WO2019149567A1 - Vorrichtung und verfahren zur zuführung von wasser in eine kraftstoffhochdruckpumpe einer in einem kraftfahrzeug vorgesehenen brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Wasser in eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, wobei dem im Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegenden Kraftstoff das Wasser von einem Dosierventil gesteuert beigemengt wird, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, das Wasser zumindest aus einem Teilstück einer Zuführleitung zum Vorratsbehälter zurück zu führen. Dabei ist in Strömungsrichtung vom Vorratsbehälter zur Kraftstoffhochdruckpumpe betrachtet in der Zuführleitung ein dem Dosierventil vorgeschaltes Absperrventil vorgesehen und es ist die Zuführleitung mit einem zwischen diesen Ventilen liegenden Leitungsabschnitt ausgebildet, ihr Volumen elastisch verformbar zu verändern. Beschrieben ist ferner ein Betriebsverfahren, wobei nach Abstellen des Kraftfahrzeugs unter Bedingungen, welche ein Gefrieren der gefriergefährdeten Flüssigkeit möglich machen, und/oder anschließend an eine Abgabe dieser Flüssigkeit an die Hochdruckpumpe das Dosierventil bei geeignet stromauf desselben eingestelltem Flüssigkeitsdruck solange geöffnet wird, dass ein Teil der im vom Dosierventil zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Abschnitt der Zuführleitung befindlichen Flüssigkeit durch das Dosierventil abströmt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Zuführung von Wasser in eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährde- ten Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer insbesondere in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine, wobei dem im Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem bestimmten Druck anliegenden Kraftstoff bedarfsweise die gefriergefährdete Flüssigkeit von einem Dosierventil gesteuert beigemengt wird, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, die gefriergefährdete Flüssigkeit zumindest aus einem Teilstück einer Zuführleitung, durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter zur Kraftstoffhochdruckpumpe gelangt, zum Vorratsbehälter zurück zu führen. Ferner betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für eine Vorrichtung zur Zuführung von Wasser in eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer insbesondere in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschi- ne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Künftig wird es vermehrt Fahrzeug-Brennkraftmaschinen geben, bei denen der Verbrennung von Kraftstoff zumindest in gewissen Betriebspunkten Wasser beigemengt wird. Dieses wird vorzugsweise aus einem mitgeführten Vorratsbehälter entnommen und mittels einer Fördervorrichtung zu zumin- dest einem Einspritzventil gefördert, welches eine bestimmte Wassermenge beispielsweise in das Luftansaugsystem der Brennkraftmaschine oder in (jeweils) einen von deren Brennräumen einspritzt. Letzteres kann dadurch erfolgen, dass durch die bereits vorhandenen und den einzelnen Brennräu- men der (üblicherweise mehrzylindrigen) Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoff-Einspritzventile auch das gewünschte Wasser eingespritzt wird, und zwar in Form einer Emulsion, die in einer Kraftstoffhochdruckpumpe gebildet wird, welcher zur Verdichtung neben dem Kraftstoff und in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine auch Wasser zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ein solches letztgenanntes System zur bedarfsabhängigen oder bedarfsweisen Zufuhr von Wasser in einen oder die Brennräume einer Brennkraftmaschine.

Wenn ein mit einem derartigen System bzw. einer solchen Brennkraftmaschine ausgerüstetes Kraftfahrzeug nach Betrieb in der kalten Jahreszeit für einen Zeitraum von mehreren Stunden abgestellt wird, so könnte Wasser, welches sich noch in einer Zuführleitung zur Kraftstoffhochdruckpumpe befindet, gefrieren. Dann wäre nach Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine für eine längere Zeitspanne keine Wasserzuftihr zu deren Brennräumen möglich. Auch könnte die Zuführleitung selbst durch Eisdruck geschädigt werden. Hingegen sind geringe Wasseranteile in einer - falls überhaupt vorliegenden - Emulsion aus Kraftstoff und etwas Wasser unschädlich, da hier mit den üblichen Minustemperaturen die Gefahr des Gefrierens nicht besteht.

