DE102004007718A1

DE102004007718A1 - Kraftstofffördermodul mit mindestens zwei Pumpen

Info

Publication number: DE102004007718A1
Application number: DE200410007718
Authority: DE
Inventors: Bernd Guntermann; Marc Paul Rother; Mark Dr. Polifke
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Fördermodul (10). Dieses ist ausgeführt mit einem Tank (12), einem in dem Tank (12) angeordneten Schwalltopf (14), mindestens einer ersten Förderpumpe (16), die ausschließlich einen Motor mit Kraftstoff versorgt, mindestens einer zweiten Förderpumpe (18), die Kraftstoff aus dem Tank (12) in den Schwalltopf (14) fördert, mindestens einer dritten Förderpumpe (20), die ausschließlich Kraftstoff zur zweiten Förderpumpe (18) fördert, um diese anzutreiben. Die erste und die dritte Förderpumpe (16, 20) werden aus dem Schwalltopf (14) gespeist und sind unabhängig voneinander betreibbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Fördermodul für ein Fahrzeug mit einem Tank und einem in dem Tank angeordneten Schwalltopf, aus dem über eine erste Förderpumpe ein Motor mit Kraftstoff versorgt wird. Derartige Kraftstoff-Fördermodule werden in Fahrzeugen eingesetzt. Der Schwalltopf stellt sicher, dass stets ausreichend Kraftstoff am Pumpeneinlass zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn sich nur noch verhältnismäßig wenig Kraftstoff im Tank befindet und das Fahrzeug beispielsweise in eine enge Kurve fährt. Auch muss ein Schwalltopf dann eingesetzt werden, wenn es sich bei dem Tank um einen so genannten Satteltank handelt. Ein Satteltank ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine aktive Hauptkammer und eine passive Nebenkammer aufweist, die über eine Art Verbindungsbrücke miteinander verbunden sind. Befindet sich also nur noch verhältnismäßig wenig Kraftstoff im Tank, kann dieser beim Fahren einer engen Kurve über die Verbindungsbrücke in die Nebenkammer laufen, so dass die in der Hauptkammer angeordnete Förderpumpe nicht mehr ausreichend mit Kraftstoff versorgt sein würde.
Der Schwalltopf weist an seiner Oberseite Öffnungen auf bzw. ist nach oben hin geöffnet, so dass bei einem ausreichend gefüllten Tank automatisch Kraftstoff in den Schwalltopf hineinfließt. Fällt jedoch der Pegel des Kraft stoffs unter die Höhe des Schwalltopfes, wird üblicherweise über so genannte Strahlpumpen Kraftstoff aus dem umliegenden Tank in den Schwalltopf hineinbefördert. Eine solche Strahlpumpe wird auch verwendet, um bei einem Satteltank ständig Brennstoff durch die Verbindungsbrücke in den Schwalltopf zu pumpen. Dabei wird der Schwalltopf üblicherweise überfüllt und der überschüssige Kraftstoff füllt dann die umgebende Hauptkammer.

Die DE 102 08 788 A1 zeigt ein Kraftstoff-Fördermodul mit einem Satteltank. Bei diesem System werden mehrere Kraftstoffleitungen verwendet, um Kraftstoff aus der passiven Nebenkammer in die aktive Hauptkammer zu fördern. Es sind zwei Standard-Kraftstoffpumpen-Module innerhalb des Tanks vorgesehen, eine erste Kraftstoffpumpe in der Nebenkammer und eine zweite Kraftstoffpumpe in der Hauptkammer. Die Kraftstoffpumpen sind jeweils in einem Schwalltopf angeordnet und mit Saug-Strahlpumpen, die Unterschiede der Kraftstoffstände in den beiden Kammern ausgleichen, verbunden. Entsprechend weist jede Saug-Strahlpumpe eine eigene Überbrückungskraftstoffleitung auf, in welcher Kraftstoff über die Verbindungsbrücke gefördert wird.

