DE19517751A1 - Entlüfteter Kraftstoffmodulspeicher mit zweistufiger Pumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem eines Kraftfahrzeuges, genauer gesagt einen Kraftstoffpum­ penmodul mit einem Speicher, der in einem Fahrzeugkraft­ stofftank anordbar ist.

Bei Kraftstoffsystemen von Fahrzeugen ist eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe in einem Kraftstoffspeicher montiert, der wiederum im Hauptkraftstofftank des Fahrzeu­ ges angeordnet ist. Die Pumpe besitzt einen Auslaß, der zu einer Kraftstoffschiene führt, die Betriebskraftstoff auf Kraftstoffeinspritzeinheiten in einer Kraftstoffschiene am Motor verteilt. Bei einigen Kraftstoffsystemen besitzt die Pumpe eine größere Leistung als sie vom Motor gefordert wird, und ein Druckentlastungsventil führt überschüssigen Kraftstoff zu einer Rückführleitung zurück, die diesen in den Speicher abgibt.

Bei einigen Systemen strömt Kraftstoff vom Speicher zum Haupttank über. Der Kraftstoff des Speichers kann jedoch infolge der Rückströmung heiß sein, wobei es nicht wünschenswert ist, daß der heiße Kraftstoff den Haupttank erreicht.

Zweistufige Pumpen sind bekannt. Die vorliegende Erfindung schlägt die Verwendung einer zweistufigen motorbetriebenen Pumpe in Verbindung mit einem Kraftstoffspeicher vor. Eine Turbinen-Flügelzellenpumpe ist in der US-PS 5 265 997 so­ wie in der US-PS 5 257 916 beschrieben. Eine zweistufige Pumpe ist in der DE-PS 35 32 349 offenbart. In einer Pier­ burg-Veröffentlichung ist eine Zweistufenpumpe erläutert, bei der zwei getrennte axial beabstandete Rotoren Verwen­ dung finden: ein erster Rotor zur Zuführung von Kraftstoff von einem Hauptkraftstofftank zu einem Speicher und ein zweiter Rotor zur Zuführung von Kraftstoff von einem Speicher zu einem Hauptpumpenauslaß.

Ein Hauptkraftstofftank in einem Kraftfahrzeug enthält einen Speicher, der eine elektrisch betätigte Pumpe hal­ tert. Bei der Pumpe findet ein zweistufiger Turbinenrotor Verwendung, wobei in der ersten Stufe Kraftstoff von der Basis eines Hauptkraftstofftanks abgezogen und dem Speicher zugeführt wird. Die zweite Hauptstufe des Rotors zieht Kraftstoff vom Speicher ab und führt ihn über einen Hauptpumpenauslaß dem Motor zu. Vorzugsweise führt ein Kraftstoffrückführkanal vom Kraftstoffsystem zurückgeführ­ ten Kraftstoff in den Speicher ab. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Speicher in bezug auf ein Überströmen wahlweise geschlossen, und zwar entweder durch eine kali­ brierte Entlüftungsöffnung am oberen Ende oder durch ein Schwimmerventil, das schließt, wenn das Kraftstoffniveau im Speicher das obere Ende des Speichers erreicht. Dieser Verschluß bewirkt, daß der Druck von der ersten Stufe der Pumpe im Speicher ansteigt, und legt im wesentlichen den Abfluß von der ersten Pumpenstufe still. Der erhöhte Druck im Speicher wirkt auf den Kraftstoff ein, der in den Hauptpumpeneinlaß vom Speicher eindringt, und drückt Kraftstoff in die Pumpe, wodurch der Wirkungsgrad des Systems erhöht wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine zweistufige Pumpe zu schaffen, die in einem Kraftstofftankspeicher ar­ beitet, um auf diese Weise den Betrieb in einem trockenen Zustand und unter Bedingungen heißen Kraftstoffs zu ver­ bessern. Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfin­ dung, einen geschlossenen Speicher vorzusehen, der zur Re­ duktion von Dampf im Hauptpumpsystem beiträgt. Die vorlie­ gende Erfindung vermeidet darüber hinaus die Abzweigung des Hauptpumpenauslasses zu einer Strahlpumpe und somit Wirkungsgradverluste infolge der Ablenkung zu einer Strahlpumpe. Der geschlossene Speicher unterstützt darüber hinaus den Hauptpumpenauslaß, wenn die erste Pumpenstufe den Druck im Speicher erhöht, und drückt den Kraftstoff aus dem Speicher zum Hauptpumpeneinlaß.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die Tatsache, daß zum Speicher zurückkehrender heißer Kraftstoff den Kraftstoff im Haupttank nicht erhitzt. Noch ein weiteres Merkmal besteht in der Reduzierung des Kraftstoffflusses durch das Primärfilter an der Basis des Speichers.

