WO2018162187A1 - Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein kraftfahrzeug, mit mindestens einem kraftstofftank - Google Patents

Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein kraftfahrzeug, mit mindestens einem kraftstofftank Download PDF

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Dirk SCHNITTGER
Markus Viereck
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M37/0064—Layout or arrangement of systems for feeding fuel for engines being fed with multiple fuels or fuels having special properties, e.g. bio-fuels; varying the fuel composition

Definitions

  • Fuel supply device in particular for a motor vehicle, with at least one fuel tank
  • the present invention relates to a fuel supply device, in particular for a motor vehicle, with at least one fuel tank, which is divided into at least one liquid fuel main tank area for storing the fuel and a demarcated therefrom Vorhell Scheme to ensure an uninterruptible pump supply, from which a fuel pump fuel for an internal combustion engine sucks, wherein in the fuel tank Umpumpsch for filling the Vorhellrios are arranged with originating from the main tank area fuel via a Umphillltechnisch. Furthermore, the invention also relates to a fuel supply system for an internal combustion engine of a motor vehicle, with such
  • Fuel supply device is equipped.
  • the fuel natural gas such as methane
  • the fuel tank pressure is for methane
  • a fuel supply device for liquefied natural gas as a fuel has to meet special requirements, which are taken into account by the present invention.
  • Fuel supply device which, however, is designed for conventional fuels.
  • the fuel supply device comprises a fuel tank, a fuel delivery pump arranged in a delivery or swirl pot, a suction jet pump for conveying fuel into the delivery or swirl pot and means for controlling the fuel delivery by the suction jet pump, on the one hand the energy consumption by the promotion of fuel in the conveyor - Or swirl pot to reduce, on the other hand, however, always ensure a supply of the internal combustion engine with fuel in dynamic driving conditions.
  • a control means arranged in a conveyor or swirl pot control valve is provided that the fuel delivery in
  • the production or swirl pot forms a pre-filling area of the fuel tank which is separated from the main tank area and which is kept at a high level by the suction jet pump in order to ensure uninterrupted pumping of the fuel delivery pump with fuel for the internal combustion engine. Otherwise, a low level of fuel in the fuel tank would cause, especially in heavy vehicle inclinations or acceleration phases of the
  • Liquid level of fuel is not far enough above the
  • Ansaugstutzens the fuel pump is located so that the necessary Inflow height is below the fuel pump.
  • the prefilling area of the fuel tank designed here as a conveyor or swirl pot avoids this disadvantage.
  • the piping of the suction jet pump for generating the delivery flow of the suction jet pump and the valve technology required for the control requires a fairly high component cost.
  • a suction jet pump inherently has a relatively poor efficiency.
  • the electric drive of the tank pump usually an electric motor
  • the electric drive of the tank pump can be arranged both inside the fuel tank and outside of the fuel tank.
  • a safe electrical connection is to be introduced into the fuel tank; in the latter case, the motor and pump components are to be connected to one another by a rotary feedthrough through the fuel tank wall. All of these resulting structural requirements increase the technical complexity accordingly.
  • Prefill area are achieved compared to the main tank area of the fuel tank.
  • the invention includes the technical teaching that as Umpumpsch for filling the Vorglallrioss a fuel tank one of the
  • a pumping unit is understood as meaning a fluid-technical unit which has an inner pump chamber that can be varied by the drive and that is operated according to the pumping principle.
  • the invention provides a technical teaching, whereby the Vorhell Scheme a fuel tank is filled by means of a passively designed liquid pump, which is thus driven only by the use of the moving fuel outgoing flow and inertial forces.
  • the advantage of the solution according to the invention is, in particular, that it makes do without external energy supply into the fuel tank.
  • the purely mechanical design works even at very low operating temperatures in conjunction with high operating pressures. In addition, no significant
  • the pumping unit has a check valve as the inlet valve, via which the fuel passes from the main tank area into the pumping unit.
  • the check valve may, for example, as a flap valve,
  • Ball valve, poppet valve or the like may be formed.
  • the check valve operates exclusively pressure-difference-controlled; it comes off as without an integrated return spring.
  • the pump unit according to the invention can be preferably realized according to the following preferred embodiments: According to a first preferred embodiment, the pump unit is designed in the manner of a piston-cylinder unit whose piston directly from the
  • Overpressure adjusts, which ensures the fuel delivery in the Vor Ohll Switzerland.
  • This embodiment is characterized by a particularly simple construction with few components.
  • the pumping unit is likewise designed in the manner of a piston-cylinder unit, the piston is connected to a pressure-transmitting pilot piston which has a larger piston area than the pumping piston inside the piston
  • Embodiment thus to drive the pump unit.
  • the achievable delivery height can hereby also be increased.
  • the piston is acted upon by a return spring for resetting it against the main action surface and the flow energy.
  • a return spring for resetting it against the main action surface and the flow energy.