Zur Lösung der vorstehend genannten Problematik ist es bekannt, mit oder nach einem Abstellen des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine zumindest bedarfsweise (nämlich gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur) zumindest das in einem gewissen Bereich der Zuführleitung noch befindliche Wasser auf geeignete Weise in einen Vorratsbehälter zurück zu führen, aus welchem bei Betrieb der Brennkraftmaschine eine Fördervorrichtung bedarfsabhängig Wasser zur Kraftstoff hochdruckpumpe fördert. Beispielsweise kann für dieses Zurückführen die soeben genannte Fördervorrichtung mit umgekehrter Förderrichtung betrieben werden. Es ist jedoch nicht möglich, die Zuführleitung vollständig bis zur Kraftstoff- hochdruckpumpe hin zu entleeren, da hierbei erstens die Gefahr bestünde, dass auch Kraftstoff, welcher am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruck- pumpe jedenfalls zunächst unter einem gewissen Überdruck (gegenüber Umgebungsdruck) anliegt, zurück in den Vorratsbehälter gelangen würde, der aber hierfür nicht ausgelegt ist. Zweitens würde bei der Wiederbefüllung der Zuführleitung mit Wasser die zuvor in dieser Leitung enthaltene Luft in die Kraftstoffhochdruckpumpe gelangen, was unter keinen Umständen erfolgen darf. Nun kann man in der Zuführleitung in einer gewissen Distanz stromauf der Kraftstoffhochdruckpumpe ein Ventil vorsehen, welches vor dem Entleeren der Zuführleitung, d.h. zeitlich vor einem Zurückführen von Wasser aus der Zuführleitung in den Vorratsbehälter geschlossen wird, wobei ein solches Ventil als sog. Dosierventil, mit welchem die der Kraftstoffhochdruckpumpe zugeführte Wassermenge bestimmt werden kann, bereits (zumindest interner) Stand der Technik ist. Jedoch liegt nach Entleeren des zu diesem Ventil bzw. Dosierventii führenden Abschnitts der Zuführieitung an den beiden Seiten dieses Ventils eine nennenswerte Druckdifferenz unterschiedlicher Medien an, nämlich im zum Dosierventil führenden Abschnitt der Zuführieitung Luft unter Umgebungsdruck, und im vom Dosierventil zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Abschnitt Wasser mit im Wesentlichen dem gleichen Druck, mit dem der Kraftstoff am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegt, nämlich zunächst (d.h. direkt nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine) mit einem Druck von circa 5 bar bis 6 bar. Diese Druckdifferenz insbesondere auch unterschiedlicher Medien führt bereits nach relativ kurzer Zeit zu Leckagen, d.h. es würde Wasser durch das Dosierventil hindurch in den eigentlich entleerten Abschnitt der Zuführieitung gelangen. Dies ist unerwünscht.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ist für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vom Vorratsbehälter zur Kraftstoffhochd ruckpumpe hin betrachtet in der Zuführleitung ein dem Dosierventil vorgeschaltes Absperrventil vorgesehen ist und dass die Zuführleitung mit einem zwischen diesen beiden Ventilen liegenden Leitungsabschnitt ausgebildet ist, ihr Volumen elastisch verformbar zu verändern.

Für ein Betriebsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 5 und ist dadurch gekennzeichnet, dass nach Abstellen des Kraftfahrzeugs zumindest unter Bedingungen, welche ein Gefrieren der gefriergefährdeten Flüssigkeit möglich machen, und/oder anschließend an eine Abgabe dieser Flüssigkeit an die Hochdruckpumpe das Dosierventil bei geeignet stromauf desselben eingestelltem Flüssigkeitsdruck solange geöffnet wird, dass ein Teil der im vom Dosierventil zur Kraftstoffhochd ruck pumpe führenden Abschnitt der Zuführleitung befindlichen Flüssigkeit durch das Dosierventil abströmt.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der jeweiligen Unteran sprüche.

Vorgeschlagen wir zunächst, dem bereits vorhandenen Dosierventil ein weiteres Ventil funktional vorzuschalten, welches als Absperrventil, genauer als Motor-Absperrventil bezeichnet wird, da es sich relativ nahe an der Brennkraftmaschine, also dem Motor (Antriebsmotor) des Kraftfahrzeugs befindet. Mit einer solchen Reihenschaltung zweier Ventile wird die Wahrscheinlichkeit einer Leckage bei abgestellter Brennkraftmaschine (bzw. bei abgestelltem Kraftfahrzeug) minimiert, da geringe Flüssigkeitsmengen, die durch das Dosierventil hindurch in den Leitungsabschnitt (der Zuführleitung) zwischen dem Dosierventil und dem Absperrventil gelangen, auf jeden Fall vom Absperrventil zurückgehalten werden. Allerdings könnte bei in kalter Umgebung abgestelltem Kraftfahrzeug das sich in diesem Leitungsabschnitt befindende Wasser gefrieren, so dass dieser Leitungsabschnitt durch den sich dann bildenden Eisdruck gefährdet wäre und zerstört werden könnte. Um dies zu verhindern ist dieser besagte Leitungsabschnitt der Zuführleitung (zwischen Absperrventil und Dosierventil) derart ausgebildet, dass er sein Volumen in einem gewissen zur Volumenvergrößerung des darin befindlichen Wassers bei Eisbildung erforderlichen Ausmaß vergrößern kann, und zwar in elastischer Weise, d.h. dass sich ein aufgrund von Eisbildung vergrößertes Volumen dieses Leitungsabschnittes nach Schmelzen des Eises wieder auf das ursprüngliche Maß reduziert. Eine besonders vorteiihaf- te Ausgestaltung hierfür wird an späterer Stelle beschrieben; zunächst jedoch sei ein insbesondere mit einer soweit beschriebenen Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise ausführbares Betriebsverfahren beschrieben:

Demnach kann dann, wenn ein Zurückführen von gefriergefährdeter Flüssigkeit bzw. Wasser in den Vorratsbehälter (insbesondere wegen eines Stillsetzens des Kraftfahrzeugs) beabsichtigt ist, zunächst im besagten Leitungsabschnitt der Zuführleitung zwischen dem Motor-Absperrventil und dem bereits geschlossenen Dosierventil ein bestimmter Flüssigkeitsdruck aufgebaut werden, damit nach Schließen des Absperrventils in diesem Leitungsabschnitt ein Flüssigkeits-Überdruck gegenüber Umgebungsdruck vorliegt, was mögliche Leckagen über das Dosierventil bestmöglich bzw. sicher verhindert. Zwar besteht dann ein Druckgefälle zwischen den beiden Seiten des Absperrventils, jedoch kann ein einfaches Absperrventil, welches nur eine Offenposition und eine Schließposition einnehmen kann, wesentlich sicherer dicht absperren, als dies bei einen Dosierventil, welches entweder beliebige Zwischenpositionen einnehmen kann oder im Taktbetrieb arbeitet, der Fall ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der wie vorstehend beschrieben im besagten Leitungsabschnitt dargestellte Flüssigkeitsdruck betragsmäßig unterhalb des am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegen- den Kraftstoffdrucks liegt. Dann nämlich kann insbesondere in Verbindung mit einem Entleeren der Zuführleitung in einem Teilstück stromauf (d.h. vom Vorratsbehälter in Richtung des Motor-Absperrventils betrachtet) des Motor- Absperrventils - jedoch ausdrücklich nicht auf ein solches Entleeren beschränkt - nach Schließen dieses Absperrventils das Dosierventil kurzzeitig geöffnet werden. Damit gelangt aufgrund des Druckgefälles zwischen dem am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegen- den Kraftstoffdruck und dem im besagten Leitungsabschnitt herrschenden Wasserdruck eine gewisse Menge von Wasser durch das geöffnete Dosierventil hindurch in den besagten Leitungsabschnitt. Als Folge hiervon verschiebt sich eine im vom Dosierventil zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Abschnitt der Zuführleitung vorliegende Trennfläche zwischen Wasser und Kraftstoff um ein gewisse Länge zum Dosierventil hin. Diese Trennfläche, welche im folgenden Absatz erläutert wird, soll aber noch vom Dosierventil beabstandet bleiben, was durch ein rechtzeitiges Schließen des Dosierventils gewährleistet wird. Falls dann nach gewisser Zeit das Wasser in diesem Abschnitt der Zuführleitung gefriert, so kann die aus der Eisbildung resultierende Volumenvergrößerung einfach durch Verdrängung von etwas Kraftstoff aufgenommen werden, wobei zum Zeitpunkt des vorhergehend beschriebenen Schließens des Dosierventils die besagte Trennfläche soweit von der Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. deren Eingangsbereich beabstandet sein sollte, dass nach Eisbildung im Eingangsbereich der Kraftstoffhoch- druckpumpe immer noch Kraftstoff (und kein Wasser bzw. Eis) vorliegt.

Nun kurz auf die genannte Trennfläche eingehend kann die Zuführung von Wasser in den Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe relativ einfach gestaltet sein, nämlich indem - vereinfacht gesagt - die Zuführleitung für Wasser über ein T-Stück in die Kraftstoffleitung mündet, Vorzugs- weise nur wenig vor dem Übergang der Kraftstoffleitung in die Kraftstoff hochdruckpumpe. Damit trifft das Wasser aus der Zuführleitung auf den Kraftstoff in der Kraftstoffleitung, jedoch vermengen sich bekanntlich diese beiden Flüssigkeiten (und insbesondere im Falle von Benzin) nicht miteinan- der, so dass sich eine Trennfläche zwischen Kraftstoff und Wasser ausbildet. Die Anordnung der genannten Leitungen und insbesondere auch die Höhe des Druckes, mit welchem die beiden vorliegenden Flüssigkeiten (Wasser und Kraftstoff) beaufschlagt werden, wird so getroffen, dass sich die besagte Trennfläche im Falle dass kein Wasser in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, im vom Dosierventil zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Abschnitt der Wasser-Zuführleitung befindet. Wenn hingegen Wasser mit Kraftstoff zusammen eingespritzt werden soll, wird der Druck des durch das dann offene Dosierventil herangeführten Wassers geeignet erhöht, bis er geringfügig über dem (am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegenden) Kraftstoffdruck liegt.