Erfindungsgemäß soll daher ein oberer Verschluß in einem Kraftstofftankspeicher geschaffen werden, der ein Über­ strömen von heißem Kraftstoff in einen Haupttank verhin­ dert. Ferner soll das planmäßige Schließen des Speichers in Abhängigkeit vom Kraftstoffniveau ermöglicht werden, um einen Rückdruck gegen einen Primärpumpenauslaß zu erzeugen und auf diese Weise den Fluß in den Speicher zu hemmen und einen Druckaufbau zu bewirken, damit der Kraftstofffluß in den Hauptpumpeneinlaß erhöht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines im Tank ange­ ordneten Speichers mit eingebauter Kraftstoffpumpe;

Fig. 2 eine Teilansicht des oberen Endes des Speichers mit einer wahlweisen Steuerentlüftung; und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des un­ teren Endes eines Speichers, wobei die zweistufige Turbinenpumpe dargestellt ist.

In Fig. 1 der Zeichnung ist der Hauptkraftstofftank eines Fahrzeuges durch eine Bodenwand 20 und eine Deckwand 22 verdeutlicht. Die Deckwand besitzt eine Öffnung 24, die durch einen vertieften Ringflansch 26 gebildet wird. Eine abdichtende Verschlußabdeckung 30 besitzt einen Umfangs­ flansch 32, der auf einem Dichtungsring 34 ruht.

Ein im Tank angeordneter Kraftstoffspeicher 40 besitzt ein verengtes unteres Ende, das in einem runden Vorsprung 42 endet, der in einem Kragen 44 am oberen Ende eines strumpfförmigen Filters 46 angeordnet ist, welcher am Tankboden 20 gelagert ist. Eine Öffnung im runden Vor­ sprung 42 bildet einen Kraftstoffeinlaß 49, der zum strumpfförmigen Filter und der Basis des Hauptkraftstoff­ tanks hin offen ist. Auf einer Schulter im runden Vorsprung 42 ruht ein Dichtungskragen 46, der einen rohrförmigen Einlaß 48 aufnimmt, welcher in der Basis einer elektrisch angetriebenen Pumpe 62 innerhalb des Speichers 40 ausgebildet ist. Bei der Pumpe 62 kann es sich um eine elektrisch angetriebene Turbinenpumpe handeln, wie sie in der US-PS 5 257 916 beschrieben ist, die jedoch als zweistufige Pumpe modifiziert ist.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, ist ein Hauptkraftstoff­ pumpeneinlaß bei 80 dargestellt, der gegenüber dem Kraft­ stoff im Speicher 40 offen ist.

Wendet man sich nunmehr dem oberen Ende der Pumpe und des Speichers zu, so erkennt man, daß die Pumpe elektrische Anschlüsse 82 und 84 besitzt und ein Pumpenauslaßrohr 86 gegenüber einer hohlen Auslaßleitung 88 abgedichtet ist, die von einer oberen Abdeckplatte 90 auf dem Speicher 40 herabhängt. Ein herkömmliches Verdrahtungssystem (nicht gezeigt) initiiert den Betrieb der Pumpe, wenn das Zünd­ system des Fahrzeuges eingeschaltet wird. Die Leitung 88 endet über der Abdeckplatte 90 in einer Nippelverbindung 92, die über eine flexible Kupplung 94 an einem Kraft­ stoffkanal 96 befestigt ist, der durch die Abdeckung 30 vorsteht und zu einem Rotor (nicht gezeigt) des Fahrzeuges führt.

