WO2007017276A1 - Kraftstoff-einspritzsystem - Google Patents

Kraftstoff-einspritzsystem Download PDF

Info

Publication number
WO2007017276A1
WO2007017276A1 PCT/EP2006/007898 EP2006007898W WO2007017276A1 WO 2007017276 A1 WO2007017276 A1 WO 2007017276A1 EP 2006007898 W EP2006007898 W EP 2006007898W WO 2007017276 A1 WO2007017276 A1 WO 2007017276A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
injection system
polar
sensor
molekülseparator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/007898
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Giacomo G. Sciortino
Joachim Kiefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP05017332A external-priority patent/EP1752651A1/de
Application filed by Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Priority to JP2008525481A priority Critical patent/JP2009504963A/ja
Publication of WO2007017276A1 publication Critical patent/WO2007017276A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D33/00—Controlling delivery of fuel or combustion-air, not otherwise provided for
    • F02D33/003—Controlling the feeding of liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus ; Failure or leakage prevention; Diagnosis or detection of failure; Arrangement of sensors in the fuel system; Electric wiring; Electrostatic discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/22—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system
    • F02M37/24—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by water separating means
    • F02M37/26—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by water separating means with water detection means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/22—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system
    • F02M37/32—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by filters or filter arrangements
    • F02M37/36—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by filters or filter arrangements with bypass means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system comprising an injection valve, a fuel pump disposed in a fuel line upstream of the valve, and a molecular separator disposed in the fuel line upstream of the pump, and more particularly between the pump and a fuel tank, through which prior to introduction of the fuel into the Pump, the amount of a polar component of the fuel is selectively reducible to a non-polar component of the fuel.
  • Such a fuel injection system is basically known, for example, from US Pat. No. 5,149,433 and EP-A-0 311 162.
  • a fuel injection system of the type mentioned is used for example in the automotive field in common-rail diesel engines.
  • the fuel pump of a common rail diesel injection system is a high pressure pump that increases the pressure of the diesel fuel in a pressure accumulator tube upstream of the engine cylinders to 2000 bar or more.
  • injection valves assigned to the engine cylinders the supply of the pressurized fuel to the respective engine cylinder is controlled.
  • the invention has for its object to provide a fuel injection system, which helps to ensure optimum function of the injector permanently.
  • the object is achieved by a fuel injection system having the features of claim 1 and in particular by the fact that a sensor for measuring the amount of the polar constituent of the fuel downstream of the Molekülseparator is arranged.
  • the sensor can be arranged, for example, between the molecule separator and the pump.
  • the sensor allows monitoring of the function of the molecular separator and the efficiency of the separation process and, in the event of insufficient reduction in the amount of polar constituent, may cause appropriate action to protect the injector, such as repeated filtering of the fuel or disconnection of the injector from the fuel supply , As a result, damage to the injector by the polar component of the fuel can be effectively prevented.
  • the senor is continuously active, as soon as the fuel starts to flow, in other words under normal operating conditions of the injection system, in cold start situations and under such conditions in which the amount of a polar fuel component has increased or may increase for environmental reasons, such as eg after a long service life of the vehicle or in case of excessive humidity.
  • the sensor may have a single measuring element or comprise at least two identical measuring elements.
  • a plurality of spaced sensing elements may be disposed downstream of the molecular separator to monitor the amount of polar constituent over a longer flow path of the fuel. This increases the reliability and accuracy of the measurement result.
  • at least two different measuring elements can be arranged downstream of the molecule separator.
  • at least one second measuring element for monitoring the amount of a second polar constituent for example the methanol content
  • the fuel injection system according to the invention is particularly well suited for use with a piezoelectric injection valve, in particular with a piezoelectric injection valve, in which a piezoelectric actuator for actuating the injection valve in the fuel flow path is arranged and directly exposed to the fuel at least when the valve is open.
  • the concentration of water in diesel available in Western Europe is about 200 ppm.
  • Tests carried out at a temperature of 40 ° C. have shown that the permeation of water vapor, which is present in a comparable concentration in helium gas, through the commonly used, a fluoropolymer, such as PVDF, PTFE, ETFE or FEP,
  • the encapsulating material comprised is about 0.833 g-mm / (m 2 -d) and thus substantially greater than the permeation of diesel fuel, which at the same temperature is only 0.014 g-mm / (m 2 -d).
  • hydrophobic substances such as diesel fuel
  • polar substances e.g. Water or alcohol
  • the invention pursues a completely different approach, namely the reduction of the content of a polar component of the fuel, for example, the molecular proportion of undissolved water and / or the alcohol molecule content, by means of a Molekülseparators before the entry of the fuel into the piezoelectric injector.
  • the molecule separator separates the undissolved water molecules or the alcohol molecules from the non-polar constituent of the fuel and separates them.
