DE69314592T2

DE69314592T2 - Kraftstoffversorgungssystem für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69314592T2
Application number: DE69314592T
Authority: DE
Inventors: Bradley Brown
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2013-09-14
Also published as: DE69314592D1; EP0590821B1; EP0590821A1; US5269276A

Description

Die Erfindung betrifft ein kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor. Viele Arten von Treibstoffsystemen, die sowohl in Funkenzündungs- als auch in Verdichtungsverbrennungsmotoren verwendet werden, sind so konfiguriert, daß der Kraftstoff konstant in einer Schleife zirkuliert, die zwischen dem kraftstofftank und dem Motor hin- und zurückverläuft. Dieser Kreislauf kann ungünstigerweise zu einer stark erhöhten Kraftstofftemperatur führen, weil die Wärme des Motors auf den zirkulierenden Kraftstoff übertragen wird.
Das U.S.-Patent 4,989,572 von Giacomazzi et al. offenbart eine senkrechte Kraftstoffleitungsanordnung mit dem Ziel, die Wärmeansammlung in einem Kraftstofftank zu mindern, indem der umgelaufene Kraftstoff in ein im Tank befindliches Reservoir zurückgeführt wird, das die Kraftstoffpumpe des Fahrzeuges beinhaltet.
Obwohl für das System des '572er Patents einen Vorteil in Hinblick auf eine niedrigere Kraftstofftemperatur beansprucht wird, zeigen die darin enthaltenen Daten, daß die Verbesserung im allgemeinen nicht beeindruckend ist. Im Gegensatz dazu kann ein System im Einklang mit der vorliegenden Erfindung so betrieben werden, daß jegliche Erwärmung des Kraftstoffes in dem kraftstofftank dank des Kraftstoffkreislaufs beseitigt wird. Wenn trotzdem eine Erwärmung erwünscht ist, um Wachsbildung auf dem Kraftstoffilter während des Betriebs bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen zu verhindern, oder aus anderen Gründen, kann ein System im Einklang mit der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, den Anteil des gesamten Kraftstoffstroms, der in den Tank zurückfließt, zu steuern. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Temperatur des Kraftstoffbehälters geregelt werden kann, indem zugelassen wird, daß etwas, der gesamte oder überhaupt kein Kraftstoff, der von dem Motor zurückfließt, in den Kraftstofftank fließt. Ein Kraftstoffversorgungssystem im Einklang mit dem Oberbegriff von Patentan spruch list aus EP-A-0 411 964 bekannt.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffversorgungsumlaufsystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, umfassend:
Einen kraftstofftank;
eine Pumpe, die außerhalb des Tanks angebracht ist und die einen Einlaß für die Aufnahme von Kraftstoff aus dem Tank und einen Auslaß für die Beförderung von Kraftstoff zum Motor besitzt;
eine kraftstoffversorgungsleitung, die sich von diesem Tank zum Einlaß von dieser Pumpe erstreckt;
eine Kraftstoffrückführleitung, die sich vom Motor zu einer Kraftstoffrückführvorrichtung erstreckt; und
eine Kraftstoffrückführvorrichtung für die Rückführung von Kraftstoff vom Motor sowohl zum Kraftstoffpumpeneinlaß als auch zum Tank, und die nutzbar ist zur Trennung des umlaufenden Kraftstoffes in einen ersten Teil, welcher über eine Tankleitung zu dem Tank zurückfließt, und in einen zweiten Teil, welcher unter Umgehung des Tanks mit dem Kraftstoffpumpeneinlaß über eine Verbindungsleitung verbunden ist, und worin diese Kraftstoffrückführvorrichtung auf eine Betriebstemperatur des Kraftstoffversorgungssystems reagiert, so daß die relativen Größen des ersten und zweiten Anteils im Einklang mit dieser Temperatur festgelegt werden, wobei diese Kraftstoffrückführvorrichtung einen Luftabscheider beinhaltet, der eine Vorrichtung zur Beseitigung von Luft aus dem kraftstoffstrom in der Kraftstoffrückführleitung und eine Vorrichtung zur Umleitung eines Anteils des zurückgeführten kraftstoffes inklusive der abgeschiedenen Luft in den Tank besitzt, wodurch die Erwärmung des Kraftstoffes in dem Tank durch zurückgeführten Kraftstoff minimiert wird und worin dieser Luftabscheider eine Schwimmerkammer