DE102016225388A1

DE102016225388A1 - Kraftstofffördereinrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Kraftstofffördereinrichtung

Info

Publication number: DE102016225388A1
Application number: DE102016225388.3A
Authority: DE
Inventors: Falko Bredow; Frank Zehnder; Dirk Schnittger; Andreas Beiter; Markus Viereck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-21
Also published as: WO2018114129A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung (1) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, mit einem Kraftstofftank (5), mit einer Pumpe (7), welche Kraftstoff über eine Versorgungsleitung (20) in einen Hochdruckbereich (30) fördert, und einer Tankpumpe (9), welche Kraftstoff in einen Vorfüllbereich (10) fördert. Der Vorfüllbereich (10) befindet sich außerhalb des Kraftstofftanks (5).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche Kraftstoff in einen Vorfüllbereich eines Kraftstofftanks fördert, sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstofffördereinrichtung.
Kraftstofffördereinrichtungen, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche Kraftstoff in einen Vorfüllbereich eines Kraftstofftanks fördern, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Aus der DE 10 2007 043 522 A1 ist eine Abschaltvorrichtung für eine Saugstrahlpumpe in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Zufuhr von Kraftstoff zur Saugstrahlpumpe wird über einen Schwimmer im Schwalltopf gesteuert. Der Schwimmer ist mit einem Magnet-Bauteil verbunden und ein Ventilkörper weist einen magnetisierbaren Abschnitt auf, so dass im Falle einer Position des Schwimmers nahe einer den Ventilkörper enthaltenden Ventilkammer der Ventilkörper durch Magnetkraft in eine bestimmte Position gebracht und gehalten wird, während im Falle einer von der Ventilkammer weiter beanstandeten Position des Schwimmers der Ventilkörper durch Schwerkraft oder unter Einwirkung eines Kraftspeicherelementes in eine andere Position gebracht und gehalten wird.
Eine weitere Kraftstofffördereinrichtung zur Befüllung eines Schwalltopfes ist in der DE 10 2011 011167 A1 gezeigt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, sowie das Verfahren zur Steuerung der Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass in einem Vorfüllbereich außerhalb des Kraftstofftanks, der zur Aufnahme von verflüssigten Gas als Kraftstoff dient, ein höherer Kraftstoffpegel erzeugt wird als im Kraftstofftank. Durch den erhöhten Kraftstoffpegel im Vorfüllbereich wird erreicht, dass die Pumpe immer eine ausreichende Menge an Kraftstoff zur Verfügung steht. Ein höherer Kraftstoffpegel im Vorfüllbereich erleichtert der Pumpe auch die Förderung von Kraftstoff und die Verdichtung des zu fördernden Kraftstoffes.
Der Vorfüllbereich ist ein eigenes Bauteil, welches sich außerhalb des Kraftstofftanks befindet. Dies erhöht die Flexibilität bei der Anordnung des Vorfüllbereiches und des Kraftstofftanks im Fahrzeug. Ein vom Kraftstofftank unabhängiger Vorfüllbereiches mit integrierter Tankpumpe ermöglicht eine einfache und flexible Tankschnittstelle.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
Es ist von Vorteil, wenn die Tankpumpe eine Saugstrahlpumpe ist, da diese keinen eigenen Antrieb benötigt und auch von ihrer Einbaugröße nur einen geringeren Bauraum benötigt als eine Pumpe mit eigenen Antrieb.
Ein besonderer Vorteil ergibt sind durch eine Tankpumpe mit einem eigenen Antrieb, insbesondere einem elektromotorischen Antrieb, da die Tankpumpe über den eigenen Antrieb jederzeit unabhängig von der Fördermenge der Pumpe angesteuert werden kann und Kraftstoff in den Vorfüllbereich fördern kann.
Wenn die Pumpe innerhalb des Vorfüllbereiches angeordnet ist, wird diese durch den Kraftstoff in Form von verflüssigten Gas gekühlt. Dies bewirkt, dass die Gefahr von Dampfbildung beim Ansaugen von Kraftstoff durch die Pumpe reduziert wird.
