DE19736841A1

DE19736841A1 - Kraftstofftank

Info

Publication number: DE19736841A1
Application number: DE1997136841
Authority: DE
Inventors: Uwe Gerdtz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1997-08-23
Filing date: 1997-08-23
Publication date: 1999-02-25

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges mit einem Vorlauf, der zumindest zeitweilig von einem Speicher speisbar ist, der von einem Rücklauf füllbar ist, wobei die Temperatur eines durch den Rücklauf fließenden Kraftstoffs höher ist, als die Temperatur eines sich im Kraftstofftank außerhalb des Speichers befindlichen Kraftstoffs, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Speicher eines Kraftstofftankes für ein Kraftfahrzeug mit einem Vorlauf und einem Rücklauf für einen Kraftstoff, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.

Beim Betrieb beispielsweise eines bekannten Dieselmotors wird durch eine Kraftstoff- Förderpumpe wesentlich mehr Kraftstoff als Vorlauf gefördert, als von der Einspritzpumpe abgegeben, d. h. für die Verbrennung gebraucht wird. Dabei fließt der geförderte Kraft stoffüberschuß, der unter anderem der Kühlung der Einspritzpumpe dient, in einen Kraftstofftank über ein Rücklauf zurück.

Hierbei ergibt sich das Problem, daß der Kraftstoff im Rücklauf durch die in der Kraftstoff- Förderpumpe erfolgende Kompression und durch die Abwärme der Einspritzpumpe stark erwärmt in den Kraftstofftank zurück fließt und sich mit dem dort befindlichen, kühleren Kraftstoff mischt. Dies führt bei sich zunehmend leerendem Kraftstofftank zu einem Aufschaukeleffekt bezüglich der Kraftstofftemperatur, da der vorlaufende Kraftstoff durch den Rücklauf immer stärker vorgewärmt ist. Um ein Überschreiten der Kraftstofftemperatur in diesem Kreislauf über einen kritischen und ggf. Bauteile beschädigenden Wert, d. h. eine Bauteilgrenztemperatur, zu verhindern, müssen in diesem Fall zusätzliche Maßnahmen zur Kraftstoffkühlung getroffen werden. Diese zusätzlichen Maßnahmen bedeuten eine Verteuerung des Kraftfahrzeuges und aufgrund des zusätzlichen Gewichtes einen Kraftstoffmehrverbrauch.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstofftank und einen Speicher für einen Kraftstofftank der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und ohne oder mit wesentlich kostengünstigeren zusätzlichen Mitteln ein Überschreiten der Kraftstofftemperatur über eine vorbestimmte Schwelle zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kraftstofftank der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch einen Speicher für einen Kraftstofftank der o.g. Art mit den in Anspruch 10 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es bei einem Kraftstofftank der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei einem 1/3 oder weniger, insbesondere 1/4 oder weniger vollen Kraftstofftank der den Tank verlassende Vorlauf eine Temperatur hat, die höchstens um 1/3 der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des in den Tank fließenden Rücklaufs und der Temperatur des sich in dem Kraftstofftank außerhalb des Speichers befindlichen Kraftstoffs höher ist, als der in dem Kraftstofftank aber außerhalb des Speichers befindliche Kraftstoff.

Dies hat den Vorteil, daß zusätzliche, kraftstoffkühlende Maßnahmen während des Betriebs des Kraftfahrzeuges im wesentlichen ganz entfallen können oder erste sehr viel später, beispielsweise in extremen Dauerlastzuständen mit nahezu leerem Tank und/oder hohen Außentemperaturen, erforderlich sind.

Dabei beträgt eine Außentemperatur vorzugsweise 20 Grad bis 60 Grad Celsius, insbesondere 40 Grad bis 50 Grad Celsius, die Betriebsdauer des Kraftfahrzeuges bevorzugt 1 Stunde oder mehr, insbesondere 2 Stunden oder mehr, und/oder eine Last vorzugsweise wenigstens 1/3 oder mehr, insbesondere 2/3 oder mehr der Nennlast.