umfaßt, die einen Eingangsdurchlaß für einen Kraftstoffstrom vom Motor sowie einen tiefer gelegenen Ausgangsdurchlaß für reinen Kraftstoff besitzt, wobei dieser tiefer gelegene Ausgangsdurchlaß mit dem Pumpeneinlaß verbunden ist, und einen höher gelegenen Ausgangsdurchlaß für Luft enthaltenden Kraftstoff, wobei dieser höher gelegene Ausgangsdurchlaß mit dem Hauptvolumen des Kraftstofftanks verbunden ist und der höher gelegene Ausgangsdurchlaß selektiv durch einen Schwimmer verschlossen wird, der in der Schwimmerkammer enthalten ist, und der Auftrieb über den Kraftstoffstrom durch den Abscheider erhält, so daß der höher gelegene Ausgangsdurchlaß stets dann durch den Schwimmer verschlossen sein wird, wenn der Kraftstoffstrom in der Rückführleitung im wesentlichen frei von Luft ist.
Die Erfindung wird nun weiter auf dem Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abbildung 1 eine schematische Darstellung eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Kraftstoffversorgungssystems für einen Verbrennungsmotor enthält. Wie in der Abbildung gezeigt, wird ein Motor 10 mittels einer Kraftstoffpumpe 12, die einen Einlaß 16 und einen Auslaß 18 besitzt, mit Kraftstoff von Tank 14 versorgt. Kraftstoff, der sich zum Motor hin bewegt, fließt über eine Rückführleitung 22 vom Motor zurück. Rückführleitung 22 ermöglicht es (mit ihren verschiedenen Bestandteilen), daß der Kraftstoff unter Umgehung des Tanks 14 von dem Motor zu dem Einlaß der Kraftstoffpumpe im Kreis zurückfließt.
Der Fachmann wird in Hinblick auf diese Offenbarung zu würdigen wissen, daß ein Teil des Kraftstoffversorgungssystems im Einklang mit dieser Erfindung - wenn nicht das gesamte - entweder von Pumpe 12 entfernt untergebracht werden kann, oder im Pumpengehäuse selber. Der Fachmann wird außerdem zu würdigen wissen, daß eine Vorrichtung im Einklang mit dieser Erfindung nicht nur mit Kraftstoffsystemen verwendet werden kann, die mehrere Kraftstoffpumpen besitzen, die kombinierte Pumpen versorgen, sondern auch mit anderen Arten von Benzin- und Dieselkraftstoffsystemen. Wenn zum Beispiel eine erste Niederdrucktransferpumpe verwendet wird, um eine Pumpe mit höherem Druck mit Kraftstoff zu versorgen, die wiederum kombinierte Pumpen in einem Dieselkraftstoffsystem mit Kraftstoff versorgt, dann kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, überschüssigen Kraftstoff von den Einspritzdüsen zu dem Einlaß der Hochdruckversorgungspumpe zurückzuführen. Ein System nach der vorliegenden Erfindung schließt daher eine Pumpe ein, die entweder direkt oder von einer vorgeschalteten Pumpe Kraftstoff aus dem Tank erhält.
Ausgehend vom Kraftstofftank 14 tritt Kraftstoff in die Kraftstoffversorgungsleitung 20 ein und fließt über Einlaß 16 in die Pumpe 12 und aus dem Pumpenauslaß 18 in den Motor 10. Beim Zurückfließen vom Motor fließt Kraftstoff in die Rückführleitung 22 und schließlich zur Verbindungsleitung 42, und dann wieder in die Versorgungsleitung 20. Da die Pumpe 12 dem Tank 14 kontinuierlich Kraftstoff entnimmt, wird der Kraftstoff nicht von Kraftstoffversorgungsleitung 20 in Tank 14 zurückfließen können. Folglich wird der Kraftstoff im Tank 14 nicht durch den zurückfließenden Kraftstoff erwärmt werden, der durch Rückführleitung 22 fließt.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung kann Kraftstoff beim Eintritt in Rückführleitung 22 durch zwei optionale Vorrichtungen fließen. Dementsprechend kann ein Luftabscheider in einem System nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein derartiger Abscheider 24 enthält eine Schwimmerkammer 26, die einen Eingangsdurchlaß 28, einen tiefer gelegenen Ausgangsdurchlaß 30 und einen höher gelegenen Ausgangsdurchlaß 32 besitzt. Der Luftabscheider umfaßt eine Vorrichtung, um Luft aus dem Kraftstoff, der durch Rückführleitung 22 fließt, zu entfernen, und eine Vorrichtung, um einen Anteil des zurückfließenden Kraftstoffes und der abgeschiedenen Luft in den Tank umzuleiten.
