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Die Erfindung betrifft einen Mengenregler für Kraftstoffversorgungsanlagen. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffversorgungsanlage mit Mengenregler.
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Kraftstoffversorgungsanlagen für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, weisen eine Fördereinrichtung, d. h. eine Kraftstoffpumpe, auf, die in einem Kraftstoffbehälter bzw. Kraftstofftank angeordnet ist. Die Kraftstoffpumpe ist in einem Kraftstoff-Sammelbereich, beispielsweise einem Schwalltopf oder einem entsprechend ausgebildeten Bereich des Tanks, angeordnet. Über eine Zuführleitung wird mit Hilfe der Kraftstoffpumpe der Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt. Über eine Rückführleitung wird überschüssiger Kraftstoff vom Motor in den Tank zurückgeführt. Mit der Zuführleitung kann eine Abzweigleitung verbunden sein, durch die ein Teil des von der Pumpe geförderten Kraftstoffs abgezweigt wird. Über die Abzweigleitung wird der abgezweigte Kraftstoff einem Förderelement, wie einer Saugstrahlpumpe, zugeführt, wobei mit Hilfe der Saugstrahlpumpe sodann Kraftstoff in den Kraftstoff-Sammelbereich, wie den Schwalltopf, gefördert wird. Durch das Vorsehen von Saugstrahlpumpen ist sichergestellt, dass der Kraftstoff-Sammelbereich stets mit Kraftstoff gefüllt ist.
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Eine derartige Kraftstoffversorgungsanlage ist in
DE 196 28 580 beschrieben, wobei die hierin beschriebene Kraftstoffversorgungsanlage zusätzlich ein Ventil an der Abzweigung der Abzweigleitung in der Zuführleitung aufweist. Das in der Abzweigung vorgesehene Ventil weist eine federbelastete Kugel auf, durch die bei geringem Förderdruck der Kraftstoffpumpe die Abzweigleitung verschlossen ist und kein Kraftstoff zu der Saugstrahlpumpe gefördert wird. Hierdurch soll erreicht werden, dass in der Startphase, in der die Kraftstoffpumpe nur eine geringe Kraftstoffmenge fördert, eine ausreichende Kraftstoffmenge für den Motor vorhanden ist, indem der von der Pumpe geförderte Kraftstoff vollständig durch die Zuführleitung zum Motor gefördert wird.
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Aus
DE 102 48 625 A1 ist eine Vorrichtung zur Drosselung der Flüssigkeitsmenge, die einer Kraftstoffpumpe zugeführt wird, bekannt. Sie weist eine Zuführleitung und eine Abführleitung, sowie eine nicht verschließbare Öffnung auf, durch die unabhängig vom anliegenden Druck stets eine gleichbleibende Menge an Treibmittel durch die Vorrichtung gelangt. Zusätzlich zu diesem konstanten Strom kann durch eine weitere Öffnung eine je nach anliegenden Druck veränderbare Menge an Treibmittel die Vorrichtung passieren. Dabei verringert sich bei steigendem Druck an einer Stirnfläche der Querschnitt der zweiten Öffnung.
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Bei der Verwendung von Saugstrahlpumpen besteht generell das Problem, dass die Treibmittelmenge bei steigendem Druck zunimmt. Beim Einsatz einer Saugstrahlpumpe in einer Kraftstoffversorgungsanlage hat dies zur Folge, dass bei steigendem Druck die entsprechend erforderliche erhöhte Treibmittelmenge von der Kraftstoffpumpe bereitgestellt werden muss. Dies hat zur Folge, dass die verwendeten Kraftstoffpumpen überdimensioniert werden müssen, um auch bei steigenden Drücken eine ausreichende Treibmittelmenge für die Saugstrahlpumpe zur Verfügung zu stellen. Dies ist insbesondere bei Kraftstoffversorgungsanlagen nachteilig, die für einen großen Druckbereich ausgelegt sind.