Ein vergleichbares Kraftstoffmodul zeigt die DE 101 43 819 A1 . Auch in dieser Druckschrift ist ein Kraftstoffmodul gezeigt, das einen Satteltank aufweist und wobei in jeder Kammer eine Kraftstoffpumpe angeordnet ist. Saugstrahlpumpen stellen sicher, dass in beiden Kammern bzw. in den Schwalltöpfen ausreichend Kraftstoff vorhanden ist.

In beiden Systemen wird vom Pumpenauslass der Kraftstoffpumpe, die der Motor mit Kraftstoff versorgt, ein Zweigstrom des Förderstroms der oder den Saugstrahlpumpen als Betriebsstrom (Treibstahl) zugeführt.

Weiterhin kann in extremen Betriebszuständen (z.B. bei einem Kaltstart bei sehr niedriger Bordspannung) die in der Regel elektronische Kraftstoffpumpe oftmals nicht genügend Volumenstrom liefern, um den Bedarf des Motors und den Betrieb einer bzw. mehrerer Saugstrahlpumpen zu erfüllen.

Üblicherweise werden elektrisch geregelte Kraftstoffpumpen eingesetzt, welche den Volumenstrom an den tatsächlich benötigen Bedarf des Motors anpassen. Dieses Verfahren bzw. dieses Kraftstoff-Fördermodul hat aber im Leerlauf des Fahrzeuges einen erheblichen Nachteil. Ein Kraftfahrzeug benötigt im Leerlauf in der Regel nicht mehr als 3 bis 4 Liter Kraftstoff pro Stunde, die elektrische Kraftstoffpumpe muss aber ständig mehr Kraftstoff fördern, da ansonsten der Venturi-Effekt, den die Saugstrahlpumpe ausnutzt, aufgrund eines Strömungsabrisses zusammenbricht. Dies führt zum einen zu einer dauerhaften erhöhten Belastung der Kraftstoffpumpe, zum anderen aber auch zu, einem relativ hohem Energieverbrauch.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kraftstoff-Fördermodul zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile vermeidet. Insbesondere soll der Energiebedarf des Kraftstoff-Fördermoduls möglichst gering sein. Das Kraftstoff-Fördermodul soll den Kraftstoff-Bedarf des Motors jederzeit erfüllen können, beispielsweise auch bei einem Kaltstart bei sehr niedriger Bordspannung oder bei stark variierendem Kraftstoffbedarf. Das Kraftstoff-Fördermodul soll weiterhin kostengünstig herstellbar und leicht montierbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kraftstoff-Fördermodul mit

– einem Tank,
– einem in dem Tank angeordneten Schwalltopf,
– mindestens einer ersten Förderpumpe, die ausschl. einen Motor mit Kraftstoff versorgt,
– mindestens einer zweiten Förderpumpe, die Kraftstoff aus dem Tank in den Schwalltopf fördert,
– mindestens einer dritten Förderpumpe, die ausschließlich Kraftstoff zur zweiten Pumpe fördert, um diese anzutreiben,

wobei die erste Förderpumpe und die dritte Förderpumpe aus dem Schwalltopf gespeist werden, und unabhängig voneinander betreibbar sind.

Demnach sieht die Erfindung vor, die zweite Förderpumpe in der Regel eine Saugstrahlpumpe bzw. mehrere Saugstrahlpumpen, nicht mit der gleichen Förderpumpe zu betreiben, die den Motor mit Kraftstoff versorgt, sondern vielmehr zwei vollständig voneinander getrennte Förderpumpen einzusetzen. Die erste Förderpumpe versorgt ausschließlich den Motor mit Kraftstoff, während die dritte Förderpumpe ausschließlich den Volumenstrom zum Betreiben der Saugstrahlpumpen liefert.

Wie bereits erläutert, ist es im Stand der Technik dagegen üblich, die Saugstrahlpumpen ebenfalls mit der den Motor versorgenden Förderpumpe zu betreiben.

Diese Trennung der Versorgungsaufgaben führt zu erheblichen Vorteilen während des Betriebes des Kraftstoff-Fördermoduls. So versorgt die erste Förderpumpe nur den Verbrennungsmotor in allen Betriebszuständen zuverlässig mit dem jeweils benötigten Volumenstrom. Dabei können extreme Bedarfe realisiert werden, da keine Volumenstromverluste durch eine (oder mehrere) Saugstrahlpumpen auftreten können.

