Kraftstofffördereinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Auslass, mittels welchem Kraftstoff aus einem Kraftstofftank einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftstofffördereinrichtung.

Die US 4 535 588 beschreibt eine Kraftstofffördereinrichtung für ein Fahrzeug, welche einen als Injektor ausgebildeten Auslass aufweist. Der Injektor ist in ein Anschlussteil eingeschraubt, welches in einem Gehäuse eines Partikelfilters angeordnet ist. Die Kraftstofffördereinrichtung umfasst des Weiteren eine Pumpe, mittels welcher der Injektor mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank beaufschlagbar ist. Mittels des Injektors kann Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in das Gehäuse des in einem Abgasstrang angeordneten Partikelfilters injiziert werden. Das Injizieren von Kraftstoff in das Gehäuse des Partikelfilters dient hierbei einem Abbrennen von in dem Partikelfilter angesammeltem Ruß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstofffördereinrichtung der eingangs genannten Art mit einer erweiterten Funktionalität bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Auslass, mittels welchem Kraftstoff aus einem Kraftstofftank einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist. Stromabwärts des Kraftstofftanks ist eine Wasserabscheideeinrichtung angeordnet, an welche die Kraftstofffördereinrichtung angeschlossen ist. So ist es mittels der Kraftstofffördereinrichtung ermöglicht, ein in der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenes Medium dem Auslass und somit dem Abgasstrang zuzuführen. Dadurch kann eine anderweitige Entsorgung des mittels der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Mediums, etwa durch gezieltes Auffangen in einem Behältnis, entfallen. Auch auf ein Filtern des in der Wasserabscheideeinrichtung gesammelten Mediums, etwa mittels einer Aktivkohleeinheit, zum Verringern eines Restgehalts an Kohlenwasserstoffen in dem Medium kann so verzichtet werden. Damit entfällt der technische und kostenmäßige Aufwand für das Entsorgen und/oder Filtern des Mediums.

Die Kraftstofffördereinrichtung ist also zum Fördern von Kraftstoff und zum unschädlichen Entfernen von aus dem Kraftstoff abgeschiedenem Wasser nutzbar. Es ist so eine Kraftstofffördereinrichtung mit einer erweiterten Funktionalität bereitgestellt.

Bevorzugt ist der Auslass an einer Stelle im Abgasstrang angeordnet, an welcher beim Durchströmtwerden des Abgasstrangs mit Abgas eine ausreichend hohe Temperatur zum Verdampfen von in dem Medium enthaltenem Wassers und/oder zum Verbrennen von in dem Medium enthaltenen Kohlenwasserstoffen sichergestellt ist. Dadurch ist ein Austrag von unverbranntem Kraftstoff in die Umwelt vermeidbar.

Das an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedene Medium kann auch zunächst einem von der Verbrennungskraftmaschine verschiedenen Brenner, etwa einer Standheizung, zugeführt werden. Nach dem Verbrennen des Mediums in dem Brenner kann das bei der Verbrennung entstandene Abgas über den Auslass dem Abgasstrang zugeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wasserabscheideeinrichtung einer Kraftstofffiltereinrichtung zugeordnet. Eine solche Kraftstofffiltereinrichtung mit, beispielsweise in diese integrierter Wasserabscheideeinrichtung, ist als kompakte, multifunktionale Baueinheit für einen wirkungsvollen Verschleißschutz der mit Kraftstoff zu beaufschlagenden Verbrennungskraftmaschine einfach und kostengünstig verfügbar.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Auslass stromaufwärts eines Endbereichs einer Abgasbehandlungseinrichtung an dem Abgasstrang angeordnet ist. So kann der von der Kraftstofffördereinrichtung geförderte Kraftstoff zum Aufheizen eines Katalysators herangezogen werden. Während des Zuführens von Kraftstoff zum Aufheizen des Katalysators kann dann gleichzeitig das in der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedene Medium dem Katalysator zugeführt werden. Bei entsprechender Gestaltung eines Anschlusses der Kraftstofffördereinrichtung an die Wasserabscheideeinrichtung kann auch zunächst Kraftstoff und dann das Medium zugeführt werden oder zunächst das Medium und dann Kraftstoff. Alternativ kann lediglich das Medium oder lediglich Kraftstoff über den Auslass dem Abgasstrang zugeführt werden.

