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Fördervorrichtung für den Kraftstoff einer Verbrennungs-Kraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung für den Kraftstoff einer Verbrennungs-Kraftmaschine, mit einem Kraftstofftank, aus dem zumindest eine Kraftstoffpumpe über eine Kraftstoff-Zulaufleitung und mindestens einen Kraftstofffilter Kraftstoff an einen Kraftstoffabnehmer fördert, der über eine Kraftstoff-Rücklaufleitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Steuereinrichtung, die insbesondere für den Betrieb einer derartigen Fördervorrichtung vorgesehen ist.

Zur Kraftstoffversorgung von Brennräumen, insbesondere von selbstzündenden Verbrennungs-Kraftmaschinen, wie Dieselmotoren, können druckge- steuerte oder hubgesteuerte Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen eingesetzt werden. Als Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen kommen Pumpen-Düsen-Einrichtungen oder Pumpen-Leitungs-Einrichtungen, wie Speichereinspritzsysteme (Common-Rail), zum Einsatz. Derartige Common-Rail-Einspritzsysteme ermöglichen den Einspritzdruck an die jeweilige Last und die Drehzahl der betreffenden Verbrennungs-Kraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen derartiger Verbrennungs-Kraftmaschinen und zur Minimierung der Emissionen ist ein möglichst hoher Einspritzdruck angestrebt. Der Kraftstoff für derartige Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen wird in an sich bekannter Weise mit Kraftstoff-Fördervorrichtungen von einem Kraft- stofftank mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe über eine Kraftstoffleitung zu einer Kraftstoff-Hochdruckquelle, in der Regel einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe, gefördert. Dabei kann die Kraftstoff-Hochdruckquelle auch als Druckübersetzer gebildet sein. Die Kraftstoff-Hochdruckquelle wiederum beaufschlagt bei Common-Rail-Einspritz-einrichtungen eine Kraftstoff-Hochdruckleitung oder Hochdruckverteilerleiste, an der Kraftstoff-Injektoren zumindest in der Zahl der mit Kraftstoff zu versorgenden Brennräume fluidisch angebunden sind. Die Kraftstoff-Injektoren weisen auch jeweils einen Kraftstoffrücklauf auf, der über eine Rücklaufleitung zum Kraftstofftank führt.

Das Dokument DE 10 201 1 009 035 A1 zeigt eine Fördervorrichtung der eingangs genannten Gattung. Da bei derartigen Kraftstoff-Einspritz-einrich- tungen, die Hochdruckspeicherleitungen, wie eine Common-Rail-Leitung, aufweisen, sehr kleine Drossel- und/oder Ventilöffnungsquerschnitte vorhanden sind, ist für eine einwandfreie dauerhafte Funktion der Kraftstoff-Injektoren die Filterung des Kraftstoffs unabdingbar. Wie sich gezeigt hat, be- steht beim Betrieb der Fördervorrichtungen bei sehr niedrigen Temperaturen die Gefahr der Beeinträchtigung der einwandfreien Funktion der eingesetzten Filtereinrichtungen, insbesondere bei nicht absolut wasserfreien Kraftstoffen.

Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Fördervorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine erhöhte Betriebssicherheit bei Tieftemperaturbetrieb auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Fördervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass zwischen der Zulaufleitung und der Rücklaufleitung eine Steuereinrichtung geschaltet ist, die bei Unterschreiten einer vorgebbaren Schwellentemperatur im Kraftstofftank und/ oder in der Zulaufleitung und bei einem vorgebbaren Schwellendruck in der Rücklaufleitung eine kraftstoffführende Verbindung zwischen der Rücklauf- und der Zulaufleitung herstellt. Im Betrieb bei tiefen Temperaturen gelangt dadurch erwärmter Kraftstoff aus der Rücklaufleitung als Zusatzmenge zu dem in der Zulaufleitung zum nachfolgenden Filter fließenden Volumenstrom. Die vom Wärmeeintrag aus der Zusatzmenge bewirkte Erwärmung des Volumenstroms ermöglicht den einwandfreien Betrieb des Kraftstofffilters bei Tieftemperaturbedingungen.