  • the pump unit has a variable-volume pump chamber with a rigid edge region surrounding by an elastic band region, to which a pendulum mass extending into the fuel tank is attached.
  • this embodiment of the pump unit can be completely dispensed with relatively movable components which are to be dynamically sealed against each other. Therefore, this embodiment is characterized by a particularly robust construction.
  • the rigid wall portion may be formed as a kind of lid, which is surrounded by an elastomeric annular disc region, which in turn is mounted externally radially on a rigid housing wall of a pump housing.
  • the pumping unit comprises a vertically arranged in the fuel tank cylinder whose associated piston is formed in the manner of a floating piston, which by the vertical movement of the fuel in consequence of
  • the floating piston is to produce from a fuel-resistant float material or can be designed as a hollow metal or plastic body.
  • On the side of the cylinder it is preferable to provide an upper limit stop so that the piston remains guided along the cylinder stroke.
  • the transfer line connected to the pumping unit be formed between the main tank area and the prefilling area of the fuel tank as a conduit arranged inside the tank or as a channel formed on the inside of the tank on the fuel tank.
  • Um Ohll may be formed as a plastic pipe, which passes through the tank interior.
  • the transfer line is realized by a channel strip preferably produced during the production of the fuel tank, which is advantageously arranged on the tank bottom side.
  • the baffle extends from the bottom of the fuel tank and to the adjacent ones
  • the transfer line As a riser in order to transport the fuel from the pump unit, which is arranged in the main tank area of the fuel tank, over the wall edge into the prefill area.
  • a simple riser also prevents backflow of fuel into the pump chamber in a sufficient manner.
  • FIG. 1 a shows a schematic side view of a first embodiment of the invention in an initial state, a schematic side view of a first embodiment of the invention in a final state, a schematic side view of a second embodiment of the invention in an initial state, a schematic side view of a second embodiment of the invention in a final state, a schematic side view of a third embodiment of the invention, and a schematic side view of a fourth embodiment of the invention.
  • the prefill area 5 has a smaller volume compared to the main tank area 3 and serves to store the fuel 2' to ensure that there is uninterruptible pump supply.
  • a fuel delivery pump 6 is connected on the bottom side to the pre-filling region 5 of the fuel tank 1. The fuel delivery pump 6 transports the sucked fuel 2 'to a downstream combustion engine 7 for driving a - not shown - motor vehicle.
  • the bottom side of the fuel tank 1 arranged in the main tank area 3 hydraulic pump unit 10 is formed in this embodiment in the manner of a piston 11 cylinder 12 unit.
  • the piston 11 of the pump unit 10 is in this case acted upon directly by the flow energy of the fuel 2, which results from the acceleration forces acting thereon from the outside, resulting from the vehicle movement, for example
  • the pump unit 10 is further equipped with a check valve 13 as an inlet valve, via which the fuel 2 passes from the main tank area 3 into the interior of the pump unit 10.
  • a check valve 13 as an inlet valve, via which the fuel 2 passes from the main tank area 3 into the interior of the pump unit 10.
  • Pump unit 10 moves accordingly in the image display to the left (arrow).
  • the embodiment according to Figure 2a differs from the embodiment described in detail above in that the piston-cylinder unit with the cylinder 12 and a pumping piston 11 which is connected to a pressure-increasing pilot piston 15.
  • the Vorschaltkolben 15 has over the pumping piston 11 has a larger piston area. This is acted upon by the flow energy of the fuel 2.
  • Pre-filling 5 promoted.
  • the check valve 13 is closed in this case.
  • a return spring 14 serves to return the piston 11 and the pre-charge piston 15 coupled thereto.
  • Pump unit 10 on a variable volume pump chamber 16, which is generated by a ceiling-shaped rigid wall portion 17 of Pump housing 18 is surrounded by a ring-shaped elastic wall portion 19. Orthogonal to the rigid wall portion 17 is a
  • Pendulum rod 20 is attached, which has a pendulum mass 21 at its distal end.
  • the pendulum mass 21 moves due to the external acceleration forces acting on the fuel tank 1, the associated movement of the rigid wall portion 17 changes the volume of the pump space 16, thereby achieving a pumping action.
  • fuel 2 passes from the main tank area 3 via the inlet side
  • a pump unit 10 "'comprises a cylinder 12' arranged vertically in the main tank area 3 of the fuel tank 1.