Die Abgasbehandlungseinrichtung kann hierbei einen Oxidationskatalysator und/oder einen SCR-Katalysator (SCR, selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) und/oder einen Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder einen 3-Wege-Kataly- sator umfassen. Das Aufheizen wenigstens eines Katalysators ist hierbei insbesondere nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine von Vorteil, um den Katalysator schnell auf seine Betriebstemperatur zu bringen, bei welcher ein effizientes Verringern der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe ermöglicht ist. Handelt es sich bei dem Katalysator um den Stickoxid-Speicherkatalysator, so kann das Zuführen von Kraftstoff mittels der Kraftstofffördereinrichtung zum Desorbieren und Umwandeln von gespeicherten Stickoxiden und/oder zum Aufheizen desselben genutzt werden.

Als vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn die Abgasbehandlungseinrichtung eine Partikelfiltereinheit umfasst. Hierbei ist der Auslass bevorzugt stromaufwärts eines Endbereichs der Partikelfiltereinheit, insbesondere stromaufwärts eines Anfangsbereichs der Partikelfiltereinheit, an dem Abgasstrang angeordnet. Die Partikelfiltereinheit ist ohnehin zum Abbrennen des an dieser abgeschiedenen Rußes aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine zeitweise mit Kraftstoff zu beaufschlagen. Hierbei kann das an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedene Medium, und insbesondere der geringe Gehalt an Kohlenwasserstoffen in dem Medium, mit verbrannt werden.

Das Einbringen des an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Mediums stromaufwärts der Partikelfiltereinheit ist hierbei dem thermischen Regenerieren nicht abträglich. Dies gilt insbesondere bei einem Nutzfahrzeug, bei welchem das Regenerieren der Partikelfiltereinheit eine vergleichsweise lange Zeitdauer in Anspruch nimmt. Ein vorübergehendes Mitbeaufschlagen der Partikelfiltereinheit mit dem an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Medium ist also im Hinblick auf die für das Regenerieren vorzusehende Zeitdauer nicht relevant.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftstofffördereinrichtung eine Steuereinrichtung zugeordnet, mittels welcher das Medium aus der Wasserabscheideeinrichtung dem Abgasstrang in Abhängigkeit von einem Betriebszustand wenigstens einer Komponente des Abgasstrangs zuführbar ist. Bei dem Betriebszustand der wenigstens einen Komponente des Abgasstrangs kann es sich um eine Temperatur eines Teilbereichs des Abgasstrangs handeln. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, das Medium nur dann über den Auslass dem Abgasstrang zuzuführen, wenn der Abgasstrang an der Stelle des Auslasses eine Mindesttemperatur erreicht hat. Des Weiteren kann die wenigstens eine Komponente des Abgasstrangs die Abgasbehandlungseinrichtung umfassen, so dass das Zuführen des Mediums etwa in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer Beladung der Abgasbehandlungseinrichtung erfolgen kann. Hierbei kann es sich um eine Beladung eines Partikelfilters und/oder um einen Beladung eines Speicherkatalysators handeln.

Die Steuereinrichtung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, ein Regenerieren der Partikelfiltereinheit und/oder des Speicherkatalysators zu veranlassen, wobei dann im Zuge des Regenerierens zusätzlich zu dem Kraftstoff auch das Medium der Partikelfiltereinheit und/oder dem Speicherkatalysator zugeführt wird.

Dadurch ist sicherstellbar, dass beim Zuführen des Mediums aus der Wasserabscheideeinrichtung in den Abgasstrang Bedingungen vorliegen, welche zum schadlosen Entfernen des Mediums aus der Wasserabscheideeinrichtung besonders gut geeignet sind.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Kraftstofffördereinrichtung eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, mittels welcher das Medium aus der Wasserabscheideeinrichtung dem Abgasstrang zeitabhängig und/oder in Abhängigkeit von einem Füllstand des Mediums in der Wasserabscheideeinrichtung zuführbar ist. Es kann also ein periodisches Entleeren der Wasserabscheideeinrichtung über die Kraftstofffördereinrichtung vorgesehen sein. Ergänzend oder alternativ kann das Entleeren der Wasserabscheideeinrichtung dann erfolgen, wenn das Medium in der Wasserabscheideeinrichtung einen vorgegebenen Füllstand erreicht hat.

