DE102006006557A1

DE102006006557A1 - Kraftstoffeinspritz-System

Info

Publication number: DE102006006557A1
Application number: DE102006006557A
Authority: DE
Inventors: Martin Bittner; Thomas Grossner; Christoph Klesse; Christian Taudt; Lorand De Ouvenou
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Um den Betrieb mit Biodiesel zu ermöglichen, wird ein Kraftstoffeinspritz-System vorgestellt. Es umfasst einen Kraftstofftank (10), eine Hochdruckpumpe (12), durch welche in einem Druckspeicher (14) Kraftstoff komprimierbar ist, eine Zuleitung (20), über welche Kraftstoff von dem Kraftstofftank (10) zu der Hochdruckpumpe (12) zuleitbar ist, und einen an den Druckspeicher (14) angeschlossenen Injektor (16). Eine an den Injektor (16) angeschlossene Injektorrücklaufleitung (22), über welche Kraftstoff zu dem Kraftstofftank (10) rückführbar ist, umfasst ein Kühlelement (18), welches möglichst nahe am Injektor eingebaut ist. Eine rasche Kühlung kann auch mittels einer Vermischung des Rückflusses von der Hochdruckpumpe (12) mit dem Rückfluss von dem Injektor (16) erzielt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritz-System nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Betreiben eines Kraftstoffeinspritz-Systems, insbesondere eines Commonrail-Systems, mit Biodiesel ist problematisch, da es öfters zu verstopften Kraftstofffiltern kommt. Dieser Fehler tritt nach nicht vorhersehbarer und kurzer Betriebsdauer auf, typischerweise zwischen 2000 km und 15000 km.
Ein weiters Problem stellen Ablagerungen in der Hochdruckpumpe des Commonrail-Systems und in den Injektoren dar, welche zu einer deutlich verkürzten Lebensdauer führen.
Sowohl die Filterverstopfungen als auch die Ablagerungen werden bei Betrieb mit Biodiesel durch die folgenden Parameter verursacht:

– Qualität des Biodiesels, die insbesondere durch die Oxidationszahl und den Säuregehalt bestimmt wird;
– Die maximale Kraftstofftemperatur
– Die Zeitdauer, während welcher der Kraftstoff dieser Temperatur ausgesetzt ist