  • the water or alcohol is filtered out of the fuel, so to speak.
  • the amount of the polar fuel component can be reduced to such an extent that the piezoelectric actuator can be used even for longer periods of time. does not damage the fuel.
  • a durability of the piezoelectric injector and consequently of the fuel injection system as a whole can be achieved, which meets the practical requirements.
  • the molecular separator is designed such that it reduces the proportion of the polar constituent of the fuel and in particular the molecular fraction of undissolved water and / or the alcohol molecule fraction to less than 20 ppm. Experiments have shown that such a low water content in diesel fuel does not adversely affect the functionality of a piezoelectric actuator.
  • a bypass mechanism is provided to redirect fuel once passed through the molecular separator through the molecular separator.
  • the bypass mechanism may be configured to continuously re-introduce a partial flow of the fuel that has flowed through the molecular separator into the molecular separator to thereby achieve continuous multiple filtration of at least a portion of the fuel and thus further reduce the amount of the polar constituent.
  • the bypass mechanism may be configured so that fuel once flowed through the molecular separator is redirected through the molecular separator only when the amount of the polar fuel component measured by a sensor disposed downstream of the molecule separator has a predetermined threshold, e.g. 20 ppm, exceeds. In other words, multiple filtering of the fuel is carried out only until the quantity of the monitored polar constituent falls below the predetermined threshold again.
  • a predetermined threshold e.g. 20 ppm
  • the bypass mechanism may comprise a switching valve coupled to the sensor which is arranged downstream of the sensor and through which fuel which has flowed through the molecular separator can be diverted into a bypass conduit bridging the molecule separator ,
  • the molecule separator may be a multi-stage separator or may comprise a plurality of identical separator elements connected in series.
  • the molecule separator may comprise a fully automatic system for separating water and / or alcohol, which preferably comprises a, e.g. powered by a 24V electrical system of the motor vehicle, has heating, can be prevented by the freezing of the separated water at low outdoor temperatures.
  • the system may include a plurality of sequentially connected separators operating in a cascade mode.
  • the reduction of the amount of the polar fuel component may be due to a chemical and / or physical absorption of molecules of the polar constituent or may be through a selective membrane.
  • the molecular separator has a porous medium which absorbs the polar component but not the non-polar component of the fuel.
  • the porous medium may comprise, for example, a silicate layer system.
  • the molecule separator has a, e.g. planar or tubular, selective membrane.
  • the membrane may comprise a membrane pair consisting of a cation and an anion exchange membrane.
  • injection system shown in the figure is a common rail system for injection of diesel fuel in a motor vehicle diesel engine.
  • the diesel engine of the embodiment shown has four cylinders, but the number of cylinders can also be selected other than s.
  • each cylinder Associated with each cylinder is an injection valve 10 which controls the supply of fuel to the cylinder.
  • the injection valves 10 are piezoelectric injectors, so-called piezo injectors, which are opened or closed by means of a piezoelectric actuator, which is arranged in the flow path of the fuel and thus directly exposed to the fuel.
  • Diesel fuel is supplied from a fuel tank 14 to the injection valves 10 via a fuel line 12.
  • the fuel tank 14 is filled with diesel fuel available in Western Europe which has a comparatively high water content of typically about 200 ppm.
  • a water molecule sleeve separator 16 is arranged in the fuel line 12 which the molecular fraction of undissolved water in the fuel can be reduced to less than 20 ppm. Such a low water content is harmless for the piezoelectric injectors 10.
  • the undissolved water molecules are separated from the non-polar component of the fuel and effectively filtered out of the fuel.
  • the reduction of the water content can be based, for example, on a chemical and / or physical absorption of water molecules or by means of a selective membrane.
  • a sensor 18 Downstream of the water molecule sleeve 16, a sensor 18 is arranged, which monitors the water content of the fuel which has flowed through the separator 16. Exceeds the detected by the sensor 18 water content of the filtered fuel exceeds a predetermined
  • Threshold e.g. of 20 ppm
  • the sensor activates a switching valve 20 located downstream of the sensor 18 in the fuel line 12 to redirect the fuel from the fuel line 12 to a bypass line 22.
  • the bypass line 22 is connected at one end to the switching valve 20 and at its other end upstream of the Molekülseparator 16 to the fuel line 12, in a located between the Molekülseparator 16 and the fuel tank 14 portion of the fuel line 12th
  • Filtered fuel with a water content exceeding the predetermined threshold value is thus returned via the bypass line 22 and passed through the molecular separator 16 again.
  • the water separation process is repeated until it leaves the molecule separator 16 leaking fuel has a water content that falls below the predetermined threshold.
  • filtered fuel whose water content is within a permissible range passes through the switching valve 20 and is supplied through the fuel line 12 of a high-pressure pump 24, through which the pressure of the fuel to 2000 bar or more is increased.
