Kraftstoffversorgungssystem für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines militärischen Fahrzeuges, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Militärische Kraftfahrzeuge werden zunehmend in Regionen mit hohen Umgebungstemperaturen eingesetzt. Um die Mobilität derartiger Kraftfahrzeuge zu gewährleisten, werden die Motorleistungen entsprechend angehoben. Mit der erhöhten Antriebsleistung und den hohen Umgebungstemperaturen steigen aber auch die Anforderungen an die Antriebskühlanlagen der Fahrzeuge. Diese werden daher in der Regel mit einem Kraftstoffkühler ausgestattet, der dafür sorgen soll, dass der dem Antriebsmotor zugeführte Kraftstoff möglichst kühl ist, da die Temperatur des Kraftstoffes die Motorleistung erheblich beein- flusst.

Üblicherweise werden Motorkühler und Kraftstoffkühler übereinander angeordnet, wobei sich der Kraftstoff kühler oberhalb des Motorkühlers befindet und die vom Kraftstoffkühler abgegebene Wärmelast den darunter liegenden Motorkühler beaufschlagt.

Aus der Druckschrift DE 37 15 11 1 C1 ist es bekannt bei Kraftfahrzeugen mit Klimaanlagen, welche einen Kältemittel-Kreislauf mit einem Kompressor (Verdichter), einem Kondensator und einem Verdampfer umfassen, jeweils eine von der Motorkühlung gesonderte Kühleinrichtung für den Kraftstoff vorzusehen. Hierzu ist dem Verdampfer der Klimaanlage ein weiterer Verdampfer parallel geschaltet, der als Wärmeaustauscher ausgebildet ist und den durch die Kraftstoffleitung fließenden Kraftstoff kühlt. Einen anderen Weg, einen aber auch mehrere Verdampfer einzubinden und insbesondere den ersten Verdampfer in einen Kraftstofftank zu integrieren, so dass nicht der durch die Kraftstoffleitungen fließende Kraftstoff lokal nur während eines relativ kurzen Zeitraumes gekühlt wird, sondern der gesamte Kraftstoff gleichmäßig kühlbar ist, gehen die DE 32 14 874 C2 bzw. die US 6,230,692 B1.

So beschreibt die DE 32 14 874 C2 eine Kraftstoffanlage mit einem Kraftstoffvorratsbehälter für eine Otto-Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen. Hierbei wird der als Verdampfer dienende Wärmeaustauscher oder der diesem nachgeschalteten Wärmeaustauscher zum Kühlen von Kraftstoff im Kraftstoffvorratsbehälter selbst installiert. Erwünscht ist dabei eine Kühlung des Kraftstoffes von £ 5°C auch bei verhältnismäßig hoher Außentemperatur.

Die US 6,230,692 B1 betrifft eine Absorptionskälteanlage einer Kraftstoffanlage, wobei der Kraftstofftank neben dem flüssigen Kraftstoff auch Kraftstoffdampf enthält. Hierbei gilt es, den Kraftstoff als auch den Kraftstoffdampf abzukühlen, um den Dampf zu eliminieren. Der Wärmeaustauscher ist dazu im Kraftstoffbehälter bzw. Kraftstofftank eingebunden.

Die in Fahrzeugen, wie Rad- und Kettenfahrzeugen, auch militärisch, werden Kraftstoffe verwendet (Diesel, Kerosin, etc.), die bei Umgebungstemperaturen von 49°C und höher einen Flammpunkt (Temperatur) erreichen können, bei dem sich ein explosionsfähiger Luft/Kraftstoffgemisch bilden kann. Der Flammpunkt bei Dieselkraftstoffen liegt bei +55°C und für Kerosin bei +38°C, bezogen auf 1013 mbar Luftdruck.

Den Ansatz der Kühlung des Kraftstoffvorratsbehälters aufgreifend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffversorgungssystem der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem die Sicherheit und Mobilität des entsprechenden Fahrzeuges auch bei extrem hohen Umgebungstemperaturen (z. B. bei dem Einsatz eines Kampfpanzers in der Wüste) gewährleistet ist und bei seiner Entnahme aus dem Kraftstofftank eine relativ niedrige vorgebbare Temperatur aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Kraftstoffvorratsbehälter bzw. Kraftstofftank aktiv zu kühlen, um die Mobilität und Sicherheit der Fahrzeuge bei hohen Umgebungstemperaturen zu halten. Dadurch kann auf eine Brand- und Explosionsunterdrückung wie bisher verzichtet werden. Auch wird die thermische Signatur reduziert. Des Weiteren ist vorgesehen, die fahrzeugseitige Kampfraumkühlanlage nicht nur zur Kühlung des Innenraums des Fahrzeuges (Mannschaftraum) sondern auch zur Kühlung des Kraftstofftanks zu verwenden. Dementsprechend werden der Verdampfer bzw. die Verdampfereinheiten von der fahrzeugseitigen Kampfraumkühianlage gespeist. Dazu wird mindestens einem Verdampfer ein elektrisch regelbares Ventil vorgeschaltet, so dass der mindestens eine Kraftstofftank und/oder ein Innenraum des Fahrzeuges temperaturabhängig mittels einer Mess- und Regelungsvorrichtung gekühlt werden kann.

