DE102017221514A1

DE102017221514A1 - Kraftstofffördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017221514A1
Application number: DE102017221514.3A
Authority: DE
Inventors: Juergen Foerster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019105644A1

Abstract

Vorratsbehälter (12) mit mindestens einer Ansaugleitung (41), welche innerhalb des Vorratsbehälters (12) angeordnet ist, wobei durch die Ansaugleitung (41) Kraftstoff förderbar ist. Die Ansaugleitung (41) weist mindestens zwei Entnahmevorrichtungen (42) auf.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1.
Kraftstofffördereinrichtungen, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche Kraftstoff durch eine Förderpumpe aus eine 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. 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. Im Falle einer von der Ventilkammer weiter beabstandeten 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
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass durch die mindestens eine Förderpumpe auch bei einem niedrigen Kraftstoffpegel und bei einem schrägstehenden oder geneigten Kraftfahrzeug - und damit auch bei einem schrägstehenden oder geneigten Vorratsbehälter - Kraftstoff in der flüssigen Phase durch die Förderpumpe angesagt werden kann.
Die Kraftstofffördereinrichtung ist zur Förderung von Kraftstoff, insbesondere Gas, ausgelegt. Der Kraftstoff kann sich je nach Temperatur und Druck in einer flüssigen Phase, in einer gasförmigen Phase oder in einer Mischform befinden. Im Vorratsbehälter wird der Kraftstoff zwar in der flüssigen Phase aufgenommen, kann sich aber aufgrund von unerwünschten Wärmeeintrag oder durch Druckschwankungen zum Teil in Kraftstoff, welcher in der gasförmigen Phase vorliegt, umwandeln.
Abhängig vom Pumpentyp oder der Auslegung der Kraftstofffördereinrichtung ist nur eine Entnahme von Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter in der flüssigen Phase erwünscht.
Gerade bei kryogenen Kraftstoffsystemen für Nutzfahrzeuge werden besonders große Vorratsbehälter eingesetzt, da die eingesetzten Kraftstoffe, wie LNG (Liquified Natural Gas und kryogener Wasserstoff) ein erhöhtes Speichervolumen benötigen. Dies führt beispielsweise dazu, dass z.B. bei einem Nutzfahrzeug ein zylinderförmig aufgebauter LNG-Vorratsbehälter die gesamte zur Verfügung stehende Länge zwischen Vorderrad und Hinterrad oder die komplette Fahrzeugbreite hinter dem Führerhaus einnimmt.
Die Entnahme des Kraftstoffes erfolgt bei bekannten Tanksystemen typischerweise an der tiefsten Stelle. Kritisch sind hierbei aufgrund der Tanklänge bei einem niedrigen Kraftstoffpegel das Beschleunigen bzw. Bremsen oder die Neigung des Fahrzeuges. Durch die vorgeschlagenen Erfindung kann das Fahrzeug länger als bisher mit niedrigen Kraftstoffpegel betrieben werden, da auch in Situationen mit niedrigen Kraftstoffpegel sichergestellt wird, dass Kraftstoff in der flüssigen Phase durch die Förderpumpe aus dem Vorratsbehälter angesagt wird.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung besteht in einer höheren Haltbarkeit und einem geringeren Verschleiß der Komponenten, insbesondere der mindestens einen Förderpumpe, der Kraftstofffördereinrichtung durch die Vermeidung bzw. Reduzierung der Menge von Kraftstoff in der gasförmigen Phase in den Komponenten und Leitungen der Kraftstofffördereinrichtung.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.
Es ist von Vorteil, wenn die Ansaugleitung im bodennahen Bereich des Vorratsbehälters angeordnet ist, da auf diese Weise eine Umspülung der Ansaugleitung mit Kraftstoff für möglichst lange Zeit sichergestellt ist.
Eine Befestigung der Ansaugleitung auf der Bodenfläche des Vorratsbehälters ist vorteilhaft, da dies kostengünstig umgesetzt werden kann.
Vorteilhaft ist eine Erstreckung der Ansaugleitung von einer ersten Seitenwand bis zu einer zweiten Seitenwand, wobei die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand einander gegenüber liegen, da auf diese Weise viele Alternative Möglichkeiten entlang der Ansaugleitung zur Anordnung der Entnahmevorrichtungen gegeben sind.