Die obere Abdeckplatte 90 besitzt ferner einen herabhän­ genden Kanal 97 und einen nach oben vorstehenden Kanal 98, die einen Durchlaßkanal 100 bilden. Eine flexible Kupplung 102 verbindet den Kanal 700 mit einer Systemleitung 104, die sich durch die Abdeckung 30 erstreckt. Die Systemlei­ tung 104 ist ein Kraftstoffrückführkanal in einem Kraft­ stoffsystem, bei dem unter Druck stehender Kraftstoff von der Pumpe zu einem Motor geführt wird, jedoch ein Druckre­ gelventil in der Auslaßleitung Kraftstoff über einem vor­ gegebenen Druck zum Speicher zurückführt. Dies ist in der US-PS 4 747 388 beschrieben. Am Ende des herabhängenden Kanales 97 ist ein schnabelförmiges Einwegventil 110 fest­ geklemmt, das rückgeführten Kraftstoff in das Innere des Speichers läßt, jedoch jeden auswärts gerichteten Durch­ fluß blockiert.

Wenn Kraftstoff in den Speicher eindringen soll, muß eine Einrichtung zum Abführen der Luft oberhalb des Kraftstoffs vorgesehen sein. Gemäß Fig. 1 ist eine nach oben vorste­ hende Ventilkammer 120 mit einer Ventilsitzöffnung 122 versehen. Ein Ventilschaft 124 ist mit loser Passung in der Kammer 120 angeordnet und wird von einem Schwimmer­ block 126 gelagert, der in seiner untersten Position durch einen kurzen Vorsprung 130 gehalten wird. Wenn sich daher der Speicher füllt, kann Luft um den Ventilschaft 124 herum entweichen. Wenn das Flüssigkeitsniveau das obere Ende erreicht, hebt der Schwimmer den Ventilschaft an, so daß das konische Ende die Ventilöffnung 122 schließt und sich im Speicher Druck aufbaut.

In Fig. 2 ist eine Entlüftung in der Form einer kali­ brierten Öffnung 136 dargestellt. Hierdurch wird Luft vom Speicher abgeführt, während sich dieser füllt. Wenn Flüs­ sigkeit die Öffnung erreicht, dringt sie nicht sofort durch die Öffnung, und es baut sich ein Druck im Speicher auf.

Die Pumpe 62 besitzt ein geeignetes Gehäuse, das von einem Filter 140 umgeben ist, das ebenfalls den Einlaß 80 ab­ deckt. Ein Anker 142 besitzt eine Antriebswelle 144, die einen Rotor 146 mit peripheren Turbinenflügeln 148 an­ treibt, die sich in einem Pumpkanal drehen, wie in den vorstehend erwähnten US-PS′en 5 257 916 und 5 265 997 be­ schrieben. Der Pumpeneinlaß 80 führt Kraftstoff vom Speicher 40 zu, und die Turbinenpumpe liefert den Haupt­ kraftstoff an einen Kanal 150 und dann an die Ankerkammer und den Auslaß 86, 88, 94, 96.

Radial innerhalb der Umfangsflügel 148 befindet sich eine Reihe von Flügeln 152, die sich um einen ringförmigen seitlichen Kanal 154 drehen (Fig. 3). Diese Pumpe im seitlichen Kanal zieht Kraftstoff vom Haupttank und vom Filter 46 durch den Einlaß 48 ab und gibt ihn an eine Aus­ laßkammer 156 und einen Auslaßkanal 160, die zum Inneren des Speichers 40 führen. Eine Pumpe im seitlichen Kanal, die in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, ist ferner in der US-PS 4 715 777 dargestellt und beschrieben. Somit gibt die im seitlichen Kanal angeordnete Pumpe 152 der ersten Stufe Kraftstoff direkt vom Haupttank an den Speicher 40 ab, während die Flügelzellenturbinenpumpe der zweiten Stufe Kraftstoff vom Speicher 40 an den Auslaß 86 abgibt.

