DE4338095A1 - Dampfrückgewinnungseinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfrückgewin­ nungseinrichtung für die Kraftstoffzuführanlage einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Kraftstoffein­ spritzvorrichtung.

Seit dem es Kraftfahrzeuge gibt, die einen Kraftstofftank für den flüchtigen Kraftstoff besitzen, hat es Probleme mit dem Kraftstoffdampf gegeben. In der Anfangszeit mußten die Gas­ kappen eine Entlüftungsbohrung besitzen, vor allem dann, wenn der Kraftstoff durch Schwerkraft gefördert wurde. Spä­ ter, als Kraftstoffpumpen eingesetzt wurden, stellte der Kraftstoffdampf immer noch ein Problem dar, da bei großer Hitze oder anderen Umständen eine Überhitzung der Kraft­ stoffleitung zu einer Dampfsperre führt, was eine Unterbre­ chung der Kraftstoffzufuhr zur Folge hat. Seitdem die Kraft­ stoffeinspritzung auf dem Vormarsch ist, hat sich das Pro­ blem nicht verringert. Es wurden Kraftstoffpumpen mit Dampf­ öffnungen entwickelt, um den Kraftstoffdampf in den Flüssig­ kraftstoff-Auslässen zu entfernen.

In Gegenden, wo die Temperatur 30° bis 45° oder mehr errei­ chen kann, kommt es bei einem in der Sonne stehenden Fahr­ zeug zu einer Verdampfung des Kraftstoffs im oberen Bereich des Kraftstofftankes wie auch in den Kraftstoffleitungen. Ein anderer Aspekt ist in den Umweltproblemen zu sehen, der erfordern, daß sowenig wie möglich Kraftstoffdampf bei nor­ malem Betrieb aus der Kraftstoffanlage bzw. aus dem Kraft­ stofftank entweicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dampfrückgewinnungseinrichtung für die Kraftstoffzuführan­ lage eines Kraftstoffes zu schaffen, die den Kraftstoffdampf zurückgewinnt und durch Kompression verflüssigt, so daß der Kraftstoffdampf in Form flüssigen Kraftstoffs in die Kraft­ stoffleitung zurückgeführt werden kann.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Patentansprüchen angegeben.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind Druck­ schalter vorgesehen, die die Funktion der Dampfrückgewin­ nungseinrichtung aufrechterhalten, und Dampfspeicherbehälter sammeln den Dampf aus dem Kraftstofftank und führen ihn in Form flüssigen Kraftstoffs in die Kraftstoffanlage zurück. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Kraftstoffverdichtungspumpe von einem von der Brennkraft­ maschine abgeleiteten Antrieb angetrieben, der durch einen Druckschalter kupplungsgeregelt wird.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele anhand der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Dampfrückge­ winnungseinrichtung, bei der eine Dampfkompres­ sionspumpe von der Fahrzeug-Brennkraftmaschine angetrieben wird;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Dampfrückgewin­ nungseinrichtung, bei der die Dampfkompressions­ pumpe elektrisch angetrieben wird;

Fig. 3 eine fragmentarische Ansicht eines im Tank unter­ gebrachten Ventils, das zum Sammeln des Kraft­ stofftanks auf den Dampfdruck anspricht.

Es wird zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein Kraftstoff­ tank 20 besitzt einen erhöhten domartigen Abschnitt 22, in dem sich aus dem gespeicherten flüssigen Kraftstoff nach oben steigender Dampf sammelt. Eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe 24 ist in den Kraftstofftank 20 in herkömm­ licher Weise untergebracht, wobei ein Einlaßfilter 26 am Boden des Kraftstofftanks 20 liegt. Eine am Auslaß der Kraftstoffpumpe 24 angeschlossene Kraftstoffleitung 30 führt zu der Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine 32 mit Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 34. Die Kraftstofflei­ tung 30 setzt sich hinter den Kraftstoffeinspritzvorrichtun­ gen in einer Rückführleitung 40 fort, die zu dem Kraftstoff­ tank 20 zurückführt. In der Rückführleitung 40 ist ein Druckregler 42 angeordnet.