  • the cup-shaped cylinder 12 'extending vertically from the bottom of the fuel tank 1 into the interior of the fuel tank 1 acts with a Piston 11 'together, which in the manner of a
  • Floating piston is formed and thus floats on the surface of the fuel 2 in the main tank area 3. Due to the vertical movement of the fuel 2 due to the vehicle movement, the pumping unit 10 "'generates a pumping action, so that the fuel 2 passes into the interior of the cylinder 12' via the inlet-side check valve 13". During a downward movement of the floating piston 11 ', a pressure is exerted on the sucked-in fuel 2, so that it leaves the outlet-side check valve 9 "and passes via the channel 9' into the pre-filling region 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank (1), der in mindestens einen flüssigen Kraftstoff (2) enthaltenen Haupttankbereich (3) zur Bevorratung des Kraftstoffes (2) und einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich (5) zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung unterteilt ist, aus dem eine Kraftstoffförderpumpe (6) Kraftstoff (2') für einen Verbrennungsmotor (7) ansaugt, wobei im Kraftstofftank (1) Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs (5) mit aus dem Haupttankbereich (3) stammenden Kraftstoff (2) über eine Umfüllleitung (9) angeordnet sind, wobei die Umpumpmittel eine von der Strömungsenergie des sich im Kraftstofftank (1) aufgrund der hierauf einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte angetriebenen Pumpeinheit (10; 10'; 10"; 10"') umfassen.

Description

Beschreibung
Titel:
Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank, der in mindestens einen flüssigen Kraftstoff enthaltenen Haupttankbereich zur Bevorratung des Kraftstoffs und einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung unterteilt ist, aus dem eine Kraftstoffförderpumpe Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor ansaugt, wobei im Kraftstofftank Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs mit aus dem Haupttankbereich stammenden Kraftstoff über eine Umfüllleitung angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, der mit einer solchen
Kraftstoffzuführeinrichtung ausgestattet ist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die
Kraftfahrzeugtechnik, konkret auf die Verbrennungsmotortechnik.
Verbrennungsmotoren werden üblicherweise mit einem Kraftstoff betrieben, der in einem zugeordneten Kraftstofftank bevorratet ist. Es ist auch denkbar, die erfindungsgemäße Lösung im Zusammenhang mit nicht-fahrzeuggebundenen, Verbrennungsmotoren einzusetzen. Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung nicht auf die Verwendung in Zusammenhang mit herkömmlichen Kraftstoffen, wie Benzin oder Dieselkraftstoff, geeignet, sondern kann insbesondere auch im Zusammenhang mit verflüssigtem Gas, sogenanntem Naturalgas (Erdgas), eingesetzt werden, das in hierfür geeignete hinreichend druckfeste und isolierte Kraftstofftanks bevorratet wird. Dieser spezielle Kraftstoff dient beispielsweise zur Direkteinblasung in den Brennraum eines Verbrennungsmotors und einer Zündung des so erzeugten Gas-Luft-Gemischs mit Hilfe von Dieselkraftstoff oder dergleichen. Als Naturalgas kommt insbesondere Erdgas zur Verwendung. Diese Art der Verbrennung zeichnet sich durch eine geringe C02-Emission sowie einen geringen Kraftstoff aufwand aus.
Der Kraftstoff Naturalgas, wie beispielsweise Methan, wird in flüssiger Form im Kraftstofftank bevorratet, wobei sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gasförmiges Naturalgas befindet. Der Tankdruck beträgt für Methan
üblicherweise zirka 3 bis 15 bar. Die Temperaturen im Tank liegen im Bereich von minus 162° Celsius bis minus 110° Celsius. Aus diesen Gründen hat insbesondere eine Kraftstoffzuführeinrichtung für verflüssigtes Naturalgas als Kraftstoff besondere Anforderungen zu erfüllen, welche von der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
Die DE 10 2011 011 167 AI offenbart eine gattungsgemäße
Kraftstoffzuführeinrichtung, welche allerdings für herkömmliche Kraftstoffe konzipiert ist. Die Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst einen Kraftstofftank, eine in einem Förder- oder Schwalltopf angeordnete Kraftstoffförderpumpe, eine Saugstrahlpumpe zur Förderung von Kraftstoff in den Förder- oder Schwalltopf sowie Mittel zur Steuerung der Kraftstoffförderung durch die Saugstrahlpumpe, um einerseits den Energieverbrauch durch die Förderung von Kraftstoff in den Förder- oder Schwalltopf zu verringern, andererseits jedoch auch in dynamischen Fahrzuständen immer eine Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff sicherzustellen. Hierfür ist als Steuermittel ein im Förder- oder Schwalltopf angeordnetes Steuerventil vorgesehen, dass die Kraftstoffförderung in
Abhängigkeit vom Kraftstoffpegel im Förder- oder Schwalltopf steuert.