  • the pressurized by the high pressure pump 24 fuel is stored in a pressure accumulator tube 26 and passes from there into the individual injectors 10th
  • the injection system according to the illustrated embodiment is provided for the Western European market and thus for the use of diesel fuel with an increased water content.
  • diesel available in South America typically contains methanol. Similar to an increased water content and an increased methanol content of the fuel affects the function of the piezoelectric actuators and thus the injection valves 10. Accordingly, the arrangement of a proportion of methanol molecule reducing the Molekülparators between the fuel tank and the high-pressure pump is provided for the South American market.
  • the molecule separator can be selected such that it filters out all polar constituents from the fuel, or a separator arrangement comprising a plurality of individual separator elements is produced each filter out one of the harmful components from the fuel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit einem Einspritzventil (10), einer in einer Kraftstoffleitung (12) stromaufwärts von dem Ventil (10) angeordneten Kraftstoffpumpe (24) und einem in der Kraftstoffleitung stromaufwärts von der Pumpe (24) und insbesondere zwischen der Pumpe (24) und einem Kraftstofftank (14) angeordneten Molekülseparator (16), durch welchen vor dem Einleiten des Kraftstoffs in die Pumpe (24) die Menge eines polaren Bestandteils des Kraftstoffs selektiv zu einem unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs reduzierbar ist.

Description

Kraftsto ff-Einspritzsyste m
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit einem Einspritzventil, einer in einer Kraftstoffleitung stromaufwärts von dem Ventil angeordneten Kraftstoffpumpe und einem in der Kraftstoffleitung stromaufwärts von der Pumpe und insbesondere zwischen der Pumpe und einem Kraftstofftank angeordneten Molekülseparator, durch welchen vor dem Einleiten des Kraftstoffs in die Pumpe die Menge eines polaren Bestandteils des Kraftstoffs selektiv zu einem unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs reduzierbar ist.
Ein derartiges Kraftstoff-Einspritzsystem ist grundsätzlich bekannt, bei- spielsweise aus der US-A-5 149 433 und der EP-A-O 311 162.
Ein Kraftstoff-Einspritzsystem der eingangs genannten Art wird zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich bei Common-Rail-Dieselmotoren eingesetzt. Typischerweise handelt es sich bei der Kraftstoffpumpe eines Common- Rail-Dieseleinspritzsystems um eine Hochdruckpumpe, die den Druck des Dieselkraftstoffs in einem den Motorzylindern vorgelagerten Druckspeicherrohr auf 2000 bar oder mehr erhöht. Mit Hilfe von den Motorzylindern zugeordneten Einspritzventilen wird die Zufuhr des unter Druck stehenden Kraftstoffs in den jeweiligen Motorzylinder gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff-Einspritzsystem zu schaffen, welches dazu beiträgt, eine optimale Funktion des Einspritzventils dauerhaft sicherzustellen. Die Aufgabe wird durch ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass ein Sensor zur Messung der Menge des polaren Bestandteils des Kraftstoffs stromabwärts von dem Molekülseparator angeordnet ist. Der Sensor kann beispielsweise zwischen dem Molekülseparator und der Pumpe angeordnet sein.
Der Sensor ermöglicht eine Überwachung der Funktion des Molekülseparators und der Effizienz des Separationsprozesses und kann im Falle einer nicht ausreichenden Reduzierung der Menge des polaren Bestandteils eine geeignete Maßnahme zum Schutz des Einspritzventils veranlassen, beispielsweise eine wiederholte Filterung des Kraftstoffs oder eine Trennung des Einspritzventils von der Kraftstoffzufuhr. Hierdurch kann eine Beschädigung des Einspritzventils durch den polaren Bestandteil des Kraftstoffs wirksam verhindert werden.
Bevorzugt ist der Sensor kontinuierlich aktiv, sobald der Kraftstoff zu strömen beginnt, mit anderen Worten also unter normalen Betriebsbedingungen des Einspritzsystems, in Kaltstartsituationen sowie unter solchen Bedingungen, bei denen sich die Menge eines polaren Kraftstoffbestandteils aus umwelttechnischen Gründen erhöht hat bzw. erhöhen kann, wie z.B. nach langen Standzeiten des Fahrzeugs oder bei übermäßiger Luftfeuchtigkeit.