Wenn die Pumpe 62 in Betrieb genommen wird, wie beispiels­ weise durch das Schließen des Zündschalters des Fahrzeu­ ges, zieht die Pumpe 152 des seitlichen Kanales der ersten Stufe Kraftstoff vom Hauptkraftstofftank durch den Einlaß 48 und gibt ihn an den Speicher 40 ab. Gleichzeitig zieht die Pumpe 146 der zweiten Stufe Kraftstoff durch das Fil­ ter 140 und den Einlaß 80 und gibt ihn an den Hauptpumpen­ auslaß 86, 96 ab.

Der Speicher empfängt Kraftstoff, und Luft und Dämpfe wer­ den durch die Öffnung 122 abgegeben, bis das Kraftstoff­ niveau den in Fig. 1 dargestellten Schwimmer 126 er­ reicht. Durch das Anheben des Schwimmers schließt der Ven­ tilschaft 124 die Öffnung 122. Hierdurch wird ein Druck­ aufbau im Speicher verursacht, und es wird ein Rückdruck am Auslaß der Pumpe des seitlichen Kanales erzeugt, so daß das Eindringen von Kraftstoff in den Speicher auf wirksame Weise gestoppt wird. Dieser Rückdruck im Speicher bewirkt eine Zufuhr von Kraftstoff unter Druck vom Speicher in den Hauptpumpeneinlaß 80 und somit eine Erhöhung des Wirkungs­ grades der Hauptpumpe, die Kraftstoff an einen Fahrzeugmo­ tor abgibt.

Gemäß Fig. 2 ist das in Fig. 1 dargestellte Ventil 124 nicht vorgesehen, und Luft kann durch die kalibrierte Ent­ lüftungsöffnung 136 entweichen, wenn sich der Speicher füllt. Wenn Kraftstoff die Entlüftungsöffnung 136 er­ reicht, wird durch die zusätzliche Viskosität des Kraft­ stoffs jedwedes signifikantes Entweichen von Kraftstoff durch die Entlüftungsöffnung verlangsamt, und es wird ein Druckaufbau im Speicher verursacht, um einen Rückdruck im Speicher und eine hiermit verbundene Reduktion des die Pumpe des seitlichen Kanales verlassenden Kraftstoffes zu bewirken. Dieser Druckaufbau erhöht wiederum den auf den in den Hauptpumpeneinlaß eindringenden Kraftstoff ausgeüb­ ten Druck und den Wirkungsgrad der Hauptkraftstoffpumpe.

Der Kraftstoffrückführkanal 104 leitet überschüssigen Kraftstoff auf einem niedrigen Druck von einem Druckregler (nicht gezeigt) in den Speicher über ein schnabelförmiges Ventil 110, bei dem es sich um ein Einwegeventil handelt.

Die zweistufige Turbinenpumpenanordnung besitzt den Vor­ teil, daß die Pumpe 152 des seitlichen Kanales Kraftstoff aus dem Hauptkraftstofftank selbst unter Bedingungen eines niedrigen Kraftstoffniveaus abzieht, wie beispielsweise bei einem Trockenlaufen des Tanks und beim Zusatz von ei­ nigen Litern Kraftstoff. Dies trifft auch für Startbedin­ gungen zu, wenn zum Antreiben der Pumpen eine niedrige Spannung zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil des Systems ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß jedweder Dampf, der aus der Agitation in der Pumpe des seitlichen Kanales herrührt, in den Speicher eindringt und in diesem zu flüssigem Kraftstoff kondensiert wird, so daß er in den Einlaß zur Hauptkraftstoffpumpe nicht eindringt. Da im Ge­ gensatz zur Verwendung einer Strahlpumpe, deren Antriebs­ quelle vom Auslaß der Hauptpumpe abgeleitet werden muß, keine Ableitung von Kraftstoff vom Hauptpumpenauslaß vor­ gesehen ist, resultiert ein wirksameres Pumpen von Kraft­ stoff zum Motor. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Druck im geschlossenen Speicher den Kraftstoff am Ein­ laß 80 der Hauptturbinenpumpe unter Druck zuführt.