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde Filterverstopfungen und Ablagerungen in einem Commonrail-System zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Das Kraftstoffeinspritz-System, insbesondere ein Commonrail-System umfasst einen Kraftstofftank, eine Hochdruckpumpe, eine Zuleitung vom Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe, über welche Kraftstoff von dem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe zuleitbar ist. Die Hochdruckpumpe baut in einem Druckspeicher mittels dem Kraftstoff einen Druck von 100 bis 2000 bar auf. Mindestens ein Injektor ist an den Druckspeicher angeschlossen. Über eine an den Injektor angeschlossene Injektorrücklaufleitung, kann überschüssiger Kraftstoff, welcher nicht in den Motor eingespritzt werden soll, wie z.B. Leckage, zu dem Kraftstofftank zurückgeführt werden. Über eine Pumpenrücklaufleitung, welche die Hochdruckpumpe mit der Injektorrücklaufleitung verbindet, kann überschüssiger Kraftstoff, welcher in die Hochdruckpumpe einfließt, über ein Druckkontrollventil zu dem Kraftstofftank zurückgeführt werden. Ein Kühlelement, kühlt den Kraftstoff, das in die Injektorrücklaufleitung eingebaut ist. Dadurch kann die Temperatur niedrig gehalten und somit eine Verstopfung des Kraftstofffilters, sowie die Bildung von Ablagerungen in der Hochdruckpumpe und in dem Injektor reduziert und/oder verhindert werden.
Meist ist der Kraftstoff, welcher durch die Leckage des Injektors fließt wärmer als der Kraftstoff, welcher durch die Pumpenrücklaufleitung fließt. Deshalb ist es vorteilhaft, das Kühlelement zwischen dem Injektor und der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung in die Injektorrücklaufleitung anzuordnen. Die Kühlwirkung kann zusätzlich verbessert werden, indem ein weiteres Kühlelement zwischen der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung in die Injektorrücklaufleitung und dem Kraftstofftank angeordnet ist.
Alternativ dazu kann das Kühlelement jedoch auch, wie in Anspruch 4 beschrieben zwischen der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung in die Injektorrücklaufleitung und dem Kraftstofftank angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der kühlere Kraftstoff des Pumpenrücklaufs den Kraftstoff, welcher die Leckage des Injektors durchfliesst durch Vermi schung kühlt. Der gemischte Kraftstoff wird anschließend, beim Durchlauf durch das Kühlelement gekühlt.
Indem die Injektorrücklaufleitung und/oder die Pumpenrücklaufleitung aus Metall ausgeführt sind, kann der Kraftstoff zusätzlich gekühlt werden.
Bei einer Volume Controled Valve Closed Loop (VCV) Regelung, wird die Druckregelung nur über das Volumenstromventil vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur des Kraftstoffes in der Pumpenrücklaufleitung deutlich geringer ist, als bei der Druckregelung über ein Druckregelventil.
Durch einen Injektor mit stark reduzierter Leckage oder durch einen leckagefreien Injektor wird ebenfalls der Energieverlust im Commonrail-System gemindert und somit die Erwärmung des Kraftstoffes reduziert.
Indem das Kühlelement derart dimensioniert ist, dass die Kraftstofftemperatur am Kühlerausgang 40°C nicht übersteigen kann, kann besonders zuverlässig gewährleistet werden, dass die Kraftstofffilter nicht zu schnell verstopfen und sich nur wenig Ablagerungen bilden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines Commonrail-Systems nach dem Stand der Technik;
2 einen schematischen Aufbau eines Commonrail-Systems nach dem Stand der Technik;
3 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Einspritz-Systems in einer ersten Ausführungsform;
4 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Einspritz-Systems in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt ein einen schematischen Aufbau eines Commonrail-Systems nach dem Stand der Technik. Es umfasst einen Kraftstofftank 10, eine Hochdruckpumpe 12, eine Zuleitung 20 vom Kraftstofftank 10 zu der Hochdruckpumpe 12, über welche Kraftstoff von dem Kraftstofftank 10 zu der Hochdruckpumpe 12 zuleitbar ist. Ein Kraftstofffilter 30 ist unmittelbar vor der Hochdruckpumpe 12 in die Zuleitung 20 eingebaut. Die Hochdruckpumpe 12 ist an einem Druckspeicher 14 angeschlossen. Injektoren 16 sind parallel an den Druckspeicher 14 angeschlossen. Über eine an die Injektoren 16 angeschlossene Injektorrücklaufleitung 22, kann überschüssiger Kraftstoff, welcher nicht in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden soll zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden. Über eine Pumpenrücklaufleitung 24, welche die Hochdruckpumpe 12 mit der Injektorrücklaufleitung 22 verbindet, kann überschüssiger Kraftstoff, welcher in die Hochdruckpumpe 12 einfliesst, über ein Druckregelventil zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden. Ebenso kann die Spülmenge der Hochdruckpumpe 12 in die Pumpenrücklaufleitung 24 eingeführt werden.
2 zeigt einen weiteren schematischen Aufbau eines Commonrail-Systems nach dem Stand der Technik. Im Gegensatz zu dem Commonrail-System von 1 ist in 2 die Injektorrücklaufleitung nicht in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt, sondern die Injektorrücklaufleitung mündet in die Zuleitung 20 ein.
3 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz-Systems in einer ersten Ausführungsform. Es umfasst einen Kraftstofftank 10, eine Hochdruckpumpe 12, eine Zuleitung 20 vom Kraftstofftank 10 zu der Hochdruckpumpe 12, über welche Kraftstoff von dem Kraftstofftank 10 zu der Hochdruckpumpe 12 zuleitbar ist. Ein Kraftstofffilter 30 ist unmittelbar vor der Hochdruckpumpe 12 in die Zuleitung 20 eingebaut. Die Hochdruckpumpe 12 ist an einem Druckspeicher 14 angeschlossen. Injektoren 16 sind parallel an den Druckspeicher 14 angeschlossen. Über eine an die Injektoren 16 angeschlossene Injektorrücklaufleitung 22, kann überschüssiger Kraftstoff, welcher nicht in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden soll zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden. Über eine Pumpenrücklaufleitung 24, welche die Hochdruckpumpe 12 mit der Injektorrücklaufleitung 22 verbindet kann überschüssiger Kraftstoff, welcher in die Hochdruckpumpe 12 einfließt, über ein Druckregelventil zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden. Ebenso kann die Spülmenge der Hochdruckpumpe 12 in die Pumpenrücklaufleitung 24 eingeführt werden. Ein Kühlelement 18, welches in die Injektorrücklaufleitung 22 eingebaut ist kühlt Kraftstoff. Dadurch kann die Temperatur niedrig gehalten und die Verstopfung des Kraftstofffilters 30, sowie die Bildung von Ablagerungen in der Hochdruckpumpe und in dem Injektor reduziert und/oder verhindert werden. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 18 zwischen dem Injektor 16 und der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung 24 in die Injektorrücklaufleitung 22 angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Kühlelement möglichst Nahe an bei den Injektoren angeordnet. Ein weiteres Kühlelement 18 zwischen der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung 24 in die Injektorrücklaufleitung 22 und dem Kraftstofftank 10 angeordnet.
4 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz-Systems in einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist ähnlich aufgebaut, wie die erste Ausführungsform. Der Unterschied liegt jedoch darin, dass das Kühlelement 18 zwischen der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung 24 in die Injektorrücklaufleitung 22 und dem Kraftstofftank 10 angeordnet ist. Der erwärmte Kraftstoff, welcher von den Injektoren 16 zurückfließt, wird mit dem kühleren Kraftstoff von der Pumpenrücklaufleitung vermischt und dadurch rasch abgekühlt. Besonders vorteilhaft für die zweite Ausführungsform ist es, den Pumpenrücklauf möglichst Nahe am Injektor einzuspeisen. Dadurch wird die Zeitdauer minimal gehalten, während der vom Injektor zurückfließende Kraftstoff erhitzt wird.
In weiteren Varianten der ersten und zweiten Ausführungsform, kann das Kühlelement mittels des Kühlwassers des Verbrennungsmotors, mittels eines Kühlöls, mittels des Diesels im Kraftstofftank oder mittels einer Klimaanlage gekühlt werden.
Die Kühlwirkung wird auch deutlich verbessert, wenn die rückführenden Leitungen aus gut wärmeleitfähigem Material bestehen. Anstatt des heute üblichen Kunststoffes ist die Verwendung von geeigneten Stählen sinnvoll.
Durch eine gezielte Anpassung der Leitungsdurchmesser der Injektorrücklaufleitung können Temperatur und die Dauer, während welcher der Kraftstoff heiß ist, niedrig gehalten werden. Ein großer Durchmesser erhöht die wärmeabstrahlende Oberfläche, ein kleiner Durchmesser erhöht die Fliessgeschwindigkeit. Ein Optimum kann mittels Simulation motorspezifisch gefunden werden.