Der Sensor kann ein einzelnes Messelement aufweisen oder mindestens zwei gleichartige Messelemente umfassen. Beispielsweise können mehrere zueinander beabstandete Messelemente stromabwärts von dem Molekülseparator angeordnet sein, um die Menge des polaren Bestandteils über einen längeren Strömungsweg des Kraftstoffs hinweg zu überwachen. Dadurch werden die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit des Messergebnis- ses erhöht. Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei unterschiedliche Messelemente stromabwärts von dem Molekülseparator angeordnet sein. Beispielsweise kann wenigstens ein erstes Messelement zur Überwachung der Menge eines ersten polaren Bestandteils, z.B. des Wassergehalts, und wenigstens ein zweites Messelement zur Überwachung der Menge eines zweiten polaren Bestandteils, z.B. des Methanolgehalts, vorgesehen sein. Die gleichzeitige Überwachung unterschiedlicher polarer Bestandteile des Kraftstoffs ermöglicht eine gezielte Anpassung des Separationsprozesses an den jeweils verwendeten Kraftstoff und somit eine noch wirksamere
Reduzierung von das Einspritzventil schädigenden Kraftstoffbestandteilen.
Das erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzsystem eignet sich besonders gut für eine Verwendung mit einem piezoelektrischen Einspritzventil, ins- besondere mit einem piezoelektrischen Einspritzventil, bei dem ein piezoelektrischer Aktor zur Betätigung des Einspritzventils im Kraftstoffströmungsweg angeordnet und zumindest bei geöffnetem Ventil dem Kraftstoff unmittelbar ausgesetzt ist.
Es hat sich nämlich herausgestellt, dass sich eine erhöhte Menge eines polaren Bestandteils des Kraftstoffs, beispielsweise ein erhöhter Molekülanteil von ungelöstem Wasser und/oder ein erhöhter Alkoholmolekülanteil, nachteilig auf die Lebensdauer des piezoelektrischen Aktors auswirkt.
Insbesondere haben Versuche ergeben, dass die Lebensdauer eines in einer Wasserumgebung getesteten piezoelektrischen Aktors weniger als 100 Stunden beträgt. Ferner wurde ein nahezu unmittelbares Versagen des piezoelektrischen Aktors beobachtet, wenn der Aktor mit Wasser versetztem Dieselkraftstoff ausgesetzt wurde. Die Beschädigung des piezoelektrischen Aktors wird auf eine Permeation von Wassermolekülen durch das Verkapselungsmaterial zurückgeführt, mit welchem der piezoelektrische Aktor verkapselt ist. Man nimmt an, dass in den piezoelektrischen Aktor eingedrungenes Wasser als Elektrolyt wirkt und eine Silbermigration in Gang setzt, welche eine Kontaktphase zwischen zwei Elektroden des piezoelektrischen Aktors bildet und dadurch zu einem Versagen des piezoelektrischen Aktors führt.
Typischerweise beträgt die Wasserkonzentration in in Westeuropa erhältli- chem Dieselkraftstoff etwa 200 ppm. Versuche, die bei einer Temperatur von 400C durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Permeation von Wasserdampf, welcher mit in einer vergleichbaren Konzentration in Heliumgas vorliegt, durch das üblicherweise verwendete, ein Fluorpolymer, wie z.B. PVDF, PTFE, ETFE oder FEP, aufweisende Verkapselungsmaterial etwa 0,833 g-mm/(m2-d) beträgt und damit wesentlich größer als die Permeation von Dieselkraftstoff ist, welche bei der gleichen Temperatur lediglich 0,014 g-mm/(m2-d) beträgt.
Weitere Permeationsexperimente mit fluorierten Verkapselungsmaterialen haben ergeben, dass die Permeation von Dieselkraftstoff selbst nach einer Versuchdauer von einem Monat bei einer Temperatur von 800C unterhalb der Nachweisgrenze bleibt, wohingegen die Permeation von Wasser bei der gleichen Temperatur bis auf 7,53 g-mm/(m2-d) ansteigen kann.
Dies belegt die unterschiedlichen Barriereneigenschaften von hydrophobi- schen Substanzen, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, verglichen mit polaren Substanzen, wie z.B. Wasser oder Alkohol.
Während ein größerer Teil der Forschungsaktivitäten auf die Entwicklung von wasserundurchlässigen Verkapselungsmaterialien für piezoelektrische Aktoren gerichtet ist, verfolgt die Erfindung einen davon gänzlich verschiedenen Ansatz, nämlich die Reduzierung des Gehalts eines polaren Bestandteils des Kraftstoffs, z.B. des Molekülanteils von ungelöstem Wasser und/ oder des Alkoholmolekülanteils, mittels eines Molekülseparators vor dem Eintritt des Kraftstoffs in das piezoelektrische Einspritzventil.
Der Molekülseparator separiert die ungelösten Wassermoleküle bzw. die Alkoholmoleküle von dem unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs und scheidet diese ab. Das Wasser bzw. der Alkohol wird also gewissermaßen aus dem Kraftstoff herausgefiltert.
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Senkung des Wasseranteils insbesondere bei in Westeuropa erhältlichem Dieselkraftstoff von Bedeutung. Dagegen ist es beispielsweise in südamerikanischen Ländern üblich, Diesel- kraftstoff zur Senkung des Kraftstoffpreises mit Methanol zu versetzen.