Die erste Förderpumpe kann weiterhin dann, wenn das Kraftfahrzeug im Standgas betrieben wird, so weit abgeregelt werden, dass lediglich die minimale Fördermenge bereitgestellt wird (z.B. 4 Liter pro Stunde bei etwa 4 bar). Die Regelung kann durch ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) erfolgen. Diese Regelung im Standgas führt zu einer erheblichen Energieeinsparung.

Die erste Förderpumpe ist vorzugsweise als geregelte elektrische Förderpumpe ausgelegt, sie kann aber auch durch eine ungeregelte Förderpumpe mit mechanischem Druckregler gebildet sein.

Die dritte Förderpumpe betreibt ausschließlich alle im Tanksystem befindlichen Saugstrahlpumpen. Dies ist vorteilhaft, da Saugstrahlpumpen einen idealen Arbeitspunkt aufweisen, der abhängig vom Volumenstrom, vom Düsendurchmesser usw. ist. Somit können die Saugstrahlpumpen erfindungsgemäß konstant im idealen Arbeitspunkt betrieben werden, was ebenfalls zu einer Energieeinsparung führt.

Hinzu kommt, dass elektrische Förderpumpen ebenfalls einen idealen Arbeitspunkt haben. Die dritte Förderpumpe kann auf diesen idealen Arbeitspunkt ausgelegt werden, es kann also eine Adaption an den idealen Arbeitspunkt der Saugstrahlpumpen vorgenommen werden. Diese Kombination spart weitere Energie ein.

Abhängig von der Tankgeometrie und vom Kraftstoff-Füllstand ist es nicht immer notwendig, die Saugstrahlpumpen zu betreiben. Zum Beispiel dann, wenn der Füllstand die Höhe des Schwalltopfes übersteigt, können die Saugstrahlpumpen abgeschaltet werden, da der Schwalltopf in der Regel oben offen ist, Kraftstoff also in den Schwalltopf hineinfließen kann. Da erfindungsgemäß die Saugstrahlpumpen nur durch die dritte Förderpumpe betrieben werden, ist ein Abschalten dieser dritten Förderpumpe möglich, wenn die Saugstrahlpumpen nicht benötigt werden, die erste Förderpumpe kann dagegen unabhängig davon weiter betrieben werden. Auch diese Abschaltmöglichkeit spart Energie ein.

Die Verwendung von zwei Förderpumpen ermöglicht es, geeignete Förderpumpen für die unterschiedlichen Aufgaben einzusetzen. So ist es möglich, dass die erste Förderpumpe, die den Motor mit Kraftstoff versorgt, als Hochleistungspumpe ausgeführt ist, die den Verbrennungsmotor in allen Betriebszuständen mit dem benötigtem Volumenstrom versorgen kann. Dahingegen kann die dritte Förderpumpe als so genannte Niedrigperformancepumpe, also als Förderpumpe mit einer geringen Stromaufnahme ausgeführt sein, welche lediglich ideal an den optimalen Arbeitspunkt der Saugstrahlpumpen angepasst ist.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass bereits bestehende Kraftstoff-Fördermodule schnell und einfach mit den erfindungsgemäßen Förderpumpen ausgerüstet werden können.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass die beiden Förderpumpen, also die erste Förderpumpe und die dritte Förderpumpe direkt aus dem Schwalltopf gespeist werden. Auch ein verhältnismäßig plötzlich auftretender hoher Kraftstoffbedarf (beispielsweise beim starken Beschleunigen) kann unmittelbar bereitgestellt werden, da die erste Förderpumpe stets mit ausreichend Kraftstoff versorgt ist. Vorteilhafterweise sind beide Förderpumpen innerhalb des Schwalltopfes angeordnet, sie können sich aber auch außerhalb des Schwalltopfes befinden und über Leitungen mit diesem verbunden sein.

