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Feld der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Dieselkraftstoffzufuhranordnung für Arbeitsfahrzeuge.
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Stand der Technik
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Bei einer typischen Dieselmotoranordnung ist ein Vorratsbehälter oder ein Tank mit Dieselkraftstoff vorgesehen, der dem Dieselmotor Dieselkraftstoff zuführt. Ein rückführender Kreis erstreckt sich zwischen dem Motor und dem Tank, wobei eine Kraftstoffleitung sich vom Tank zum Dieselmotor erstreckt, um letzteren mit Kraftstoff zu versorgen und eine andere Kraftstoffleitung sich vom Dieselmotor zurück zum Tank erstreckt, um überschüssigen Kraftstoff zum Tank zurückzuführen.
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Aufgrund der großen Hitze, die der Motor erzeugt, ist üblicherweise ein Kraftstoffkühler vorgesehen, um den Kraftstoff zu kühlen. Ohne Kraftstoffkühler kann der Dieselkraftstoff so heiß werden, dass er die Einspritzpumpe oder andere Komponenten beschädigt oder dazu führt, dass der Verbrennungsmotor (auf Grund anderer Steuerungen) seine Drehzahl oder seine Ausgangsleistung herabsetzt.
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Der Kraftstoffkühler ist typischerweise angeordnet, den überschüssigen Kraftstoff zu kühlen, der vom Motor wieder zurück zum Kraftstofftank fließt.
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In der
US 2003/005913 A1 wird eine Anordnung zum Umschalten der Position eines Kraftstoffkühlers in einer Dieselkraftstoffzufuhranordnung gezeigt. Der Kraftstoffkühler wird aus einer Position zur Kühlung des vom Motor kommenden Kraftstoffes in eine Position geschaltet, in der er komplett von der Kraftstoffzufuhranordnung getrennt ist. Dann wird somit der vom Tank zum Motor fließende Kraftstoff nicht gekühlt. Der Kühler ist dann somit nicht zwischen dem Motor und dem Tank angeordnet, um Kraftstoff zu kühlen, das den Motor verlässt und in den Tank zurückkehrt.
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Aus der
DE 198 12 38 A1 ist bekannt, mittels einer Ventilanordnung temperaturabhängig den Kraftstoffrücklauf über einen Filter zum Motor oder über einen Kraftstoffkühler zum Tank zu führen, wobei der Kraftstoffkühler stromab der Ventilanordnung angeordnet ist.
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Aus der
FR 2 891 023 A1 ist bekannt, mittels einer Ventilanordnung den Kraftstoffrücklauf zurück zum Motor oder über einen Kraftstoffkühler zum Tank zu führen, wobei der Kraftstoffkühler stromauf der Ventilanordnung angeordnet ist.
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In der
US 6 457 460 B1 ist ein Kühler bereitgestellt, um unter Druck stehenden Kraftstoff zu kühlen, wenn er in der entgegengesetzten Richtung, also vom Kraftstofftank zum Motor strömt. Die Funktion besteht darin, Hitze aus dem Kraftstoff abzuführen und auf diese Weise zu verhindern, dass der Kraftstoff verdunstet.
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In der
US 6 234 151 A werden zwei Kraftstoffkühler gezeigt, die zwischen den Einspritzpumpen und dem Kraftstofftank angeordnet sind. Ein Kühler wird in den Kreis hinein geschaltet, um eine Kühlung bereit zu stellen, wenn ein Druckventil einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Dies kann bei manchen Anordnungen unangemessen sein, insbesondere wenn sich der Kraftstofftank selbst in einer heißen Umgebung befindet und Hitze absorbieren kann. In diesen Fällen kann der Kraftstoff im Kraftstofftank nach der Ankunft im Tank genug Hitze aufnehmen, dass er bis zu dem Zeitpunkt, wenn er wieder dem Motor zugeführt wird, zu heiß ist und den Motor beschädigen oder eine Drehzahlabsenkung zur Folge haben kann.
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Aufgabe
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In derartigen Situationen wäre es sinnvoll, einen Kraftstoffkühler zwischen dem Kraftstofftank und dem Motor zu haben. Wenn der Motor jedoch noch unter einer bevorzugten Temperatur ist, kann eine Kühlung des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank vor dem Erreichen des Motors dazu führen, dass der Kraftstoff zu kalt und somit zu einem Gel wird.
