DE69002347T2 - Kraftstoffbehaelter mit eingebautem reservoir und fuellstandssensor. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoff-Zuführanlagen für Kraftstoff-Brennkraftmaschinen und ähnliche Anwendungen und insbesondere ein Kraftstoffpumpenmodul, das eine Elektromotor-Kraftstoffpumpe enthält, die innerhalb eines im Behälter eingebauten Reservoirs gelagert ist.
• Das U.S. Patent 4,747,388 offenbart eine Kraftstoffzuführanlage für Kraftfahrzeuge, die einen Kanister umfaßt, der innerhalb eines Kraftstoffbehälters angeordnet ist und eine Elektromotor-Kraftstoffpumpe enthält. Der Kanister hat ein offenes Ende, das aut Boden des Kraftstoffbehälters angeordnet ist und eine innere Wand, die zu dem offenen Ende beabstandet ist, um eine obere und eine untere Kraftstoff- Kanisterkammer zu bilden. Die Kraftstoffpumpe ist in der oberen Kammer angeordnet und hat einen Einlaß, der mit der unteren Kammer verbunden ist, um aus dieser Kraftstoff zu ziehen und einen Auslaß, um unter Druck stehenden Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine oder dergleichen zu fördern. Ein Druckreglerventil leitet überschüssigen Kraftstoff im Bypass, der zu der oberen Kammer zurückgeführt wird, welche somit ein die Pumpe umgebendes Kraftstoffreservoir bildet. Eine Filtermembran überspannt das untere Ende des Kanisters und ist dadurch gekennzeichnet, daß durch sie flüssiger Kraftstoff frei hindurchströmen kann, während sie durch die Oberflächenspannung des flüssigen Kraftstoffs geschlossen wird, um den Durchtritt von Luft zu unterbinden. Die Membran ist durch einen Hebel mit einem Ventil in der Kanisterwand gekoppelt. Wenn kein Kraftstoff am Kanisterende vorhanden ist, wird die Membran durch den Pumpenansaugdruck in die untere Kammer gezogen und das Ventil geöffnet, so daß Kraftstoff aus dem von der oberen Kammer gebildeten Reservoir dem Pumpeneinlaß zur Verfügung gestellt wird.
• Wenngleich sich die oben beschriebene Kraftstoff-Zuführanlage großer Akzeptanz und großen Erfolges erfreut, bleiben noch Verbesserungen wünschenswert. Im besonderen: der mit derartigen Anlagen verwendete Füllstandsensor besitzt einen schwimmend gelagerten Arm, der mit einem veränderlichen Widerstand gekoppelt ist, welcher außerhalb der Kanisterwand angebracht ist. Diese schwimmerartigen Füllstandsensoren neigen dazu, nichtlinear und in anderer Weise ungenau zu arbeiten. Außerdem ist eine der wünschenswerten Eigenschaften des Kraftstoffmoduls sein leichter Einbau und einfache Anordnung in einem Kraftstoffbehälter bei der Kraftfahrzeugfertigung. Der vorstehende Schwimmerarm macht jedoch den Einbau schwierig. Der Schwimmerarm neigt ferner dazu, bei der Fertigung beschädigt zu werden, was die Genauigkeit während der gesamten Betriebsdauer des Sensors beeinträchtigt. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Kraftstoffzuführanlage zu schaffen, die ein Kraftstoffmodul der beschriebenen Art mit einem verbesserten Füllstandssensor enthält, welcher durch leichten Einbau in der Fertigungsstufe gekennzeichnet, welcher eine erhöhte Genauigkeit und Zuverlässigkeit während einer verlängerten Lebensdauer aufweist und welcher im Vergleich zu herkömmlichen Schwimmersensoren wirtschaftlicher in der Herstellung ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffzuführanlage mit einem verbesserten Füllstandsanzeiger zu schaffen, der dennoch in der Lage ist, herkömmliche Festkörpertechnologie zu verwenden. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffzuführanlage mit einem Füllstandssensor zu schaffen, der in einfacher Weise entweder an eine analoge oder digitale Anzeige des Füllstandes für den Fahrer angepaßt werden kann.