Je nach Einsatzbereich des Einspritzsystems ist es durch eine entsprechende Ausgestaltung des Molekülseparators erfindungsgemäß möglich, den Molekülanteil von ungelöstem Wasser und/ oder den Alkoholmolekül- anteil soweit zu reduzieren, dass der piezoelektrische Aktor des Piezo- Injektors bei Kontakt mit dem Kraftstoff nicht beschädigt wird.
Durch die Anordnung des Molekülseparators stromaufwärts von der Pumpe findet die Reduzierung der Menge des polaren Bestandteils des Kraftstoffs bei einem vergleichsweise niedrigen Kraftstoff druck statt, wodurch sich auch bei einer vergleichsweise einfachen Separatorkonstruktion ein ausreichend effizienter Filterungsprozess erreichen lässt.
Auf diese Weise lässt sich die Menge des polaren Kraftstoffbestandteils so weit reduzieren, dass der piezoelektrische Aktor auch bei längerem Kon- takt mit dem Kraftstoff keinen Schaden nimmt. Im Ergebnis ist somit eine Haltbarkeit des piezoelektrischen Einspritzventils und folglich des Kraftstoff-Einspritzsystems insgesamt erreichbar, welche die in der Praxis gestellten Anforderungen erfüllt.
Obwohl die Reduzierung des Molekülanteils von ungelöstem Wasser und/ oder des Alkoholmolekülanteils in Kraftstoff voranstehend vor allem anhand ihrer vorteilhaften Auswirkung auf ein piezoelektrisches Einspritzventil erläutert wurde, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Kraftstoff- Einspritzsysteme mit piezoelektrischen Einspritzventilen beschränkt ist. So ist es denkbar, dass sich die erfindungsgemäße Reduzierung des Molekülanteils von ungelöstem Wasser und/ oder des Alkoholmolekülanteils in Kraftstoff sowie deren Überwachung durch den Sensor auch auf die Funktion anderer Einspritzventile, insbesondere nicht- piezoelektrischer Einspritzventile, positiv auswirkt. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die voranstehenden, sich auf Dieselkraftstoff beziehenden Ausführungen in ähnlicher Weise auch für Benzinkraftstoff gelten.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzsystems ist der Molekülseparator so ausgebildet, dass er den Anteil des polaren Bestand- teils des Kraftstoffs und insbesondere den Molekülanteil von ungelöstem Wasser und/oder den Alkoholmolekülanteil auf unter 20 ppm reduziert. Versuche haben ergeben, dass sich ein derart niedriger Wassergehalt in Dieselkraftstoff nicht negativ auf die Funktionsfähigkeit eines piezoelektrischen Aktors auswirkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Einspritzsystems ist ein Umleitungsmechanismus vorgesehen, um bereits einmal durch den Molekülseparator geströmten Kraftstoff erneut durch den Molekülseparator zu leiten.
Der Umleitungsmechanismus kann so ausgebildet sein, dass kontinuierlich ein Teilstrom des durch den Molekülseparator geströmten Kraftstoffs erneut in den Molekülseparator eingeleitet wird, um dadurch eine kontinuierliche Mehrfachfilterung zumindest eines Teils des Kraftstoffs und somit eine noch weitere Reduzierung der Menge des polaren Bestandteils zu erreichen.
Alternativ kann der Umleitungsmechanismus so ausgebildet sein, dass bereits einmal durch den Molekülseparator geströmter Kraftstoff nur dann erneut durch den Molekülseparator geleitet wird, wenn die durch einen stromabwärts von dem Molekülseparator angeordneten Sensor gemessene Menge des polaren Kraftstoffbestandteils einen vorbestimmten Schwellwert, von z.B. 20 ppm, überschreitet. Eine mehrfache Filterung des Kraftstoffs wird mit anderen Worten lediglich so lange durchgeführt, bis die Menge des überwachten polaren Bestandteils den vorbestimmten Schwellwert wieder unterschreitet.
Um eine sensorgesteuerte Umleitung des bereits einmal gefilterten Kraftstoffs zu erreichen, kann der Umleitungsmechanismus ein mit dem Sen- sor gekoppeltes Umschaltventil umfassen, welches stromabwärts von dem Sensor angeordnet ist und durch welches durch den Molekülseparator geströmter Kraftstoff in eine den Molekülseparator überbrückende By- passleitung umleitbar ist. Zur noch weiteren Erhöhung der Effizienz des Separationsprozesses kann der Molekülseparator ein mehrstufiger Separator sein oder mehrere hintereinander geschaltete identische Separatorelemente umfassen.