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Es kann somit sinnvoll sein, den Kraftstoff auf seinem Weg vom Tank zum Motor zu kühlen, wenn der Kraftstoff heiß ist. Wenn der Kraftstoff kalt ist, kann es sinnvoll sein, den Kraftstoff auf seinem Weg vom Motor zum Kraftstofftank zu kühlen.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Eine Dieselkraftstoffzufuhranordnung ist mit einem Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffeinlass und einem Kraftstoffauslass, einem Kraftstoffkühler mit einem Kraftstoffeinlass und einem Kraftstoffauslass, einem Kraftstofftank mit einem Kraftstoffeinlass und einem Kraftstoffauslass, und einem Ventil ausgestattet, das mit dem Verbrennungsmotor, dem Kraftstoffkühler und dem Kraftstofftank gekoppelt ist und zumindest zwei Stellungen hat. Das Ventil fügt in einer ersten Stellung den Kraftstoffkühler zwischen dem Kraftstoffauslass des Verbrennungsmotors und dem Kraftstoffeinlass des Kraftstofftanks ein und in einer zweiten Stellung fügt es den Kraftstoffkühler zwischen dem Kraftstoffauslass des Kraftstofftanks und dem Kraftstoffeinlass des Verbrennungsmotors ein.
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Vorzugsweise koppelt das Ventil in der ersten Stellung den Kraftstoffauslass des Kraftstofftanks mit dem Kraftstoffeinlass des Verbrennungsmotors und in der zweiten Stellung den Kraftstoffauslass des Verbrennungsmotors mit dem Kraftstoffeinlass des Kraftstofftanks.
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Eine elektronische Steuereinheit (ECU) kann mit dem Ventil und wenigstens einem Temperatursensor verbunden sein, der angeordnet ist, eine Temperatur des Kraftstoffs in der Dieselkraftstoffzufuhranordnung zu erfassen. Der Temperatursensor kann angeordnet sein, die Temperatur des Kraftstoffs am Kraftstoffeinlass des Verbrennungsmotors zu erfassen. Der Temperatursensor kann auch angeordnet sein, die Temperatur des Kraftstoffs am Kraftstoffauslass des Kraftstoffkühlers zu erfassen. Der Temperatursensor kann auch die Temperatur des Kraftstoffs am Kraftstoffauslass des Verbrennungsmotors erfassen.
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Das Ventil ist insbesondere ein Schieberventil mit einem beweglich in einem Gehäuse gelagerten Schieber. Die Stellung des Schiebers entspricht den erwähnten Stellungen des Ventils.
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Weiterhin kann ein Motor ein sekundäres Kühlfluid durch den Kraftstoffkühler führen, wobei die elektronische Steuereinheit die Temperatur des Temperatursensors überwacht und die Geschwindigkeit des Motors vermindert, um das Kühlvermögen des Flüssigkeitskühlers zu vermindern, wenn der Temperatursensor anzeigt, dass eine Kraftstofftemperatur eine (dritte) Schwellentemperatur erreicht hat.
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Die elektronische Steuereinheit kann das Ventil in die erste Stellung verbringen, wenn wenigstens einer der Temperatursensoren anzeigt, dass die Kraftstofftemperatur eine erste Schwellentemperatur erreicht hat und/oder das Ventil in die zweite Stellung verbringen, wenn wenigstens einer der Temperatursensoren anzeigt, dass die Kraftstofftemperatur eine zweite Schwellentemperatur erreicht hat. Die erste Schwellentemperatur liegt vorzugsweise unterhalb der zweiten Schwellentemperatur.
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Ausführungsbeispiel
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Die Figur zeigt ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Dieselkraftstoffzufuhranordnung.
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Die Figur zeigt einen Verbrennungsmotor 100, einen Kraftstofftank 102, einen Kraftstoffkühler 104, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 106, einen Temperatursensor 110, einen Temperatursensor 112 und ein Ventil 114.
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Das Ventil 114 hat zwei Positionen. In seiner ersten Position „A“ leitet das Ventil 114 überschüssigen Kraftstoff, welcher den Verbrennungsmotor 100 verlässt, zum Kraftstoffkühler 104. Das Ventil 114 leitet den Kraftstoff vom Kraftstoffkühler 104 zum Kraftstofftank 102. Das Ventil 114 leitet den Kraftstoff vom Kraftstofftank 102 zum Verbrennungsmotor 100.