Durch eine Anordnung der Pumpe innerhalb der Versorgungsleitung und außerhalb des Vorfüllbereiches, wird eine Erwärmung des Kraftstoffes im Kraftstofftank durch die Pumpe vermieden.
Vorteilhaft ist eine Anordnung des eigene Antriebes der Tankpumpe innerhalb des Kraftstofftanks, da der Antrieb in der Nähe der Tankpumpe vorhanden ist, so dass sich eine einfache und kostengünstige Ausführung ergibt.
Durch eine Anordnung des eigene Antriebes der Tankpumpe außerhalb des Kraftstofftanks wird eine Erwärmung des Kraftstoffes durch den eigenen Antrieb der Tankpumpe vermieden.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn sich die Fördermenge der Tankpumpe abhängig von der Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Kraftstofftank oder im Vorfüllbereich verändert, da in diesem Fall eine bedarfsgerechte Förderung von Kraftstoff in den Vorfüllbereich erfolgt. Der Energiebedarf der Tankpumpe mit eigenen Antrieb lässt sich auf diese Weise reduzieren. Andererseits kann durch die bedarfsgerechte Ansteuerung des eigenen Antriebs der Tankpumpe der Vorfüllbereich immer so hoch mit Kraftstoff gefüllt werden, dass immer die für die Pumpe benötigte Zulaufhöhe sichergestellt ist.
Ein Steuergerät kann den Antrieb der Tankpumpe abhängig von der Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich ansteuern, so dass vermieden wird, dass Kraftsoff über die Rückströmleitung zurück in den Kraftstofftanks fließt. Diese Ansteuerung steigert die Energieeffizienz der Kraftstofffördereinrichtung.
Eine weitere Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz ist darin zu sehen, dass, bei einer geringen Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich die Fördermenge der Tankpumpe erhöht wird und bei einer großen Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich die Fördermenge der Tankpumpe reduziert wird.
Ausführungsbeispiele
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
4 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Die 1 zeigt eine Kraftstofffördereinrichtung 1, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in einer schematischen Darstellung. Die Kraftstofffördereinrichtung 1 dient zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff und weist einen Kraftstofftank 5, welcher zur Aufnahme von verflüssigten Gas (LNG=liquified natural gas) dient. Innerhalb des Kraftstofftanks 5 kann der Druck des Kraftstoffes zum Beispiel zwischen 3 und 17 bar variieren. Neben dem verflüssigten Gas befindet sich üblicherweise auch Kraftstoff im gasförmigen Aggregatzustand im Kraftstofftank 5 . Im Rahmen der Anmeldung wird das verflüssigte Gas als Kraftstoff bezeichnet.
Des Weiteren weist die Kraftstofffördereinrichtung 1 einen Vorfüllbereich 10, welcher mit dem Kraftstofftank 5 über eine hydraulische Leitung 12 verbunden ist. Eine Tankpumpe 9 fördert über die hydraulische Leitung 12 Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 5 in den Vorfüllbereich 10. Der Vorfüllbereich 10 befindet sich außerhalb des Kraftstofftanks 5 und kann in Form eines abgeschlossenen Behälters ausgebildet sein.
Eine Pumpe 7 fördert Kraftstoff aus dem Vorfüllbereich 10 über eine Versorgungsleitung 20 mittelbar oder unmittelbar in einen Hochdruckbereich 30. Die Pumpe 7 ist im Vorfüllbereich 10 angeordnet. Der Antrieb der Pumpe 7 kann beispielsweise als Hydraulikmotor oder Elektromotor ausgebildet sein und außerhalb des Kraftstofftanks 5 angeordnet sein.