Ferner kann der Molekülseparator ein vollautomatisches System zur Abscheidung von Wasser und/ oder Alkohol umfassen, welches vorzugsweise eine, z.B. über ein 24V-Bordnetz des Kraftfahrzeugs versorgte, Heizung aufweist, durch die ein Einfrieren des abgeschiedenen Wassers bei niedrigen Außentemperaturen verhindert werden kann. Das System kann bei- spielsweise mehrere nacheinander geschaltete Separatoren umfassen, die in einem Kaskadenmodus arbeiten.
Grundsätzlich kann die Reduzierung der Menge des polaren Kraftstoffbestandteils auf einer chemischen und/ oder physikalischen Absorption von Molekülen des polaren Bestandteils beruhen oder durch eine selektive Membran erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Molekülseparator ein poröses Medium auf, welches den polaren Bestandteil, nicht aber den unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs absorbiert. Das poröse Medium kann beispielsweise ein Silikatschichtsystem umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Molekülseparator eine, z.B. planare oder röhrenförmige, selektive Membran auf. Die Membran kann ein Membranenpaar bestehend aus einer Kationen- und einer Anio- nenaustauschmembran umfassen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzsystems, welches für den westeuropäischen Markt ausgelegt ist.
Bei dem in der Figur dargestellten Einspritzsystem handelt es sich um ein Common-Rail-System zur Einspritzung von Dieselkraftstoff in einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor. Der Dieselmotor des gezeigten Ausführungsbeispiels weist vier Zylinder auf, die Anzahl der Zylinder kann aber auch an- der s gewählt sein.
Jedem Zylinder ist ein Einspritzventil 10 zugeordnet, welches die Zufuhr von Kraftstoff in den Zylinder steuert. Bei den Einspritzventilen 10 handelt es sich um piezoelektrische Einspritzventile, so genannte Piezo- Injektoren, die mittels eines piezoelektrischen Aktors geöffnet bzw. geschlossen werden, welcher im Strömungsweg des Kraftstoffs angeordnet und somit dem Kraftstoff direkt ausgesetzt ist.
Über eine Kraftstoffleitung 12 wird den Einspritzventilen 10 Dieselkraft- stoff aus einem Kraftstofftank 14 zugeführt. Der Kraftstofftank 14 ist mit in Westeuropa erhältlichem Dieselkraftstoff befüllt, welcher einen vergleichsweise hohen Wassergehalt von typischerweise etwa 200 ppm aufweist.
Da die piezoelektrischen Aktoren dem Kraftstoff direkt ausgesetzt sind, können im Kraftstoff enthaltene ungelöste Wassermoleküle eine Verkapse- lung der piezoelektrischen Aktoren durchdringen und die Aktoren beschädigen. Zum Schutz der piezoelektrischen Aktoren vor Wasser ist in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gesehen stromabwärts von dem Tank ein Wassermolekülseparator 16 in der Kraftstoffleitung 12 angeordnet, durch welchen der Molekülanteil von ungelöstem Wasser im Kraftstoff auf unter 20 ppm reduzierbar ist. Ein derart niedriger Wassergehalt ist für die piezoelektrischen Einspritzventile 10 unschädlich.
Durch den Wassermolekülseparator 16 werden die ungelösten Wassermoleküle von dem unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs separiert und gewissermaßen aus dem Kraftstoff herausgefiltert. Die Reduzierung des Wassergehalts kann beispielsweise auf einer chemischen und/ oder physikalischen Absorption von Wassermolekülen beruhen oder mittels einer selek- tiven Membran erfolgen.
Stromabwärts von dem Wassermolekülseparator 16 ist ein Sensor 18 angeordnet, welcher den Wassergehalt des durch den Separator 16 geströmten Kraftstoffs überwacht. Überschreitet der durch den Sensor 18 detek- tierte Wassergehalt des gefilterten Kraftstoffs einen vorbestimmten
Schwellwert, z.B. von 20 ppm, so aktiviert der Sensor ein stromabwärts von dem Sensor 18 in der Kraftstoffleitung 12 angeordnetes Umschaltventil 20, um den Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 12 in eine Bypassleitung 22 umzuleiten.
Die Bypassleitung 22 ist an ihrem einen Ende mit dem Umschaltventil 20 und an ihrem anderen Ende stromaufwärts von dem Molekülseparator 16 mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden, und zwar in einem zwischen dem Molekülseparator 16 und dem Kraftstofftank 14 gelegenen Abschnitt der Kraftstoffleitung 12.
Gefilterter Kraftstoff mit einem den vorbestimmten Schwellwert überschreitenden Wassergehalt wird also über die Bypassleitung 22 zurückgeführt und erneut durch den Molekülseparator 16 geleitet. Der Wasserse- parationsprozess wird so oft wiederholt, bis der aus dem Molekülseparator 16 austretende Kraftstoff einen Wassergehalt aufweist, der den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
Durch den Molekülseparator 16 gefilterter Kraftstoff, dessen Wassergehalt in einem zulässigen Bereich liegt, passiert das Umschaltventil 20 und wird durch die Kraftstoffleitung 12 einer Hochdruckpumpe 24 zugeführt, durch welche der Druck des Kraftstoffs auf 2000 bar oder mehr erhöht wird.