Weiter oben - vor der Erläuterung der Trennfläche - wurde beschrieben, wie sichergestellt wird, dass ein Gefrieren des vom Dosierventil zur Kraftstoff hochdruckpumpe führenden Abschnitts der Zuführieitung befindlichen Wassers keinen Schaden verursacht insbesondere gilt es dabei, jegliche Gefahr einer Schädigung der Kraftstoffhochdruckpumpe zu vermeiden. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass dieses durch kurzzeitiges Öffnen des Dosierventils erfolgte Ableiten von Wasser (und das damit einher gehende Verschieben der besagten Trennfläche zwischen Wasser und Kraftstoff) keineswegs ein dem Dosierventil vorgeschaltetes Absperrventil erfordert. Ist jedoch ein solches - wie erläutert wurde - insbesondere wegen möglicher Dichtheitsprobleme des Dosierventils vorhanden, so ist auch ein Einfrieren des sich im Leitungsabschnitt zwischen dem Dosierventil um dem Absperrventil befindenden Wassers unproblematisch, da hierfür die bereits kurz erwähnte Ausgestaltung mit elastisch verformbarer Volumenverände- rung vorgesehen ist, weiche an späterer Stelle weiter erläutert wird. Im Übrigen kann für eine Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine der weiter oben genannte Abschnitt der Zuführleitung zwischen dem Dosierventil und Kraftstoffhochdruckpumpe, welcher im realen Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug üblicherweise sehr kurz ist, einfach beheizbar ausgeführt sein, so dass Wasser, welches in diesem Abschnitt gefroren ist, einfach auftaut. Hierfür kann bereits die Abwärme der Brennkraftmaschine nach kurzer Betriebsdauer ausreichen.

Noch einmal auf die bereits beschriebene Ableitung einer geringen Wassermenge aus dem vom Dosierventil zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Abschnitt der Zuführleitung zurückkommend ist ein solche teilweise Abfuhr von Wasser nicht nur im Hinblick auf Eisbildung, d.h. ein mögliches Gefrieren des Wassers, vorteilhaft, sondern kann auch generell im An- schluss an eine Abgabe von Wasser an die Kraftstoffhochdruckpumpe durchgeführt werden, so wie dies im vorliegenden Anspruch 5 angegeben ist. Wenn sich nämlich im besagten Abschnitt der Zuführleitung (zwischen dem Dosierventil und der Kraftstoffhochdruckpumpe) eine geringere Menge von Wasser befindet, so erfährt zeitlich betrachtet auch nur eine geringere Wassermenge eine gewisse Verunreinigung aus dem an der bereits erläuterten Trennfläche mit diesem Wasser in Kontakt kommenden Kraftstoff. Obwohl keine Durchmischung von Wasser und Kraftstoff erfolgt können nämlich über diese besagte Trennfläche beispielsweise Alkohole und Salze aus dem Kraftstoff in das Wasser hinüber diffundieren. Je weniger Wasser nun im genannten Abschnitt der Zuführleitung befindet, desto weniger Wasser wird solchermaßen verunreinigt. Selbstverständlich sollte sich aber stets eine geringe Wassermenge benachbart zum Dosierventil in diesem Abschnitt befinden und selbstverständlich muss, um einen Teil des Wassers aus diesem Abschnitt über das Dosierventil abführen zu können zeitlich vorhergehend im Leitungsabschnitt zwischen dem Absperrventil und dem Dosierventil ein Wasserdruck eingestellt werden, der betragsmäßig unterhalb des im Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegenden Kraftstoffdrucks liegt. Hierfür kann die Fördervorrichtung für das Wasser geeignet betrieben werden.

Im weiteren auf den Leitungsabschnitt zwischen dem Absperrventil und dem

Dosierventil eingehend kann die elastische Verformbarkeit zur Volumenän- derung durch einen gegen die Kraft eines Federelementes verlagerbaren Wandabschnitt (des besagten Leitungsabschnitts) gebildet sein. Zur Gewährleistung gleichbleibender Elastizität auch über einen langen Zeitraum ist vorzugsweise nicht das die Wand bildende Material als solches elastisch verformbar, sondern es ist in der an sich starr und beispielsweise in einem Metallwerkstoff ausgeführten Wand des Leitungsabschnitts ein bereichsmäßig abgegrenzter Teil vorgesehen, der beispielsweise gleich einem Kolben in einem umgebenden Zylinder verlagerbar ist, um zusätzliches Volumen für die Eisbildung zu schaffen. Dafür kann der besagte Leitungsabschnitt solchermaßen gestaltet sein, dass über dem zeitlichen Verlauf des Einfrierens des darin befindliches Wassers betrachtet das Einfrieren dort, wo das durch elastische Verformung veränderbare Volumen - so beispielsweise der vorstehend genannte verlagerbare Kolben - vorgesehen ist, zeitlich zuletzt erfolgt. Ein solches sogenanntes (und dem Fachmann grundsätzlich bekanntes) gerichtetes Einfrieren ist durch örtlich geeignet unterschiedlich gewählte Wandstärken des Leitungsabschnitts darstellbar. Es kann also der Leitungsabschnitt zwischen dem Absperrventil und dem Dosierventil im Hinblick auf ein gerichtetes Einfrieren ausgebildet sein, derart, dass durch höhere Wandstärken (der Wand des Leitungsabschnittes) in einem die genannte elastische Verformung darstellenden Bereich ein Einfrieren von in diesem Bereich befindlicher Flüssigkeit zeitlich später erfolgt als in anderen Bereichen dieses Leitungsabschnitts der Zuführleitung.