Bei dieser technischen Lösung bildet der Förder- oder Schwalltopf einen vom Haupttankbereich abgegrenzten Vorfüllbereich des Kraftstofftanks, welcher durch die Saugstrahlpumpe auf einen hohen Füllstand gehalten wird, um eine unterbrechungsfreie Pumpenversorgung der Kraftstoffförderpumpe mit Kraftstoff für den Verbrennungsmotor sicherzustellen. Ansonsten würde ein niedriger Füllstand an Kraftstoff im Kraftstofftank dazu führen, dass insbesondere bei starken Fahrzeugneigungen oder Beschleunigungsphasen der
Flüssigkeitsspiegel an Kraftstoff nicht mehr weit genug oberhalb des
Ansaugstutzens der Kraftstoffförderpumpe liegt, so dass die notwendige Zulaufhöhe zur Kraftstoffförderpumpe unterschritten wird. Der hier als Förderoder Schwalltopf ausgebildete Vorfüllbereich des Kraftstofftanks vermeidet diesen Nachteil. Allerdings erfordert die Verrohrung der Saugstrahlpumpe zur Erzeugung des Förderstroms der Saugstrahlpumpe sowie die zur Steuerung erforderliche Ventiltechnik einen recht hohen Bauteilaufwand. Andererseits kann nicht unter allen Umständen sichergestellt werden, dass die an sich recht robuste Saugstrahlpumpe auch für sehr niedrige Temperaturbereiche bei Kraftstofftanks für Naturalgas zuverlässig arbeitet, insbesondere unter siedenden Bedingungen. Ferner besitzt eine Saugstrahlpumpe prinzipbedingt einen relativ schlechten Wirkungsgrad.
Daneben gehen aus dem allgemein bekannten Stand der Technik auch technische Lösungen hervor, bei denen das Umpumpen von flüssigem Kraftstoff aus einem Haupttankbereich in einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich eines Kraftstofftanks mit einer elektrisch angetriebenen Tankpumpe durchgeführt wird.
Dabei kann der elektrische Antrieb der Tankpumpe, meist ein Elektromotor, sowohl innerhalb des Kraftstofftanks als auch außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein. Ersterenfalls ist eine sichere elektrische Verbindung in den Kraftstofftank hineinzuführen; letzterenfalls sind die Komponenten Motor und Pumpe mit einer Drehdurchführung durch die Kraftstofftankwandung miteinander zu verbinden. All diese hieraus resultierenden baulichen Erfordernisse erhöhen den technischen Aufwand entsprechend.
Ferner gehen aus dem allgemein bekannten Stand der Technik auch robuste rein mechanische Lösungen zur Befüllung eines Vorfüllbereichs eines Kraftstofftanks hervor, welche sich beispielsweise eines Rückschlagventils, vorzugsweise einer Schwenkklappe bedienen, welche in die Trennwand zwischen Haupttankbereich und Vorfüllbereich des Kraftstofftanks eingesetzt ist und nur in Fließrichtung zum Vorfüllbereich hin einen Durchlass öffnet. Der Wirkungsgrad derartiger Systeme ist jedoch recht gering, insbesondere können hiermit keine hohen Füllstände im
Vorfüllbereich gegenüber dem Haupttankbereich des Kraftstofftanks erzielt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Kraftstoffzuführeinrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit geringem technischen Aufwand eine zuverlässige Befüllung eines Vorfüllbereichs eines Kraftstofftanks mit einem hohen Füllstand ermöglicht wird, wobei diese technische Lösung insbesondere für Naturalgastanks als Kraftstofftanks geeignet ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Kraftstoffzuführeinrichtung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines die Kraftzuführeinrichtung umfassenden Kraftstoffversorgungssystems wird auf Anspruch 14 verwiesen. In abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass als Umpumpmittel zur Befüllung des Vorfüllbereichs eines Kraftstofftanks eine von der
Strömungsenergie des sich im Kraftstofftank aufgrund der hierauf im Fahrbetrieb einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte angetriebene Pumpeinheit vorgesehen ist.
Als Pumpeinheit wird hierbei ein fluidtechnisches Aggregat verstanden, welches einen durch den Antrieb variierbaren inneren Pumpenraum aufweist, der nach dem Pumpprinzip betrieben wird. Mit anderen Worten bietet die Erfindung eine technische Lehre an, womit der Vorfüllbereich eines Kraftstofftanks mittels einer passiv ausgestalteten Flüssigkeitspumpe befüllt wird, die also nur durch Nutzung der vom bewegenden Kraftstoff ausgehenden Strömungs- und Trägheitskräften angetrieben wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass diese ohne äußere Energiezuführung in den Kraftstofftank hinein auskommt. Der rein mechanische Aufbau funktioniert selbst bei sehr niedrigen Betriebstemperaturen in Verbindung mit hohen Betriebsdrücken. Zudem wird keine signifikante
Verlustwärme den Tankdruck erhöhen. Wegen der Anwendung des
Pumpprinzips können durch die Erzeugung von Überdrücken gegenüber der Umgebung hohe Füllstände im Vorfüllbereich des Kraftstofftanks erzeugt werden. Der stetig durch Nutzung von Steigungs- und Gefälleabschnitten oder Beschleunigungskräften während des Fahrzeugbetriebs befüllte Vorfüllbereich ermöglicht über einen längeren Zeitraum optimale Zulaufbedingungen für eine unterbrechungsfreie Pumpenversorgung der Kraftstoffförderpumpe, welche am Vorfüllbereich des Kraftstofftanks angeschlossen ist oder auch hierin angeordnet sein kann. Ein Abreißen der Pumpenförderung aufgrund eines trägheitsbedingten
Zurückschwappens von Kraftstoff im Kraftstofftank wird wirkungsvoll verhindert. Hierdurch vergrößert sich das nutzbare Tankvolumen und damit die vom
Kraftfahrzeug bewältigbare Reichweite. Vorzugsweise weist die Pumpeinheit ein Rückschlagventil als Einlassventil auf, über welches der Kraftstoff aus dem Haupttankbereich in die Pumpeinheit hinein gelangt. Das Rückschlagventil kann beispielsweise als Klappenventil,
Kugelventil, Tellerventil oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise arbeitet das Rückschlagventil ausschließlich druckdifferenzgesteuert; es kommt als ohne integrierte Rückstellfeder aus.