Hinzu kommt, dass bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-Fördermodul auf den Einsatz von Drosseln oder Druckreglern verzichtet werden kann. Die Förderpumpen können derart ausgelegt sein, dass der gesamte geförderte Volumenstrom der/den Saugstrahlpumpe(n) (z. B. Jetpumpe(n)) zugeleitet werden kann. Ändert sich der Volumenstrom ändert sich lediglich die Effizienz der Saugstrahlpumpen (Jetpumpen). Es sind also somit weniger Bauteile notwendig bzw. wird die Komplexität der Bauteile verringert.

Auch benötigen die erste und die dritte Förderpumpe auf der Saugseite nur einen einzigen gemeinsamen Vorfilter. Dieser ist vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass ein Strömungskurzschluss zwischen den beiden Förderpumpen ausgeschlossen ist. Zum Beispiel können zwei durch eine Wand voneinander getrennte Kammern vorgesehen sein, aus denen jeweils eine Förderpumpe ansaugt. Dadurch, dass für beide Förderpumpen nur einteiliger Vorfilter verwendet werden kann, wird wiederum ein Bauteil eingespart.

Je nach Fertigungs- und Füllstandsmessprinzip kann eine Tanköffnung in der aktiven Hauptkammer ausreichen, eine Tanköffnung in der passiven Nebenkammer muss nicht immer vorhanden sein.

Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
Es zeigen:
1: eine schematische Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Fördermoduls, und
2: eine schematische Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Fördermoduls.
Beide Figuren zeigen ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Fördermodul 10. Dieses weist einen Tank 12 auf, in dem ein Schwalltopf 14 angeordnet ist. Innerhalb des Schwalltopfes 14 ist eine erste Förderpumpe 16 angeordnet, die einen nicht dargestellten Motor über eine Leitung (dargestellt durch Pfeil A) mit Kraftstoff versorgt. Eine zweite Förderpumpe 18 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Schwalltopfes 14 angeordnet und mit einer dritten Förderpumpe 20 verbunden. Die dritte Förderpumpe 20 ist wiederum innerhalb des Schwalltopfes 14 angeordnet und versorgt die zweite Förderpumpe 18, die in der Regel als Saugstrahlpumpe ausgelegt ist, mit einem notwendigen Treibstrahl (dargestellt durch Pfeil B).
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tank 12 als Satteltank ausgeführt, der eine passive Nebenkammer 22 und eine aktive Hauptkammer 24, in der der Schwalltopf 14 und die Förderpumpen 16, 18, 20 angeordnet sind, aufweist. Über eine Verbindungsbrücke 26 sind die beiden Kammern 22, 24 miteinander verbunden. Der Schwalltopf 14 ist nach oben hin geöffnet ausgeführt bzw. weist nach oben hin Öffnungen auf, so dass Kraftstoff in den Schwalltopf 14 hineinfließen kann, wenn der Kraftstoffpegel innerhalb des Tankes 12 die Höhe des Schwalltopfes 14 übersteigt. Wenn aber der Kraftstoffpegel unter die Höhe des Schwalltopfes 14 sinkt, wird Kraftstoff über die zweite Förderpumpe 18 in den Schwalltopf 14 hineingefördert. Eine vierte Förderpumpe 28 (z.B. eine Jetpumpe) kann in der passiven Nebenkammer angeordnet sein, um die Förderung des Kraftstoffs zu unterstützen. Diese zweite Förderpumpe 28 fördert über eine Verbindungsleitung Kraftstoff aus der passiven Kammer 22 in den Schwalltopf 14 (dargestellt durch Pfeil C). Diese Pumpe wird mit einem Treibstrahl (dargestellt durch Pfeil D) angetrieben. Optional kann im Tank 12 weiterhin ein handelsüblicher Kraftstofffilter 34 in der zum Motor führenden Leitung angeordnet sein.
In 2 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung der vierten Förderpumpe 28 gezeigt. Diese ist oberhalb des Schwalltopfes 14 positioniert und saugt Kraftstoff über nur eine Leitung aus der passiven Nebenkammer 22. Der Treibstrahl der vierten Förderpumpe 28 ist mit Pfeil D dargestellt, der Förderstrom aus der Passiven Seite ist mit Pfeil C dargestellt.
In der Regel reicht nur eine Tanköffnung 36 in der aktiven Hauptkammer 24 aus, eine Tanköffnung 36 in passiven Nebenkammer 22 kann aber je nach Fertigungs- und Füllstandsmessprinzip vorgesehen sein (dargestellt durch gestrichelte Linien).
Der ersten Förderpumpe 16 und der dritten Förderpumpe 20 kann ein gemeinsames Filterelement 32 vorgeschaltet sein. Dieses ist vorteilhafterweise einteilig, mit zwei voneinander getrennten Kammern oder Bereichen ausgebildet.
Die Figur verdeutlicht die Erfindung lediglich schematisch, weswegen sind nicht alle Bauteile, wie beispielsweise Sensoren für den Pegelstand, Füllventile, elektrische Verbindungen und Filter dargestellt sind. Die Erfindung soll dadurch aber nicht limitiert sein, es wird vielmehr vorausgesetzt, dass diese Bauteile aus dem Stand der Technik ausreichend bekannt sind.
Die beschriebene und dargestellte Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern soll vielmehr alle alternativen Ausführungsvarianten beinhalten, die auf der Grundidee der Erfindung aufbauen.