Es ist von Vorteil, wenn die Entnahmevorrichtung ein Schwimmerventil aufweist, welches dazu ausgebildet ist die Ansaugöffnung zu verschließen oder zu öffnen, da das Schwimmerventil gleichzeitig die Funktion eines Sensors und eines Ventils erfüllt und auf diese Weise weitere teure elektronische Sensoren entfallen können.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Ausführung des Schwimmerventils als eine Kugel, welche entlang einer Führungsstange bewegbar ist, da dies besonders kostengünstig und einfach umsetzbar ist.
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 Ansaugleitung einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß dem Stand der Technik und
3 eine Ansaugleitung einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die eine Kraftstofffördereinrichtung aufweist. Die Kraftstofffördereinrichtung weist mindestens eine Förderpumpe 16 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt.
Durch die wenigstens eine Förderpumpe 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 Kraftstoff, insbesondere Gas, ausgelegt. Der Kraftstoff kann sich je nach Temperatur und Druck in einer flüssigen Phase, in einer gasförmigen Phase oder in einer Mischform befinden. Im Vorratsbehälter 12 wird der Kraftstoff in der flüssigen Phase aufgenommen. Da der Kraftstoff, insbesondere z.B. LNG, an der Siedekennlinie gespeichert wird, ergibt sich eine Balance zwischen flüssiger und darüber liegender gasförmiger Phase. Um den Kraftstoff in der flüssigen Phase zu halten, muss der Kraftstoff unter sehr niedrigen Temperaturen 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 12 weist eine Bodenfläche 32, sowie vier Seitenwände 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 12 dargestellt, so dass nur die Bodenfläche 32, die erste Seitenwand 35 und die zweite Seitenwand 37 und die Dachfläche 39 zu sehen sind. Alternativ kann der Vorratsbehälter auch eine zylinderförmige Außenfläche aufweisen.
Der Kraftstoff wird über eine Ansaugleitung 41, welche innerhalb des Vorratsbehälters 12 angeordnet ist durch die Förderpumpe 16 angesagt. Um beispielsweise die Effizienz der mindestens einen Förderpumpe 16 zu erhöhen, sollte möglichst nur Kraftstoff in der flüssigen Phase angesagt werden.
Um sicherzustellen, dass auch bei einem niedrigen Füllstand und einem schrägstehenden Vorratsbehälter 12 ausreichend Kraftstoff in der flüssigen Phase angesaugt werden kann, weist die Ansaugleitung 41 mindestens zwei Entnahmevorrichtungen 42 auf.
Die Entnahmevorrichtung 42 ist so ausgebildet ist, dass eine Ansaugöffnung 43 freigeben wird, wenn sich die Ansaugöffnung 43 innerhalb von Kraftstoff in der flüssigen Phase befindet und ansonsten die Ansaugöffnung 43 verschließt.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die mindestens eine Förderpumpe 16 über eine Ansaugöffnung 43 möglichst nur flüssigen Kraftstoff fördert.
Die Ansaugleitung 41 kann im bodennahen Bereich 22 des Vorratsbehälters 12 angeordnet sein, um sicherzustellen, dass die Ansaugleitung 41 möglichst immer von Kraftstoff umgeben ist. 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 Ansaugleitung 41 kann auch auf der Bodenfläche 32 des Vorratsbehälters 12 befestigt sein oder mit der Bodenfläche 32 im Kontakt stehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ansaugleitung 41 als gerade Leitung ausgebildet, wobei sich die Ansaugleitung 41 von der ersten Seitenwand 35 bis zu einer zweiten Seitenwand 37 erstreckt, wobei die erste Seitenwand 35 und die zweite Seitenwand 37 einander gegenüber liegen.
Die Ansaugleitung 41 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform mindestens eine Schlinge oder mindestens eine Verzweigungen aufweisen, so dass eine Vergrößerung der Gesamtlänge der Ansaugleitung 41 innerhalb des Vorratsbehälters 12 erfolgt. Dies ermöglicht auch eine höhere Flexibilität in Bezug auf die Anordnung der Entnahmevorrichtungen 42 entlang der Ansaugleitung 41.
Die mindestens zwei Entnahmevorrichtungen 42 können auf der Oberseite der Ansaugleitung 41 angeordnet sein.
Die erste Entnahmevorrichtung 42 kann sich an einem ersten Ende und die zweite Entnahmevorrichtung 42 an einem zweiten Ende der Ansaugleitung 41 befindet. Wobei davon ausgegangen wird, dass sich jeweils das erste Ende und das zweite Ende der Ansaugleitung in der Nähe von jeweils gegenüberliegenden Seitenwänden 35, 37 befindet.
