DE10010517A1 - Kraftstoff-Versorgungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung Kraftstoff-Versorgungssystem für Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung, vorzugsweise zur Anwendung in Kraftfahrzeugen, mit folgendem Aufbau DOLLAR A - eine Niederdruckpumpe (3), vorzugsweise eine elektrische Kraftstoffpumpe, fördert Kraftstoff aus einem Tank (1) zumindest einer Hochdruckpumpe (11), DOLLAR A - der Hochdruckpumpe (11) / den Hochdruckpumpen (111-114) angeschlossen ist ein Einspritzsystem (22), DOLLAR A - von diesem führt ein Rücklauf (15) für nicht eingespritzten Kraftstoff bzw. Leckkraftstoff in den Tank (1) zurück. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, die Zufuhr von Kraftstoff zu Hochdruckeinspritzpumpen unabhängig vom Lastzustand des Motors zu gewährleisten und Druckverluste im Leitungssystem minimal zu halten. Weiterhin soll die Einspritzanlage durch Wärmeabführung mittels strömenden Kraftstoffs gekühlt und eine Erwärmung des Tankinhaltes durch rückströmenden Kraftstoff minimiert werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zwischen Niederdruckpumpe (3) und Hochdruckpumpe (11) / Hochdruckpumpen (111-114) ein Reservoir (7) angeordnet ist, das von der Niederdruckpumpe (3) gespeist wird und über eine Rücklaufleitung (15) dem Tank (1) angeschlossen ist. Weiterhin kann die Überlaufleitung (21) des Reservoirs (7) mit der Rücklaufleitung (15) des Einspritzsystems (22) verbunden sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Versorgungssystem für Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung, vorzugsweise zur Anwendung in Kraftfahrzeugen.

Allgemein bekannt sind Kraftstoff-Versorgungssysteme für Verbrennungsmotoren mit Einspritzanlagen, bei denen eine Kraftstoffpumpe aus einem Tank Kraftstoff einer Einspritzanlage zuführt.

Aus der EP 0 780 567 A1 ist ein Kraftstoff-Versorgungssystem vorbekannt, bei dem eine Kraftstoffpumpe über eine Saugleitung und einen in dieser angeordneten Kraftstoffilter Kraftstoff ansaugt und zu einer Kraftstoffverteilerleiste fördert. Dieser sind Einspritzventile angeschlossen, die den Kraftstoff den Zylindern zuführen. Der nicht zur Einspritzung benötigte Kraftstoff, die Absteuermenge und die Leckage der Einspritzventile werden über eine Kraftstoffleitung zurück in den Kraftstoffilter geführt. Für den Einsatz einer ungeregelten Kraftstoffpumpe ist eine Leitung vorgesehen, welche die Absteuermenge der Kraftstoffpumpe zurück in den Filter führt.

Das Kraftstoffsystem weist keine in den Tank zurückführende Leitung für den nicht zur Einspritzung benötigten Kraftstoff auf. Dieser wird in den in der Ansaugleitung der Kraftstoffpumpe befindlichen Filter zurückgeführt und mit dem aus dem Tank nachgeförderten Kraftstoff erneut der Kraftstoffverteilerleiste zugeführt. Der von der Pumpe geförderte und nicht zur Einspritzung benötigte Kraftstoff wird durch die Verdichtung in der Pumpe - insbesondere bei Hochdruckpumpen für direkteinspritzende Motoren - und die Führung des Kraftstoffes in der Verteilerleiste bzw. den Einspritzventilen stark erwärmt. Der rückgeführte Kraftstoff wird ungekühlt wieder dem Einspritzsystem zugeführt, wodurch die beabsichtigte Kühlung der Verteilerleiste und der Einspritzventile abgeschwächt wird. Den Zylindern wird stark erwärmter Kraftstoff zugeführt und es kann zu einer Dampfblasenbildung kommen. Weiterhin werden durch die Zufuhr weniger viskosen Kraftstoffes die mechanischen Schließteile der Einspritzventile ungenügend geschmiert, so daß weitere Maßnahmen zur Kühlung des von der Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffs notwendig sind.