Eine zusätzliche Kraftstoffkühlung zum Verhindern des Überschreitens einer Bauteilgrenztemperatur wird dadurch erzielt, daß zusätzlich ein Kraftstoffkühler im Rücklauf, insbesondere vor einem Tankeinlauf des Rücklaufes, vorgesehen ist.

In bevorzugter Weise ist der Kraftstoff ein Dieselkraftstoff.

Ferner ist es bei einem Speicher für einen Kraftstofftank erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Speicher ein Ventil aufweist, welches den Rücklauf in den Speicher schließt und an eine andere Stelle in den Kraftstofftank umleitet, wenn der Speicher einen vorbestimmten Füllstand überschreitet.

Dies hat den Vorteil, daß zusätzliche kraftstoffkühlende Maßnahmen während des Betriebs des Kraftfahrzeuges im wesentlichen ganz entfallen können oder erste sehr viel später, beispielsweise in extremen Dauerlastzuständen mit nahezu leerem Tank und/oder hohen Außentemperaturen, erforderlich sind. Ferner wird der mit hoher Temperatur behaftete Rücklauf soweit wie es die Betriebsbedingungen zulassen von der Kraftstoff- Ansaugstelle im Speicher ferngehalten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Ventil einen dieses betätigenden, auf dem Kraftstoff im Speicher schwimmenden Schwimmer auf. Dies erzielt einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau.

Zweckmäßigerweise ist dabei der Kraftstoff eine Dieselkraftstoff.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofftankes mit Speicher in Schnittansicht,

Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speichers eines Kraftstofftankes in Schnittansicht,

Fig. 3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speichers eines Kraftstofftankes in Schnittansicht und

Fig. 4 eine graphische Darstellung verschiedener Betriebsparameter eines Kraftfahrzeuges während des Betriebes mit einem erfindungsgemäßen Kraftstofftank.

Die in Fig. 1 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstofftankes umfaßt einen Kraftstofftank 10 mit einem Kraftstofftank-Boden 12, einer Kraftstofftank-Montageöffnung 13 und einem Kraftstofftank-Innenraum 14. Im Kraftstofftank-Innenraum 14 ist ein Speicher 16 angeordnet. Dieser Speicher 16 umfaßt einen mit Kraftstoff 18 mit einem Füllstand 19 gefüllten Speicher-Innenraum 20, einen Kraftstoffvorlauf 22 mit einem Ansaugstutzen 34, einem Ansaugrohr 35, einem Isolationsrohr 36 und einem zwischen dem Isolationsrohr 36 und dem Ansaugrohr 35 ausgebildeten Hohlraum 38, einen Kraftstoffrücklauf 24 eine Ansaugkammer 26, eine Ablaufbohrung 28, einen Hohlkörper bzw. Schwimmer 30 in einem kraftstoffdurchlässigen Käfig 32, ein Ablaufrohr 33, und Federmittel 40 in dem Hohlraum 38 zwischen Ansaugrohr 34 und Isolationsrohr 36.

Die Ablaufbohrung 28 ist durch einen nicht dargestellten Mechanismus verschlossen, welcher nur in besonderen Fällen öffnet. Der Kraftstoffrücklauf 24 mündet in einen Stutzen 42 am kraftstoffdurchlässigen Käfig 32, welcher zusätzlich einen Anschlußstutzen 44 für das Ablaufrohr 33 aufweist. Das Federmittel 40 dient zum Ausgleichen von Relativbewegungen zwischen der Kraftstofftank-Montageöffnung 13 und dem Kraftstofftank-Boden 12.