Mit Luft verunreinigter Kraftstoff kann durch den höher gelegenen Ausgangsdurchlaß 32 und dann durch Tankleitung 38 zu Kraftstofftank 14 fließen. Der Kraftstoff- und Luftstrom durch den oberen Ausgangsdurchlaß 32 wird durch Schwimmer 34, der einen Düsenzapfen 36 an seinem obersten Ende besitzt und selektiv den oberen Ausgangsdurchlaß 32 verschließt, geregelt. Wenn Luft in Luftabscheider 24 eindringt, wird sich die Luft in den oberen Regionen von der Schwimmerkammer 26 sammeln, und wenn schließlich genügend Luft in die Schwimmerkammer eingedrungen ist, wird der Schwimmer 34 herunterfallen, so daß die Luft und der mit Luft verunreinigte Kraftstoff in den Kraftstofftank 14 abgeführt werden können. Reiner Kraftstoff - d.h. Kraftstoff, der nicht mit Luft verunreinigt ist - wird Luftabscheider 24 über den unteren Ausgangsdurchlaß 30 verlassen und am optionalen Druckregler 40 vorbei durch Verbindungsleitung 42 zur Kraftstoffversorgungsleitung 20 und zu Pumpeneinlaß 16 fließen. Der Fachmann wird in Hinblick auf diese Offenbarung zu würdigen wissen, daß der obere Ausgangsdurchlaß 32 von Luftabscheider 24 als dauerhafte Öffnung wirken kann, so daß der Bedarf an Schwimmer 34 beseitigt wird. Ein derartiger Aufbau würde in einem im wesentlichen kontinuierlichen Fluß durch Tankleitung 38 resultieren, was für bestimmte Arten von Kraftstoffanlagen erwünscht sein könnte. Wie oben erwähnt kann Druckregler 40 optional in einem System im Einklang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Druckregler 40 erlaubt es, den Druck innerhalb von Luftabscheider 24 zu regulieren, so daß eine Kraft bereitgestellt wird, die Luft und Kraftstoff durch Tankleitung 38 bewegt. In einer einfachen Ausführung kann Druckregler 40 aus einer starren Öffnung bestehen. Eine ausgeklügeltere, federgelagerte Klappe in jeglicher Form, wie sie dem Fachmann bekannt ist und wie sie von dieser Offenbarung nahegelegt wird, kann als Alternative zu einer starren Öffnung verwendet werden.
Der Druckregler 40 wird als variabler Drosselkörper verwendet, der auf eine Temperatur des Kraftstoffsystems, wie die Temperatur des Kraftstoffes in dem Tank, reagiert, um so die relativen Anteile des Kraftstoffes zu regulieren, die entweder durch Tankleitung 38 in den Tank zurückfließen oder durch Verbindungsleitung 42 direkt zum Motor 10 fließen, ohne den Kraftstofftank zu passieren. Dementsprechend bilden Luftabscheider 24, Tankleitung 38 und Druckregler 40 zusammengenommen eine Vorrichtung für die Rückführung von Kraftstoff vom Motor 10 zu Kraftstoffpumpeneinlaß 16 und Tank 14, während sie als Stromtrennvorrichtung zur Trennung des zurückgeführten Kraftstoffs in einen ersten Anteil, der in den Tank über Tankleitung 38 zurückfließt, und einen zweiten Anteil, der unter Umgehung des Tanks 14 zu Kraftstoffpumpeneinlaß 16 über Verbindungsleitung 42 zurückfließt, dienen. Da Druckregler 40 so gestaltet werden kann, daß er auf die Temperatur anspricht, können der erste und der zweite Anteil einer Temperatur des Kraftstoffsystems entsprechend, etwa der Temperatur des Kraftstoffes, der durch den Druckregler fließt, eingestellt werden.
Ein allgemeines Problem bei Dieselmotoren betrifft die Bildung von Paraffinwachskristallen im Kraftstoff während eines Betriebes bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Diese Kristalle können eine Verstopfung von Kraftstoffiltern und dadurch eine Beeinträchtigung des Motorbetriebes verursachen. Ein System im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird ein derartiges Problem verhindern, wenn sich der Filter zwischen Pumpenauslaß 18 und dem Motor befindet. Filter so ist in der Abbildung so angeordnet, daß der gesamte zurückgeführte, erwärmte Kraftstoff durch den Filter fließt und dadurch jegliche mögliche Filterverstopfung aufgrund von Wachsbildung verhindert. Der Fachmann wird in Hinblick auf diese Offenbarung zu würdigen wissen, daß sich Filter 50 alternativ an der Ansaugseite von Pumpe 12 befinden kann, wobei es nur notwendig ist, daß sich der Filter zwischen der Kraffstoffrückführvorrichtung und dem Motor befindet.

