Kraftstoffzuführeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffzuführeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffvorratstank (1), einem Kraftstofffilter (4), einer Kraftstoffrückführung in den Tank (1) und einem Hochdruckerzeuger (9), der den Kraftstoff auf wenigstens 1000bar verdichtet. Erfindungsgemäß wird dem Hochdruckerzeuger ein Kraftstoffzwischenspeicher (5) mit Gasabscheidefunktion vorgeschaltet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffzuführeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] In der DE 197 36 283 A1 ist eine Kraftstoffversorgung beschrieben, die speziell auf die Verwendung einer Verteilerpumpe abgestimmt ist. Der Kraftstoff wird bei diesem Versorgungssystem von einer in der Verteilerpumpe integrierten Ansaugpumpe aus dem Tank gefördert und der eigentlichen Hochdruckpumpe zugeführt. Diese verdichtet den Kraftstoff und verteilt ihn auf die einzelnen Zylinder. Um auch nach einem Kaltstart sehr schnell vorgewärmten Kraftstoff zur Verfügung zu haben, wird überschüssiger Kraftstoff von der Verteilerpumpe über eine Zirkulationsleitung sofort wieder dem Pumpeneinlauf zur Verfügung gestellt. Dieser bereits einmal verdichtete und angewärmte Kraftstoff mischt sich hier mit einem geringen Anteil an kaltem Kraftstoff aus dem Tank.

[0003] Neuerdings werden für die Kraftstoffeinspritzung Verdichtersysteme verwendet, die den Kraftstoff auf über 1000 bar verdichten. Diese Systeme neigen stark zur Überhitzung und müssen daher ständig gekühlt werden. Die notwendige Kühlung wird üblicherweise dadurch realisiert, dass eine Vorpumpe ein Vielfaches des von der Hochdruckpumpe benötigten Kraftstoffs fördert. Der Überschuß führt die Wärme aus der Hochdruckpumpe ab und wird wieder dem Tank zugeführt. Solche Hochdruckpumpen haben sich bei bestimmungsgemäßem Betrieb gut bewährt und zwischenzeitlich eine ausreichende Standzeit erreicht. Nach einem Wechsel der Kraftstofffilter ergab sich bei der Wiederaufnahme des Betriebes eine erhöhte Schadensquote.

[0004] Es war daher die Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffzuführeinrichtung so auszugestalten, dass solche Hochdruckverteilerpumpen mit großer Sicherheit unter allen bei normalem Gebrauch vorkommenden Bedingungen, auch nach einem Filterwechsel, betrieben werden können.

[0005] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Kraftstoffzuführeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1. Es wurde herausgefunden, dass insbesondere nach einem Kraftstofffilterwechsel geringe Mengen von Luft im System verbleiben. Kommen diese Luftblasen in den Hochdruckteil, so setzt für kurze Zeit die Schmierung aus und es kommt zu einer lokalen thermischen Überlastung. Bei den genauen Passungen dieser Hochdruckteile führt dies sehr schnell zu Zerstörungen.

[0006] Feine Luftblasen im Kraftstoffzuführungssystem können auch durch nicht ordnungsgemäße Schlauchverbindungen, nicht fest gezogene Schrauben, durch Marderbisse in Schläuchen oder durch andere Leckagen verursacht werden. Insbesondere lassen sich solche Luftblasen sehr schwer aus zähen, niedrigviskosen Kraftstoffen entfernen. Auch das Leerfahren des Kraftstofftankes führt zu dem gleichen Phänomenen. In all diesen Fällen kann es zu erheblichen Schäden an der Hochdruckpumpe oder sogar zu deren Zerstörung kommen.

[0007] Durch die Entnahme des Kraftstoffes aus einem Kraftstoffzwischenspeicher mit Gasabscheidefunktion, der der Hochdruckpumpe zugeführt wird, kann dies sicher verhindert werden. Sobald Luftblasen aus einem der oben aufgeführten Gründe im Kraftstoff vorhanden sind, werden diese in dem Kraftstoffzwischenspeicher mit Gasabscheidefunktion von dem flüssigen Kraftstoff separiert und nur der reine Kraftstoff der Hochdruckpumpe zugeführt.