Claims

Kraftstoff-Fördermodul (10) bestehend aus – einem Tank (12), – einem in dem Tank (12) angeordneten Schwalltopf (14), – mindestens einer ersten Förderpumpe (16), die ausschließlich einen Motor mit Kraftstoff versorgt, – mindestens einer zweiten Förderpumpe (18), die Kraftstoff aus dem Tank (12) in den Schwalltopf (14) fördert, – mindestens einer dritten Förderpumpe (20), die ausschließlich Kraftstoff zur zweiten Förderpumpe (18) fördert, um diese anzutreiben, wobei die erste Förderpumpe (16) und die dritte Förderpumpe (20) aus dem Schwalltopf (14) gespeist werden, und unabhängig voneinander betreibbar sind.
Kraftstoff-Fördermodul (10), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Förderpumpe (18) und die dritte Förderpumpe (20) derart ausgeführt sind, dass der gesamte Förderstrom der dritten För derpumpe (20) zum Antrieb der zweiten Förderpumpe genutzt wird, insbesondere unverändert bezüglich Druck und Volumen.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Förderpumpe (16) und der dritten Förderpumpe (20) saugseitig ein gemeinsames Filterelement (32) vorgeschaltet ist, welches derart ausgeführt ist, dass ein Strömungskurzschluss zwischen den beiden Förderpumpen (16, 20) ausgeschlossen ist.
Kraftstoff-Fördermodul (10), nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Förderpumpe (18) als Saugstrahlpumpe ausgeführt ist und die dritte Förderpumpe (20) einen Treibstrahl zu deren Antrieb zur Verfügung stellt.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Förderpumpe (18) und die mit dieser verbundene dritte Förderpumpe (20) jeweils auf ihren idealen Arbeitspunkt ausgelegt sind.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Förderpumpe (16) regelbar ausgeführt ist.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Förderpumpe (20) abschaltbar ausgeführt ist.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Förderpumpe (20) regelbar ausgeführt ist.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Förderpumpe (16) und die dritte Förderpumpe (20) innerhalb des Schwalltopfes (14) angeordnet sind.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Förderpumpe (16) als elektrisch betreibbar Hochleistungspumpe ausgeführt ist.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Förderpumpe (20) als elektrisch betreibbare Förderpumpe mit geringer Stromaufnahme ausgeführt ist.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (12) als Satteltank mit einer passiven Nebenkammer (22) und einer aktiven Hauptkammer (24) ausgeführt ist, wobei der Schwalltopf (14) und die Förderpumpen (16, 18, 20) in der aktiven Kammer (24) angeordnet sind.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der passiven Nebenkammer (22) eine zusätzliche vierte Förderpumpe (28) vorgesehen ist, die Kraftstoff aus der passiven Nebenkammer (22) in die aktive Hauptkammer (24) fördert.
Kraftstoff-Fördermodul (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der aktiven Hauptkammer (24) eine zusätzliche vierte Förderpumpe (28) vorgesehen ist, die Kraftstoff über lediglich eine Förderleitung (29) aus der passiven Nebenkammer (22) in die aktive Hauptkammer (24) saugt.