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Bei Kraftstoffversorgungsanlagen für Kraftfahrzeuge können hierbei bei modernen Brennkraftmaschinen Druckunterschiede von 5–6 bar vorliegen. Da die Auslegung der Pumpe für den Druck erfolgen muss, bei dem die meiste Treibmittelmenge erforderlich ist, die Kraftstoffversorgungsanlage häufig jedoch in anderen Druckbereichen betrieben wird, ist eine Überdimensionierung der Kraftstoffpumpe erforderlich. Dies führt insbesondere zu erhöhten Kosten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mengenregler für Kraftstoffversorgungsanlagen zu schaffen, so dass eine Überdimensionierung der Fördereinrichtung vermieden werden kann und ein vollständiges Verschließen des Mengenreglers bei geringen Zulaufdrücken ermöglicht wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11.
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Der erfindungsgemäße Mengenregler für Kraftstoffversorgungsanlagen weist ein Gehäuse mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung auf, wobei der erfindungsgemäße Mengenregler vorzugsweise keine weitere Einlass- und/oder Auslassöffnung aufweist und somit vorzugsweise nicht entsprechend eines Ventils mit zwei Auslässen aufgebaut ist. Die Anordnung des erfindungsgemäßen Mengenreglers erfolgt vorzugsweise innerhalb einer Kraftstoffleitung, vorzugsweise in einer Abzweigleitung einer Kraftstoffversorgungsanlage. Der Mengeregler ist vorzugsweise Saugstrahlpumpen oder anderen Düsensystemen vorgeschaltet. In dem Gehäuse des Mengenreglers ist ein Mengen-Begrenzungselement verschiebbar angeordnet bzw. vorgesehen. Ferner ist innerhalb des Gehäuses ein Durchflusskanal zum Durchströmen von Treibmittel vorgesehen, wobei der Durchflusskanal in Durchströmungsrichtung vorzugsweise dem Mengen-Begrenzungselement nachgeordnet ist. Erfindungsgemäß kann mit Hilfe des Mengen-Begrenzungselementes der Querschnitt des Durchflusskanals durch Verschieben des Mengen-Begrenzungselementes verändert werden. Hierbei erfolgt das Verschieben des Mengen-Begrenzungselementes auf Grund der Druckdifferenz zwischen der Einlass- und der Auslassseite des Mengenreglers.
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Da der Durchflusskanal dem Mengen-Begrenzungselement in Durchströmungsrichtung nachgeordnet ist, hat dies zur Folge, dass eine Erhöhung der Druckdifferenz des Mengen-Begrenzungselementes in Richtung des Durchflusskanals verschoben wird und somit die Querschnittsfläche verringert wird. Hierdurch verringert sich die durch den Durchflusskanal strömende Treibmittelmenge. Da somit bei unterschiedlichen Druckdifferenzen die Querschnittsfläche des Durchflusskanals unterschiedlich groß ist, hat dies bei entsprechender Auslegung zur Folge, dass die aus der Auslassöffnung des Mengenreglers austretende Kraftstoff- bzw. Treibmittelmenge unabhängig von der Druckdifferenz annähernd konstant ist. Dies hat den Vorteil, dass beim Vorsehen eines derartigen Mengenreglers in einer Kraftstoffversorgungsanlage die Fördereinrichtung, wie die Kraftstoffpumpe, nicht überdimensioniert werden muss, da die zum Betreiben des Förderelementes mit der Saugstrahlpumpe erforderliche Kraftstoff- bzw. Treibmittelmenge im Wesentlichen druckunabhängig ist. Hierdurch ist eine exaktere Auslegung der Fördereinrichtung möglich und insbesondere eine Überdimensionierung nicht mehr erforderlich.
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Das Mengen-Begrenzungselement weist eine insbesondere tellerförmige Erweiterung auf. Die Erweiterung ist in einem mit der Einlassöffnung verbundenen Zuführkanal des Mengenreglers angeordnet, wobei die Erweiterung den Zuführkanal teilweise verschließt. Hierdurch ist ein Durchlasskanal ausgebildet, wobei es sich bei dem Durchlasskanal vorzugsweise um einen die Erweiterung umgebenden Durchlasskanal handelt. Vorzugsweise ist der Durchlasskanal unabhängig von der Druckdifferenz und somit unabhängig von der Stellung des Mengen-Begrenzungselementes stets gleich groß. Außerdem wird die Erweiterung des Mengen-Begrenzungselementes in der Offen-Stellung, d. h. bei vollständig geöffnetem Durchflusskanal von dem Rückstellelement gegen einen beispielsweise an der Innenseite des Gehäuses vorgesehenen Anschlag gedrückt werden. Hierdurch ist eine Verringerung des Querschnitts des Durchlasskanals oder ein vollständiges Verschließen möglich.