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Diese Anordnung führt dazu, dass Kraftstoff vom Motor durch den Kraftstoffkühler geleitet wird, um dort gekühlt zu werden, dann zum Tank und dann zurück zum Verbrennungsmotor 100. Wenn die Kraftstofftemperatur erhöht ist, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 100 zumindest über eine Aufwärmperiode gearbeitet hat, ist dies die bevorzugte Stelle des Kraftstoffkühlers 104 in der Dieselkraftstoffzufuhranordnung.
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In seiner zweiten Position „B“ leitet das Ventil 114 überschüssigen Kraftstoff, der den Motor 100 verlässt, in den Kraftstofftank 102. Das Ventil 114 leitet den Kraftstoff vom Kraftstofftank 102 zum Kraftstoffkühler 104. Das Ventil 114 leitet den Kraftstoff vom Kraftstoffkühler 104 zum Verbrennungsmotor 100.
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Diese Anordnung bedingt, dass Kraftstoff vom Verbrennungsmotor 100 in den Kraftstofftank 102 und dann durch den Kraftstoffkühler 104 und zurück zum Verbrennungsmotor 100 fließt. Wenn die Kraftstofftemperatur niedrig ist, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 100 gerade gestartet wurde, ist dies die bevorzugte Position des Kraftstoffkühlers 104 in der Dieselkraftstoffzufuhranordnung.
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Das Ventil 114 wird durch die ECU 106 gesteuert, die betriebsmäßig mit dem Aktor des Ventils 114 gekoppelt ist. Der Aktor ist vorzugsweise eine Spule. Das Ventil 114 ist vorzugsweise ein Schieberventil. Der Schieber des Ventils 114 ist zwischen zwei Positionen, nämlich der Position „A“ und der Position „B“ verschiebbar. Diese Positionen entsprechen den beiden Positionen des Kraftstoffkühlers 104 innerhalb der Dieselkraftstoffzufuhranordnung.
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Der Kraftstoffkühler 104 kühlt Kraftstoff, indem ein sekundäres Kühlfluid durch einen Wärmetauscher geleitet wird. Das sekundäre Kühlfluid (in der Figur durch die drei Pfeile gekennzeichnet) wird durch den Wärmetauscher durch einen mittels eines Motors 116 angetriebenen Ventilator gefördert. Der Motor 116 ist mit der ECU 106 gekoppelt, um durch diese gesteuert zu werden.
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Auf die Anweisung der ECU 106 hin wird die Geschwindigkeit des Motors 116 und somit die Rate des sekundären Kühlfluids durch den Wärmetauscher verstellt und somit ändert sich auch die vom Kraftstoffkühler bereitgestellte Kühlwirkung. Auf diese Weise kann die ECU 106 den Betrag der durch den Kraftstoffkühler 104 bewirkten Kühlung regeln. Obwohl der Kraftstoffkühler 104 hier mit einem durch Umgebungsluft gekühlten Wärmetauscher dargestellt ist, bei dem die Luft durch den mittels des Motors 116 angetriebenen Ventilator durch die Elemente des Kraftstoffkühlers 104 gefördert wird, könnte das Kühlmedium eine Flüssigkeit sein und eine Pumpe zum Fördern der Flüssigkeit anstelle des Motors 116 und Ventilators treten.
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Die ECU 106 ist mit wenigstens einem Temperatursensor verbunden, der der ECU 106 mitteilt, welche Temperatur an wenigstens einem Punkt in der Dieselkraftstoffzufuhranordnung herrscht.
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Der wenigstens eine Temperatursensor kann den Temperatursensor 112 umfassen, welcher die Temperatur des den Kraftstofftank 102 verlassenden Kraftstoffs erfasst und der ECU 116 diese Temperatur signalisiert. Der Temperatursensor kann auch den Temperatursensor 110 umfassen, der angeordnet ist, die Temperatur des den Kraftstoffkühler 104 verlassenden Kraftstoffs zu erfassen und der ECU 116 diese Temperatur zu signalisieren. Er kann auch den Temperatursensor 108 umfassen, der angeordnet ist, die Temperatur des den Verbrennungsmotor 100 verlassenden Kraftstoffs zu erfassen und diese der ECU 116 zu signalisieren.