Die Tankpumpe 9 ist im Vorfüllbereich angeordnet und dient dazu Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 5 über die hydraulische Leitung 12 in den Vorfüllbereich 10 zu fördern, um eine ständige Befüllung des Vorfüllbereich 10, während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Befindet sich nicht genug Kraftstoff im Vorfüllbereich 10 kann die Pumpe 7 nicht ausreichend Kraftstoff über die Versorgungsleitung 20 in den Hochdruckbereich 30 fördern.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Tankpumpe 9 eine Saugstrahlpumpe 9. Das Wirkprinzip einer Saugstrahlpumpe 9 liegt darin Kraftstoff gezielt durch eine Düse zu leiten, um dessen Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese Kraftstoffmenge wird als Treibmenge bezeichnet. Die Geschwindigkeitserhöhung des Kraftstoffs am Austritt der Düse erzeugt einen Unterdruck im Gehäuse der Saugstrahlpumpe 9 und reißt umliegenden Kraftstoff, die sogenannte Saugmenge, aus dem Kraftstofftank 5 mit sich. Die Saug- und Treibmenge werden in den Vorfüllbereich 10 geleitet, wodurch dieser befüllt wird.
Die Versorgungsleitung 20 weist eine Abzweigleitung 21 auf, welche zur Saugstrahlpumpe 9 führt, um Kraftstoff zur Saugstrahlpumpe 9 zu leiten, damit diese den Vorfüllbereich 10 mit Kraftstoff befüllt. Die Saugstrahlpumpe 9 saugt zum Befüllen des Vorfüllbereiches 10 Kraftstoff über die hydraulische Leitung 12 aus dem Kraftstofftank 5 in den Vorfüllbereich 10. Um ein Rückströmen von Kraftstoff zu verhindern kann in der hydraulischen Leitung 12 ein Ventil 11 angeordnet sein, welches eine Kraftstoffströmung aus dem Kraftstofftank 5 nur in Richtung der Saugstrahlpumpe 9 zulässt. Um zu vermeiden dass zu viel Kraftstoff durch die Abzweigleitung 21 in Richtung der Saugstrahlpumpe 9 strömt, kann in der Abzweigleitung 21 ein Mittel zur Durchflussreduzierung 23, insbesondere eine Drossel, angeordnet sein.
Der Hochdruckbereich 30 kann eine Hochdruckpumpe 22 umfassen, welche den Kraftstoff weiter verdichtet und über eine hydraulische Leitung in einen Kraftstoffspeicher 26 fördert. Der Kraftstoffspeicher 26 ist mit mindestens einem Injektor 28 verbunden. Die Hochdruckpumpe 22 kann auch entfallen, so dass bereits die Pumpe 7 den Kraftstoff auf Hochdruck verdichtet.
Der Vorfüllbereich 10 weist eine Rückströmleitung 13 auf. Steigt der Kraftstoffpegel des Kraftstoffes im Vorfüllbereich 10 über ein gewünschtes Niveau kann Kraftstoff über die Rückströmleitung 13 zurück in den Kraftstofftank 5 strömen.
In 2 ist eine schematischen Darstellung einer Kraftstofffördereinrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Pumpe 7 saugt Kraftstoff aus dem Vorfüllbereich 10 an. Durch die Pumpe 7 wird der Kraftstoff durch eine Versorgungsleitung 20 mittelbar oder unmittelbar in den Hochdruckbereich 30 gefördert. Die Pumpe 7 ist außerhalb des Vorfüllbereich 10 in der Versorgungsleitung 20 angeordnet. Der Antrieb der Pumpe 7 kann beispielsweise als Hydraulikmotor oder Elektromotor ausgebildet sein.
Die Tankpumpe 9 ist im Vorfüllbereich 10 angeordnet und weist einen eigenen Antrieb 19 auf. Der eigene Antrieb 19 kann innerhalb oder außerhalb des Vorfüllbereiches 10 angeordnet sein. In der 2 sind diese beiden Alternativen durch eine gestrichelte Linie zwischen der Tankpumpe 9 und dem eigenen Antrieb 19 angedeutet. Der eigene Antrieb 19 kann mit einem Steuergerät 8 verbunden sein. In der hydraulischen Leitung 12 kann ein Ventil 14 angeordnet sein, welches eine Kraftstoffströmung nur in Richtung zum Vorfüllbereich 10 zulässt.