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Vorzugsweise ist das Mengen-Begrenzungselement mit einem Rückstellelement, wie einem Federelement, verbunden, so dass das Mengen-Begrenzungselement stets in eine Offen-Stellung zurückgedrückt wird, sobald der anliegende Druck sinkt. Hierbei ist das Rückstellelement derart ausgelegt, dass bei einem definierten Minimaldruck das Mengen-Begrenzungselement in der Offen-Stellung angeordnet ist. In der Offen-Stellung ist die veränderbare Querschnittsfläche des Durchflusskanals maximal.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Kraftstoffbehälter, wie einem Tank. In einem Kraftstoff-Sammelbereich, wie einem Schwalltopf, des Kraftstoffbehälters ist eine Fördereinrichtung, wie eine Kraftstoffpumpe, vorgesehen. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe wird Kraftstoff über eine Zuführleitung zu einem Verbrennungsmotor geleitet. Vorzugsweise unmittelbar nach der Fördereinrichtung ist mit der Zuführleitung eine Abzweigleitung verbunden. Erfindungsgemäß ist in der Abzweigleitung, die zu einem Förderelement, wie einer Saugstrahlpumpe, zum Fördern von Kraftstoff in den Kraftstoff-Sammelbehälter führt, ein Mengenregler angeordnet. Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Mengenregler ist in der Abzweigleitung angeordnet.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Kraftstoffversorgungsanlage,
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2 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mengenreglers und
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3 eine schematische Schnittansicht eines den Durchflusskanal aufweisenden Kanalelementes einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
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Eine Kraftstoffförderanlage weist einen Kraftstoffbehälter 10 auf, der zur Optimierung des Tankvolumens beispielsweise den äußeren Begebenheiten in seiner Form angepasst ist. Hierbei ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kraftstoff-Sammelbereich 12 ausgebildet, in dem eine Fördereinrichtung 14 wie eine Kraftstoffpumpe, angeordnet ist. Anstelle der dargestellten Ausgestaltung des Kraftstoffbehälters 10 kann der Kraftstoff-Sammelbereich auch durch einen Schwalltopf ausgebildet sein.
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Die Fördereinrichtung 14 ist mit einer Zuführleitung 16 verbunden, über die der Kraftstoff einem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Der im Verbrennungsmotor nicht verbrannte Kraftstoff wird über eine Rückführleitung 18 wieder in den Kraftstoffbehälter 10 zurückgeführt.
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Die Zuführleitung 16 ist vorzugsweise in Förderrichtung unmittelbar hinter der Fördereinrichtung mit einer Abzweigleitung 20 verbunden. In der Abzweigleitung 20 ist ein nachstehen an Hand der 2 und 3 näher erläuterter Mengenregler 22 angeordnet. In Förderrichtung 24 des Kraftstoffs in der Zuführleitung 20 ist dem Mengenregler 22 eine Saugstrahlpumpe 26 nachgeordnet. Der in der Abzweigleitung 20 geförderte Kraftstoff dient somit als Treibmittel für die Saugstrahlpumpe 26, die aus dem Kraftstoffbehälter 10 Kraftstoff in Richtung des Pfeils 28 ansaugt und diesen in den Kraftstoff-Sammelbereich 12 fördert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform des Mengenreglers 22 (2) ist in einem Gehäuse 30 ein stößelförmiges Mengen-Begrenzungselement 32 angeordnet. Das Mengen-Begrenzungselement 32 ist in einem Hohlraum 34 des Gehäuses 30 in Richtung eines Pfeils 36 verschiebbar.