An dieser Stelle sei noch ein weiterer Vorteil der Ausbildung des besagten Leitungsabschnittes mit elastisch verformbarem Volumen erwähnt, nämlich dass damit ein Druckspeicher oder Volumenspeicher zu Gewährleistung der Dichtheit des Dosierventils insbesondere bei abgestellter Brennkraftmaschine geschaffen ist. Wie bereits weiter oben ausgeführt wird im besagten

Leitungsabschnitt nach Abstellen der Brennkraftmaschine ein Flüssigkeits- bzw. Wasserdruck aufgebaut, der in der Größenordnung des zunächst an der Kraftstoffhochdruckpumpe anliegenden Kraftstoffdrucks liegt. (Wie ausgeführt wurde kann hierfür das Dosierventil bei geschlossenem Absperr ventil kurzzeitig geöffnet werden, wonach ein Teil des im vom Dosierventil zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Abschnitt der Zuführleitung in den besagten Leitungsabschnitt zwischen dem Absperrventil und dem Dosier ventil abfließt). Dann liegt auf beiden Seiten des Dosierventils der gleiche Druck an und es tritt folglich am Dosierventil keine Leckage auf. Zwar ist dann das Druckgefälle über dem Absperrventil relativ hoch, jedoch ist dessen Leckageneigung wie bereits ausgeführt wurde geringer und es kann nun vorteilhafterweise eine dennoch erfolgende Leckage über das Absperr ventil durch einen vorstehend beschriebenen Druckspeicher oder Volumen- speicher ausgeglichen werden. Ein möglicher Druckabfall im besagten Leitungsabschnitt wird dadurch zumindest zeitlich erheblich verzögert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die beigefügte einzige Figur in Form einer Prinzip-Anordnung lediglich der für das Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente oder Bestandteile, welche mit den gleichen Begriffen wie in den Erläuterungen vor der Figurenbeschreibung bezeichnet sind

Mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, welche als Antriebsaggregat eines ebenfalls nicht gezeigten Kraftfahrzeugs fungiert. Diese Kraftstoffhochdruckpumpe 1 verdichtet nicht nur den einem Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 durch eine Kraftstoffleitung 20 zugeführten und nach dieser Verdichtung der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff, sondern es kann diese Kraftstoffhochdruckpumpe 1 diesem zugeführten Kraftstoff in ausgewählten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine auch Wasser beimengen. Der Kraftstoff gelangt dabei aus einem nicht gezeigten Kraftstofftank gefördert durch eine ebenfalls nicht gezeigte sog. Vorförderpumpe durch die Kraftstoffleitung 20 unter einem Druck beispielsweise in der Größenordnung von 6 bar zum Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 1. Möglichst nahe vor der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist in der Kraftstoff leitu ng 20 ein Leitu ngs-T-Stück 28 zur Beimengung von Wasser vorgesehen.

Das bedarfsweise und insbesondere in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 zuzuführende Wasser wird einem im Kraftfahrzeug mitgeführten Vorratsbe hälter 2 mittels einer Fördervorrichtung 3a (= Pumpe), an deren Förderausgang sich eine letztlich bis zur Zuführeinrichtung 1 führende bzw in das genannte Leitungs-T-Stück 28 mündende Zuführleitung 4 anschließt, entnommen ln der Zuführleitung 4 ist sehr nahe zur Fördervorrichtung 3a und dem Vorratsbehälter 2 ein Tank-Absperrventil 3b vorgesehen. Auf dieses folgt in der Zuführleitung 4 weiter stromabwärts (in Förderrichtung der Fördervorrichtung 3a betrachtet) ein Feinfilter 5 und daraufhin bereits relativ nahe der Zuführeinrichtung 1 ein Luftabscheider 21. Ausgehend von diesem Luftabscheider 21 setzt sich die Zuführleitung 4 weiter fort zu einem der Brennkraftmaschine zugeordneten sog. Motor-Absperrventil 6a, dem ein Dosierventil 6b nachgeschaltet ist, von dem ausgehend die Zuführleitung 4 mit einem Abschnitt 4c letztlich in der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 bzw. genauer über das Leitungs-T-Stück 28 in der Kraftstoffleitung 20 mündet.

Da - wie weiter oben angegeben - der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 20 bei ca. 6 bar liegt, sollte für eine erfolgreiche Beimengung von Wasser der bei geöffnetem Dosierventil 6b am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 und somit auch der im Abschnitt 4c der Zuführleitung herrschende Wasser-Druck zumindest geringfügig oberhalb des Kraftstoffdrucks von 6 bar liegen.