Der durch die Hochdruckpumpe 24 unter Druck gesetzte Kraftstoff wird in einem Druckspeicherrohr 26 zwischengespeichert und gelangt von dort aus in die einzelnen Einspritzventile 10.
Wie bereits erwähnt wurde, ist das Einspritzsystem gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel für den westeuropäischen Markt und somit zur Verwendung von Dieselkraftstoff mit einem erhöhten Wassergehalt vorgesehen. Im Gegensatz dazu ist in Südamerika erhältlichem Dieselkraftstoff typischerweise Methanol beigemischt. Ähnlich wie ein erhöhter Wassergehalt beeinträchtigt auch ein erhöhter Methanolgehalt des Kraftstoffs die Funktion der piezoelektrischen Aktoren und somit der Einspritzventile 10. Entsprechend ist für den südamerikanischen Markt die Anordnung eines den Methanolmolekülanteil reduzierenden Molekülseparators zwischen dem Kraftstofftank und der Hochdruckpumpe vorgesehen.
Weist der zu verwendende Kraftstoff mehrere unterschiedliche polare Be- standteile in solchen Mengen auf, die für piezoelektrische Aktoren schädlich sind, so kann der Molekülseparator so gewählt sein, dass er alle polaren Bestandteile aus dem Kraftstoff herausfiltert, oder es wird eine Separatoranordnung aus mehreren einzelnen Separatorelementen verwendet, die jeweils einen der schädlichen Bestandteile aus dem Kraftstoff heraus- filtern. Bezugszeichenliste
Einspritzventil
Kraftstoffleitung
Kraftstofftank
Molekülseparator
Sensor
Umschaltventil
Bypassleitung
Hochdruckpumpe
Druckspeicherrohr

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoff- Einspritzsystem mit einem Einspritzventil (10), einer in einer Kraftstoffleitung (12) stromaufwärts von dem Ventil (10) angeordneten Kraftstoffpumpe (24) und einem in der Kraftstoffleitung (12) stromaufwärts von der Pumpe (24) und insbesondere zwischen der Pumpe (24) und einem Kraftstofftank (14) angeordneten MoIe- külseparator (16), durch welchen vor dem Einleiten des Kraftstoffs in die Pumpe (24) die Menge eines polaren Bestandteils des Kraftstoffs, insbesondere der Molekülanteil von ungelöstem Wasser und/ oder der Alkoholmolekülanteil, selektiv zu einem unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs reduzierbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Sensor (18) zur Messung der Menge des polaren Kraftstoffbestandteils stromabwärts von dem Molekülseparator (16) angeordnet ist.
2. Einspritzsystem nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (18) zwischen dem Molekülseparator (16) und der
Pumpe (24) angeordnet ist.
3. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Molekülseparator (16) so ausgebildet ist, dass er den Anteil des polaren Kraftstoffbestandteils auf unter 20 ppm reduziert.
4. Einspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Umleitungsmechanismus (18, 20, 22) vorgesehen ist, um bereits einmal durch den Molekülseparator geströmten Kraftstoff erneut durch den Molekülseparator (16) zu leiten.
5. Einspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Umleitungsmechanismus ein mit dem Sensor (18) gekop- peltes Umschaltventil (20) umfasst, welches stromabwärts von dem
Sensor (18) angeordnet ist und durch welches bereits einmal durch den Molekülseparator geströmter Kraftstoff in eine den Molekülseparator (16) überbrückende Bypassleitung (22) umleitbar ist.
6. Einspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Molekülseparator (16) ein mehrstufiger Molekülseparator ist oder mehrere hintereinander geschaltete separate Separatorelemente umfasst.
7. Einspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Reduzierung der Menge des polaren Kraftstoffbestandteils auf einer chemischen und/oder physikalischen Absorption von Mo- lekülen des polaren Kraftstoffbestandteils beruht oder durch eine selektive Membran erfolgt.
8. Einspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Molekülseparator (16) ein poröses Medium aufweist, wel- ches den polaren Kraftstoffbestandteil, z.B. Wasser und/ oder Alkohol, nicht aber den unpolaren Bestandteil des Kraftstoffs absorbiert.
9. Einspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das poröse Medium ein Silikatschichtsystem umfasst.
10. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Molekülseparator (16) eine, z.B. planare oder röhrenförmige, selektive Membran aufweist.
11. Einspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Membran ein Membranenpaar bestehend aus einer Kationen- und einer Anionenaustauschmembran umfasst.
12. Einspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (18) mindestens zwei gleichartige Messelemente umfasst.
13. Einspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (18) mindestens zwei unterschiedliche Messelemente umfasst.
14. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (18) ein einzelnes Messelement aufweist.
PCT/EP2006/007898 2005-08-09 2006-08-09 Kraftstoff-einspritzsystem Ceased WO2007017276A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008525481A JP2009504963A (ja) 2005-08-09 2006-08-09 燃料噴射システム

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05017332.7 2005-08-09
EP05017332A EP1752651A1 (de) 2005-08-09 2005-08-09 Kraftstoff-Einspritzsystem
EP06014945A EP1752652A1 (de) 2005-08-09 2006-07-18 Kraftstoff-Einspritzsystem
EP06014945.7 2006-07-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007017276A1 true WO2007017276A1 (de) 2007-02-15

Family

ID=37027596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/007898 Ceased WO2007017276A1 (de) 2005-08-09 2006-08-09 Kraftstoff-einspritzsystem

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1752652A1 (de)
JP (1) JP2009504963A (de)
WO (1) WO2007017276A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0311162A2 (de) * 1987-10-09 1989-04-12 Separation Dynamics Inc Brennstoffzufuhrsystem
US5149433A (en) * 1991-08-05 1992-09-22 Desalination Systems, Inc. Method and apparatus for supply of decontaminated fuel to diesel engine
DE10158547A1 (de) * 2000-11-30 2002-06-06 Denso Corp Brennkraftmaschinen-Kraftstoffeinspritzsystem
US20040004039A1 (en) * 2000-03-30 2004-01-08 Warner Timothy Neal Molecule separation device and method combining multiple filtration media

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11107782A (ja) * 1997-10-02 1999-04-20 Hino Motors Ltd 分配型燃料噴射ポンプの制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0311162A2 (de) * 1987-10-09 1989-04-12 Separation Dynamics Inc Brennstoffzufuhrsystem
US5149433A (en) * 1991-08-05 1992-09-22 Desalination Systems, Inc. Method and apparatus for supply of decontaminated fuel to diesel engine
US20040004039A1 (en) * 2000-03-30 2004-01-08 Warner Timothy Neal Molecule separation device and method combining multiple filtration media
DE10158547A1 (de) * 2000-11-30 2002-06-06 Denso Corp Brennkraftmaschinen-Kraftstoffeinspritzsystem

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009504963A (ja) 2009-02-05
EP1752652A1 (de) 2007-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2206897B1 (de) Fördereinrichtung für ein SCR-System
DE19604552B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
DE112007002802T5 (de) Brennstoff-Zufuhrsystem
DE10302057B4 (de) Verdampfungseinheit für einen Kraftstofffilter
DE102019211372B4 (de) Verfahren zum Überwachen eines Brennstoffzufuhrsystems einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens
WO2007017276A1 (de) Kraftstoff-einspritzsystem
DE102007004347A1 (de) Brennstoffzellensystem mit Sensor zur Erfassung von Druckschwankungen in einem Fluidversorgungsstrang
EP1752651A1 (de) Kraftstoff-Einspritzsystem
DE19622176C1 (de) Überwachungseinrichtung für einen Kraftstoffilter
DE102008000222A1 (de) Drucksensor und Druckregelungssystem
EP3548731B1 (de) Kraftstoffversorgungsanlage und kraftstoffverteilerblock
DE102016205145A1 (de) Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs
DE102013014291A1 (de) Kraftstoff-Fördersystem und Versorgungssystem, insbesondere für den Einsatz in dahingehenden Kraftstoff-Fördersystemen
DE102007044001A1 (de) Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine
DE102006053950B4 (de) Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer Druckerfassungseinheit eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
DE102017212687A1 (de) Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in eine Brennkraftmaschine
AT518169A4 (de) Vorrichtung zur wasserrückgewinnung
AT523896A1 (de) Prüfstandsystem zum Prüfen von zumindest einer Brennstoffzelle
DE102014006029C5 (de) Austragsystem
WO2019081165A1 (de) Kraftstofffiltereinrichtung für eine brennkraftmaschine
DE102011005286B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
DE102009027481A1 (de) Kraftstoffversorgungseinrichtung für Diesel-Brennkraftmaschinen und Kraftstoffeinspritzsystem
WO2024132270A1 (de) Druckregeleinrichtung für ein brennstoffversorgungssystem zur versorgung einer brennkraftmaschine mit gasförmigem brennstoff mit wasserabscheider
EP3909666A1 (de) Vorrichtung zum filtern und trennen von strömungsmedien mittels membranen
EP2478196B1 (de) Anordnung und verfahren zum betreiben einer abgasnachbehandlungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008525481

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06763025

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1