Die erfindungsgemäße Pumpeinheit lässt sich vorzugsweise gemäß der folgenden bevorzugten Ausführungsformen realisieren: Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpeinheit nach Art einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, deren Kolben direkt von der
Strömungsenergie des Kraftstoffs beaufschlagt ist. Hierfür wirkt die
Strömungsenergie des Kraftstoffs auf die Kolbenaußenseite und bewirkt damit eine Verringerung des Volumens des Pumpenraums, wodurch sich ein
Überdruck einstellt, welcher die Kraftstoffförderung in den Vorfüllbereich gewährleistet. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ein besonders einfachen Aufbau mit wenigen Bauelementen aus.
Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpeinheit zwar ebenfalls nach Art einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, der Kolben wird jedoch mit einem druckübersetzenden Vorschaltkolben verbunden, der eine größere Kolbenfläche aufweist, als der pumpende Kolben innerhalb des
Zylinders, und der von der Strömungsenergie des Kraftstoffs beaufschlagt ist. Gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform wird hierdurch ein höherer Wirkungsgrad der Pumpeinheit mit einfachen technischen Mitteln erzielt. Ein recht geringer Betrag an Strömungsenergie reicht bei dieser zweiten
Ausführungsform also aus, um die Pumpeinheit anzutreiben. Die erreichbare Förderhöhe kann hiermit zudem vergrößert werden.
Gemäß einer die erfindungsgemäße Pumpeinheit nach der ersten und zweiten Ausführungsform verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Kolben von einer Rückstellfeder zur Rückstellung desselben entgegen der Hauptwirkungsfläche und der Strömungsenergie beaufschlagt wird. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Pumpeinheit vergrößert, da eine Kolbenrückstellung nicht abhängig ist von einer entgegen der Hauptwirkungsfläche und der
Pumpeinheit vorhandenen Strömungsenergie.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Pumpeinheit einen volumenvariablen Pumpenraum mit einem von einem elastischen Bandbereich umgebenden starren Randbereich aufweist, an dem eine sich in den Kraftstofftank hineinerstreckende Pendelmasse angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform der Pumpeneinheit kann auf relativ zueinander bewegbare Bauteile, welche gegeneinander dynamisch abzudichten sind, vollständig verzichtet werden. Daher zeichnet sich diese Ausführungsform durch einen besonders robusten Aufbau aus. Der starre Wandbereich kann als eine Art Deckel ausgebildet sein, der von einem elastomeren Ringscheibenbereich umgeben ist, welcher wiederum außenradial an einer starren Gehäusewandung eines Pumpengehäuses angebracht ist. Eine solche Baueinheit kann
beispielsweise spritzgießtechnisch erzeugt werden.
Gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Pumpeinheit einen vertikal im Kraftstofftank angeordneten Zylinder umfasst, dessen zugeordneter Kolben nach Art eines Schwimmkolbens ausgebildet ist, welcher durch die vertikale Bewegung des Kraftstoffs in Folge der
Fahrzeugbewegung beaufschlagt ist. Der Schwimmkolben ist dabei aus einem kraftstoffresistenten Schwimmermaterial herzustellen oder kann als hohler Metall- oder Kunststoffkörper ausgeführt werden. Seitens des Zylinders ist vorzugsweise eine obere Endlagenbegrenzung vorzusehen, damit der Kolben entlang des Zylinderhubs geführt bleibt. Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die an die Pumpeinheit angeschlossene Umfüllleitung zwischen dem Haupttankbereich und dem Vorfüllbereich des Kraftstofftanks als eine tankinnen verlaufend angeordnete Leitung oder als ein tankinnenseitig am Kraftstofftank angeformter Kanal ausgebildet ist. Ersterenfalls kann die
Umfüllleitung als Kunststoffrohrleitung ausgebildet werden, welche durch den Tankinnenraum hindurch verläuft. Letzterenfalls wird die Umfüllleitung durch einen vorzugsweise bei der Herstellung des Kraftstofftanks erzeugten Kanalzug realisiert, welcher vorteilhafterweise tankbodenseitig angeordnet ist.