Eine dritte Entnahmevorrichtung 42 kann zwischen der ersten und der zweiten Entnahmevorrichtung 42 angeordnet sein.
2 zeigt eine Ansaugleitung 41 einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß dem Stand der Technik. Die Ansaugleitung 41 weist eine Öffnung an der Seite bzw. dem einen Ende der Ansaugleitung 41 auf, während das andere Ende über eine Verbindungsleitung 15 mit der mindestens einen Förderpumpe 16 verbunden ist. Der Vorratsbehälter 12 weist eine Schrägstellung auf, welche beispielsweise bei einem schräg stehenden Fahrzeug auftreten kann. Durch eine gestrichelte Linie 13 ist der Flüssigkeitspegel des Kraftstoffes angedeutet. Aufgrund der Länge der Ansaugleitung 41 kann durch die mindestens eine Förderpumpe 16 kein Kraftstoff angesaugt werden. Ein ähnliches Problem würde auch bei einer längeren Ansaugleitung 41 auftreten, wenn das Fahrzeug bzw. der Vorratsbehälter in die andere Richtung geneigt ist.
Um zu vermeiden, dass über die Ansaugleitung 41 sowohl Kraftstoff in der gasförmigen Phase, als auch in der flüssigen Phase angesaugt wird, weist die Entnahmevorrichtung 41 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie es in 3 gezeigt ist, ein Schwimmerventil 50 auf, welches dazu ausgebildet ist die Ansaugöffnung 43 in der Ansaugleitung 41 zu verschließen oder zu öffnen.
Das Schwimmerventil 50 kann durch eine Kugel 51 gebildet werden, welche entlang einer Führungsstange 52 bewegbar ist. Die Kugel 51 ist so ausgebildet, dass sie sich nach oben bewegt und die Ansaugöffnung 43 freigibt, wenn sich die Entnahmevorrichtung 42 innerhalb von Kraftstoff in der flüssigen Phase befindet. Des Weiteren ist die Kugel 51 so ausgebildet, dass sie die Ansaugöffnung 43 verschließt, wenn sich die sich Entnahmevorrichtung 42 innerhalb von Kraftstoff in der gasförmigen Phase befindet.
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

Vorratsbehälter (12) mit mindestens einer Ansaugleitung (41), welche innerhalb des Vorratsbehälters (12) angeordnet ist, wobei durch die Ansaugleitung (41) Kraftstoff förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (41) mindestens zwei Entnahmevorrichtungen (42) aufweist.
Vorratsbehälter (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ansaugleitung (41) im bodennahen Bereich (22) des Vorratsbehälters (12) angeordnet ist.
Vorratsbehälter (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ansaugleitung (41) auf der Bodenfläche (32) des Vorratsbehälters (12) befestigt ist.
Vorratsbehälter (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ansaugleitung (41) von einer ersten Seitenwand (35) bis zu einer zweiten Seitenwand (37) erstreckt, wobei die erste Seitenwand (35) und die zweite Seitenwand (37) einander gegenüber liegen.
Vorratsbehälter (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmevorrichtung (42) dazu ausgebildet ist eine Ansaugöffnung freizugeben, wenn sich die Ansaugöffnung innerhalb von Kraftstoff in einer flüssigen Phase befindet und ansonsten die Ansaugöffnung zu verschließen.
Vorratsbehälter (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Entnahmevorrichtungen (42) auf der Oberseite der Ansaugleitung (41) angeordnet sind.
Vorratsbehälter (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Entnahmevorrichtung (42) im Bereich eines ersten Endes und die zweite Entnahmevorrichtung (42) im Bereich eines zweiten Endes der Ansaugleitung (41) angeordnet ist.
Vorratsbehälter (12) nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Entnahmevorrichtung (42) zwischen der ersten und der zweiten Entnahmevorrichtung (42) angeordnet ist.
Vorratsbehälter (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmevorrichtung (41) ein Schwimmerventil (50) aufweist, welches dazu ausgebildet ist die Ansaugöffnung zu verschließen oder zu öffnen.
Vorratsbehälter (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerventil (50) durch eine Kugel (51) gebildet wird, welche entlang einer Führungsstange (52) bewegbar ist.
Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Förderpumpe (16), wobei Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) über eine Ansaugleitung (41) durch die mindestens eine Förderpumpe (16) in einen Hochdruckbereich (18) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgestaltet ist.