Claims

Kraftstoffeinspritz-System, insbesondere eines Common-Rail-Systems umfassend einen Kraftstofftank (10), eine Hochdruckpumpe (12), eine Zuleitung (20), über welche Kraftstoff von dem Kraftstofftank (10) zu der Hochdruckpumpe (12) zuleitbar ist, mindestens ein an den Druckspeicher (14) angeschlossener Injektor (16), eine an den Injektor (16) angeschlossene Injektorrücklaufleitung (22), über welche Kraftstoff zu dem Kraftstofftank (10) rückführbar ist, eine Pumpenrücklaufleitung (24), welche die Hochdruckpumpe (12) mit der Injektorrücklaufleitung (22) verbindet dadurch gekennzeichnet, dass in die Injektorrücklaufleitung (22) ein erstes Kühlelement (18) eingebaut ist.
Kraftstoffeinspritz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlelement (18) in der Injektorrücklaufleitung (22) zwischen dem Injektor (16) und der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung (24) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritz-System nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Kühlelement (18) in der Injektorrücklaufleitung (22) zwischen der Einmündung der Pumpenrücklaufleitung (24) und dem Kraftstofftank (10) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritz-System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorrücklaufleitung (22) und/oder die Pumpenrücklaufleitung (24) aus Metall ausgeführt sind.
Kraftstoffeinspritz-System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass. die Druckregelung nur über ein Volumenstromregelventil der Hochdruckpumpe (12) vorgenommen wird.
Kraftstoffeinspritz-System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (16) leckagefrei ist oder eine sehr geringe Leckagemenge aufweist.
Kraftstoffeinspritz-System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (18) derart dimensioniert ist, das die Kraftstofftemperatur am Kühlerausgang 40°C nicht übersteigt.