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Die ECU 106 umfasst einen digitalen Mikroprozessor, der programmiert ist, eine Sequenz digitaler Instruktionen auszuführen, die in einem Speicherschaltkreis abgelegt sind. Die ECU 106 führt diese Instruktionen aus, um die darin beschriebenen Operationen durchzuführen. Die ECU 106 überwacht einen oder mehrere der drei Temperatursensoren 108, 110, 112, um die Temperatur des Kraftstoffs an unterschiedlichen Punkten im Kreis zu erfassen. Der Temperatursensor 108 ist am Einlass des Verbrennungsmotors 100 angeordnet, um die Temperatur des Kraftstoffs zu erfassen, wenn er in den Verbrennungsmotor 100 eintritt. Der Temperatursensor 110 ist am Auslass des Kraftstoffkühlers 104 angebracht, um die Temperatur des Kraftstoffs beim Verlassen des Kraftstoffkühlers 104 zu erfassen. Der Temperatursensor 112 ist am Auslass des Kraftstofftanks 102 angebracht, um die Temperatur beim Verlassen des Kraftstofftanks 102 zu erfassen.
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Die in der Figur gezeigte Anordnung kann in einer oder mehreren Betriebsarten betrieben werden. Diese unterschiedlichen Betriebsarten können bereitgestellt werden, indem die ECU 106 entsprechend programmiert und die programmierten Instruktionen für den Betrieb der ECU 116 in einem zugehörigen Speicher abgelegt werden.
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In einer ersten Betriebsart ist die ECU 106 programmiert, wenigstens einen der drei Temperatursensoren 108, 110, 112 zu überwachen und wenn die ECU 106 feststellt, dass wenigstens einer der Temperatursensoren bei oder unterhalb einer ersten Schwellentemperatur liegt, ist sie programmiert, die Geschwindigkeit des Motors 116 zu vermindern oder ihn abzuschalten. Auf diese Weise vermindert die ECU 106 die Kühlfähigkeit des Kraftstoffkühlers 104 oder schaltet sie ganz ab, sodass der Kraftstoffkühler 104 im Ergebnis vom Kreis getrennt wird. Dies ist am sinnvollsten, wenn der Verbrennungsmotor 100 gestartet wird und der Kraftstoff gleichförmig kalt ist. In diesem Fall überwacht die ECU 106 vorzugsweise den Temperatursensor 108 am Einlass des Verbrennungsmotors 100. Die erste Schwellentemperatur wäre eine Kraftstofftemperatur, bei welcher jegliche Kühlung des Kraftstoffs diesen unter eine Gelierungstemperatur bringen würde.
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Bei einer alternativen Konfiguration zur Verminderung oder Abschaltung der Kühlung stellt ein Bypasskreis 120 einen parallelen Kraftstoffflussweg um den Kraftstoffkühler 104 herum bereit. Der Fluss durch diesen Flussweg wird mittels eines Ventils 122 kontrolliert, das wahlweise durch die ECU 106 gesteuert wird, um den Flussweg entweder durch den Kraftstoffkühler 104 oder durch den Bypasskreis 120 oder zu durch die ECU festgelegten Anteilen durch beide hindurch leitet.
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Bei einer zweiten Betriebsart ist die ECU 106 programmiert, wenigstens einen der drei Temperatursensoren 108, 110, 112 zu überwachen und wenn die ECU 106 feststellt, dass wenigstens ein Temperatursensor eine zweite Schwellentemperatur erreicht hat oder darunter liegt, ist die ECU 106 programmiert, das Ventil 114 in die Position „A“ zu verschieben, in welcher der Kraftstoffkühler 104 in den sich zwischen dem Verbrennungsmotor 100 und dem Kraftstofftank 102 erstreckenden Flussweg eingefügt ist, um dem Kraftstofffluss vom Verbrennungsmotot 100 in den Kraftstofftank 102 zu kühlen, und wobei der Kraftstoffkühler 104 aus dem sich zwischen dem Kraftstofftank 102 und dem Verbrennungsmotor 100 erstreckenden Flussweg herausgenommen ist, sodass er den Kraftstofffluss vom Tank 102 zum Verbrennungsmotor 100 nicht mehr kühlt. In diesem Fall überwacht die ECU 106 vorzugsweise den Temperatursensor 108 am Einlass des Verbrennungsmotors 100 oder den Temperatursensor 112 am Auslass des Kraftstofftanks 102. Diese Position des Kraftstoffkühlers 104 ist angemessen, wenn die Temperatur sich bei normaler Betriebstemperatur befindet und die Temperatur des Kraftstoffs und des Kraftstofftanks 102 nicht übermäßig hoch ist.