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Das Mengebegrenzungselement 32 weist einen im Querschnitt kreisförmigen, stabförmigen Ansatz 38 sowie eine tellerförmige Erweiterung 40 auf. Der Stab 38 ist in einer Führungsbohrung 42 in dem Kanalelement 44 gelagert. Die Führungsbohrung 42 verläuft koaxial zu einer Mittellinie 46 des Mengenreglers.
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Das Mengen-Begrenzungselement 32 ist in der Führungsbohrung 42 in Richtung des Pfeils 36 verschiebbar. Auf Grund des Rückstellelementes 48, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine den Stab 38 umgebende Spiralfeder handelt, wird das Mengen-Begrenzungselement 32 in die in 2 dargestellte Offen-Stellung gedrückt, wenn die Druckdifferenz zwischen einer Einlassöffnung 50 und einer Auslassöffnung 52 relativ gering ist. Sobald sich die Druckdifferenz vergrößert, d. h. sich der Druck auf der Einlassseite erhöht, wird das Mengen-Begrenzungselement in 2 nach links entgegen der Federkraft bewegt.
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In dem Kanalelement 44 ist ein Durchflusskanal 54 angeordnet, dessen im dargestellten Ausführungsbeispiel mittlerer Teil quer zu der Führungsbohrung 42 verläuft. Der mittlere Teil des Durchflusskanals 54 ist ferner mit einem Einlasskanalstück 56 und einem Auslasskanalstück 58 verbunden, wobei das Einlasskanalstück 56 in Richtung der Einlassöffnung 50 und das Auslasskanalstück 58 in Richtung der Auslassöffnung 52 weist und mit dieser verbunden ist.
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Wird auf Grund der zwischen der Einlassöffnung 50 und der Auslassöffnung 52 herrschenden Druckdifferenz das Mengen-Begrenzungselement 32 in 2 nach links bewegt, so dringt der Stab 38 in den Durchflusskanal 54 ein und verringert somit dessen Querschnittsfläche. Bei einer entsprechenden Dimensionierung der Feder (48) sowie der Geometrie des Durchflusskanals 54, 56, 58 wird somit auch bei sich verändernder Druckdifferenz stets im Wesentlichen die gleiche Kraftstoffmenge durch den Durchflusskanal gefördert.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die tellerförmige Erweiterung 40 des Mengen-Begrenzungselement 32 zylindrisch und weist einen Absatz auf, so dass entsprechend zwei zylindrische Bereiche unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet sind. Auch der größere zylindrische Bereich der tellerförmigen Erweiterung 40 weist einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Hohlraums 34 ist. Hierdurch ist ein Ringspalt 60 ausgebildet. Die durch den erfindungsgemäßen Mengenregler 22 durchströmende Menge an Kraftstoff ist somit von der Größe bzw. Breite des Ringspalts (60), von der Auslegung der Feder (48) sowie von der Abströmgeometrie abhängig, wobei die Abströmgeometrie die Geometrie der Kanäle 54, 56, 58 sowie die Kontur des Stabs 38 umfasst.
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Um eine einfache Montage zu ermöglichen, ist das Gehäuse 30 mit einem Anschlussstutzen 62 verbunden. Zusätzlich ist innerhalb des Anschlussstutzens 62 eine Buchse 64 angeordnet.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Mengenreglers (3) entspricht mit Ausnahme der Ausgestaltung des Kanalelementes 44 der an Hand der 2 beschriebenen Ausführungsform. Ferner ist entsprechen der an Hand 2 beschriebenen Ausführungsform in dem Kanalelement 44 eine Führungsbohrung 42 zur Aufnahme und Führung des Stabs 38 vorgesehen. Im Unterschied zu dem in der ersten Ausführungsform (2) enthaltenen Kanalelements weist das zweite Kanalelement 44 (3) ein Auslasskanalstück 66 auf, das koaxial zu der Führungsbohrung 42 ist. Hierdurch ist die Herstellung vereinfacht, da die Führungsbohrung 42 sowie das Auslasskanalstück 66 in einem Arbeitsschritt hergestellt werden können. Der Durchflusskanal 54 sowie das Einlasskanalstück 56 entsprechen im Wesentlichen der an Hand 2 beschriebenen Ausgestaltung.