Der vom Tank-Absperrventil 3b zum Motor-Absperrventil 6a führende Abschnitt der Zuführleitung 4 bzw. dieses Teilstück der Zuführleitung 4 wird im Weiteren auch als Abschnitt 4a bezeichnet, während der zwischen dem Motor-Absperrventil 6a und dem Dosierventi! 6b verlaufende Leitungsab- schnitt der Zuführleitung 4 auch als Leitungsabschnitt 4b (und vor der Figurenbeschreibung nur als „Leitungsabschnitt“) bezeichnet wird. Im Übrigen geht vom Luftabscheider 21 ein Luftleitungszweig 7 ab, der über ein Beiüftungsventil 8 und ein diesem vor- oder nachgeschaltetes Filterelement 9 in der Umgebung U mündet.

Zurückkommend auf den vorstehend genannten Leitungsabschnitt 4b ist dieser in einem Metallkörper 22 vorgesehen, der auch als Dosiermoduls 22 bezeichnet wird, welches (bzw. welcher) weiterhin eine Aufnahme für das Motor-Absperrventil 6a und eine Aufnahme für das Dosierventil 6b aufweist. Zwischen diesen beiden Ventilen 6a, 6b verläuft im Metallkörper 22 der Leitungsabschnitt 4b und es zweigt im Metallkörper 22 von diesem Leitungsabschnitt 4b zum einen eine erste zu einer Sensoreinheit 23 führende Stichleitung 24a ab und ferner eine weitere Stichleitung 24b, die zu einem im Metallkörper 22 vorgesehenen Sackloch 25 führt, in dem ein Kolben 26 verlagerbar geführt ist, welcher über ein Federelement 27 am Boden dieses Sacklochs 26 abgestützt ist. Mit der Sensoreinheit 23 kann der Druck und gegebenenfalls auch die Temperatur des im Leitungsabschnitt 4b befindlichen Wassers gemessen werden, welcher Wert oder welche Werte dann von einer nicht gezeigten elektronischen Steuer- und Recheneinheit, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb der gezeigten Vorrichtung sorgt und die insbesondere auch ein hier vorgestelltes Betriebsverfahren ausführt bzw. steuert, geeignet verarbeitet wird bzw. werden. Diese elektronische Steuer- und Recheneinheit steuert in Abhängigkeit vom Betriebszustand oder Betriebspunkt der Brennkraftmaschine die Fördervorrichtung 3a, das Tank- Absperrventil 3b, das Motor-Absperrventil 6a sowie das Motor-Dosierventil 6b und das Belüftungsventil 8 geeignet an. Dies erfolgt wie in den voriiegen- den Unterlagen beschrieben:

Bei abgestellter Brennkraftmaschine soll sich im Abschnitt 4a der Zuführlei- tung 4 kein Wasser befinden, während bei Betrieb der Brennkraftmaschine die Zuführleitung 4 vollständig mit aus dem Vorratsbehälter 2 entnommenen Wasser unter Druck bzw. Überdruck gegenüber Umgebungsdruck stehend befüllt ist. Um nun dieser genannten Anforderung gerecht zu werden, wird mit oder nach Abstellen der Brennkraftmaschine dieser Abschnitt 4a der Zuführleitung entleert, jedoch werden zuvor in verschiedenen Abschnitten der Zuführleitung 4 noch definierte Druckwerte eingestellt.

So soll im Abschnitt 4c der Zuführleitung zunächst ein Druck von circa 6 bar herrschen, d.h. ein Druck der demjenigen in der Kraftstoffleitung 20 entspricht, um - wie weiter oben bereits ausgeführt wurde - sicherzustellen, dass die beschriebene Trennfläche zwischen Kraftstoff und Wasser im Abschnitt 4c vom Dosierventil 6b beabstandet bleibt. Gemessen werden kann dieser Druck bei geöffnetem Dosierventil 6b mit der Sensoreinheit 23 und es kann, falls nicht bereits vorliegend dieser Druck durch Betrieb der Fördervorrichtung 3a bei offenen Ventilen 3b, 6a, 6b eingestellt werden. Daraufhin wird im Leitungsabschnitt 4b (zwischen dem Motor-Absperrventil 6a und dem Dosierventil 6b) ein geringerer Wasserdruck bzw. Druck von darin befindlichem Wasser eingestellt. Hierfür wird das Dosierventil 6b geschlossen und das Absperrventil 6a geöffnet und es wird bei weiterhin geöffnetem Tank-Absperrventil 3b gegebenenfalls mit geeignetem Betrieb der Fördervorrichtung 3b der mit der Sensoreinheit 23 ermittelte Druck in der Größenordnung von hier beispielsweise 3 bar eingestellt. Danach wird (auch) das Absperrventil 6a geschlossen und es wird (spätestens jetzt, gegebenenfalls auch bereits beim Einstellen des Drucks von 3 bar im Leitungsabschnitt 4b) die Fördervorrichtung 3a mit zu deren üblichem Betrieb umgekehrter Förderrichtung betrieben. Damit wird Wasser aus dem Abschnitt 4a der Zuführleitung 4 in den Vorratsbehälter 2 zurückgefördert. Damit sich dabei kein nennenswerter Unterdrück im Abschnitt 4a aufbaut, öffnet die genannte elektronische Steuer- und Recheneinheit das (zuvor geschlossene) Belüftungsventil 8, wodurch Luft aus der Umgebung U über den Luftleitungs- zweig 7 in das System bzw. in den Abschnitt 4a der Zuführleitung 4 gelangen kann. Zum Abschluss dieses soweit beschriebenen und auf ein Abstellen der Brennkraftmaschine (für einen längeren Zeitraum) folgenden Wasser- Abfuhr-Prozesses, im Rahmen dessen Wasser in den Vorratsbehälter 2 zurück gefördert wird, werden das Tank-Absperrventil 3b und das Belüftungsventil 8 geschlossen. Anschließend wird für einen relativ kurzen Zeitraum das Dosierventil 6b geöffnet. Dies hat einen Druckausgleich zwischen dem Leitungsabschnitt 4b und dem Abschnitt 4c der Zuführleitung 4 zur Folge, d.h. aus dem zwischen dem Dosierventil 4c und dem Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 liegenden Abschnit 4c gelangt etwas Wasser in den Leitungsabschnitt 4b und es wird - wie vor der Figurenbeschreibung erläutert wurde - die besagte Trennfläche zwischen Kraftstoff und Wasser im Abschnitt 4c in Richtung zum Dosierventil 6b hin geringfügig verschoben. Nach solchermaßen erfolgtem Druckausgleich wird auch das Dosierventil 6b (wieder) geschlossen.