Mit Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Steuereinrich- tung in Kraftstoff-Förderrichtung gesehen vor einem Kraftstofffilter in die Zulaufleitung mündet und an die Rücklaufleitung vor einem Vorspannventil angeschlossen ist, das ausgangsseitig an den Kraftstofftank angeschlossen ist.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Steuereinrichtung dient für die Vorgabe der Schwellentemperatur ein Thermostatventil, und für die Vorgabe des Schwellendrucks ist ein Druckventil vorgesehen. Mit Vorteil ist hierbei das Druckventil auf einen Öffnungsdruck eingestellt, der unterhalb des vom Vorspannventil gebildeten Vorspanndrucks liegt, so dass bei Tieftemperatur und dadurch geöffnetem Thermostatventil aus der Rück- laufleitung Kraftstoff, der nicht in den Tank abfließt, für die Fluidverbindung über die Steuereinrichtung zur Verfügung steht.

Mit besonderem Vorteil ist die Fördervorrichtung für ein Einspritzsystem vorgesehen, bei dem der Kraftstoffabnehmer aus Kraftstoff-Injektoren einer Diesel-Verbrennungs-Kraftmaschine gebildet ist. Dabei kann die Anordnung derart getroffen sein, dass in die Zulaufleitung vor und hinter einer Förderpumpe ein Vorfilter bzw. ein Hauptfilter geschaltet ist. Das Vorfilter kann vorteilhafterweise mit einem Koaleszer für eine Wasserabscheidung versehen sein. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Steuereinrichtung, die insbesondere für eine Fördervorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen ist und die im Patentanspruch 6 angegebenen Merkmale aufweist. Demgemäß weist die Steuereinrichtung ein Gehäuse mit einer durchgehenden Fluidführung zwi- sehen zwei Anschlussstellen auf. Die Fluidführung bildet den Anfangsteil der Kraftstoff-Zulaufleitung der zugeordneten Fördervorrichtung, also den Leitungsbereich zwischen Kraftstofftank und einem Filter, insbesondere einem Vorfilter. Eine weitere, dritte Anschlussstelle bildet den Eingang eines Verbindungswegs zur Fluidführung, wobei sich ein Thermostatventil und ein Druckventil in diesem Verbindungsweg befinden.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das Thermostatventil ein federbelastetes Dehnstoffelement auf, das unterhalb einer vorgebbaren Schwellentemperatur, unterstützt von der Federkraft, sich verkürzt und einen Fluidweg zwischen Druckventil und der Fluidführung zwischen den beiden Anschlussstellen freigibt und ansonsten sperrt.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist das Druckventil ein federvorgespanntes Membranventil mit einer Rollmembran, das bei einem vorgebbaren Schwellendruck an der dritten Anschlussstelle öffnet und einen Fluidweg von dieser dritten Anschlussstelle zu dem im Verbindungs- weg liegenden Thermostatventil freigibt.

Hinsichtlich des Aufbaus des Thermostatventils kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass zwischen dem Dehnstoffelement und einer zugehörigen Druckfeder für den Erhalt der Federkraft ein Ventilteller angeordnet ist, der in der Schließstellung des Thermostatventils den Fluidweg zwischen Druckventil und Fluidführung versperrt und in seiner Offenstellung freigibt.

Hinsichtlich der Ausgestaltung des Gehäuses kann die Anordnung mit Vorteil derart getroffen sein, dass der Fluidweg senkrecht zur Richtung der Fluidführung verläuft, dass das Gehäuse mehr-, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist und dass das eine Gehäuseteil das Thermostatventil mit der Fluidführung und den beiden Anschlussstellen aufweist und das andere Gehäuseteil das Druckventil mit der dritten Anschlussstelle aufweist. Bei Zuordnung der Steuereinrichtung zu einer Kraftstoff-Fördereinrichtung sind die beiden ersten Anschlussstellen an die Fluidführung und die dritte Anschlussstelle an die Rücklaufleitung der Kraftstoff-Fördervorrichtung anschließbar.

