DE102007032410A1

DE102007032410A1 - Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007032410A1
Application number: DE200710032410
Authority: DE
Inventors: Christian Treml
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine mit einem Tank, einer Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem Tank zur Brennkraftmaschine und mit mindestens einer Saugstrahlpumpe zum Umpumpen von Kraftstoff innerhalb des Tanks und mit einer Ventileinrichtung zum Zu- und Abschalten der Saugstrahlpumpe in Abhängigkeit vom Fördervolumen und/oder vom Förderdruck der Kraftstoffpumpe. Dabei ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstrahlpumpe bei hohem Fördervolumen und/oder Förderdruck abgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine mit einem Tank, einer Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem Tank zur Brennkraftmaschine und mit mindestens einer Saugstrahlpumpe zum Umpumpen von Kraftstoff innerhalb des Tanks. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine bei einem Kraftfahrzeug.
Bekannte Einrichtungen zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine umfassen einen den Kraftstoff aufnehmenden Tank und eine Kraftstoffpumpe, mit der Kraftstoff aus dem Tank zur Brennkraftmaschine gefördert werden kann. Weil moderne Tanks von Kraftfahrzeugen in der Regel mehrere Tankkammern aufweisen, werden in den Tanks Saugstrahlpumpen zum Umpumpen des Kraftstoffs zwischen den Tankkammern vorgesehen. Mit den Saugstrahlpumpen wird der Kraftstoff in ein Reservoir bzw. einen Schwalltopf an einem Ansaugbereich der Kraftstoffpumpe gefördert.
Die Saugstrahlpumpen sind wahlweise in einem Kraftstoffvorlauf (Hochdruck-Saugstrahlpumpe) oder in einem Kraftstoffrücklauf (Niederdruck-Saugstrahlpumpe) der Brennkraftmaschine angeordnet. Sie werden von dem durch den Vorlauf bzw. den Rücklauf geförderten Kraftstoffstrom kontinuierlich betrieben. Die für den Betrieb der Saugstrahlpumpen notwendige Energie wird also von der Kraftstoffpumpe der Brennkraftmaschine aufgebracht, indem diese durch den Kraftstoffvorlauf bzw. den Kraftstoffrücklauf pro Zeiteinheit eine erhöhte Kraftstofffördermenge pumpt.
Bei einem gleichzeitigen Betrieb von mehreren Saugstrahlpumpen kann es vorkommen, dass die Leistungsgrenze der Kraftstoffpumpe überschritten und für die Brennkraftmaschine nicht in ausreichender Menge Kraftstoff bereitgestellt werden kann. Aus DE 197 19 607 A1 ist es dazu bekannt, dass bei einer Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine ein Kraftstoffrücklaufteilstrom für zumindest eine Strahlpumpe in Abhängigkeit von dem Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine gedrosselt oder gesperrt wird. Aus DE 196 28 580 A1 ist es bekannt, dass eine Saugstrahlpumpe einer Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Strömungsventil zu- und abgeschaltet wird, das von der Strömung des Kraftstoffs im wesentlichen quer zu der Strömungsrichtung verschiebbar ist. Mit dem Strömungsventil wird die Saugstrahlpumpe in Abhängigkeit der pro Zeiteinheit geförderten Kraftstoffmenge geschaltet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abschalteinrichtungen für Saugstrahlpumpen wird jeweils das Ziel verfolgt, bei Niederspannungszuständen in einem Kraftfahrzeug den Zufluss von Kraftstoff zu den Saugstrahlpumpen zeitweise zu drosseln oder zu unterbrechen, damit die von der Brennkraftmaschine abgezweigte Kraftstoffmenge verringert und dadurch der Durchsatz des zu der Brennkraftmaschine geförderten Kraftstoffes erhöht wird.
