 15 is not heated.

Wird nun das Absperrventil 16 vollständig geöffnet, so ver­ schiebt sich der Arbeitspunkt von AP2 nach AP1, d. h. der Kraftstoffdruckregler 15 muß nicht mehr die Menge Q2, sondern nur noch eine kleine Kraftstoffmenge Q1 abregeln.If the shut-off valve 16 is now fully opened, the working point shifts from AP2 to AP1, ie the fuel pressure regulator 15 no longer has to regulate the amount Q2, but only a small amount of fuel Q1.

Ein Teil des geförderten und nicht von den Einspritzventilen 13 abgespritzten Kraftstoffes fließt nun über die Kraftstoff­ verteilerleiste 12. Diese wird dabei gekühlt und eine mögli­ che Dampfblasenbildung des in der Kraftstoffverteilerleist befindlichen Kraftstoffes verhindert.Part of the delivered fuel and not sprayed from the injection valves 13 now flows through the fuel rail 12 . This is cooled and prevents the formation of vapor bubbles in the fuel in the fuel rail.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Kraftstoffversorgungssystem zur Reduzierung der Kraftstoff­ temperatur im Tank eines Kraftfahrzeuges. Dabei sind gleiche Teile des Systems nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen be­ nannt. Der Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 besteht darin, daß die Lage des Kraftstoffdruckreglers 15 und des Ab­ sperrventils 16 innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems vertauscht sind. Bei dieser Variante wird immer eine Mindest­ menge an Kraftstoff über die Kraftstoffverteilerleiste 12 wieder zurück in den Kraftstofftank 10 gepumpt. Ein vollstän­ diges Unterbinden des Spülens der Kraftstoffverteilerleiste ist hier nicht gegeben, so daß diese immer etwas gekühlt wird. Fig. 2 shows a further embodiment of the fuel supply system for reducing the fuel temperature in the tank of a motor vehicle. The same parts of the system of FIG. 1 are named with the same reference numerals. The difference to the arrangement of FIG. 1 is that the position of the fuel pressure regulator 15 and the shut-off valve 16 are interchanged within the fuel supply system. In this variant, a minimum amount of fuel is always pumped back into the fuel tank 10 via the fuel rail 12 . Completely preventing the flushing of the fuel rail is not given here, so that it is always slightly cooled.

Allgemein ist darauf hinzuweisen, daß die Plazierung des Kraftstoffdruckreglers 15 und des Absperrventils 16 innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems vollkommen beliebig sein kann. Abhängig vom Einbauort dieser Komponenten können sich - wie oben bereits anhand der Figurenbeschreibungen erwähnt - lediglich unterschiedliche minimale und/oder maximale Kraft­ stoffmengen ergeben, die über die Kraftstoffverteilerleiste gepumpt werden können.In general, it should be pointed out that the placement of the fuel pressure regulator 15 and the shutoff valve 16 within the fuel supply system can be completely arbitrary. Depending on the installation location of these components, as already mentioned above with the aid of the figure descriptions, only different minimum and / or maximum amounts of fuel can result, which can be pumped via the fuel rail.

Durch eine sinnvolle Plazierung des Druckreglers und auch eine Verlegung der Kraftstoffleitungen in einem Bereich, der vor Erwärmung durch den Motor bzw. durch die heiße Straßenoberfläche geschützt wird, kann eine zusätzliche Erwärmung des Kraftstoffs im Tank des Kraftfahrzeugs vermieden werden.Through a sensible placement of the pressure regulator and also a relocation of the fuel lines in an area that before heating by the engine or by the hot Road surface is protected can be an additional  Heating of the fuel in the tank of the motor vehicle be avoided.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Reduzierung der Kraftstofftemperatur im Tank eines Kraftfahrzeuges
  • - mit einer Kraftstoffpumpe (11), die über Leitungen (18, 21) Kraftstoff aus einem Tank (10) zu einer mindestens ein Ein­ spritzventil (13) speisenden Kraftstoffverteilerleiste (12) pumpt,
  • - mit einem, die Druckdifferenz zwischen Kraftstoffdruck und Saugrohrdruck konstant haltenden Kraftstoffdruckregler (15)
  • - mit einer Rücklaufleitung (19, 19′) die überschüssigen, von dem Einspritzventil (13) nicht abgespritzten Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste (12) in den Tank (10) zurück­ leitet, gekennzeichnet durch ein elektrisch betätigbares Absperrventil (16), mit dem die Menge des überschüssigen, über die Kraftstoffverteilerleiste (12) fließenden Kraftstoffes kontinuierlich veränderbar ist.
1. Device for reducing the fuel temperature in the tank of a motor vehicle
  • - With a fuel pump ( 11 ) which pumps fuel via lines ( 18 , 21 ) from a tank ( 10 ) to at least one injection valve ( 13 ) feeding fuel rail ( 12 ),
  • - With a fuel pressure regulator ( 15 ) that keeps the pressure difference between fuel pressure and intake manifold pressure constant
  • - With a return line ( 19 , 19 ') the excess, from the injection valve ( 13 ) not sprayed fuel from the fuel rail ( 12 ) in the tank ( 10 ), characterized by an electrically operated shut-off valve ( 16 ), with which the The amount of excess fuel flowing through the fuel rail ( 12 ) can be changed continuously.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Absperr­ ventil (16) ein pulsweitenmoduliertes elektrisches Signal an­ liegt, über dessen Tastverhältnis der Öffnungsgrad des Ab­ sperrventils (16) und damit die Menge des über die Kraft­ stoffverteilerleiste (12) zurückfließenden Kraftstoffes ein­ gestellt werden kann.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that on the shut-off valve ( 16 ) there is a pulse-width modulated electrical signal, via its duty cycle the degree of opening of the shut-off valve ( 16 ) and thus the amount of the fuel distributor bar ( 12 ) flowing back a fuel can be put. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperr­ ventil (16) in der von der Kraftstoffverteilerleiste (12) zum Tank (10) führenden Rücklaufleitung (19, 19′) angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the shut-off valve ( 16 ) in the from the fuel rail ( 12 ) to the tank ( 10 ) leading return line ( 19 , 19 ') is arranged. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperr­ ventil (16) in einer Bypaßleitung (20) angeordnet ist, die vor der Kraftstoffverteilerleiste (12) und stromabwärts der Kraftstoffpumpe (11) abzweigt und in die Rücklaufleitung (19′) mündet.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the shut-off valve ( 16 ) is arranged in a bypass line ( 20 ) which branches in front of the fuel rail ( 12 ) and downstream of the fuel pump ( 11 ) and in the return line ( 19 ' ) flows out. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Absperr­ ventil (16) ein elektromagnetisches Einspritzventil Verwen­ dung findet.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that as a shut-off valve ( 16 ) uses an electromagnetic injection valve.
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