• Eine Kraftstoffzuführeinrichtung für eine Kraftfahrzeug- Brennkraftmaschine und ähnliche Anwendungen gemäß einem zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Elektromotor-Kraftstoffpumpe auf, die versehen ist mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Zuführen von unter Druck stehendem Kraftstoff aus einem Behälter zu der Brennkraftmaschine. Überschüssiger Kraftstoff wird von der Brennkraftmaschine zu dem Behälter zurückgeführt. Ein Füllstandsensor enthält einen Drucksensor, der an einem unteren Abschnitt des Behälters angeordnet ist und auf den Druck innerhalb des umgebenden Behälters anspricht, um ein elektrisches Signal als Funktion dieses Druckes zu erzeugen. Eine Anzeigevorrichtung spricht auf dieses elektrische Signal an, um den Füllstand des Behälters einer Bedienungsperson anzuzeigen.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Füllstandsensor eine Referenzsäule mit einem oberen Ende, das von der Brennkraftmaschine rückgeführten Kraftstoff empfängt und dadurch den Kraftstoffüllstand innerhalb der Referenzsäule oberhalb des maximalen Auslegungsfüllstandes des umgebenden Behälters hält. Eine Meßsäule ist angrenzend an der Bezugssäule angeordnet. Die Meßsäule besitzt ein offenes oberes Ende und eine Öffnung am unteren Ende zur Aufnahme von Kraftstoff aus dem umgebenden Behälter, so daß der Füllstand innerhalb der Meßsäule dem Füllstand innerhalb des Behälters folgt, jedoch gegen kurzfristige Änderungen aufgrund von Kurvenfahrten usw. gestützt ist. Die Kraftstoffpumpe ist vorzugsweise in einem Kanister angeordnet, der in dem Behälter so angeordnet ist, daß er von Kraftstoff in dem Behälter umgeben ist. Überschüssiger Kraftstoff wird von der Brennkraftmaschine zu dem Kanister zurückgeführt. Die entsprechenden Säulen werden von vertikalen Rohren gebildet, die einteilig mit der Seitenwand des Kanisters ausgebildet sind, und der Druckfühler besteht aus einem Festkörper- Differenzdruckfühler, der an der Seitenwand des Kanisters an den unteren Enden der entsprechenden Rohre angebracht ist.
• Die Erfindung zusammen mit weiteren Zielen, Eigenschaften und Vorteilen lädt sich am besten anhand der folgenden Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der beigefügten Zeichnungen verstehen, in denen:
• Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht ist, die eine Kraftstoff-Zuführanlage mit einem Füllstandssensor gemäß einem zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt; und
• Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die der der Fig. 1 entspricht und ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
• Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffzuführmodul 10 gemäß einem zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines im wesentlichen zylindrischen Kanisters 12 mit einer offenen Oberseite und Unterseite. Der Kanister wird von dem Boden 14 eines Kraftstoffbehälters 16 abgestützt und ruht auf diesem. Eine innere Wand 18 innerhalb des Kanisters 12 bildet eine untere Kammer 20 an dem offenen Boden des Kanisters 12 und trennt sie von einer oberen Kammer 24. Kraftstoff kann aus dem umgebenden Kraftstoffbehälter in die untere Kammer 20 einströmen. Eine Elektromotor-Kraftstoffpumpe 26 ist innerhalb der oberen Kammer 24 angeordnet. Die Pumpe 26 besitzt einen Einlaß 28, der durch die Wand 18 verläuft, um Kraftstoff aus der unteren Kammer 20 zu ziehen, und einen Auslaß 30, der durch eine geeignete Kraftstoffleitung 32 zur Abgabe von Kraftstoff mit einer Brennkraftinaschine (nicht gezeigt) verbunden ist. Überschüssiger Kraftstoff wird von der Brennkraftmaschine durch eine Leitung 34 zu der oberen Kammer 34 des Kanisters zurückgeführt.