Allgemein bekannt sind Kraftstoff-Versorgungssysteme, bei denen der von der Kraftstoffpumpe geförderte und nicht zur Einspritzung benötigte Kraftstoff in den Tank zurückgeführt wird. Durch die Verdichtung in der Pumpe und die Führung im Einspritzsystem des Motors wird der Kraftstoff erwärmt, so daß mit dessen Rückführung die Temperatur der im Tank befindlichen Kraftstoffmenge ansteigt. Diese Erwärmung ist unerwünscht, da Kunststofftanks nicht beständig gegen hohe Temperaturen sind. Weiterhin führt eine erhöhte Kraftstofftemperatur zu einer größeren Menge verdampften Kraftstoffs im Tank, wodurch sich die Verdunstungsemission erhöht.

Aus den genannten Gründen müssen bei Kraftstoff-Versorgungssystemen mit Kraftstoffrücklauf in den Tank zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung des rückgeführten Kraftstoffes, z. B. in der Rücklaufleitung angeordnete Kühler, getroffen werden. Dies bedeutet einen zusätzlichen Aufwand an Bauteilen und erfordert zusätzlichen Bauraum. Weiterhin erhöht sich durch einen zusätzlichen Kühler das Gesamtgewicht des Systems.

Die EP 0 656 471 A2 zeigt ein Kraftstoff-Versorgungssystem mit einer Rücklaufleitung für den von der Kraftstoffpumpe geförderten, nicht eingespritzten Kraftstoff, der zur Spülung der Verteilerleiste genutzt wird. Der in den Tank rückgeführte Kraftstoff wird, um eine unerwünschte Erwärmung der im Tank befindlichen Kraftstoffmenge zu vermeiden, durch die Kombination eines Druckregelventils und eines stellbaren Absperrventils, welche wechselseitig in einer Bypaß bzw. Rücklaufleitung angeordnet sind, mengenmäßig gesteuert.

Der Kraftstoff wird bereits beim Verdichten in der Kraftstoffpumpe erwärmt, was beim Einsatz von Hochdruckpumpen dazu führt, daß die über den Bypaß in den Tank rückgeführte Kraftstoffmenge bereits zu einer Erwärmung des Tankinhaltes beiträgt. Für die Steuerung der Bypaßleitung ist zusätzlicher Aufwand an Bauteilen - Druckregler, steuerbares Absperrventil - notwendig. Weiterhin muß ein Signal für die bedarfsgerechte Ansteuerung des Absperrventils generiert werden. Dazu ist es notwendig, die Kraftstofftemperatur oder eine dazu äquivalente Größe zu messen.

Vorbekannt ist durch die Schrift DE 198 42 041 A1 ein gattungsgemäßes Kraftstoffsystem, bei dem eine Niederdruckpumpe Kraftstoff aus einem Tank ansaugt und über eine Leitung einer Hochdruckpumpe zuführt. Diese versorgt eine Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff. Zwischen der Niederdruck- und der Hochdruckpumpe ist ein Sammler angeordnet, der das Speisedruckpulsieren der Hochdruckpumpe mindern bzw. ein Verschieben in einen anderen Frequenzbereich bewirken soll. Eine Rückführung nicht zur Einspritzung benötigten Kraftstoffes oder eine Kühlung der Verteilerleiste ist in der Schrift nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Kraftstoff-Versorgungssystem zu schaffen, das unabhängig vom Lastzustand des Motors eine Zufuhr von Kraftstoff zu einer Hochdruckeinspritzpumpe gewährleistet, wobei der Druckverlust im Leitungssystem minimal gehalten wird. Dabei wird die Einspritzanlage durch Wärmeabführung mittels strömenden Kraftstoffs gekühlt, wobei durch Kühlung des rückfließenden Kraftstoffes eine niedrige Tankeintrittstemperatur gesichert wird.