Claims (11)

1. Kraftstoffzuführsystem für ein Kraftfahrzeug, gekenn­ zeichnet durch:

• (a) einen Hauptkraftstofftank im Fahrzeug,
• (b) einen geschlossenen Speicher (40) im Hauptkraft­ stofftank und einen elektrischen Pumpenantrieb im Speicher,
• (c) eine erste Rotationspumpe (152) im Speicher mit einer Vielzahl von ersten Drehschiebern, einem ersten Einlaß, der mit den ersten Drehschiebern in Verbindung steht, um Kraftstoff aus dem Haupt­ tank zu ziehen, und einem ersten Auslaß, der mit den ersten Drehschiebern in Verbindung steht, um Kraftstoff durch den ersten Auslaß in den Speicher abzugeben,
• (d) eine zweite Rotationspumpe (146) im Speicher mit einer Vielzahl von zweiten Drehschiebern, einem zweiten Einlaß, der unabhängig vom ersten Einlaß ist, sich in das Innere des Speichers öffnet und mit den zweiten Drehschiebern in Verbindung steht, um Kraftstoff aus dem Speicher zu ziehen, und einem zweiten Auslaß, der mit den zweiten Drehschiebern in Verbindung steht, um Kraftstoff einem Motor zuzuführen,
• (e) wobei sowohl die erste als auch die zweite Rota­ tionspumpe (152, 146) vom elektrischen Pumpenan­ trieb angetrieben werden, und
• (f) eine Entlüftung, die vom Speicher gelagert wird, um Luft und Kraftstoffdämpfe von einer Stelle be­ nachbart zum oberen Ende des Speichers (40) abzu­ führen, wenn der Kraftstoff im Speicher ansteigt, wobei die Entlüftung ferner auf ein Kraftstoff­ niveau benachbart zum oberen Ende des Speichers anspricht, um die Entlüftung wirksam zu schließen, so daß sich ein Druck im Speicher auf­ bauen kann, wenn die Pumpen (152, 146) laufen.

2. Kraftstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und zweite Rotationspumpe (152, 146) an einem einzigen Rotor ausgebildet sind und gleichzeitig vom elektrischen Pumpenantrieb ange­ trieben werden.

3. Kraftstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Rotationspumpe (152) eine in einem seitlichen Kanal angeordnete Pumpe ist, die mit einem mit Drehschiebern versehenen Rotor zusammenwirkt.

4. Kraftstoffzuführsystem für ein Kraftfahrzeug, gekenn­ zeichnet durch: einen geschlossenen Speicher (40), der in einem Hauptkraftstofftank für ein Fahrzeug anordbar ist, einen Elektromotor, der im Speicher an­ geordnet ist, einen einzigen Rotor, der vom Elektro­ motor angetrieben wird und erste Drehschieber für eine erste Pumpe (152) und zweite Drehschieber für eine zweite Pumpe (146) aufweist, eine erste Pumpe (152) im Speicher mit einem ersten Einlaß, der mit den ersten Drehschiebern in Verbindung steht und sich zur Außenseite des Speichers öffnet, um mit dem Kraftstofftank in Verbindung zu treten, und einem ersten Auslaß, der mit den ersten Drehschiebern in Verbindung steht und sich in das Innere des Speichers öffnet, um Kraftstoff vom Haupttank in das Innere des Speichers abzugeben, eine zweite Pumpe (146) im Speicher mit einem zweiten Einlaß, der mit den zwei­ ten Drehschiebern in Verbindung steht und zum Inneren des Speichers (40) offen und unabhängig vom ersten Einlaß und vom ersten Auslaß ist, und einem zweiten Auslaß, der mit den zweiten Drehschiebern in Verbin­ dung steht und sich zur Außenseite des Speichers öffnet, um Kraftstoff vom Inneren des Speichers zum Fahrzeugmotor abzugeben, eine vom Speicher gelagerte Entlüftung zum Abführen von Gas und Kraftstoffdämpfen aus dem Inneren des Speichers, wenn das Niveau des flüssigen Kraftstoffs im Speicher ansteigt, und zum wirksamen Verzögern oder Stoppen des Abführens von Gas und Kraftstoffdämpfen, wenn das Kraftstoffniveau im Speicher bis zu einer Stelle benachbart zum oberen Ende des Speichers ansteigt, um auf diese Weise den Kraftstoffdruck im Speicher infolge des Betriebes der Pumpen (152, 146) ansteigen zu lassen.