Mit Vorteil kann die Steuereinrichtung als Anbauteil für eine Dieselfiltervor- richtung konzipiert sein, insbesondere als Anbauteil an einem Vorfilter, das in der Kraftstoff-Zulaufleitung zwischen Tank und Förderpumpe angeordnet ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnitten gezeichnete Seitenansicht eines

Kraftstoff-Vorfilters der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung mit angebauter, in schematisiertem Längsschnitt gezeichneter Steuereinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Schrägansicht des Vorfilters von Fig. 2 mit angebauter Steuereinrichtung;

Fig. 4 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels der Steuereinrichtung, wobei ein Betriebszustand bei über einem Schwellenwert liegender Temperatur gezeigt ist; und Fig.5 einen der Fig.4 entsprechenden Längsschnitt, wobei ein Betriebszustand bei unter einem Schwellenwert liegender Temperatur und bei in einer Kraftstoff-Rücklaufleitung herrschendem, über einem Schwellenwert liegendem Druck dargestellt ist. Das in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung ist zur Versorgung des Kraftstoff-Einspritzsystems 2 einer Diesel-Verbrennungskraftmaschine mit aus einem Tank 4 zuzuführendem Dieselkraftstoff vorgesehen. Das Einspritzsystem 2 ist beim gezeigten Beispiel als Common-Rail-System (CR) ausgebildet. Sol- che Speichereinspritzsysteme ermöglichen in vorteilhafter Weise den Einspritzdruck von Kraftstoff in betreffende Brennräume der Verbrennungskraftmaschine an Last und Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. In der Figur ist das Kraftstoff-Einspritzsystem 2 oder das Common-Rail- System vereinfacht mit einer Hochdruck-Verteilerleiste 6 gezeigt, an die vier Kraftstoff-Injektoren 8 fluidisch angebunden sind. In einer am Grund des Kraftstofftanks 4 angeschlossenen Zulaufleitung 10, die sich bis zur Verteilerleiste 6 des Einspritzsystems 2 erstreckt, sind in der Förderrichtung gesehen ein Kraftstoff-Vorfilter 12, eine Niederdruck-Förderpumpe 14, ein Hauptfilter 16 sowie eine Hochdruckquelle 18 eingefügt. Auf der Nieder- druckseite des Einspritzsystems 2 ist zur Leckageabfuhr eine Rücklaufleitung 20 angeschlossen, die über ein Rückschlagventil 22 in den Tank 4 mündet. Das Rückschlagventil 22 ist derart vorgespannt, dass es bei einem in der Rücklaufleitung 20 herrschenden geringen Vorspanndruck zum Tank 4 hin öffnet. Eine Steuereinrichtung 24, die zwischen eine Stelle 26, die in der Rücklaufleitung 20 zwischen Rücklaufventil 22 und Einspritzsystem 2 gelegen ist, und eine Stelle 28 eingefügt ist, die sich an der Zulaufleitung 10 zwischen Tank 4 und Vorfilter 12 befindet, gibt bei bestimmten Betriebszuständen einen Verbindungsweg zwischen Rücklaufleitung 20 und der Zulaufleitung 10 frei. Die weiteren Figuren und von diesen insbesondere die Fig.4 und 5 zeigen die Einzelheiten der in Fig. 1 ledigl ich in Symboldarstel lung angedeuteten Steuereinrichtung 24. Die Steuereinrichtung 24 weist ein zweiteil iges Gehäuse mit einem Gehäusegrund- oder Hauptteil 30 und einem Gehäuseaufsatz 32 auf. Das Hauptteil 30 weist eine geradl inig durchgehende, in den Figuren horizontal verlaufende innere Fluidführung 34 zwischen einer ersten, eingangsseitigen Anschlussstel le 36 und einer zweiten, aus- gangsseitigen Anschlussstel le 38 auf. Bei in die erfindungsgemäße Fördervorrichtung integriertem Zustand bildet die Fluidführung 34 einen Leitungsabschnitt der Zulaufleitung 10 an der mit 28 bezeichneten Stel le. Dement- sprechend ist die erste Anschlussstel le 36 mit dem Tank 4 und die zweite Anschlussstel le 38 mit dem Vorfilter 1 2 in Verbindung.