Die Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Kraftstoff-Versorgungssystemen erfindungsgemäß entsprechend der Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen bzw. werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Erfindungsgemäß vorteilhaft weist das Kraftstoff-Versorgungssystem eine Hochdruckpumpe auf, die aus einem nahe dieser angeordneten Reservoir Kraftstoff ansaugt. Anstelle einer Hochdruckpumpe können, z. B. bei Verwendung von Pumpe-Düse -Einheiten (im weiteren PDE), auch mehrere Hochdruckpumpen Verwendung finden. Diese können direkt dem Reservoir angeschlossen sein oder wie in Fig. 2 beschrieben von einer weiteren Vordruckpumpe gespeist werden. Hochdruckpumpe und Injektoren bilden bei PDE eine Baueinheit. Sie können von einer gemeinsamen Sammelleitung gespeist werden. Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Kraftstoff-Versorgungssystem ist mit seinen Vorteilen und erfindungsgemäßen Ausgestaltungen für eine Hochdruckpumpe beschrieben, jedoch auch auf die Verwendung mehrerer Hochdruckpumpen (wie bei PDE) übertragbar. (Siehe Fig. 2)

Das die Hochdruckpumpe speisende Reservoir wird durch eine von der Motorlast unabhängige Niederdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt. Der aus dem Tank geförderte Kraftstoff gelangt mit minimalem Druckverlust, der nur von der Leitungslänge zwischen dem Reservoir und der Hochdruckpumpe abhängig ist, zum Einspritzsystem. Die Hochdruckpumpe ist möglichst nahe am Einspritzsystem angeordnet.

Ein weiterer Vorteil des Reservoirs besteht in dessen Speicherwirkung. Die Hochdruckpumpe kann, z. B. bei verzögertem Anlauf der Niederdruckpumpe durch Spannungsabfall bei Kaltstart, aus dem Reservoir Kraftstoff ansaugen.

Erfindungsgemäß fördert die Niederdruckpumpe eine größere Kraftstoffmenge als von der Hochdruckpumpe abgefördert werden kann. Dies sichert, daß der Hochdruckpumpe auf der Ansaugseite im Reservoir immer genügend Kraftstoff zur Verfügung steht. Von der Hochdruckpumpe nicht abgeförderter Kraftstoff gelangt über eine Rücklaufleitung in den Tank zurück. Es kann eine in ihrer Förderleistung fest eingestellte ungeregelte Pumpe verwendet werden.

In einer vorteilhaften Weitergestaltung der Erfindung mündet die Rücklaufleitung des Reservoirs in die Rücklaufleitung der Einspritzanlage, welche den nicht zur Einspritzung benötigten erwärmten Kraftstoff in den Tank zurückführt. Damit wird der rücklaufende Kraftstoff von dem aus dem Reservoir zurückfließenden Kraftstoff gekühlt. Ein zusätzlicher Kraftstoffkühler kann entfallen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Rücklaufleitung des Einspritzsystems, vor der Einmündung des Reservoirsrücklaufes, ein steuerbares Ventil angeordnet. Über das steuerbare Ventil und eine diesem angeschlossene, vor dem Kraftstoffilter in die Saugleitung der Hochdruckpumpe mündende Bypaßleitung kann erwärmter, von der Einspritzanlage zurückströmender Kraftstoff auf die Saugseite der Hochdruckpumpe gefördert werden. Bei tiefen Temperaturen kann Dieselkraftstoff seinen Kristallisationspunkt erreichen, wobei Paraffinkristalle ausfallen, die den Filter zusetzen können. Das Rückführen vorgewärmten Kraftstoffs verhindert ein Zusetzen des Filters mit Paraffinkristallen.

Nachfolgend wird ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Versorgungssystems mit einer Hochdruckpumpe in einer Prinzipdarstellung,

Fig. 2 einen an der Schnittlinie T abgetrennten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Versorgungssystems für eine Einspritzanlage mit mehreren Hochdruckpumpen (PDE) in einer Prinzipdarstellung.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Kraftstoff-Versorgungssystem, wobei eine Niederdruckpumpe 3, vorzugsweise eine elektrische Kraftstoffpumpe, innerhalb einer Fördereinheit 2 in einem Tank 1 angeordnet ist. Der Niederdruckpumpe 3 ist druckseitig ein Überdruckventil 4 angeschlossen, dessen Rücklauf 5 in die Fördereinheit 2 mündet. Über eine nach dem Überdruckventil 4 angeordnete Schnellkupplung K1 ist die Niederdruckpumpe 3 einer Vorlaufleitung 6 angeschlossen, die in ein Reservoir 7 mündet.

