DE102017220261A1

DE102017220261A1 - Kraftstofffördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017220261A1
Application number: DE102017220261.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Stahl; Jakob Branczeisz; Frank Scholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-05-16
Also published as: WO2019096505A1

Abstract

Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (10) und mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (16), wobei durch die Förderpumpe (10) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (16) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (16) Kraftstoff in einen Hochdruckbereich (18) gefördert wird. Eine Beruhigungsstrecke (41) ist zwischen der Förderpumpe (10) und der Hochdruckpumpe (16) angeordnet, welche sich innerhalb des Vorratsbehälters (12) befindet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1.
Eine solche Kraftstofffördereinrichtung ist durch die DE 10 2012 200 706 A1 bekannt. Diese Kraftstofffördereinrichtung weist eine Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert, aus dem zumindest mittelbar wenigstens ein Injektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Kraftstoff versorgt wird. Zwischen der Förderpumpe und der Saugseite der Hochdruckpumpe führt eine Bypassverbindung zu einem Niederdruckbereich ab.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass sich der aus dem Vorratsbehälter geförderte Kraftstoff noch auf demselben Temperaturniveau wie der im Vorratsbehälter gespeicherte Kraftstoff befindet. Durch die Beruhigungszone können sich Gasblasen, welche sich im flüssigen Kraftsoff gebildet haben, zurückverflüssigt werden.
Durch die Kompression des Kraftstoffes in Form von Pumpenarbeit der Förderpumpe und dem Wirkungsgrad der Förderpumpe selbst, erhöht sich die Temperatur des geförderten Kraftstoffes. Bei einem Gas als Kraftstoff, welches sich im Vorratsbehälter 12 im flüssigen Aggregatszustand befindet, kann es aufgrund der Erwärmung zu einer Umwandlung eines Teils des flüssigen Gases in den gasförmigen Aggregatszustand kommen. Dies würde zu einem Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Medium führen, was wiederum zu Förder- und Druckpulsationen und damit zu einem schlecht regelbaren Förderstrom führt. Die Menge an Kraftstoff, die eine nachfolgende Hochdruckpumpe erreicht, wäre nur sehr schlecht regelbar.
Durch die vorgeschlagene Erfindung kann vermieden werden dass das Gas, welches sich im flüssigen Aggregatszustand befindet, teilweise verdampft bzw. siedet und sich so Gasblasen innerhalb des geförderten Kraftstoffes bilden.
Aufgrund der Rückkühlung des Kraftstoffes in der Beruhigungsstrecke kann eine Reduzierung der Pumpenleistung der Pumpen erfolgen, da ein geringerer Druck benötigt wird, um das Gas im flüssigen Aggregatszustand zu erhalten.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung besteht in einer höheren Haltbarkeit und einem geringeren Verschleiß der Komponenten der Kraftstofffördereinrichtung durch die Vermeidung von Blasen im flüssigen Kraftstoff.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.
Eine Beruhigungsstrecke zwischen der Förderpumpe und einem Kryotankausgang ist vorteilhaft, da diese keinen zusätzlichen Platz im Kraftfahrzeug benötigt. Des Weiteren kann der kalte (cryogene) Kraftstoff im Vorratsbehälter zum Abkühlen genutzt werden und es entstehen keine zusätzlichen Kosten durch ein weiteres Fluid oder eine alternative Konstruktion zum Abkühlen.
Es ist von Vorteil, wenn sich die Förderpumpe an einer Seitenwand des Vorratsbehälters befindet, die dem Kryotankausgang gegenüberliegt, da auf diese Weise mit einer geraden Leitung eine maximale Leitungslänge erzielen lässt, so dass durch eine einfache Konstruktion eine hohe Kühl und Beruhigungswirkung erzielt wird.
Eine Anordnung der Beruhigungsstrecke im bodennahen Bereich des Vorratsbehälters ist von besonderen Vorteil, da in diesem Bereich auch bei einem teilweise entleerten Vorratsbehälter Kraftstoff vorhanden ist. Auf diese Weise kann eine Kühlung des Kraftstoffes in der Beruhigungsstrecke für besonders lange Zeit gewährleistet werden.
Vorteilhaft ist eine Beruhigungsstrecke, die mindestens eine Schlinge aufweist, so dass eine Vergrößerung der Gesamtlänge der Beruhigungsstrecke erfolgt und die Kühlleistung erhöht wird. Hierbei ist eine Beruhigungsstrecke die einen mäanderförmigen und/oder einen bifilaren (schneckenförmigen) Verlauf aufweist von Vorteil, da eine möglichst lange Beruhigungsstrecke realisiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Beruhigungsstrecke mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Leitungen aufweist, da auf diese Weise das Kraftstoffvolumen pro paralleler Leitung geringer wird und eine effektivere Kühlung aufgrund der erhöhten Oberfläche pro Kraftstoffvolumen ermöglicht wird.
Eine Beruhigungsstrecke, welche teilweise als Temperierungsleitung mit zusätzlichen Wärmeübertragungsflächen, insbesondere Kühlrippen, ausgestaltet ist, ist von Vorteil, da aufgrund der zusätzlichen Wärmeübertragungsflächen eine bessere Kühlwirkung erreicht wird. Hierbei ist eine Anordnung der Wärmeübertragungsflächen an einer Außenseite der Temperierungsleitung von Vorteil, da die Strömung des durch die Förderpumpe verdichteten Kraftstoffes nicht negativ beeinflusst wird.
Ausführungsbeispiele
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Beruhigungsstrecke im Vorratsbehälter der Kraftstofffördereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine Beruhigungsstrecke im Vorratsbehälter der Kraftstofffördereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine Beruhigungsstrecke im Vorratsbehälter der Kraftstofffördereinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine Beruhigungsstrecke im Vorratsbehälter der Kraftstofffördereinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel und
6 einen Querschnitt durch eine Temperierungsleitung mit Kühlrippen.

Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Kraftstofffördereinrichtung aufweist. Die Kraftstofffördereinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt. Der Antrieb der Förderpumpe 10 kann mechanisch über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen über die Hochdruckpumpe 16 oder über einen eigenen Antrieb, z.B. einen Elektromotor erfolgen.
Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe 16 gefördert, die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung ist. Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich 18 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gefördert, der beispielsweise einen Hochdruckspeicher 20 und einen Buffertank 19 umfassen kann. Aus dem Hochdruckbereich 18 werden ein oder mehrere Injektoren 21 mit Kraftstoff versorgt.
Die Kraftstofffördereinrichtung ist zur Förderung von flüssigem Gas als Kraftstoff ausgelegt. Im Vorratsbehälter 12 wird das Gas in flüssigem Aggregatszustand aufgenommen. Um das Gas in dem flüssigen Aggregatszustand zu halten, muss das Gas unter hohem Druck und unter sehr niedrigen Temperaturen oder aus einer Kombination aus beiden im Vorratsbehälter 12 aufbewahrt werden.
Der Vorratsbehälter 12 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Isolierung auf, um einen Wärmeeintrag von außen in den Kraftstoff zu vermeiden. Der Vorratsbehälter weist eine Bodenfläche 32, sowie eine erste Seitenwand 34, eine zweite Seitenwand 35, eine dritte Seitenwand 36 eine vierte Seitenwand 37 und eine Dachfläche 39 auf, so dass ein Körper entsteht mit sechs im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichteten Flächen. In 1 ist aufgrund der schematischen Darstellung ein Schnitt durch den Vorratsbehälter dargestellt, so dass nur die Bodenfläche 32, die zweite Seitenwand 35, die vierte Seitenwand 37 und die Dachfläche 39 zu sehen sind.
Die Förderpumpe 10 ist im Vorratsbehälter 12 angeordnet und fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 16. Ein Leitungsabschnitt zwischen der Förderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 16 weist eine Beruhigungsstrecke 41 auf. Die Beruhigungsstrecke 41 ist im Vorratsbehälter 12 zwischen der Förderpumpe 10 und einem Kryotankausgang 14 angeordnet. Als Kryotankausgang 14 wird die Position bezeichnet an der der Leitungsabschnitt zwischen der Förderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 16 den Vorratsbehälter 12 verlässt.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Beruhigungsstrecke 41 als gerade Leitung ausgebildet, wobei sich die Förderpumpe 10 und der Kryotankausgang 14 an gegenüberliegenden Seiten des Vorratsbehälters 12 befinden. In 1 ist eine mögliche Anordnung gezeigt, bei der sich die Förderpumpe 10 in unmittelbarer Nähe der zweiten Seitenwand 35 befindet, während sich der Kryotankausgang 14 in der vierten Seitenwand 37 befindet.
Um sicherzustellen, dass die Beruhigungsstrecke 41 immer von Kraftstoff umgeben ist, kann die Beruhigungsstrecke 41 in einem bodennahen Bereich 21 des Vorratsbehälters 12 angeordnet sein. Der bodennahe Bereich 41 wird durch ein Volumen gebildet, welches durch die Bodenfläche 32, die vier Seitenwände 34, 35, 36, 37 und eine fiktive Fläche 31, welche in der 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, gebildet. Die fiktive Fläche 31 befindet sich in einer Höhe von ca. 25% der Gesamthöhe des Vorratsbehälters 12.