Damit kann - wie bereits ausgeführt wurde - bei unter tiefen Umgebungs temperaturen abgestelltem Kraftfahrzeug bzw. abgestellter Brennkraftmaschine im Abschnitt 4a der Zuführleitung keine Eisbildung erfolgen, da sich darin kein Wasser befindet. Im relativ kurzen Abschnitt 4c der Zuführleitung kann zwar eine Eisbildung erfolgen, jedoch ist dieser Abschnitt 4c nicht vollständig, nämlich nur bis zur genannten Trennfläche hin, mit Wasser befüllt, dessen Volumenvergrößerung bei Eisbildung vom in diesem Abschnitt 4c befindlichen Kraftstoff aufgenommen wird. Und wenn das sich im Leitungsabschnitt 4b und somit im Dosiermodul 22 befindende Wasser gefriert, so wird dessen Volumenvergrößerung vom bereits erläuterten und gegen die Kraft des Federelementes 27 verlagerba ren Kolben 26 aufgenommen, d.h. dieser Kolben 26 wird durch die Volumenvergrößerung des im Dosiermodul 22 gefrierenden Wassers weiter in das Sackloch 25 hinein verlagert. Dieser federbelastete Kolben 26 im Sackloch 25 stellt die hier vorgesehene Maßnahme zur elastisch verformba- ren Veränderung des Volumens des Leitungsabschnittes 4b der Zuführleitung 4 dar. Dafür ist (vorzugsweise) das Dosiermodul 22 im Hinblick auf gerichtetes Einfrieren gestaltet. Durch geeignete Verteilung von Material (Baumaterial) des Dosiermoduls 22, welches zumindest geringfügig in der Lage ist, Wärme zu speichern, kann erreicht werden, dass gewisse Bereiche oder Abschnitte dieses Dosiermoduls 22 in zeitlicher Betrachtung bei Umgebungstemperaturen unter Null Grad Celsius früher diese Umgebungs- temperatur annehmen als andere Bereiche oder Abschnitte. Vorliegend ist die Gestaltung nun solchermaßen, dass der Bereich oder Abschnitt um das Sackloch 25 zeitlich zuletzt auf die Umgebungstemperatur abkühlt, während dies in den anderen Abschnitten oder Bereichen früher erfolgt. Damit ist sichergestellt, dass die Volumenvergrößerung des dann innerhalb dieses Dosiermoduls gefrierenden Wassers vollständig vom hierdurch verlagerten Kolben 26 aufgenommen wird.

Mit Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine kann in denjenigen Bereichen der in der Figur gezeigten Anlage oder des in der Figur gezeigten Systems, wo Wasser durchaus gefrieren darf, zunächst eine elektrische Heizvorrichtung (nicht gezeigt) dieses gefrorene Wasser auftauen. Danach kann durch Inbetriebnahme der Fördervorrichtung 3a die gezeigte Anlage bzw. das gezeigte System mit Wasser befüllt werden, nachdem das Tank- Absperrventil 3b geöffnet wurde. Da hierbei keine Luft zur Zuführeinrichtung 1 gelangen darf, bleibt das Motor-Absperrventil 6a zunächst geschlossen. Die Fördervorrichtung 3a fördert nun solange Wasser in Richtung zum geschlossenen Motor-Absperrventil 6a, bis über den Luftabscheider 20 sämtliche Luft aus dem Abschnitt 4a der Zuführleitung entfernt ist. Danach kann das Motor-Absperrventil 6a geöffnet werden und die Vorrichtung bestimmungsgemäß betrieben werden.