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In einer dritten Betriebsart ist die ECU 106 programmiert, wenigstens einen der drei Temperatursensoren 108, 110, 112 zu überwachen und wenn die ECU 106 feststellt, dass wenigstens einer der Temperatursensoren 108, 110, 112 oberhalb einer dritten Schwellentemperatur ist, ist die ECU 106 programmiert, das Ventil 114 in die Position „B“ zu schieben, in welcher der Kraftstoffkühler 104 in den sich zwischen dem Kraftstofftank 102 und dem Verbrennungsmotor 100 erstreckenden Flussweg gekoppelt ist, um den vom Tank 102 zum Verbrennungsmotor 102 strömenden Kraftstofffluss zu kühlen und in welcher der Kraftstoffkühler 104 aus dem sich zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kraftstofftank 102 erstreckenden Flussweg entnommen ist, sodass er den Kraftstofffluss vom Verbrennungsmotor 100 in den Kraftstofftank 102 nicht mehr kühlt. Diese Position des Kraftstoffkühlers 104 ist vorteilhaft, wenn die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstofftank 102 übermäßig hoch ist und der Kraftstoff ohne zusätzliche Kühlung die Einspritzhochdruckpumpe des Verbrennungsmotors 100 beschädigen würde.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform überwacht die ECU 106 die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstofftank 102 mittels des Temperatursensors 112, und wenn die vom Temperatursensor angezeigte Temperatur 112 oberhalb der dritten Schwellentemperatur liegt, ist die ECU 106 konfiguriert, das Ventil 114 in die Position „B“ zu schieben, in welcher der Kraftstoffkühler 104 zwischen dem Auslass des Kraftstofftanks 102 und dem Einlass des Verbrennungsmotors 100 angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, dass übermäßig erhitzter Kraftstoff direkt dem Verbrennungsmotor 100 zugeführt wird, ohne das er zuerst auf eine Temperatur herunter gekühlt wird, bei welcher eine Beschädigung der Einspritzpumpe des Verbrennungsmotors 100 ausgeschlossen ist.
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Bei dieser Anordnung überwacht die ECU in ähnlicher Weise die Temperatur im Kraftstofftank 102 mittels des Temperatursensors 112, und wenn die durch den Temperatursensor 112 angezeigte Temperatur unterhalb der zweiten Schwellentemperatur (die bei oder unterhalb der dritten Schwellentemperatur liegt) liegt, ist die ECU 106 konfiguriert, das Ventil 114 in die Position „A“ zu verstellen, in welcher der Kraftstoffkühler 104 zwischen dem Auslass des Verbrennungsmotors 100 und dem Einlass des Kraftstofftanks 104 angeordnet ist. Dies ist besonders nützlich, wenn das Fahrzeug in einer Umgebung betrieben wird, in welcher der Kraftstofftank keine übermäßige Hitze direkt aus der Umgebung ausgesetzt ist, aber im Wesentlichen seine gesamte Hitze von durch den Verbrennungsmotor 100 strömendem Kraftstoff erhält, der wieder in den Kraftstofftank 102 zurück geführt wird.
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In der obigen Diskussion wird auf eine ECU 106 und ein Ventil 114 verwiesen. Es ist anzumerken, dass es sich hierbei um eine bevorzugte Anordnung handelt. Das Ventil kann sich jedoch aus einer Mehrzahl an Ventilelementen zusammensetzen. In ähnlicher Weise kann die ECU 106 eine Mehrzahl an digitalen Mikrocontrollern oder Mikroprozessoren umfassen, die mittels eines Kommunikationskreises, z.B. eines CAN-Busses zusammengekoppelt sind.