Trotzdem muss bei diesen Kraftstoffversorgungssystemen die Kraftstoffpumpe so ausgelegt werden, dass das minimale Fördervolumen den maximalen Bedarf der Brennkraftmaschine und gleichzeitig die komplette Saugstrahlpumpentreibmenge abdeckt, was bei Brennkraftmaschinen mit geringem Verbrauch mehr als das Doppelte des Bedarfs der Brennkraftmaschine bei Volllast beträgt. Dies bedingt der kontinuierliche Betrieb der Saugstrahlpumpen beim Umpumpen, was auch vergleichsweise viel Energie verbraucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile bei einer Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine zu vermeiden und eine solche Einrichtung derart zu verbessern, dass für die Kraftstoffpumpe möglichst wenig Energie bereitgestellt werden muss.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer eingangs genannten Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine gelöst, mit einem Tank, einer Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem Tank zur Brennkraftmaschine, mindestens einer Saugstrahlpumpe zum Umpumpen von Kraftstoff innerhalb des Tanks, und mit einer Ventileinrichtung zum Zu- und Abschalten der Saugstrahlpumpe in Abhängigkeit vom Fördervolumen und/oder vom Förderdruck der Kraftstoffpumpe. Dabei ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstrahlpumpe bei hohem Fördervolumen und/oder Förderdruck abgeschaltet ist.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Kraftstoffpumpe kleiner dimensioniert werden kann, wenn bei kurzzeitigem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine weniger Kraftstoff innerhalb des Tanks umgepumpt wird.
Bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Saugstrahlpumpe bei geringem Fördervolumen und/oder Förderdruck ebenfalls abgeschaltet ist.
Des Weiteren kann vorgesehen werden, dass die Ventileinrichtung an der Druckseite der Kraftstoffpumpe, insbesondere nach einem Überdruckventil, angeordnet ist. Dabei kann die Ventileinrichtung mit einem Eingang in eine Kraftstoffleitung eingebaut sein und dieser in zwei Ausgänge münden, einen ersten Ausgang zur Versorgung der Brennkraftmaschine und einen zweiten Ausgang zur Versorgung der Saugstrahlpumpe mit Kraftstoff, wobei ein in Kraftstoffdurchflussrichtung, gegen eine Rückstelleinrichtung verschiebbarer, ohne Förderdruck den Eingang von den Ausgängen trennender Schließkörper mit zunehmender Fördermenge erst den ersten Ausgang, dann zusätzlich den zweiten Ausgang freigibt und ab einer bestimmten, noch größeren Fördermenge, den zweiten Ausgang wieder vom Eingang trennt.
Dabei kann die Ventileinrichtung so dimensioniert werden, dass sie neben der zuverlässigen Hauptfunktion auch Zusatzfunktionen, wie zum Beispiel Niveauausgleichsverhinderung übernehmen kann. Wenn die Ventileinrichtung an der Druckseite der Kraftstoffpumpe angeordnet ist, ist sie unmittelbar dem von der Kraftstoffpumpe erzeugten Förderdruck und deren Fördervolumen ausgesetzt, so dass vorteilhafterweise für eine schnelle und präzise Steuerung der Ventileinrichtung gesorgt ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper aus einem den Verschluss für den Eingang bildenden Ventilkörper und aus einem den Verschluss für den zweiten Ausgang bildenden, hohlen und durch mindestens eine Mantelflächenöffnung für Kraftstoffdurchfluss offenen zylinderförmigen Ventilschaft besteht, der in Kraftstoffdurchflussrichtung verschiebbar, in einem zylinderförmigen Rohrfortsatz des zweiten Ausgangs gelagert ist. Wenn dann der Rohrfortsatz des zweiten Ausgangs mindestens eine Mantelflächendurchbrechung besitzt, die bei mittleren Fördermengen mit der Mantelflächenöffnung im Ventilschaft so zusammenwirkt, dass Kraftstoff vom Eingang durch die Mantelflächendurchbrechung und die Mantelflächenöffnung und den hohlen Ventilschaft zum zweiten Ausgang fliesst, ist die Ventileinrichtung vorteilhafterweise besonders einfach aufgebaut.