Die Abgrenzung des Vorfüllbereichs des Kraftstofftanks vom Haupttankbereich kann in einfacher Weise mittels einer dazwischen angeordneten Schwallwand erfolgen, welche sich ebenfalls urformtechnisch bei der Herstellung des
Kraftstofftanks ausbilden lässt. Vorzugsweise erstreckt sich die Schwallwand vom Boden des Kraftstofftanks ausgehend und an die angrenzenden
Seitenflächen anschließend in Richtung Tankinnenraum und wahrt mit einer distalen Wandkante gegenüber der Decke des Kraftstofftanks einen Abstand A.
Zur Überwindung der Wandhöhe wird vorgeschlagen, die Umfüllleitung als Steigleitung auszubilden, um den Kraftstoff ausgehend von der Pumpeneinheit, die im Haupttankbereich des Kraftstofftanks angeordnet ist, über die Wandkante hinweg in den Vorfüllbereich zu transportieren. Eine solche einfache Steigleitung verhindert außerdem ein Rückfließen von Kraftstoff in den Pumpenraum in hinreichender Weise.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur la eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Anfangszustand, eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Endzustand, eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem Anfangszustand, eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem Endzustand, eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß Figur la beinhaltet ein Kraftstofftank 1 für flüssigen Kraftstoff 2, 2' einen Haupttankbereich 3 sowie einen hiervon durch eine Schwallwand 4 abgetrennten Vorfüllbereich 5. Der Vorfüllbereich 5 besitzt gegenüber dem Haupttankbereich 3 ein geringeres Volumen und dient der Bevorratung des Kraftstoffs 2' zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung. Hierfür ist eine Kraftstoffförderpumpe 6 bodenseitig am Vorfüllbereich 5 des Kraftstofftanks 1 angeschlossen. Die Kraftstoffförderpumpe 6 transportiert den angesaugten Kraftstoff 2' zu einem nachgeschalteten Verbrennungsmotor 7 zum Antrieb eines - nicht weiter dargestellten - Kraftfahrzeuges.
Die Kraftstoffförderpumpe 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor 8 angetrieben, der sich - wie auch die Kraftstoffförderpumpe 6 - außerhalb des Kraftstofftanks 1 befindet.
Zur Befüllung des Vorfüllbereichs 5 des Kraftstofftanks 1 dient eine Umfüllleitung 9, die in diesem Ausführungsbeispiel als eine Steigleitung ausgebildet ist und den Kraftstoff 2 von einer hydraulischen Pumpeinheit 10 über die obere
Wandkante der Schwallwand 4 hinweg in den Vorfüllbereich 5 umpumpt. Die bodenseitig des Kraftstofftanks 1 im Haupttankbereich 3 angeordnete hydraulische Pumpeinheit 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nach Art einer Kolben 11- Zylinder 12- Einheit ausgebildet. Der Kolben 11 der Pumpeinheit 10 ist hierbei direkt von der Strömungsenergie des Kraftstoffs 2 beaufschlagt, welche aus den hierauf von außen her einwirkenden Beschleunigungskräften resultiert, die durch die Fahrzeugbewegung entsteht, beispielsweise
Beschleunigung/Verzögerung und Steigungsfahrl Gefällefahrt. Dies bewirkt ein hin- und herschwappen des Kraftstoffs 2, 2' im Kraftstofftank 1, woraus die mechanische Betätigungsenergie für den Kolben 11 gewonnen wird.
Die Pumpeinheit 10 ist ferner mit einem Rückschlagventil 13 als Einlassventil ausgestattet, über welches der Kraftstoff 2 aus dem Haupttankbereich 3 in den Innenraum der Pumpeinheit 10 gelangt. In Folge einer von außen aufgrund der vorstehend beschriebenen Ereignisse induzierten Beschleunigung nach rechts zuzüglich der Bilddarstellung (Pfeil) schwappt der im Haupttankbereich 3 enthaltene Kraftstoff 2 sowie auch der im Vorfüllbereich 5 enthaltene Kraftstoff 2' in der Bilddarstellung nach links und damit gegen den Kolben 11 der
Pumpeinheit 10. Der innerhalb der Pumpeinheit 10 durch das Rückschlagventil 13 eingeschlossene Volumen an Kraftstoff 2 wird durch die auf den Kolben 11 wirkende Trägheitskraft unter Druck gesetzt. Bei ausreichend hohem Druck im Zylinder 12 der Pumpeinheit 10 wird der Kraftstoff 2 über die Umfüllleitung 9 in den Vorfüllbereich 5 des Kraftstofftanks 1 gefördert. Der Kolben 11 der
Pumpeinheit 10 bewegt sich dabei entsprechend in der Bilddarstellung nach links (Pfeil).