Die Temperatur des Kraftstoffes in dem Kraftstofftank kann dabei derart gewählt werden, dass sie niedriger als der Flammpunkt des entsprechenden Kraftstoffes ist und somit die Explosionsgefahr des Kraftstofftankes auch bei hohen Umgebungstemperaturen gering ist.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung mindestens einen parallel zu dem ersten Verdampfer angeordneten zweiten Verdampfer umfasst, wobei der zweite Verdampfer zur Kühlung der Luft eines Innenraumes des Fahrzeuges (im Falle eines militärischen Fahrzeuges, etwa des Mannschafts- oder Kampfraumes) dient.

Bei einem Kraftstoffversorgungssystem mit einem von außen mit Kraftstoff befüllbaren Hauptkraftstofftank und einem dem Hauptkraftstofftank nachgeschalteten Entnahmetank, kann der erste Verdampfer der Kühleinrichtung in dem Hauptkraftstofftank oder in dem Entnahmetank angeordnet sein.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung mindestens einen parallel zu dem ersten Verdampfer angeordneten dritten Verdampfer umfasst, so dass sowohl in dem Hauptkraftstofftank als auch in dem Entnahmetank jeweils ein Verdampfer angeordnet ist. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn mit der Mess- und Regelungsvorrichtung außer den Ventilen auch Temperatursensoren zur Überwachung der Temperatur des jeweiligen Kraftstofftankes und/oder des Innenraumes des Fahrzeuges verbunden sind.

Der Kompressor und/oder der Kondensator der Kühleinrichtung kann/können von einem separaten Motor oder von dem Verbrennungsmotor (Antriebsmotor) angetrieben werden. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auch der Kondensator der Kampf- raumkühlanlage separat bzw. unabhängig vom Kühler betrieben wird. Der Kondensator der Kampfraumkühlanlage sollte vor dem Kühler bzw. vor der Kühlanlage des Verbrennungsmotors angeordnet sein.

Es versteht sich, dass die Kraftstoffkühlung mittels Verdampfern auch unabhängig von einer fahrzeugseitigen Kampfraumkühlanlage bzw. Verdampfer im Mannschaftsraum betrieben werden kann. Die erforderliche Antriebsleistung zur Kraftstoffkühlung allgemein kann vom Verbrennungsmotor oder einem Hilfsaggregat (APU) zur Verfügung gestellt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssys- tems für ein militärisches Fahrzeug mit Hauptkraftstofftank und Entnahmetank, wobei ein erster Verdampfer der Kühlein chtung in dem Entnahmetank integriert ist und ein zweiter Verdampfer zur Kühlung eines Mannschaftsraumes des Fahrzeuges dient;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung, bei welcher die Kühleinrichtung einen zusätzlichen, dritten Verdampfer umfasst, der in dem Hauptkraftstofftank integriert ist und

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung, bei welcher ein Kompressor und ein Kondensator der Kühleinrichtung durch dem Verbrennungsmotor des Fahrzeuges angetrieben werden. In Fig. 1 sind mit 1 eine Kraftstoffanlage für den Dieselmotor 3.1 einer in einem Triebwerksraum 5 befindiichen Antriebsanlage 3 eines militärischen Rad- oder Kettenfahrzeuges (nicht dargestellt), mit 2 eine Kühleinrichtung und mit 4 ein zu kühlender Mannschaftsraum bezeichnet.

Die Kraftstoffanlage in militärischen Rad- und Kettenfahrzeugen besteht in der Regel aus einem oder mehreren Hauptkraftstofftanks. Die Kraftstoffanlage 1 umfasst somit wenigstens einen mit einem Kraftstoffeinfüllstutzen versehenen Hauptkraftstofftank 1.1 , der über eine erste Kraftstoffleitung 1.2 und einer ersten Kraftstoffpumpe 1.3 mit einem Entnahmetank 1.4 verbunden ist. Über eine erste Rücklaufleitung 1.2a kann überschüssiger Kraftstoff aus dem Entnahmetank 1.4 wieder in den Hauptkraftstofftank 1.1 geleitet werden.

Mit Hilfe einer zweiten Kraftstoffpumpe 1.5 wird Kraftstoff aus dem Entnahmetank 1.4 über eine zweite Kraftstoffleitung 1.6 zur Einspritzpumpe des Dieselmotors 3.1 gefördert und über eine zweite Rücklaufleitung 1.6a wird überschüssiger und erwärmter Kraftstoff von der Einspritzpumpe in den Entnahmetank 1.4 zurückgeführt.