Die Erfindung führt zu vielfältigen Vorteilen bei einer Einrichtung zur Kraftstoffversorgung. Mit dem bei Volllast der Brennkraftmaschine mindestens eingeschränkten Betrieb von Saugstrahlpumpen innerhalb des Tanks wird die Leistungsaufnahme der die Saugstrahlpumpen antreibenden Kraftstoffpumpe erheblich reduziert. Dies führt zu einer Verringerung der erforderlichen Leistung der Brennkraftmaschine und damit zu einem verringerten Schadstoffausstoß.
Dabei kann die Ventileinrichtung auch integraler Bestandteil eines Teils der Einrichtung zur Kraftstoffversorgung mit anderer Funktion sein. Insbesondere des Tanks, des Kraftstofffilters, der Saugstrahlpumpe, eines Rückschlagventils oder der Kraftstoffpumpe. Des Weiteren ist die Ventileinrichtung bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt und kann sowohl bei ungeregelten als auch bei geregelten Kraftstoffpumpen eingesetzt werden, für Saugrohreinspritzung oder für Direkteinspritzung, hier wahlweise für Benzin- oder Dieselkraftstoff.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: ein schematisches hydraulisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine und
2 bis 5: Längsschnitte einer Ventileinrichtung für eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Kraftstoffversorgung, in verschiedenen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Kraftstoffdurchflussmengen.
In 1 ist eine Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer weiter nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine gezeigt. Die Einrichtung umfasst einen Tank 1 und eine darin angeordnete elektrische Kraftstoffpumpe 2, sowie insgesamt zwei Saugstrahlpumpen 3, die nach dem Venturiprinzip arbeiten und zum Umpumpen von flüssigem Kraftstoff in dem Tank 1 vorgesehen sind.
Die Kraftstoffpumpe 2, die über eine Vorlaufleitung 10 mit Rückschlagventil 17 und über einen Kraftstofffilter 15 mit Überdruckventil 16 mit einer Einspritzleiste 110 der Brennkraftmaschine verbunden ist, saugt den flüssigen Kraftstoff aus dem Tank 1 und fördert ihn in die Vorlaufleitung 10. Von dort zweigt eine Zuleitung 11 mit weiterem Rückschlagventil 18 ab, von der einzelne Zuleitungsabschnitte 12 jeweils zu einer der Saugstrahlpumpen 3 führen. Von den Saugstrahlpumpen 3 ist innerhalb des Tanks 1 jeweils eine Rückleitung 13 zurück in einen Schwalltopf 14 der Kraftstoffpumpe 2 geführt. Mit den Saugstrahlpumpen 3 wird der flüssige Kraftstoff aus den einzelnen Bereichen des Tanks 1 umgepumpt, damit im Ansaugbereich der Kraftstoffpumpe 2 stets Kraftstoff in ausreichender Menge vorhanden ist und dieser bedarfsgerecht zur Einspritzleiste 11 der nicht gezeichneten Brennkraftmaschine gefördert werden kann.
Um ein Zu- und Abschalten der Saugstrahlpumpen 3 zu ermöglichen, ist eine Ventileinrichtung 4 vorgesehen, mittels derer ein Zufluss von Kraftstoff durch die Zuleitung 11 zu den Saugstrahlpumpen 3 unter bestimmten Bedingungen verhindert werden kann.
An der Einspritzleiste 11 kann ein nicht gezeichneter Drucksensor angeordnet sein, der an ein nicht dargestelltes Steuergerät der Einrichtung zur Kraftstoffversorgung elektrisch angeschlossen ist. Das Steuergerät steuert die Kraftstoffpumpe 2 in Abhängigkeit des vom Drucksensor ermittelten Kraft stoffdrucks und des von der Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit benötigten Fördervolumens.