Bei einer in Figur lb illustrierten von außen in der Bildstellung nach links einwirkenden Beschleunigung (Pfeil) schwappt der Kraftstoff 2 und 2' aufgrund der Trägheit in der Bilddarstellung nach rechts. Mittig der Strömungskräfte und unterstützt durch eine schwache Rückstellfeder 14, die in den Zylinder 12 der Pumpeinheit 10 untergebracht ist und innenseitig am Kolben 11 zur Anlage kommt, wird dieser zurückgestellt. Somit kann Kraftstoff 2 aus dem
Haupttankbereich 3 wieder über das Rückstellventil 13 in die Pumpeinheit 10 einströmen. Mit Herstellung dieser Pumpbereitschaft kann ein neuer Pumpzyklus beginnen. Die übrigen nicht bezeichneten Bauteile entsprechen den Bauteilen der vorrandstehenden Figur la, was sinngemäß auch für die nachfolgende
Figurenbeschreibung gilt.
Die Ausführungsform nach Figur 2a unterscheidet sich von der vorstehend detaillierten beschriebenen Ausführungsform dahingehend, dass die Kolben- Zylinder- Einheit mit dem Zylinder 12 und einen pumpenden Kolben 11 umfasst, der mit einem druckübersetzenden Vorschaltkolben 15 verbunden ist. Der Vorschaltkolben 15 weist gegenüber dem pumpenden Kolben 11 eine größere Kolbenfläche auf. Diese wird von der Strömungsenergie des Kraftstoffs 2 beaufschlagt.
Bei der darstellten äußeren Beschleunigung nach rechts schwappt der Kraftstoff 2 aufgrund der Trägheit nach bildseitig links gegen die Außenseite des
Vorschaltkolbens 15 (Pfeil). Der hiermit axial beabstandet verbundene kleinere pumpende Kolben 11 wird durch die auf den Vorschaltkolben 15 wirkende Trägheitskraft unter Druck gesetzt. Bei ausreichend hohem Druck wird der Kraftstoff 2 über die Umfüllleitung 9 vom Haupttankbereich 3 in den
Vorfüllbereich 5 gefördert. Das Rückschlagventil 13 ist hierbei geschlossen.
Mit Hinblick auf Figur 2b schwappt der Kraftstoff 2 und 2' im Haupttankbereich 3 bzw. im Vorfüllbereich 5 bildseitig nach rechts in Folge einer äußeren
Beschleunigung nach bildseitig links (Pfeil). Hierbei drückt der Kraftstoff 2 gegen die Innenseite des Vorschaltkolbens 15 und fügt diesen nach bildseitig rechts. Zusätzlich dient eine Rückstellfeder 14 der Rückstellung des Kolbens 11 sowie den damit gekoppelten Vorschaltkolben 15.
Im Zylinder 12 der Pumpeinheit 10' fällt der Druck durch die Rückstellung des Kolbens 11 ab. Dadurch kann das Rückschlagventil 13 wieder Kraftstoff in den Innenraum des Zylinders 12 ansaugen, was zur Rückbefüllung der Pumpeinheit 10' führt.
Bei dem in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel weist die
Pumpeneinheit 10" einen volumenvariablen Pumpenraum 16 auf, der dadurch erzeugt wird, indem ein deckeiförmiger starrer Wandbereich 17 des Pumpengehäuses 18 von einem ringscheibenförmigen elastischen Wandbereich 19 umgeben ist. Orthogonal an dem starren Wandbereich 17 ist eine
Pendelstange 20 befestigt, die an ihrem distalen Ende eine Pendelmasse 21 aufweist. Bewegt sich die Pendelmasse 21 aufgrund der auf den Kraftstofftank 1 einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte, so verändert die zugeordnete Bewegung des starren Wandbereichs 17 das Volumen des Pumpenraums 16, wodurch eine Pumpwirkung erzielt wird. Bei relativer Volumenvergrößerung gelangt Kraftstoff 2 aus dem Haupttankbereich 3 über das einlassseitige
Rückschlagventil 13' in den Pumpraum 16. Bei relativer Volumenverringerung entsteht im Pumpraum 16 ein Überdruck, wodurch der sich hierin befindlichen Kraftstoff 2 über ein auslassseitiges Rückschlagventil 22 und durch einen Kanal 9' als Umfüllleitung in Richtung Vorfüllbereich 5 gelangt (Pfeil).