• Ein Maschenfilter 36 überspannt das offene untere Ende des Kanisters 20, wobei es an seinem Umfang mit einer Ringschulter an der Seitenwand 22 des Kanisters durch Ultraschall verschweißt ist. Ein Hebel 38 ist mit einem zentralen Abschnitt an der Wand 18 innerhalb der unteren Kammer 20 schwenkbar angebracht und mit einem Ende mit einem Steg 40 verbunden, der von dem Filter 36 zentral getragen wird. Das gegenüberliegende Ende des Hebels 38 ist mit einem Ventilelement 42 verbunden, das innerhalb einer Öffnung bzw. eines Durchgangs in der Wand 18 angeordnet ist. Das Filter 36 ist dadurch gekennzeichnet, dar flüssiger Kraftstoff frei hindurchströmen kann, während es durch die Oberflächenspannung des flüssigen Kraftstoffes geschlossen wird, um den Durchtritt von Luft zu unterbinden. Falls somit kein Kraftstoff in der Kammer 20 aus dem umgebenden Behälter 16 zur Verfügung steht, zieht der Ansaugdruck der Pumpe 26 das Filter 36 nach oben, wobei der HEbel 38 das Ventil 42 nach unten bewegt und dadurch einen Kraftstoffstrom aus der Reservoirkammer 24 in die untere Kammer 22 und von da zum Pumpeneinlaß 28 ermöglicht. Solange andererseits Kraftstoff innerhalb der unteren Kammer 20 aus dem umgebenden Tank zur Verfügung steht, wird das Ventilelement 42 in die in der Zeichnung dargestellte Schließstellung gedrückt. Soweit wie bisher beschrieben, entspricht das Kraftstoffmodul 10 im wesentlichen dem in dem U.S. Patent 4,747,388 offenbarten, wobei die Offenbarung desselben als Stand der Technik miteinbezogen werden soll.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Füllstandssensor 50 an der Seitenwand 22 des Kanisters 12 angebracht, um den Füllstand im Behälter 16 einer Fahrzeugbedienungsperson anzuzeigen. Im besonderen weist der Sensor 50 zwei parallele Rohre bzw. Säulen 52, 54 auf, die einstückig mit dem Kanister 12 ausgebildet und entlang der Seitenwand 22 ausgerichtet sind, so daß sie bei normaler Ausrichtung des Kanisters 12 und Behälters 16 im wesentlichen vertikal verlaufen. Die Säule 52 ist angrenzend an der Reservoirkammer 24 des Kanisters 12 angeordnet und steht mit dieser durch einen Durchgang 56 am oberen Ende der Seitenwand 22 des Kanisters auf einem Niveau entsprechend oder oberhalb des maximalen Auslegungsfüllstandes 58 des Kraftstoffes innerhalb des Behälters 16 in Verbindung. Die Säule 54 ist angrenzend an der Säule 52 angeordnet und besitzt ein offenes oberes Ende 60 oberhalb des maximalen Füllstandes 58 und eine Öffnung 62 am unteren Ende angrenzend am Behälterboden 14 für den Einlaß von Kraftstoff aus dem umgebenden Behälter. Der Füllstand in der Säule 54 folgt somit dem Füllstand innerhalb des umgebenden Behälters, während eine gedrosselte Strömung durch die Öffnung 62 mithilft, den Füllstand innerhalb der Säule 54 gegen kurzfristige Änderungen aufgrund von Kurven, plötzlichen Abbremsungen usw. zu isolieren.
• Ein Druckfühler 64 ist am Kanister 12 befestigt, derart, daß er die unteren Enden der Säulen 52, 54 verschließt. Der Druckfühler 64 spricht auf den Druck des Kraftstoffs innerhalb der Säulen 52, 54 an, um entsprechende elektrische Signale einem Verstärker 66 zuzuführen. Der Ausgang des Verstärkers 66 ist mit einem Meßwertgeber 68 verbunden, der am Fahrzeug-Armaturenbrett angebracht werden kann, um den Füllstand einer Bedienungsperson anzuzeigen. Vorzugsweise besteht der Fühler 64 aus einem Druckdifferenzfühler aus Silicium oder einer anderen geeigneten Festkörperkonstruktion. Es versteht sich natürlich, dar der Analogverstärker 66 und Meßwertgeber 68 ohne Schwierigkeiten durch geeignete Schaltungen und Anzeigevorrichtungen auf Mikroprozessorbasis oder andere digitale Schaltungen und Anzeigevorrichtungen ersetzt werden können.
• Im Betrieb wird der Füllstand innerhalb der Säule 52 auf dem maximalen Füllstand 58 oder oberhalb des maximalen Füllstandes 58 gehalten, und zwar aufgrund des Überströmens des von der Brennkraftmaschine zurückfließenden Kraftstoffs aus der Reservoirkammer 24 des Kanisters. Die Säule 52 bildet somit einen stabilen Referenzdruck. Wie bereits erwähnt, folgt andererseits der Füllstand des Kraftstoffes innerhalb der Säule 54 dem Füllstand in dem umgebenden Behälter, so daß sich der an den Verstärker 66 abgegebene Ausgang des Fühlers 64 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Referenzdruck und dem Meßdruck ändert, wodurch an dem Meßwertgeber 68 eine genaue Anzeige des Ist-Füllstandes innerhalb des Behälters 16 gegeben wird.
• Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Füllstandsensor 50 innerhalb des Behälters 16 freisteht, statt an der Seitenwand eines Kanisters befestigt zu sein (Fig. 1). Ein Teil des zurückgeführten Kraftstoffes in der Leitung 34 wird direkt der Referenzsäule 52 zugeführt, während der Rest in das Volumen des Behälters 16 gefördert wird. Die Pumpe 26 wird von den Säulen 52, 54 abgestützt und saugt Kraftstoff durch ein Filter 70. Im übrigen ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 identisch zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Claims (9)

1. Kraftstoff-Zuführanlage (10) für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit: einer Elektromotor-Kraftstoffpumpe (26), die innerhalb eines Kraftstoffbehälters (16) anzuordnen ist und die einen Einlaß (28) und einen Auslaß (30) zur Abgabe von unter Druck stehendem Kraftstoff an eine Brennkraftmaschine besitzt, wobei der Behälter einen maximalen Auslegungs-Füllstand (58) aufweist, Mittel (34) zum Zurückführen überschüssigen Kraftstoffes von der Brennkraftmaschine zu dem Behälter und Füllstandsensormittel (50) zum Erfassen des Füllstandes innerhalb des Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstandsensormittel aufweisen:

   Mittel (64), die an einem unteren Abschnitt des Behälters angeordnet sind und auf den Kraftstoffdruck innerhalb des umgebenden Behälters ansprechen, um ein elektrisches Signal als Funktion hiervon zu erzeugen, und Mittel (66), die auf das elektrische Signal ansprechen, um den Füllstand in dem Behälter anzuzeigen, wobei die Füllstandsensormittel aufweisen: Referenzdruckmittel einschließlich einer kraftstoffhaltenden Referenzsäule (52) und Mittel (56) zum Zuführen von aus der Brennkraftmaschine zurückgeförderten Kraftstoff zu der Referenzsäule, um den Füllstand in der Referenzsäule oberhalb des maximalen Auslegungsfüllstandes zu erhalten, wobei die auf Druck ansprechenden Mittel (64) auf den Kraftstoffdruck in der Referenzsäule im Vergleich zum Druck im Kraftstoffbehälter ansprechen.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Füllstandsensormittel ferner aufweisen: eine Meßsäule (54) und Mittel (62) zum Zuführen von Kraftstoff aus dem Behälter zu der Meßsäule, so dar der Füllstand in der Meßsäule dem Füllstand in dem Behälter folgt.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, bei der die Referenzsäule (52) und die Meßsäule (54) aus entsprechenden Rohren bestehen, die einteilig und angrenzend ausgebildet sind.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, bei der die Mittel (56) zum Zuführen von Kraftstoff zu der Referenzsäule einen Durchgang an oder oberhalb des maximalen Auslegungsfüllstandes (58) aufweisen, die die Referenzsäule mit den Mittel (34) zum Zurückführen überschüssigen Kraftstoffs verbindet.
5. 5. Anlage nach Anspruch 4, bei der die Mittel zum Zuführen von Kraftstoff zu der Meßsäule eine offene Oberseite (60) des Meßsäulenrohres an oder oberhalb des maximalen Auslegungsfüllstandes und eine Öffnung (62) am unteren Ende des Meßsäulenrohres aufweisen.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, bei der die auf Druck ansprechenden Mittel (64) aus einem Differenzdrucksensor bestehen.
7. 7. Anlage nach Anspruch 6, bei der die Kraftstoffpumpe innerhalb eines Kanisters (12) angeordnet ist, wobei der Einlaß (28) so angeordnet ist, daß er Kraftstoff aus dem Kanister zieht.
8. 8. Anlage nach Anspruch 7, bei der die Rohre einstückig mit einer Seitenwand (22) des Kanisters ausgebildet sind.
9. 9. Anlage nach Anspruch 8, bei der der Kanister ein unteres Ende mit einer Öffnung und eine innere Wand (18) aufweist, die zu dem unteren Ende beabstandet ist und den Kanister in eine obere und untere Kammer (24, 20) unterteilt, wobei der Pumpeneinlaß (28) durch die innere Wand mit der unteren Kammer verbunden ist, sowie Mittel (36 bis 40).zum wahlweisen Fördern von Kraftstoff aus der oberen Kammer in die untere Kammer.