An dem Gehäuseaufsatz 32 befindet sich eine dritte Anschlussstel le 40, die an die Rücklaufleitung 20 an der in Fig. 1 mit 26 bezeichneten Stel le, also zwischen dem Rückschlagventil 22 und dem Einspritzsystem 2, angeschlos- sen ist. Der Gehäuseaufsatz 32 ist mittels Schrauben 42 mit der ebenflächigen Oberseite 43 des Gehäusehauptteils 30 verschraubt, wobei ein Dichtelement 44 zwischen Hauptteil 30 und Aufsatz 32 derart angeordnet ist, dass es eine kreiszylindrische Mulde 46 umgibt, die sich von der ebenen Oberseite 43 des Hauptteils 30 nach unten erstreckt. In diese Mulde 46 mündet ein im Gehäuseaufsatz 32 gebildeter Durchgang 48, der ebenfal ls kreiszyl indrisch ist, jedoch einen geringeren Durchmesser besitzt als die Mulde 46. Der in vertikaler Richtung verlaufende Durchgang 48 mündet mit seinem oberen Ende in einen horizontalen Eingangskanal 50, der die horizontale Fortsetzung des Eingangs der dritten Anschlussstel le 40 bildet. Auf der der dritten Anschlussstelle 40 entgegengesetzten Seite bildet ein Gehäuseeinsatz 52, der durch Schrauben 54 befestigt ist, den Verschluss des Eingangskanals 50.