Dieses weist eine zu einer Hochdruckpumpe 11 führende Kraftstoffleitung 8 auf, in deren Verlauf über Schnellkupplungen K2 u. K3 ein Kraftstoffilter 9 angeordnet ist. Zwischen dem Kraftstoffilter 9 und der Hochdruckpumpe 11 ist ein Rückschlagventil 10 so angeordnet, daß die Kraftstoffleitung 8 verschlossen wird, wenn in dem zur Hochdruckpumpe 11 führenden Abschnitt der Kraftstoffleitung 8 ein höherer Druck als in dem zum Filter führenden Abschnitt herrscht. Die Hochdruckpumpe 11 ist druckseitig einer Verteilerleiste 13 mit Injektoren 14 angeschlossen, welche das Einspritzsystem 22 für einen Motor 12 bilden. Der Verteilerleiste 13 ist eine Rücklaufleitung 15 angeschlossen, die in ihrem weiteren Verlauf über ein Steuerventil 20 und eine Schnellkupplung K4 in den Tank 1 führt. Eine Absteuerleitung 23 für den von der Hochdruckpumpe 11 abgesteuerten Kraftstoff führt von dieser ausgehend zur Rücklaufleitung 15. Darin ist ein Kraftstofftemperaturfühler 17 angeordnet, dessen Meßwert zur Temperaturkorrektur der Einspritzmenge genutzt wird. Eine Leckkraftstoffleitung 16, welche den Leckkraftstoff des Einspritzsystems 22 aufnimmt, mündet nach der Absteuerleitung 23 über eine Drossel 18 in die Rücklaufleitung 15. In deren Verlauf befindet sich ein Steuerventil 20, welches bedarfsgerecht eine vor dem Filter 9 in die Kraftstoffleitung 8 mündende Vorwärmleitung 19 freigibt. Nach dem Steuerventil 20 mündet eine Überlaufleitung 21 des Reservoirs 7 in die Rücklaufleitung 15. Von der Hochdruckpumpe 11 geförderter aber nicht eingespritzter, erwärmter Kraftstoff vermischt sich in der Rücklaufleitung 15 mit dem von der Niederdruckpumpe 3 gelieferten aber nicht von der Hochdruckpumpe 11 geförderten Kraftstoff. Die Rücklaufleitung 15 führt diese Kraftstoffmenge gemeinsam in den Tank 1 zurück.

Die Niederdruckpumpe 3 fördert beständig eine größere Kraftstoffmenge als von der Hochdruckpumpe 11 benötigt wird, so daß ständig Kraftstoff über die Überlaufleitung 21 in die Rücklaufleitung 15 strömt und den durch die Kühlung des Einspritzsystems erwärmten Kraftstoff kühlt.

Fig. 2 zeigt einen an der Schnittlinie T abgetrennten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Versorgungssystems für eine Einspritzanlage mit mehreren Hochdruckpumpen (PDE) 111-114 in einer Prinzipdarstellung, wobei zu dem in Fig. 1 dargestellten System identische Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Kraftstoffleitung 8 ist mit dem Reservoir - nicht dargestellt (7 Fig. 1) - verbunden, aus dem eine Vordruckpumpe 26, die in eine am Zylinderkopf angeflanschte Baueinheit 31 integriert ist, Kraftstoff ansaugt. Der Vordruckpumpe 26 angeschlossen ist die Verteilerleitung 24 aus der die Pumpe-Düse -Einheiten (111-114) Kraftstoff fördern. Der zur Einspritzung benötigte Druck wird durch die jeweils in die PDE (111-114) integrierte Hochdruck-Kolbenpumpe - nicht dargestellt - erzeugt. Ein elektrisch gesteuertes Magnetventil steuert Einspritzmenge und Zeitpunkt. In der Rücklaufleitung 15 wird erwärmter Kraftstoff zurück in den Tank (1 Fig. 1) gefördert. Der zurückströmende Kraftstoff gelangt über ein Rückschlagventil 29, das von einer Bypaßleitung 30 mit einer darin angeordneten Drossel 28 überbrückt wird, zurück in den Tank - nicht dargestellt -.