In dem domartigen Abschnitt 22 befindet sich ein Überroll­ ventil 44, das einen an dem domartigen Abschnitt 22 ange­ schlossenen Einlaß 46 besitzt. Ein Überrollventil unter­ bricht die Kraftstoffverbindung zum Tank, wenn sich das Fahrzeug überschlägt. Der Einlaß 46, der dazu dient, Dampf aus dem domartigen Abschnitt 22 aufzunehmen, führt zu einer Leitung 48 mit einem T-Anschluß zu einer Leitung 50, die mit einem Dampfbehälter 52 und einer Leitung 54 verbunden ist, welche mit dem Einlaß einer Dampfkompressionspumpe 60 ver­ bunden ist. Der Dampfbehälter 52 enthält Aktivkohle, die Dampf aus dem Kraftstofftank aufnimmt, wenn die Brennkraft­ maschine nicht läuft. Dies tritt dann ein, wenn bei stei­ gender Umgebungstemperatur der flüssige Kraftstoff im Kraft­ stofftank verdampft und durch den Einlaß 46 in die Leitungen 48, 50 und 54 strömt.

Die Dampfkompressionspumpe 60 zieht bei Betätigung Dampf aus dem domartigen Abschnitt 22 durch die Leitungen 46, 48 und 54 sowie aus dem Dampfbehälter 52 durch die Leitung 50. Die Betätigung der Kompressionspumpe 60 wird durch einen Druck­ schalter 62 gesteuert, der auf den Dampfdruck in dem dom­ artigen Abschnitt 22 des Kraftstofftankes anspricht. Der Druckschalter 62 kann durch den Zündschalter 56 erregt wer­ den; er kann jedoch auch von dem Zündschalter unabhängig sein und lediglich auf den Tankdruck ansprechen, der auf den Druckschalter 62 einwirkt. Leitungen 58 verbinden den Druck­ schalter 62 mit der Kompressionspumpe 60. Leitungen 66 ver­ binden den Zündschalter 56 durch den Druckschalter 62 mit der Kompressionspumpe 60.

Ein Rückschlagventil 64 zwischen der Kompressionspumpe 60 und einem Hochdruckbehälter 70 verhindert ein Rückströmen aus dem Hochdruckbehälter 70. Eine Leitung 72 verbindet den Boden des Hochdruckbehälters 70 mit der Kraftstoffleitung 30, die zu der Brennkraftmaschine führt. Auf diese Weise wird der komprimierte Kraftstoffdampf in Form von flüssigem Kraftstoff aus dem Hochdruckbehälter 70 zur Kraftstofflei­ tung 30 zurückgeführt, wo er sich mit dem der Brennkraft­ maschine zugeführten Kraftstoff mischt.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung besitzt eine Kraft­ stoffrückführleitung 40 und einen Druckregler 42. Bei eini­ gen heute in Betrieb befindlichen Einrichtungen werden auf den Kraftstoffleitungsdruck ansprechende Kraftstoffpumpen eingesetzt, so daß eine Rückführleitung und auch ein Druck­ regler nicht benötigt werden. Ein Beispiel für eine derar­ tige Einrichtung ist in der US 5,044,344 beschrieben.

Die Erwärmung des flüssigen Kraftstoffs im Kraftstofftank 20 kann aufgrund hoher Umgebungstemperaturen und aufgrund der Kraftstoffrückführung in der Rückführleitung 40 erfolgen, welcher erwärmt wird, wenn er durch den Motorraum fliegt. Diese Erwärmung führt dazu, daß sich in dem domartigen Ab­ schnitt 22 des Kraftstofftanks Kraftstoffdampf sammelt. Wenn dies der Fall ist, wird der Druckschalter 62 betätigt, wo­ durch die Kompressionspumpe 60 in Gang gesetzt wird. Ein Druckanstieg von 0,0689 bar (1 psi) ist eine mögliche Ein­ stellung für den Druckschalter 62.

Die Kompressionspumpe 60 saugt Dampf aus dem Dampfbehälter 52 durch die Leitung 50 sowie aus dem domartigen Abschnitt 22 durch den Kanal 46 zu dem Hochdruckbehälter 70. Der kom­ primierte und dadurch verflüssigte Dampf wird durch die Leitung 72 der Kraftstoffleitung 30 zugeführt. Wenn der Druck in dem Dampfbehälter 52 und dem domartigen Abschnitt 22 des Kraftstofftanks unter den Einstellwert des Druck­ schalters 62 absinkt, hört die Kompressionspumpe 60 auf zu arbeiten.

Die beschriebene Einrichtung hat den Vorteil, daß sowohl Kraftstoff eingespart wie auch das Entweichen von Kraft­ stoffdampf in die Atmosphäre vermieden wird.

Fig. 1 zeigt eine abgewandelte Dampfrückgewinnungseinrich­ tung, bei der die Dampfkompressionspumpe von der Brennkraft­ maschine statt von einer elektrischen Energiequelle ange­ trieben wird.