Das Zu- und Abschalten der Saugstrahlpumpen 3 erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit vom Förderdruck und/oder der Fördermenge der Kraftstoffpumpe 2. Das Öffnen und Schließen der Ventileinrichtung 4 erfolgt in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck und/oder der Fördermenge in der Vorlaufleitung 10 der Kraftstoffpumpe 2. In diese Vorlaufleitung 10 ist die Ventileinrichtung 4 eingebaut. In den 2 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Ventileinrichtung 4 veranschaulicht, mit der ein druck- bzw. mengenabhängiges Öffnen bzw. Schließen der Zuleitung 11 zum Zu- und Abschalten der Saugstrahlpumpen 3 möglich ist.
2 zeigt die Ventileinrichtung 4 mit geschlossenem Schließkörper 5 bei fehlendem Förderdruck der abgeschalteten Kraftstoffpumpe 2 (1). Der Schließkörper 5 wird durch eine Rückstellfeder 8 in geschlossener, den Eingang 20 der Ventileinrichtung 4 von ihren beiden Ausgängen 21, 22 trennender Stellung gehalten. Der Schließkörper 5 hat hier auch die Funktion eines Rückschlagventils, das in Richtung Eingang 20 sperrt und in Richtung der beiden Ausgänge 21, 22, bei genügendem Förderdruck bzw. genügender Fördermenge der Kraftstoffpumpe 2, Kraftstoff durchlässt. Diese Rückschlagventilfunktion verhindert einen Niveauausgleich der beiden Kammern im Tank 1.
Nach dem Inbetriebsetzen der Brennkraftmaschine, das heißt natürlich auch der Kraftstoffpumpe 2, wird der den Verschluss für den Eingang 20 bildende Ventilkörper 6 des Schließkörpers 5 an seinem Umfangsrand durch den Förderdruck vom Rückschlagventilsitz 7 abgehoben und es entsteht eine Kraftstoffströmung gemäß den in 3 eingezeichneten Pfeilen 9 vom Vorlauf der Kraftstoffpumpe 2 über den Eingang 20 und den Ventilkörper 6 zum ersten Ausgang 22 zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff.
Der zweite Ausgang 21 dient zur Versorgung der Saugstrahlpumpen 3 mit Kraftstoff über einen bestimmten mittleren Fördermengenbereich der Kraftstoffpumpe 2. Deshalb wird der zweite Ausgang 21 erst ab einer Fördermenge freigegeben, die über der des Öffnens des ersten Ausgangs 22 liegt und ab einer bestimmten, noch größeren Fördermenge, wird der zweite Ausgang 21 wieder vom Eingang 20 getrennt.
Der Schließkörper 5 ist in Kraftstoffdurchflussrichtung in der Ventileinrichtung 4 verschiebbar, in einem zylinderförmigen Rohrfortsatz 23 des zweiten Ausgangs 21 gelagert und verschließt diesen mit seinem zylinderförmigen Ventilschaft 24. Dieser ist hohl und durch eine Nut 26 mit einer Mantelflächenöffnung 25 für Kraftstoffdurchfluss zum zweiten Ausgang 21 hin offen ausgebildet. Der Kraftstoffzufluss zu der Nut 26 erfolgt über zwei mit dieser über einen bestimmten Verschiebebereich des Schließkörpers 5 korrespondierenden Mantelflächendurchbrechungen 27 im Rohrfortsatz 23. Dabei wirkt, durch das fördermengenbedingte Verschieben des Schließkörpers 5 gegen die Kraft der Rückstellfeder 8, die Nut 26 im Ventilschaft 24 so mit den Mantelflächendurchbrechungen 27 im Rohrfortsatz 23 zusammen, dass Kraftstoff vom Eingang 20 durch den hohlen Ventilschaft 24 zum zweiten Ausgang 21 nur fließt, wenn der bestimmte Bereich der Fördermenge vorliegt. Dies ist in 4 durch die weiteren Pfeile 28 dargestellt. Diese zeigen mit den Pfeilen 9, dass vom Kraftstoffpumpenvorlauf über den Eingang 20 und die beiden Ausgänge 21, 22 Kraftstoff sowohl zu den Saugstrahlpumpen 3, als auch zur Brennkraftmaschine gefördert wird. Bei mittlerem Bedarf der Brennkraftmaschine und mittlerer Fördermenge der Kraftstoffpumpe 2 korrespondiert die Nut 26 mit Mantelflächenöffnung 25 mit den Mantelflächendurchbrechungen 27, daher fließt Kraftstoff auch zum zweiten Ausgang 21.