5. Kraftstoffzuführsystem nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten Drehschieber der ersten Pumpe (152) mit mindestens einem seitlichen Kanal zu­ sammenwirken.

6. Kraftstoffzuführsystem nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Drehflügel der zweiten Pumpe (46) benachbart zum Umfang des ein­ zigen Rotors befinden und mit einem Pumpenkanal zu­ sammenwirken, um Kraftstoff dem zweiten Auslaß zuzu­ führen.

7. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drehflügel mit mindestens einem seitlichen Kanal zusammenwirken, um Kraftstoff vom ersten Einlaß zum ersten Auslaß zu führen, und daß sich die zweiten Drehflügel benach­ bart zum Umfang des Rotors befinden und mit einem zweiten Pumpkanal zusammenwirken, um Kraftstoff vom Speicher durch den zweiten Einlaß zum zweiten Auslaß zu führen.

8. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung ein Ventil aufweist, das in eine offene Position bewegbar ist, damit Gas und Kraftstoffdämpfe zur Außenseite des Speichers dringen können, und in eine geschlos­ sene Position, um die Entlüftung in Abhängigkeit vom Stand des flüssigen Kraftstoffs im Speicher, wenn dieser bis zu einer Stelle benachbart zum oberen Ende des Speichers ansteigt, abzudichten.

9. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung einen Ventilsitz, der mit der Außenseite des Behälters in Verbindung steht, ein Ventil, das mit dem Sitz dichtend in Eingriff steht und in eine offene und ge­ schlossene Position relativ zum Sitz bewegbar ist, und einen Schwimmer aufweist, der mit dem Ventil ver­ bunden ist und so konstruiert ist, daß er das Ventil in Abhängigkeit vom Niveau des flüssigen Kraftstoffs im Speicher, wenn dieses bis zu einer Stelle benach­ bart zum oberen Ende des Speichers steigt, in seine geschlossene Position bewegt.

10. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung eine Öffnung (122) aufweist, die sowohl mit dem Inneren als auch mit dem Äußeren des Speichers (40) in Ver­ bindung steht und so dimensioniert ist, daß Gas und Kraftstoffdämpfe aus dem Speicher strömen können, wenn das Niveau des Kraftstoffs ansteigt, bis der flüssige Kraftstoff die Öffnung kontaktiert, worauf­ hin im wesentlichen keine Luft und keine Kraftstoff­ dämpfe durch die Öffnung dringen und die Menge des durch die Öffnung dringenden flüssigen Kraftstoffs ausreichend klein ist, so daß sich infolge des Be­ triebes der Pumpen ein Flüssigkeitsdruck im Speicher aufbaut.

11. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen Kraft­ stoffrückführkanal (104) aufweist, der sich in das Innere des Speichers (40) öffnet, um Kraftstoff vom Motor zum Inneren des Speichers zurückzuführen, sowie ein Ventil, das dem Rückführkanal zugeordnet ist, um einen rückwärts gerichteten Kraftstoffstrom vom Inne­ ren des Speichers durch den Rückführkanal (104) zu verhindern.