Ein Kraftstofftank 120 besitzt einen domartigen Abschnitt 122, und eine Kraftstoffpumpe 124 mit einem Einlaß 126 ist in dem Kraftstofftank 120 untergebracht. Eine Kraftstofflei­ tung 130 führt zu der Kraftstoffsammelschiene einer Brenn­ kraftmaschine 132 und zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtun­ gen 134. Eine zu dem Kraftstofftank führende Kraftstoffrück­ führleitung 140 enthält einen Druckregler 142. Ein Anschluß 146 an der Oberseite des domartigen Abschnitts 122 mündet in eine Leitung 148, die zu einem Dampfspeicherbehälter 150 führt. Der Dampfbehälter 150 enthält Aktivkohle, in der sich Kraftstoffdampf sammelt, wenn sich der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 120 erwärmt.

Eine Dampfkompressionspumpe 170 wird über einen Drehantrieb in Form eines Riementriebes mit einem Riemen 172 und einem der Brennkraftmaschine 132 zugeordneten Riemenscheibe 174 angetrieben. Eine Kupplung 176 stellt die Antriebsverbindung mit der Kompressionspumpe 170 in Abhängigkeit von dem Druck im Dampfbehälter 150 her, der auf einen Druckschalter 178 einwirkt, welcher mit der Kupplung 176 durch Leitungen 177 elektrisch verbunden ist. Der Einlaß der Kompressionspumpe 170 ist mit dem Dampfbehälter 150 durch eine Leitung 180 verbunden. In Abhängigkeit von einem vorgegebenen Druck im Dampfbehälter 150 wird die Kupplung 176 eingerückt, so daß die Kompressionspumpe 170 in Betrieb gesetzt wird und hier­ bei Dampf aus dem Dampfbehälter 150 ansaugt, um ihn zu kom­ primieren und dadurch zu verflüssigen. Der Auslaß der Kom­ pressionspumpe 170 ist durch ein Einwegventil 182 in der Leitung 184 mit der Kraftstoffleitung 130 verbunden, die zu der Brennkraftmaschine 132 führt. Die Betriebsweise ist im wesentlichen die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besitzt ein Kraft­ stofftank 220 einen domartigen Abschnitt 222. Eine Kraft­ stoffpumpe 224, die in dem Kraftstofftank 220 untergebracht ist, besitzt einen am Boden vorgesehenen Einlaß 126 und einen Auslaß 228. Ein zweiter Pumpeneinlaß 240 an der Un­ terseite der Kraftstoffpumpe 224 ist mit einer senkrechten Standleitung 242 verbunden, auf deren offener Oberseite die Mitte einer Membran 250 ruht, deren Umfang in einem Käfig 252 abgestützt ist. Die Oberseite des Standrohres 242 dient als Ventilsitz für die Mitte 254 der Membran 250.

Die oberhalb der Membran 250 liegende Kammer ist bei 256 zur Atmosphäre hin offen. Eine Feder 260 mit einem vorgegebenen Federkennwert greift an der Membran 250 an, um die Oberseite des Standrohres 242 abzudichten. Wenn sich in dem domartigen Abschnitt 222 ein Dampfdruck entwickelt, der auf die Membran 250 einwirkt und die Kraft der Feder 260 überwindet, hebt die Membran 250 ab, so daß Dampf in das Standrohr 242 und in die Kraftstoffpumpe 224 strömen kann. Die Kraftstoffpumpe 224 hat eine ausreichende Kapazität, um den Dampf zu ver­ flüssigen und ihn als Flüssigkeit dem Pumpenauslaß 228 zu­ zuführen.

Claims (8)

1. Dampfrückgewinnungseinrichtung für die Kraftstoff­ zuführanlage einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche aufweist:

• (a) einen Kraftstofftank (220) mit einem oberen domartigen Abschnitt (222) zum Sammeln von Kraftstoffdampf, der von dem gespeicherten flüchtigen flüssigen Kraftstoff herrührt;
• (b) eine im Kraftstofftank (220) vorgesehene Hauptkraft­ stoffpumpe (224) mit einem Einlaß und einem Auslaß zur Abga­ be von flüssigem Kraftstoff;
• (c) eine Kraftstoffleitung (228) für flüssigen Kraftstoff, die mit dem Auslaß der Kraftstoffpumpe (224) verbunden ist und zu mindestens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine führt;
• (d) eine den domartigen Abschnitt (222) mit dem Einlaß der Kraftstoffpumpe (224) verbindende Leitungsverbindung (242) in Form eines in dem Kraftstofftank (220) vorgesehenen Standrohres, das an einem Ende zum Einlaß der Kraftstoffpum­ pe hin und am anderen Ende zu dem domartigen Abschnitt (222) hin offen ist, und
• (e) eine druckempfindliche Einrichtung (250, 260), die in Abhängigkeit von dem in den domartigen Abschnitt (222) herr­ schenden Dampfdruck die Leitungsverbindung (242) mit dem Einlaß der Kraftstoffpumpe (224) verbindet und eine ela­ stisch vorgespannte Membran (250) aufweist, die das Stand­ rohr (242) verschließt und in Abhängigkeit von dem Dampf­ druck in dem Kraftstofftank (220) öffnet und Dampf durch das Standrohr (242) hindurch zu dem Einlaß der Kraftstoffpumpe (224) durchläßt, um den Dampf zu komprimieren und flüssigen Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brenn­ kraftmaschine abzugeben.

2. Dampfrückgewinnungseinrichtung für die Kraftstoff­ zuführanlage einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche aufweist:

• (a) einen Kraftstofftank (20; 120) mit einem oberen dom­ artigen Abschnitt (22; 122) zum Sammeln von Kraftstoffdampf, der von dem gespeicherten flüchtigen flüssigen Kraftstoff herrührt;
• (b) eine in dem Kraftstofftank (20; 120) vorgesehene Haupt­ kraftstoffpumpe (24; 124) zur Abgabe von flüssigem Kraftstoff an eine Kraftstoffleitung (30; 130), die zumindest zu einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (34; 134) der Brennkraftma­ schine (32; 132) führt;
• (c) einen Dampfspeicherbehälter (52; 150), der zu dem dom­ artigen Abschnitt (22; 122) hin offen ist, um Kraftstoffdampf aus dem domartigen Abschnitt aufzunehmen;
• (d) eine Kraftstoffdampf-Kompressionspumpe (60; 170) mit einem mit dem Speicherbehälter (52; 150) verbundenen Einlaß und einem Auslaß;
• (e) eine Leitungsverbindung (72; 182, 184), die den Auslaß der Kompressionspumpe (60; 170) mit der Kraftstoffleitung (30; 130) stromab der Hauptkraftstoffpumpe (24; 124) und stromauf der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkraft­ maschine verbindet,
  wodurch der in dem domartigen Abschnitt (22; 122) und dem Speicherbehälter (52; 150) gesammelte Kraftstoffdampf kom­ primiert und als flüssiger Kraftstoff an die Kraftstoffein­ spritzvorrichtung der Brennkraftmaschine abgegeben werden kann.

3. Dampfrückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Druckschalter (62; 178), der auf den Dampfdruck in dem domartigen Abschnitt (22; 122) an­ spricht und der Kompressionspumpe (60; 170) zugeordnet ist, um die Kompressionspumpe in Abhängigkeit von einem vorge­ gebenen Druck in dem domartigen Abschnitt zu betätigen.

4. Dampfrückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Leitungsverbindung (44, 46, 48), die den Einlaß der Kompressionspumpe (60) mit dem domartigen Abschnitt (22) sowie dem Speicherbehälter (52) verbindet.

5. Dampfrückgewinnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Aus­ laß der Kompressionspumpe (60) mit der Kraftstoffleitung (30) verbindende Leitungsverbindung (72) einen Hochdruckbe­ hälter (70) enthält, der zwischen dem Auslaß der Kompres­ sionspumpe (60) und der Kraftstoffleitung (30) angeordnet ist.

6. Dampfrückgewinnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einweg­ ventil (84; 182) zwischen der Kompressionspumpe (60; 170) und der Kraftstoffleitung (30; 130) angeordnet ist.

7. Dampfrückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwegventil (64) zwi­ schen der Kompressionspumpe (60) und dem Hochdruckbehälter (70) angeordnet ist.

8. Dampfrückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Drehantrieb (172, 174), der die Brennkraftmaschine (132) und die Kompressionspumpe (170) verbindet, so daß diese angetrieben wird, wenn die Brenn­ kraftmaschine läuft, eine elektrisch betätigte Kupplung (176) zwischen dem Drehantrieb und der Kompressionspumpe, und einen auf den Dampfdruck in dem domartigen Abschnitt (122) ansprechenden Druckschalter (178), der mit der Kupp­ lung (176) verbunden ist, um die Kompressionspumpe (170) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Druck in dem domartigen Abschnitt (122) in Betrieb zu setzen.