Der Dieselmotor 3.1 der Antriebsanlage 3 im Triebwerksraum 5 verfügt über eine mit 3.2 bezeichnete eigene Kühlanlage.

Die Kühleinrichtung 2 besteht aus einem Kompressor 2.1 zur Verdichtung eines geeigneten Kältemittels, der elektrisch oder hydraulisch mittels eines separaten Motors 7 angetrieben wird. Über eine Hochdruck-Kälteleitung 2.2 wird das gasförmige Kältemittel einem Kondensator 2.3 zugeführt und durch Wärmeabfuhr verflüssigt. Dann gelangt das flüssige Kältemittel über eine Filter-/Trocknereinheit 2.4 und über ein elektrisch ansteuerbares, erstes Ventil 2.8 zu einem im Entnahmetank 1.4 angeordneten ersten Verdampfer 2.9 sowie über ein elektrisch ansteuerbares, zweites Ventil 2.5 zu einem im Mannschaftsraum 4 parallel zu dem ersten Verdampfer 2.9 geschalteten zweiten Verdampfer 2.6. Schließlich strömt das von dem ersten Verdampfer 2.9 und von dem zweiten Verdampfer 2.6 gelangende gasförmige Kältemittel über eine Saugleitung 2.7 wieder zu dem Kompressor 2.1. Zur Ermittlung der Temperaturen in dem Mannschaftsraum 4 und in dem Entnahmetank 1.4 sind mit einer Mess- und Regelungseinrichtung 6 verbundene Temperatursensoren 6.1 und 6.2 (ein oder mehrere) vorgesehen. Die Mess- und Regeleinrichtung 6 dient des Weiteren zur Überwachung und Regelung der Betriebszustände der Kraftstoffanlage 1 , wie Füllstand und Temperatur, sowie des Betriebszustandes der Kampfraumkühlanlage 2 und des Mannschaftsraums 4.

Außerdem ist die Mess- und Regelungseinrichtung 6 mit dem ersten Ventil 2.8 sowie mit dem zweiten Ventil 2.5 verbunden, so dass eine temperaturgesteuerte Regelung der beiden Ventile erfolgen kann. Insbesondere kann also vorgesehen werden, dass nur der Mannschaftsraum 4 oder nur der Kraftstoff in dem Entnahmetank 1.4 oder aber Mannschaftsraum 4 und der Kraftstoff in dem Entnahmebehälter 1.4 gleichzeitig kühlbar sind.

Durch sequentielles Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe 1.3 wird der gekühlte Kraftstoff im Umlauf gehalten.

Ferner kann die Wärmelast aus der Mannschaftsraumkühlanlage separat an die Umgebungsluft oder über die Thebwerksanlage abgegeben werden.

In Fig. 2 ist ein gegenüber Fig.1 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist vorgesehen, dass sich nicht nur in dem Entnahmetank 1.4 ein Verdampfer 2.9 befindet, sondern auch in dem Hauptkraftstofftank 1.1 ein durch ein drittes Ventil 2.10 ansteuerbarer dritter Verdampfer 2.11.

Die Temperaturüberwachung des Hauptkraftstofftankes 1.1 erfolgt in diesem Fall ebenfalls durch einen Temperatursensor 6.3. Der Temperatursensor 6.3 und das dritte Ventil 2. 0 sind ebenfalls mit der Mess- und Regelungseinrichtung verbunden.

Schließlich wird in Fig. 3 eine weitere Abwandlung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele gezeigt. Dabei wird der Kompressor 2.1 der Kühleinrichtung 2 nicht durch einen separaten Motor, sondern von dem Dieselmotor 3.1 der Antriebsanlage 3 angetrieben. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Kondensator 2.3 vor der Kühlanlage 3.2 der Antriebsanlage 3 angeordnet. Bezugszeichenliste

1 Kraftstoffaniage

1.1 (erster) Kraftstofftank, Hauptkraftstofftank

1.2 erste Kraftstoffleitung

1.2a erste Rücklaufleitung

1.3 erste Kraftstoffpumpe

1.4 (zweiter) Kraftstofftank, Entnahmetank

1.5 zweite Kraftstoffpumpe

1.6 zweite Kraftstoffleitung

1.6a zweite Rücklaufleitung

2 Kühleinrichtung

2.1 Kompressor

2.2 Hochdruck-Kälteleitung

2.3 Kondensator

2.4 FiIter-/Trockeneinheit

2.5 (zweites) Ventil

2.6 zweiter Verdampfer

2.7 Saugleitung

2.8 (erstes) Ventil

2.9 erster Verdampfer

2.10 (drittes) Ventil

2.1 1 dritter Verdampfer

3 Antriebsanlage

3.1 Verbrennungsmotor, Dieseimotor

3.2 Kühlanlage

4 Innenraum, Mannschaftsraum

5 Triebwerksraum

6 Mess- und Regeiungseinrichtung

6.1-6.3 Temperatursensoren

7 Motor