Die Beruhigungsstrecke 41 kann des Weiteren mindestens eine Schlinge 23 aufweist, so dass eine Vergrößerung der Gesamtlänge der Beruhigungsstrecke 41 innerhalb des Vorratsbehälters 12 erfolgt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Beruhigungsstrecke 41 dabei beispielsweise einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen, wie in 2 gezeigt ist. Bei einem mäanderförmigen Verlauf folgen gerade Streckenabschnitte auf Schlingen 23, bei denen die Leitung eine 180° Wendung aufweist.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann die Beruhigungsstrecke 41 einen bifilaren (schneckenförmigen) Verlauf aufweisen, wie in 3 gezeigt ist.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist auch eine Kombination aus mäanderförmigen und einen bifilaren Verlauf möglich, wie in 4 gezeigt wird.
Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel kann die Beruhigungsstrecke 41 mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Leitungen aufweisen, wie in 5 gezeigt wird. Die Beruhigungsstrecke 41 kann sich an einer Verzweigung 43 in mindestens zwei zueinander parallele Leitungen aufspalten. An einer zweiten Verzweigung 45 vereinen sich dann die Leitungen wieder und führen zum Kryotankausgang 14. Die parallelen Leitungen können mindestens eine Schlinge aufweisen und/oder einen mäanderförmigen und/oder einen bifilaren (schneckenförmigen) Verlauf aufweisen.
Die Beruhigungsstrecke 41 kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Temperierungsleitung 47 mit zusätzlichen Wärmeübertragungsflächen, insbesondere Kühlrippen 49, aufweisen. Die Wärmeübertragungsflächen sollen dabei den Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff im Vorratsbehälter 12 und dem Kraftstoff der sich innerhalb der Temperierungsleitung 47 befindet, erhöhen.
In 6 ist ein Schnitt durch eine Temperierungsleitung 47 gezeigt, welche Wärmeübertragungsflächen in Form von Kühlrippen 49 aufweist, die an einer Außenseite der Temperierungsleitung 47 angeordnet sind und strahlenförmig von der Außenseite wegweisen.
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 102012200706 A1 [0002]

Claims

Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (10) und mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (16), wobei durch die Förderpumpe (10) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (16) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (16) Kraftstoff in einen Hochdruckbereich (18) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beruhigungsstrecke (41) zwischen der Förderpumpe (10) und der Hochdruckpumpe (16) angeordnet ist, welche sich innerhalb des Vorratsbehälters (12) befindet.
Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beruhigungsstrecke zwischen der Förderpumpe (10) und einem Kryotankausgang (14) befindet.
Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderpumpe (10) an einer Seitenwand (35) des Vorratsbehälters (12) befindet, die dem Kryotankausgang (14) gegenüberliegt.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beruhigungsstrecke (41) im bodennahen Bereich (21) des Vorratsbehälters (12) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (41) mindestens eine Schlinge aufweist, so dass eine Vergrößerung der Gesamtlänge erfolgt.
Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (41) einen mäanderförmigen und/oder einen bifilaren (schneckenförmigen) Verlauf aufweist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (41) mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Leitungen aufweist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (41) eine Temperierungsleitung (47) mit zusätzlichen Wärmeübertragungsflächen, insbesondere Kühlrippen, aufweist.
Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Wärmeübertragungsflächen, insbesondere Kühlrippen, an einer Außenseite der Temperierungsleitung (47) angeordnet sind.