Der Gehäuseeinsatz 52 bildet nicht nur das Verschlussteil, das den Eingangskanal 50 des Gehäuseeinsatzes 52 auf der von der dritten Anschluss- stel le 40 abgewandten Seite nach außen hin abschl ießt, sondern enthält auch ein Druckventil 56, das den Fluiddurchgang zwischen dem Eingangskanal 50 und dem Durchgang 48 steuert, der vom Gehäuseaufsatz 32 zur Mulde 46 im Gehäusehauptteil 30 führt. Zur Steuerung der Fluidverbin- dung zwischen der Mündung des Durchgangs 48 und dem Innenraum der Mulde 46 im Gehäusehauptteil 30 ist ein Thermostatventil 58 vorgesehen, das einen innerhalb der Mulde 46 befindlichen, bewegbaren Schließkörper 60 besitzt, der bei der in Fig. 4 gezeigten Schließposition den Mündungsrand des Durchgangs 48 verschließt. Zur Steuerung des Schließkörpers 60 ist ein Dehnstoffelement 62 vorgesehen, das am Boden 64 der Mulde 46 derart angeordnet ist, dass es sich durch den Boden 64 mit einem Großteil seiner Länge in die Fluidführung 34 hinein erstreckt und im Betrieb von dem über die erste Anschlussstelle 36 einströmenden, vom Tank 4 kommenden Kraftstoff umströmt ist und dadurch auf dessen Temperatur anspricht. Das Dehnstoffelement 62 ist durch eine Druckfeder 66 derart vor- gespannt, dass es bei einer unter einer Schwellentemperatur liegenden Temperatur den Schließkörper 60 in der in Fig. 5 gezeigten Öffnungsstellung hält. Bei über der Schwellentemperatur liegender Temperatur und dementsprechender Ausdehnung des Dehnstoffelements 62 kommt der Schließkörper 60 in die in Fig. 4 gezeigte Schließstellung. Das Druckventil 56 ist ein Membranventil mit einer Rollmembran 68, die in Fig. 4 in ausgezogener und in Fig. 5 in eingerollter Position gezeigt ist. Bei der ausgezogenen Position (Fig. 4) befindet sich ein Schließteil 70 der Rollmembran 68 in dichter Anlage an einer Dichtkante 72, die sich an einem Absatz 76 des Eingangskanals 50 befindet, so dass dieser geschlossen ist. Die Rollmembran 68 mit dem Schließteil 70 ist durch eine Feder 74 in die in Fig. 4 gezeigte Schließstellung vorgespannt. Entsprechend der Wirkung der Feder 74 ist das Druckventil 56 auf einen an der Anschlussstelle 40 herrschenden Öffnungsdruck eingestellt, der unterhalb des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils 22, jedoch oberhalb des Drucks liegt, der an der ers- ten Anschlussstelle 36 und damit im Tank 4 herrscht. Das Thermostatventil 58 ist so ausgelegt, dass das Dehnstoffelement 62 bei einer in der Fluidführung 34, und damit im Tank 4, herrschenden vorgebbaren Temperatur den Schließkörper 60 gegen die Kraft der Feder 66 in die in Fig. 4 gezeigte Schließposition drückt, dass die Feder 66 bei Temperaturen, die demgegenüber geringer sind, den Schließkörper 60 aber in die in Fig. 5 gezeigte Offenstellung bewegt. Die jeweiligen Temperaturbereiche des Dehnelementes können kundenabhängig respektive aufgabenspezifisch variieren. Bei diesem in Fig. 5 gezeigten Betriebszustand mit durch den in der Rücklaufleitung 20 über die Anschlussstelle 40 wirkenden Druck geöffne- tem Druckventil 56 ist über den Durchgang 48, das geöffnete Thermostatventil 58 und eine im Boden 64 der Mulde 46 befindliche Öffnung 78 ein Verbindungsweg gebildet, über den, wie mit Strömungspfeilen 80 angedeutet, erhitztes Leckagefluid aus der Rücklaufleitung 20 als Zusatzmenge zum Volumenstrom in der Fluidführung 34 gelangt. Bei dem dem Öffnungsdruck des Druckventils 56 entsprechenden geringen Überdruck gegenüber dem Tankdruck erfolgt dadurch eine Einspeisung der Zusatzmenge in eine in Fig. 5 mit 82 bezeichnete Mischzone, in der die Zusatzmenge durch Wärmeeintrag eine Erwärmung des über die Anschlussstelle 38 zum Vorfilter 12 gelangenden Volumenstroms bewirkt. Insbesondere durch das Druckventil 56 wird verhindert, dass in der Rücklaufleitung ein Saugdruck entsteht. Dies dient zum Schutz der Hochdruckpumpe. Ferner ist das Druckventil 56 bevorzugt so aufgebaut, dass eine Seite zur Atmosphäre (Umgebung) hin geöffnet ist, was einen Druckausgleich erlaubt. Die Rollmembran 68 kann dabei von einem Druckausgleich- selement vor Schmutzeintrag geschützt sein.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist die Steuereinrichtung 24 in Form einer aus Gehäusehauptteil 30, Gehäuseaufsatz 32 und Gehäuseeinsatz 52 gebildeter Baueinheit unmittelbar am Fluideingang 84 des Vorfilters 12 angebracht. Bei dem gezeigten, vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist dessen Filterme- dium 88 eine Koaleszerlage auf, die bei nicht völlig wasserfreiem Kraftstoff eine Abscheidung bewirkt, wobei abgeschiedenes Wasser in einen im denbereich des Filtergehäuses befindlichen Sammelraum 86 abtropft.