Claims

1. Ein Kraftstoffversorgungsumlaufsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend:

Einen Kraftstofftank (14);

eine Pumpe (12), die außerhalb des Tanks (14) angebracht ist und einen Einlaß (16) für die Aufnahme von Kraftstoff aus dem Tank (14) und einen Auslaß (18) für die Beförderung von Kraftstoff in den Motor (10) besitzt;

eine Kraftstoffversorgungsleitung (20), die sich von diesem Tank (14) zum Einlaß (16) dieser Pumpe (12) erstreckt;

eine Kraftstoffrückführleitung (22), die sich von dem Motor (10) zu einer Kraftstoffrückführvorrichtung (24) erstreckt; und

eine Kraftstoffrückführvorrichtung (24, 20) für die Rückführung von Kraftstoff vom Motor (10) sowohl zum Kraftstoffpumpeneinlaß (16) als auch zum Tank (14), die zur Trennung des umlaufenden Kraftstoffes in einen ersten Anteil nutzbar ist, der über eine Tankeitung (38) in den Tank (14) zurückgeführt wird, und in einen zweiten Anteil, welcher unter Umgehung des Tanks über eine Verbindungsleitung (42) mit dem Kraftstoffpumpeneinlaß verbunden ist, und worin diese Kraftstoffrückführvorrichtung auf eine Betriebstemperatur des Kraftstoffversorgungssystems reagiert, so daß die relativen Größen des ersten und zweiten Anteils gemäß einer solchen Temperatur geregelt werden, wobei diese Kraftstoffrückführvorrichtung einen Luftabscheider (24) enthält, der eine Vorrichtung für die Abscheidung von Luft aus dem Kraftstoff, der durch die Kraftstoffrückführleitung fließt, und eine Vorrichtung für die Abzweigung eines Anteils des zurückfließenden Kraftstoffes einschließlich der abgetrennten Luft in den Tank besitzt, wodurch die Erwärmung des Kraftstoffes in dem Tank durch zurückfließenden Kraftstoff minimiert werden wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Luftabscheider (24) eine Schwimmerkammer (26) umfaßt, die einen Eingangsdurchlaß (28) für den Kraftstoff, der aus dem Motor fließt, einen niedriger gelegenen Ausgangsdurchlaß (30) für reinen Kraftstoff, wobei dieser untere Ausgangsdurchlaß mit dem Pumpeneinlaß (16) verbunden ist, sowie einen oberen Ausgangsdurchlaß für den lufthaltigen Kraftstoff besitzt, wobei dieser obere Ausgangsdurchlaß (32) mit dem Hauptvolumen des Kraftstofftanks (14) verbunden ist und der obere Ausgangsdurchlaß (32) selektiv durch einen Schwimmer (34) verschlossen wird, der in der Schwimmerkammer (26) enthalten ist und durch den Kraftstoffstrom durch den Abscheider aufgetrieben wird, so daß der obere Ausgangsdurchlaß (32) stets dahn durch den Schwimmer (34) verschlossen sein wird, wenn der Kraftstoff, der in der Rückführleitung fließt, im wesentlichen frei von Luft ist.

2. Ein Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, worin diese Kraftstoffrückführvorrichtung einen thermosensiblen Druckregler (40) enthält, der in der Verbindungsleitung (42) positioniert ist.

3. Ein Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das außerdem einen Kraftstoffilter (50) umfaßt, der zwischen dieser Kraftstoffrückführvorrichtung und diesem Motor angebracht ist, so daß der gesamte Kraftstoff, der durch diese Kraftstoffrückführvorrichtung fließt, diesen Filter passiert.

4. Ein Kraftstoffversorgungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, das außerdem einen Kraftstoffilter (50) umfaßt, der zwischen diesem Pumpenauslaß (18) und diesem Motor (10) angebracht ist.