Dadurch kann insbesondere dem Umstand Rechnung getragen werden, dass qualitativ unterschiedlicher Kraftstoff einen unterschiedlich hohen Wassergehalt aufweisen kann, welcher mit einem unterschiedlich raschen Erreichen eines bestimmten Füllstands des Mediums in der Wasserabscheideeinrichtung einhergeht. Auf diese Weise ist vorteilhaft sicherstellbar, dass das in der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedene Medium regelmäßig abgeführt wird.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Kraftstofffördereinrichtung eine zwischen der Wasserabscheideeinrichtung und dem Auslass angeordnete Pumpeinrichtung, insbe- sondere Dosierpumpeinrichtung, umfasst. Dadurch ist ein gezieltes, insbesondere dosiertes, Fördern des Kraftstoffs und/oder des an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Mediums ermöglicht. Bei einem an einer Kraftstoff führenden Druckleitung angeschlossenen Ventil zum Dosieren von Kraftstoff in den Abgasstrang sind demgegenüber Drucksensoren zum Bestimmen der über dieses Ventil in den Abgasstrang eingeführten Menge an Kraftstoff notwendig. Auf derartige Drucksensoren kann durch Vorsehen der Pumpeinrichtung, insbesondere der Dosierpumpeinrichtung, verzichtet werden.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Auslass als Düse ausgebildet ist. Dadurch ist ein Einbringen des an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Mediums und/oder des Kraftstoffs in den Abgasstrang mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht. Dies fördert einem besonders rasches Verdampfen des Wassers aus dem Medium bzw. ein Zerstäuben des Kraftstoffs.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kraftstoffförderein- richtung einen Anschluss für ein Spülmedium auf, über welchen dem Auslass das Spülmedium zuführbar ist. Dadurch kann verhindert werden, dass an dem Auslass ein Rest von Kraftstoff und/oder dem an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Medium verbleibt, welcher anderenfalls zu einem Verstopfen des Auslasses führen könnte. Als Spülmedium kann insbesondere Druckluft vorgesehen sein.

Schließlicht hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Anschluss für das Spülmedium mittels einer Absperreinrichtung absperrbar ist. So ist sicherstellbar, dass dem Auslass das Spülmedium nur im Bedarfsfall zugeführt wird. Die Absperreinrichtung kann als 3/2 -Wegeventil ausgebildet sein, welches den Anschluss für das Spülmedium aufweist. Ein solches 3/2-Wegeventil kann stromaufwärts oder stromabwärts der Pumpeinrichtung angeordnet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung für ein Fahrzeug eine erweiterte Funktionalität bereitgestellt, bei welchem Kraftstoff aus einem Kraftstofftank über einen Auslass einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, und bei welchem mittels der Kraftstofffördereinrichtung der Kraftstoff aus einer stromabwärts des Kraftstofftanks angeordneten Wasserabscheideeinrichtung gefördert wird. Gerade wenn die Wasserabscheideeinrichtung einen vergleichsweise hohen Füllstand aufweist, wird hierbei zunächst überwiegend Wasser über den Auslass dem Abgasstrang zugeführt, welches jedoch auch einen geringen Gehalt an Kraftstoff aufweist. Mit zunehmender Förderdauer fördert die Kraftstofffördereinrichtung dann zunehmend weniger des an der Wasserabscheideeinrichtung abgeschiedenen Mediums und zunehmend mehr Kraftstoff.

Die für die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt stark schematisiert eine Kraftstofffördereinrichtung für ein Nutzfahrzeug.

Mittels einer in der Figur gezeigten Kraftstofffördereinrichtung 10 eines Nutzfahrzeugs ist Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 12 einem Abgasstrang 14 zuführbar. Ein Auslass 16 der Kraftstofffördereinrichtung 10 ist hierbei als Düse ausgebildet, über welche in den Abgasstrang 14 Kraftstoff mit erhöhter Geschwindigkeit einbringbar ist.

Über eine Leitung 18 ist der Auslass 16 mit einer Wasserabscheideeinrichtung 20 verbunden, welche stromabwärts des Kraftstofftanks 12 angeordnet ist. Die Wasserabscheideeinrichtung 20 ist vorliegend Bestandteil einer Kraftstofffiltereinrichtung 22, mittels welcher aus dem Kraftstoff vor dessen Zufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine des Nutzfahrzeugs Schmutzpartikel und Wasser entfernbar sind.