In die Baueinheit 31 ist eine zwischen der Kraftstoffleitung 8 und der Rücklaufleitung 15 angeordnete Verbindungsleitung 32 integriert, in deren Verlauf sich eine Drossel 27 befindet. Über die Drossel 27 werden Dampfblasen aus dem Vorlauf 8 in den Rücklauf 15 abgeschieden.

Bezugszeichenliste

1

Tank

2

Fördereinheit

3

Niederdruckpumpe

4

Überdruckventil

5

Rücklauf (Überdruckventil)

6

Vorlaufleitung

7

Reservoir

8

Kraftstoffleitung (Saugleitung Hochdruckpumpe)

9

Kraftstoffilter

10

Rückschlagventil

11

Hochdruckpumpe

12

Motor

13

Verteilerleiste

14

Injektoren

15

Rücklaufleitung (zum Tank)

16

Leckkraftstoffleitung

17

Kraftstofftemperaturfühler

18

Drossel

19

Vorwärmleitung

20

Steuerventil

21

Überlaufleitung (Reservoir)

22

Einspritzsystem

23

Absteuerleitung (Hochdruckpumpe)

24

Verteilerleitung

25

Zuleitung (PDE)

26

Vordruckpumpe

27

Drossel (Verbindungsleitung)

28

Drossel (Bypaßleitung)

29

Rückschlagventil

30

Bypaßleitung

31

Baueinheit

32

Verbindungsleitung

111-114

Pumpe-Düse-Einheiten
K1-K4 Schnellkupplungen
T Schnittlinie

Claims (8)

1. Kraftstoff-Versorgungssystem für Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung, vorzugsweise zur Anwendung in Kraftfahrzeugen mit folgendem Aufbau

• - eine Niederdruckpumpe (3), vorzugsweise eine elektrische Kraftstoffpumpe, fördert Kraftstoff aus einem Tank (1) zu mindestens einer Hochdruckpumpe (11)
• - der Hochdruckpumpe (11)/den Hochdruckpumpen (111-114) angeschlossen ist ein Einspritzsystem (22)
• - von diesem führt ein Rücklauf (15) für nicht eingespritzten Kraftstoff bzw. Leckkraftstoff in den Tank (1) zurück,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Niederdruckpumpe (3) und Hochdruckpumpe (11)/Hochdruckpumpen (111- 114) ein Reservoir (7) angeordnet ist, das von der Niederdruckpumpe (3) gespeist wird und über eine Rücklaufleitung (15) dem Tank (1) angeschlossen ist.

2. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufleitung (21) des Reservoirs (7) mit der Rücklaufleitung (15) des Einspritzsystems (22) verbunden ist.

3. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Niederdruckpumpe (3) größer als die maximal von der Hochdruckpumpe (11)/den Hochdruckpumpen (111-114) abgeförderte Kraftstoffmenge ist.

4. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Einspritzsystem (22) eine separate Leckkraftstoffleitung (16) angeordnet ist, die der Rücklaufleitung (15) für nicht eingespritzten Kraftstoff angeschlossen ist.

5. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absteuerleitung (23) für den von der Hochdruckpumpe (11) abgesteuerten Kraftstoff der Rücklaufleitung (15) für nicht eingespritzten Kraftstoff angeschlossen ist.

6. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der Rücklaufleitung (15) für nicht eingespritzten Kraftstoff ein steuerbares Ventil (22) angeordnet ist, das eine vor dem Kraftstoffilter (9) in die Saugleitung (8) der Hochdruckpumpe (11) mündende Vorwärmleitung (19) freigibt,

7. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil (20) vor der Einmündung der Überlaufleitung (21) des Reservoirs (7) in der Rücklaufleitung (15) für den nicht eingespritzten Kraftstoff angeordnet ist,

8. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reservoirs (7) ein Grobfilter und ein Ablaßventil zur Wasserabscheidung - beide nicht dargestellt - angeordnet sind.