[0008] Vorteilhafterweise ist der Kraftstoffzwischenspeicher mit Gasabscheidefunktion direkt vor dem Hochdruckerzeuger und nach dem Kraftstofffilter vorgesehen. Auf diese Weise können sämtliche Lufteinschlüsse, auch die, die durch einen Filterwechsel bedingt sind, entfernt werden.

[0009] Der für die Kühlung der Pumpe zuviel geförderter Kraftstoff ist bereits vorgewärmt und soll insbesondere für den Kaltstartvorgang - anstatt ungenutzt an den Tank zurückzufließen - dem Hochdruckerzeuger wieder zur Verfügung stehen. Dieser Kraftstoff wird deshalb in den oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers eingeleitet.

[0010] Eine von dem Kraftstofffilter ausgehende Leitung mündet ebenfalls in den oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers. Der eventuell mit Luft vermischte Kraftstoff verbleibt bis zu seiner Entmischung aufgrund seines geringeren spezifischen Gewichtes in diesem oberen Bereich, während der von Luft befreite, schwere, reine Kraftstoff in dem unteren Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers absinkt. Aus diesem unteren Bereich wird der Kraftstoff abgezogen und dem Hochdruckerzeuger zugeführt. Eine Drossel und ein Überdruckventil für die Rückführung von überschüssigem und möglicherweise zu heißem Kraftstoff über eine Rücklaufleitung in den Tank sind am oberen Ende des Kraftstoffzwischenspeichers vorgesehen. Um die Zuführung von Luft zu dem Hochdruckerzeuger unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden, ist in dem Kraftstoffzwischenspeicher ein Niveausensor vorgesehen. Dieser Niveausensor erzeugt in vorteilhafter Weise ein Alarmsignal, wenn der Kraftstoffstand in dem Kraftstoffzwischenspeicher ein vorgegebenes Minimum unterschreitet.

[0011] Um Schäden mit Sicherheit vermeiden zu können, schaltet dieser Sensor aber die Brennkraftmaschine ab. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit bei einem ersten Kraftstoffniveau ein Alarmsignal auszulösen und erst bei einem zweiten minimalen Kraftstoffniveau die Brennkraftmaschine abzuschalten. Durch diese Maßnahmen wird sogar verhindert, dass bei einem Leerfahren des Tankes Luft in den Hochdruckerzeuger gelangt und diesen beschädigt oder zerstört.

[0012] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend erläutert.

[0013] Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführeinrichtung. Eine Kraftstoffleitung 13, deren offenes Ende im unteren Bereich des Kraftstofftankes 1 mit einem Vorfilter 12 abgedeckt ist, steht mit der Kraftstoffförderpumpe 2 in Verbindung. Diese fördert den angesaugten Kraftstoff durch den Kraftstoffvorwärmer 3 und drückt ihn durch einen Kraftstofffeinstfilter 4. Von dort wird er dem oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers 5 zugeführt. Im unteren Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers 5 wird der Kraftstoff wieder entnommen und über die Leitung 11 einem Hochdruckerzeuger 9, hier einer Radialkolbenhochdruckverteilereinspritzpumpe zugeführt.

[0014] In Pumpen dieser Bauart ist eine Flügelpumpe integriert, die für die sichere Befüllung der Radialkolben sorgen soll und ein Vielfaches der für die Einspritzung benötigten Einspritzmenge fördert. Dieser im Überschuß geförderte Kraftstoff dient der Kühlung der Pumpe und wird über die Leitung 10 in den oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers 5 zurückgeführt.

[0015] Wird nun die nicht gezeigte Brennkraftmaschine bei niedriger Außentemperatur gestartet, füllt sich der Kraftstoffzwischenspeichers 5 schnell mit noch nicht allzu warmem und daher relativ zähem Kraftstoff. Die Drossel 6 ist so ausgelegt, dass sich bei diesen Betriebsbedingungen schnell ein hoher Druck in dem Kraftstoffzwischenspeicher aufbaut, der sicherstellt, dass Kraftstoff in genügender Menge in die Einspritzpumpe 9 gelangt.