Zum Fördern des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank 12 zu der Kraftstofffiltereinrichtung 22 ist eine Förderpumpe 24 vorgesehen. Diese Förderpumpe 24 ist in einer Verbindungsleitung 26 angeordnet, welche den Kraftstofftank 12 mit der Kraftstofffiltereinrichtung 22 verbindet. Während im Kraftstofftank 12 der Kraftstoff mit einem Druck von etwa einem bis vier bar vorliegen kann, bewirkt die Förderpumpe 24 ein Erhöhen des Drucks in der Kraftstofffiltereinrichtung 22, beispielsweise auf einen Druck von etwa fünf bis neun bar. Mittels der Kraftstofffiltereinrichtung 22 von Partikeln und Wasser befreiter Kraftstoff ist über eine Einspritzleitung 28 einer Verbrennungskraftmaschine des Nutzfahrzeugs zuführbar.

In dem Abgasstrang 14 der Verbrennungskraftmaschine ist vorliegend eine nicht gezeigte Partikelfiltereinheit angeordnet, wobei der Auslass 16 stromaufwärts der Partikelfiltereinheit in den Abgasstrang 14 mündet. Die Partikelfiltereinheit dient dem Zurückhalten von in dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Partikeln, insbesondere Rußpartikeln. Diese Rußpartikel vermindern mit zunehmender Dauer des Betreibens der Verbrennungskraftmaschine die Durchlässigkeit der Partikelfiltereinheit. Zum Verringern der Rußbeladung der Partikelfiltereinheit wird daher gezielt Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 12 stromaufwärts der Partikelfiltereinheit zudosiert. Dieser zudosierte Kraftstoff dient dem Abbrennen der Rußpartikel und somit einem thermischen Regenerieren der Partikelfiltereinheit.

Vorliegend weist die Leitung 18 einen Einlass 30 auf, welcher an die Wasserabscheideeinrichtung 20 angeschlossen ist. Sofern sich in der Wasserabscheideeinrichtung 20 ein aus dem Kraftstoff abgeschiedenes Medium 32 befindet, bei welchem es sich um Wasser mit einem geringen Gehalt an Kraftstoff handelt, so wird dieses Medium 32 über die Leitung 18 in den Abgasstrang 14 eingebracht. Hier erfolgt im Zuge des Regenerierens des Partikelfilters eine Verbrennung von Kraftstoffbestandteilen des Mediums 32. Dadurch ist ein Entsorgen des Mediums 32 ermöglicht, durch welches verhindert ist, dass unverbrannter Kraftstoff aus dem Medium 32 in die Umwelt gelangt. Das Medium 32 braucht somit nicht anderweitig entsorgt oder über eine Aktivkohlefiltereinheit geleitet zu werden.

In der Leitung 18 ist vorliegend eine Dosierpumpeinrichtung 34 angeordnet. Diese Dosierpumpeinrichtung 34 ermöglicht ein genaues Bemessen einer der Partikelfiltereinheit zuzuführenden Menge an Kraftstoff und/oder gegebenenfalls an Medium 32. Zum Ansteuern der Dosierpumpeinrichtung 34 ist eine Steuereinrichtung 36 vorgesehen, welcher Informationen über den Beladungszustand der Partikelfiltereinheit zuführbar sind. Ergibt die Auswertung des Betriebszustands der Partikelfiltereinheit durch die Steuereinrichtung 36, dass ein Regenerieren der Partikelfiltereinheit vonnöten ist, fördert die Dosierpumpeinrichtung 34 das Medium 32 und Kraftstoff über den Auslass 16 in den Abgasstrang 14.

In der Leitung 18 ist, vorliegend stromabwärts der Dosierpumpeinrichtung 34, ein Ventil 38 angeordnet. Mittels dieses als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Ventils 38 ist Druckluft zum Spülen der Leitung 18 und des Auslasses 16 in die Leitung 18 einbringbar. Dadurch kann der Auslass 16 von eventuellen Resten an Kraftstoff und/oder dem Medium 32 freigespült werden. In vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise ist auch das Ventil 38 mittels der Steuereinrichtung 36 ansteuerbar.