Im übrigen kann ein Verlagern der genannten Trennfläche im vom Dosierventil 6b zur Kraftstoffhochdruckpumpe 1 führenden Abschnitt 4c der Zuführleitung 4 wie vor der Figurenbeschreibung erläutert auch unabhängig von einem Entleeren des Abschnitts 4a der Zuführleitung 4 bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Dies kann insbesondere auch nach jeder Zuführung von Wasser in die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 durchgeführt werden, um das Ausmaß der Verunreinigung von Wasser durch Bestandteile des Kraftstoffs möglichst gering zu halten.

Claims

Patentansprüche

1 , Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährdeten Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in eine Kraftstoffhochdruckpumpe (1 ) einer insbesondere in ei- nem Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine, wobei dem im Ein- gangsbereich der Kraftstoffhochd ruckpumpe (1) anliegenden Kraftstoff bedarfsweise die gefriergefährdete Flüssigkeit von einem Dosierventil (6b) gesteuert beigemengt wird, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, die gefriergefährdete Flüssigkeit zumindest aus einem Teilstück (4a) einer Zuführleitung (4), durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter (2) zur Kraftstoffhochdruckpumpe (1) gelangt, zum Vorratsbeh älter (2) zurück zu führen,

dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vom Vorratsbehälter (2) zur Kraftstoffhochdruckpumpe (1) betrachtet in der Zuführleitung (4) ein dem Dosierventil (6b) vorgeschaltes Absperrventil (6a) vorgesehen ist und dass die Zuführleitung (4) mit einem zwischen diesen beiden Ventilen (6a, 6b) liegenden Leitungsabschnitt (4b) ausgebildet ist, ihr Volumen elastisch verformbar zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der zwischen dem Absperrventil (6a) und dem Dosierventil (6b) liegende Leitungsabschnitt (4b) der Zuführleitung (4) ausgebildet ist, sein Volumen in einem solchen Ausmaß elastisch verformbar zu verändern, dass die beim Gefrieren der in diesem Leitungsab schnitt (4b) befindlichen Flüssigkeit eintretende Volumenvergrößerung durch die elastische Verformung aufgenommen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leitungsabschnitt (4b) zwischen dem Absperrventil (6a) und dem Dosierventil (6b) im Hinblick auf ein gerichtetes Einfrieren ausgebildet ist, derart, dass durch höhere Wand- stärken in einem die elastische Verformung darstellenden Bereich ein Einfrieren von in diesem Bereich befindlicher Flüssigkeit zeitlich später erfolgt als in anderen Bereichen dieses Leitungsabschnitts (4b) der Zuführleitung (4).

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die elastische Verformbarkeit zur Volumenänderung durch einen gegen die Kraft eines Federelementes (27) verlagerbaren Wandabschnitt des Leitungsabschnitts (4b) der Zuführleitung (4) gebildet ist.

5. Betriebsverfahren für eine Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährde- ten Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in eine Kraftstoffhochdruckpumpe (1) einer insbesondere in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftma- schine, wobei dem im Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) anliegenden Kraftstoff bedarfsweise die gefriergefährdete Flüssigkeit über eine Zuführleitung (4) mit einem Dosierventil (6b) gesteuert beigemengt wird, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abstellen des Kraftfahrzeugs zumindest unter Bedingungen, welche ein Gefrieren der gefriergefährdeten Flüssigkeit möglich machen, und/oder anschließend an eine Abgabe dieser Flüssigkeit an die Hochdruckpumpe (1) das Dosierventil (6b) bei geeignet stromauf desselben eingestelltem Flüssigkeitsdruck solange geöffnet wird, dass ein Teil der im vom Dosierventil (6b) zur Kraftstoffhochdruckpumpe (1) führenden Abschnitt (4c) der Zuführleitung (4) befindlichen Flüssigkeit durch das Dosierventil (6b) abströmt.

6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5, wobei die gefriergefährdete Flüssigkeit zumindest aus einem Teilstück (4a) einer Zuführleitung (4), durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter (2) zur Kraftstoffhochdruckpu m pe ge langt, zum Vorratsbehälter (2) zurück geführt wird, und wobei zeitlich vor diesem Zurückführen in der Zuführleitung (4) vor dem geschlossenen Dosierventil (6b) ein gewisser über dem Umgebungsdruck liegender Flüssig- keitsdruck dargestellt wird, wonach ein Absperrventil (6a), welches in Strö- mungsrichtung vom Vorratsbehälter (2) zur Kraftstoffhochdruckpumpe (1) betrachtet in der Zuführleitung (4) dem Dosierventil (6b) vorgeschaltes ist, geschlossen wird.

7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, wobei der dargestellte Flüssigkeitsdruck betragsmäßig unterhalb des am Eingangsbereich der Kraftstoffhochdruck- pumpe (1) anliegenden Kraftstoffdrucks liegt.