Gemäß des in Figur 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiels umfasst eine Pumpeinheit 10"' einen vertikal im Haupttankbereich 3 des Kraftstofftanks 1 angeordneten Zylinder 12'. Der dem sich vom Boden des Kraftstofftanks 1 vertikal in den Innenraum des Kraftstofftanks 1 erstreckende topfförmige Zylinder 12' wirkt mit einem Kolben 11' zusammen, welcher nach Art eines
Schwimmkolbens ausgebildet ist und insofern auf der Oberfläche des Kraftstoffs 2 im Haupttankbereich 3 aufschwimmt. Durch die vertikale Bewegung des Kraftstoffs 2 aufgrund der Fahrzeugbewegung erzeugt die Pumpeinheit 10"' eine Pumpwirkung, so das Kraftstoff 2 über das einlassseitige Rückschlagventil 13" in das Innere des Zylinders 12' gelangt. Bei einer Abwärtsbewegung des schwimmenden Kolbens 11' wird ein Druck auf den angesaugten Kraftstoff 2 ausgeübt, so dass dieser das auslassseitige Rückschlagventil 9" verlässt und über den Kanal 9' in den Vorfüllbereich 5 gelangt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vier vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die als Umpumpmittel dienende Pumpeinheit, auf weiche die äußeren Beschleunigungskräfte zwecks Antrieb einwirken, auch durch andere als Alternativen bekannte mechanische Antriebsmittel zu betreiben.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kraftstofftank (1), der in mindestens einen flüssigen Kraftstoff (2) enthaltenen Haupttankbereich (3) zur Bevorratung des Kraftstoffes (2) und einen hiervon abgegrenzten Vorfüllbereich (5) zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Pumpenversorgung unterteilt ist, aus dem eine
Kraftstoffförderpumpe (6) Kraftstoff (2') für einen Verbrennungsmotor (7) ansaugt, wobei im Kraftstofftank (1) Umpumpmittel zur Befüllung des
Vorfüllbereichs (5) mit aus dem Haupttankbereich (3) stammenden Kraftstoff (2) über eine Umfüllleitung (9) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umpumpmittel eine von der Strömungsenergie des sich im Kraftstofftank (1) aufgrund der hierauf einwirkenden äußeren Beschleunigungskräfte angetriebenen Pumpeinheit (10; 10'; 10"; 10"') umfassen.
2. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10; 10') ein Rückschlagventil (13) als Einlassventil umfasst, über welches der Kraftstoff (2) aus dem
Haupttankbereich (3) in die Pumpeinheit (10; 10') gelangt.
3. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10) nach Art einer Kolben (11) -Zylinder (12) -Einheit ausgebildet ist, deren Kolben (11) direkt von der
Strömungsenergie des Kraftstoffes (2) beaufschlagt ist.
4. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10') nach Art einer Kolben (11) -Zylinder (12) -Einheit ausgebildet ist, deren Kolben (11) mit einem druckübersetzenden Vorschaltkolben (15) verbunden ist, der eine größere Kolbenfläche aufweist als der pumpende Kolben (11), und der von der
Strömungsenergie des Kraftstoffes (2) beaufschlagt ist.
5. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (11) von einer Rückstellfeder (14) zur Rückstellung desselben entgegen der Hauptwirkungsrichtung der
Strömungsenergie beaufschlagt ist.
6. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10") einen volumenvariablen Pumpenraum (16) mit einem von einem elastischen Wandbereich (19) umgebenden starren Wandbereich (17) aufweist, an dem eine sich in den Kraftstofftank (1) hinein erstreckende Pendelmasse (21) angebracht ist.
7. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (10"') einen vertikal im Kraftstofftank (1) angeordneten Zylinder (12') umfasst, dessen zugeordneter Kolben (11') nach Art eines Schwimmkolbens ausgebildet ist, der durch die vertikale Bewegung des Kraftstoffs (2) beaufschlagt ist.
8. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die an die Pumpeinheit (10; 10'; 10"; 10"') angeschlossene Umfüllleitung (9; 9') als eine tankinnen verlaufend angeordnete Umfüllleitung (9) oder als ein tankinnenseitig am Kraftstofftank (1) angeformter Kanal (9') ausgebildet ist.
9. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgrenzung des Vorfüllbereichs (5) des Kraftstofftanks (1) vom Haupttankbereich (3) mittels eines eingesetzten topfförmigen Gefäßes oder einer dazwischen angeordneten Schwallwand (4) erfolgt.
10. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwallwand (4) sich vom Boden des Kraftstofftanks (1) ausgehend und an die angrenzenden Seiten anschließend in Richtung Tankinnenraum erstreckt und mit einer distalen oberen Wandkante gegenüber der Decke des Kraftstofftanks (1) einen Abstand (A) wahrt.
11. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umfüllleitung (9) als Steigleitung ausgebildet ist, um den Kraftstoff (2) ausgehend von der Pumpeinheit (10) über die obere Wandkante der Schwallwand (4) hinweg in den Vorfüllbereich (5) zu überführen.
12. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfüllbereich (5) ein kleineres
Aufnahmevolumen an Kraftstoff (2') umfasst, als der Haupttankbereich (3).
13. Kraftstoffzuführeinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofftank (1) sowie zumindest die diesem zugeordnete Kraftstoffförderpumpe (6) zur Kraftstoffspeicherung bzw. - Zuführung von Kraftstoff (2, 2') in Form von verflüssigtem Gas, insbesondere
Naturalgas, ausgebildet sind.
14. Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor (7) eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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