Dagegen ist in 5 der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine so hoch, dass sich der Schließkörper 5 aufgrund des großen Fördervolumens der Kraftstoffpumpe 2 so weit in Richtung offen verschiebt, dass die Nut 26 im Ventilschaft 24 mit den Mantelflächendurchbrechungen 27 im Rohrfortsatz 23 nicht mehr korrespondiert. Der Schließkörper 5 ist maximal geöffnet, Kraftstoff fließt entsprechend der Pfeile 9 nur vom Eingang 20 zum ersten Ausgang 22, also zur Brennkraftmaschine. Der zweite Ausgang 21 und somit die Zuleitung 11 sind gesperrt, was die Saugstrahlpumpen 3 abschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19719607 A1 [0004]
- DE 19628580 A1 [0004]

Claims

Einrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine mit einem Tank (1), einer Kraftstoffpumpe (2) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Tank (1) zur Brennkraftmaschine, mindestens einer Saugstrahlpumpe (3) zum Umpumpen von Kraftstoff innerhalb des Tanks (1), und mit einer Ventileinrichtung (4) zum Zu- und Abschalten der Saugstrahlpumpe (3) in Abhängigkeit vom Fördervolumen und/oder vom Förderdruck der Kraftstoffpumpe (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstrahlpumpe (3) bei hohem Fördervolumen und/oder Förderdruck abgeschaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstrahlpumpe (3) bei geringem Fördervolumen und/oder Förderdruck ebenfalls abgeschaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (4) an der Druckseite der Kraftstoffpumpe (2), insbesondere nach einem Überdruckventil (16), angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (4) mit einem Eingang (20) in eine Kraftstoffleitung eingebaut ist und dieser in zwei Ausgänge (21, 22) mündet, ein erster Ausgang (22) zur Versorgung der Brennkraftmaschine und ein zweiter Ausgang (21) zur Versorgung der Saugstrahlpumpe (3) mit Kraftstoff, wobei ein in Kraftstoffdurchflussrichtung, gegen eine Rückstelleinrichtung verschiebbarer, ohne Förderdruck den Eingang (20) von den Ausgängen (21, 22) trennender Schließkörper (5) mit zunehmender Fördermenge erst den ersten Ausgang (22), dann zusätzlich den zweiten Ausgang (21) freigibt und ab einer be stimmten, noch größerer Fördermenge, den zweiten Ausgang (21) wieder vom Eingang (20) trennt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (5) aus einem den Verschluss für den Eingang (20) bildenden Ventilkörper (6) und aus einem den Verschluss für den zweiten Ausgang (21) bildenden, hohlen und durch mindestens eine Mantelflächenöffnung (25) für Kraftstoffdurchfluss offenen zylinderförmigen Ventilschaft (24) besteht, der in Kraftstoffdurchflussrichtung verschiebbar, in einem zylinderförmigen Rohrfortsatz (23) des zweiten Ausgangs (21) gelagert ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrfortsatz (23) des zweiten Ausgangs (21) mindestens eine Mantelflächendurchbrechung (27) besitzt, die bei mittleren Fördermengen mit der Mantelflächenöffnung (25) im Ventilschaft (24) so zusammenwirkt, dass Kraftstoff vom Eingang (20) durch die Mantelflächendurchbrechung (27) und die Mantelflächenöffnung (25) und den hohlen Ventilschaft (24) zum zweiten Ausgang (21) fließt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (4) integraler Bestandteil eines Teils der Einrichtung zur Kraftstoffversorgung mit anderer Funktion, insbesondere des Tanks, des Kraftstofffilters, der Saugstrahlpumpe, eines Rückschlagventils oder der Kraftstoffpumpe, ist.