[0016] Wärmt sich nun der Kraftstoff in dem Kraftstoffzwischenspeicher durch die Zirkulation über die Rücklaufleitung 10 auf und wird dadurch dünnflüssiger, so erhöht sich auch der Durchtritt durch die Drossel 6. Dadurch steigt wiederum der an dem Überdruckventil 7 anliegende Druck. Erreicht dieser Druck durch weitere Erwärmung des Kraftstoffes einen vorbestimmten Wert, so öffnet das Überdruckventil und gibt über die Leitung 8 den Rücklauf in den Tank frei.

[0017] Wird nun beispielsweise der Kraftstofffeinstfilter 4 ausgetauscht, so ist das Eindringen von Luft in das Kraftstoffzuführsystem nicht zu vermeiden. Wird die Brennkraftmaschine danach wieder in Betrieb gesetzt, so wird die eingeschlossene Luft durch den nachschiebenden Kraftstoff allmählich in den Kraftstoffzwischenspeicher 5 gedrückt. Dort verbleibt die Luft in dem oberen Bereich, während der flüssige Kraftstoff in den unteren Bereich absinkt. Sowohl Luftblasen als auch Kraftstoff-Luft-Gemisch im oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers 5 werden bei entsprechendem Überdruck durch die Drossel 6, das Überdruckventil 7 und die Rücklaufleitung 8 in den Tank zurückgeführt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Einspritzpumpe 9 immer nur luftfreier Kraftstoff aus dem unteren Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers zugeführt wird.

[0018] Sollte sich in dem System eine undichte Stelle befinden, durch die ständig Luft angesaugt wird oder sollte der Tank 1 leer sein, senkt sich das Niveau des luftfreien, flüssigen Kraftstoffes in dem Kraftstoffzwischenspeicher 5 immer weiter ab. Erreicht das Niveau den Sensor 14, so wird ein Alarmsignal generiert, das eine Bedienperson oder einen Fahrer auffordert, die Brennkraftmaschine zu stoppen und schnellstmöglich eine Reparatur einzuleiten. Wird dieses Alarmsignal zusammen mit einer Tank-leer-Anzeige generiert, so ist schnellstmöglich für das Nachtanken zu sorgen.

[0019] Wird auf das Alarmsignal nicht reagiert und das Kraftstoffniveau in dem Kraftstoffzwischenspeicher 5 sinkt weiter ab, ist ein zweiter Sensor 15 vorgesehen, der rechtzeitig vor einem Eindringen von Luft in die Zuleitung 11 zum Hochdruckerzeuger 9 die Brennkraftmaschine abschaltet. Dadurch läßt sich sowohl bei einer kompletten Tankentleerung als auch bei einer Beschädigung des Kraftstoffzuführsystems sicher ein Eindringen von Luft in den Hochdruckerzeuger und damit eine Beschädigung oder Zerstörung desselben verhindert.

Ansprüche

1. Kraftstoffzuführeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffvorratstank, mit einem Kraftstofffilter, mit einer Kraftstoffrückführung in den Tank und einem Hochdruckerzeuger, der den Kraftstoff auf wenigstens 1000 bar verdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochdruckerzeuger ein Kraftstoffzwischenspeicher mit Gasabscheidefunktion vorgeschaltet ist.

2. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzwischenspeicher zwischen Kraftstofffilter und Hochdruckerzeuger vorgesehen ist.

3. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass eine Rückführleitung des Hochdruckerzeugers in den oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers mündet.

4. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung von dem Kraftstofffilter in den oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers mündet.

5. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochdruckerzeuger Kraftstoff aus dem unteren Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers zugeführt wird.

6. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung in den Tank im oberen Bereich des Kraftstoffzwischenspeichers abzweigt.

7. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung eine Drossel, ein Überdruckventil und eine Rückflussleitung aufweist.

8. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckerzeuger als Radialkolbenverteilereinspritzpumpe ausgebildet ist.

9. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kraftstoffzwischenspeicher ein Niveausensor vorgesehen ist.

10. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Niveausensor ein Alarmsignal erzeugt, sobald der Flüssigkeitsstand in dem Kraftstoffzwischenspeicher ein bestimmtes Niveau unterschreitet.

11. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Niveausensor die Brennkraftmaschine abschaltet, sobald der Flüssigkeitsstand in dem Kraftstoffzwischenspeicher ein bestimmtes Niveau unterschreitet.

Zeichnung