In 3 ist eine schematischen Darstellung einer Kraftstofffördereinrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Kraftstofffördereinrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist eine Tankpumpe 9 mit eigenen Antrieb auf, die innerhalb des Kraftstofftanke 5 angeordnet ist. Der eigene Antrieb 19 kann innerhalb oder außerhalb des Kraftstofftanks 5 angeordnet sein. In der 3 sind diese beiden Alternativen durch eine gestrichelte Linie zwischen der Tankpumpe 9 und dem eigenen Antrieb 19 angedeutet. Die Pumpe 7 ist innerhalb des Vorfüllbereich 10 angeordnet. Die Pumpe 7 fördert Kraftstoff durch eine Versorgungsleitung 20 mittelbar oder unmittelbar in den Hochdruckbereich 30.
In 4 ist eine schematischen Darstellung einer Kraftstofffördereinrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Kraftstofffördereinrichtung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist analog zur Kraftstofffördereinrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aufgebaut und weist die gleichen Bauteile auf. Der Unterschied besteht nur in der Anordnung der Pumpe 7 außerhalb des Vorfüllbereiches 10. Durch diese Anordnung wird die Erwärmung des Kraftstoffes im Vorfüllbereich 10 reduziert.
Die Fördermenge der Tankpumpe 9 mit eigenen Antrieb 19 gemäß dem zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel kann abhängig von der Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich 10 verändert werden. Hierbei wird der eigene Antrieb 19 durch ein Steuergerät 8 so angesteuert, dass sich die Fördermenge der Tankpumpe 9 abhängig vom Kraftstoffbedarf im Vorfüllbereich 10 verändert. Das Steuergerät 8 erhält beispielsweise über einen Tankfüllstandsgeber eine Information über die Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Kraftstofftank 5 oder im Vorfüllbereich 10. Je nach Bedarf kann die Fördermenge der Tankpumpe 5 bei steigendem Kraftstoffpegel des flüssigen Kraftstoffes im Vorfüllbereich 10 abnehmen und bei fallenden Kraftstoffpegel des flüssigen Kraftstoffes im Vorfüllbereich zunehmen.
Es besteht auch die Möglichkeit die Fördermenge der Tankpumpe 9 abhängig von einem vorgegebenen Grenzwerten zu steuern. Solange sich der Kraftsoffpegel im Vorfüllbereich 10 unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes befindet, wird Kraftstoff durch die Tankpumpe 9 in den Vorfüllbereich 10 gefördert, ansonsten wird sie abgestellt.
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 102007043522 A1 [0003]
DE 102011011167 A1 [0004]

Claims

Kraftstofffördereinrichtung (1) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, mit einem Kraftstofftank (5), mit einer Pumpe (7), welche Kraftstoff über eine Versorgungsleitung (20) aus einem Vorfüllbereich (10) in einen Hochdruckbereich (30) fördert, und einer Tankpumpe (9), welche Kraftstoff aus den Kraftstofftank (5) in den Vorfüllbereich (10) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorfüllbereich (10) außerhalb des Kraftstofftanks (5) befindet.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet das der Kraftstofftank (5) zur Aufnahme von verflüssigten/cryogenen Gas dient.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankpumpe (9) eine Saugstrahlpumpe ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankpumpe (9) einen eigenen Antrieb (19), insbesondere einen elektromotorischen Antrieb, aufweist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankpumpe (9) innerhalb des Vorfüllbereiches (10) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eigene Antrieb (19) der Tankpumpe (9) innerhalb oder außerhalb des Vorfüllbereiches (10) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Pumpe (7) innerhalb des Vorfüllbereiches (10) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (7) innerhalb der Versorgungsleitung (20) und außerhalb des Vorfüllbereiches (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fördermenge der Tankpumpe (9) abhängig von der Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Kraftstofftank (5) verändert.
Verfahren zur Steuerung einer Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (8) den Antrieb der Tankpumpe (9) abhängig von der Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich (10) ansteuert.
Verfahren zur Steuerung einer Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geringen Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich (10) die Fördermenge erhöht wird und bei einer großen Höhe des flüssigen Kraftstoffpegels im Vorfüllbereich (10) die Fördermenge reduziert wird.