Der Betriebsablauf dieses Kraftstofftankgerätes 10, 16 bzw. des Speichers 16 stellt sich wie folgt dar: Der erste, am Anfange einer Betriebsphase von einem nicht dargestellten Motor rücklaufende Kraftstoff 18 befühlt zunächst den Speicher 16. Dann schließt ab einem vorbestimmten Füllstand 19 im Speicher-Innenraum 20 der Schwimmer 30 in einer Schließposition 46 den Rücklauf 24 in den Speicher 16 und der rücklaufende Kraftstoff 18 wird über das Ablaufrohr 33, insbesondere ein Wellrohr. An eine vom Speicher 16 und damit von der Ansaugstelle in der Ansaugkammer 26 des Vorlaufes 22 entfernte Stelle im Kraftstofftank 10 geleitet. Hierbei tritt der Kraftstoff 18 über eine vertikal oberhalb einer unteren Öffnung 48 des Rücklaufes 24 gelegene Kante 50 in das Ablaufrohr 33 ein. In der Fig. 1 befindet sich der Schwimmer 30 in einer Position kurz vor dem Schließen des Rücklaufes 24 in den Speicher.

Für den Fall, daß beispielsweise bei einer Kurvenfahrt oder anderen Fahrzuständen nicht genügend Kraftstoff 18 aus dem Kraftstofftank-Innenraum 14 an der Ansaugstelle in der Ansaugkammer 26 des Vorlaufes 22 zu Verfügung steht, wird Kraftstoff 18 aus dem Speicher-Innenraum 20 entnommen. Der dadurch sinkende Füllstand 19 im Speicher 16 führt zu einem Absenken des Schwimmers 30 vertikal abwärts von der Schließposition 46 weg, was den Rücklauf 24 in den Speicher 16 wieder freigibt. Der Speicher 16 wird wieder mit rücklaufendem Kraftstoff 18 befühlt, bis vom Kraftstofftank 10 aus wieder genügend Kraftstoff 18 für die Ansaugstelle 26 zur Verfügung steht und der Speicher 16 wieder voll läuft, wodurch dann das Schwimmerventil 30 den direkten Rücklauf in den Speicher 16 ab einem vorbestimmten Füllstand 19 im Speicher-Innenraum 20 wieder schließt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Schwimmer 30 nicht im Speicher 20 sondern in einer Schwimmerkammer 52 außerhalb des Speichers 16 innerhalb des Kraftstofftankes 10 angeordnet. Ansonsten entspricht diese Anordnung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und das unter Bezug auf Fig. 1 beschriebene Betriebsverhalten trifft auch für diese zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2 zu. In Fig. 2 ist der Kraftstofftank selbst nicht dargestellt. Die Eintrittsstelle 68 in den Speicher ist dabei besonders gut abgedichtet, damit der Füllstand in der Schwimmerkammer 52 so weit steigen kann, daß der Schwimmer 30 den Rücklauf 24 in den Speicher 16 verschließt.

Fig. 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform. Hier ist lediglich der den Rücklauf 24 bildende Teil des Speichers 16 dargestellt. Im Anschlußstutzen 42 fließt der Rücklauf zunächst in eine Kammer 54, welche zwei Ablauföffnungen 56 und 58 aufweist. Ein mit dem Schwimmer 30 verbundener Schieber 60 mit einer Öffnung 62 verbindet je nach Stellung des Schwimmers 30 wahlweise einen Kanal 64 oder einen Kanal 66 mit der Kammer 54. Die Anordnung aus Kammer 54, Öffnungen 56 und 58 mit Kanälen 64 und 66 und dem Schieber 60 mit der Öffnung 62 bildet ein Zweiwegeventil. Über Kanal 66 fließt der Kraftstoff 18 aus der Kammer 54 in den Speicher-Innenraum 20, wohingegen der Kraftstoff 18 über Kanal 64 aus der Kammer 54 in das Ablaufrohr 33 strömt. Die Betriebsweise dieser dritten Ausführungsform ist analog derjenigen, wie unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben, wobei im Unterschied dazu der Schwimmer das Zweiwegeventil betätigt.

Die in Fig. 4 dargestellten Kurven 1 bis 9 zeigen gemessene Betriebsparameter während des Betriebs eines Kraftfahrzeuges ohne einem erfindungsgemäßen Speicher 16 für einen Kraftstofftank 10. Auf der horizontalen Achse ist eine Betriebsdauer von 0 bis 270 Minuten aufgetragen. Auf der vertikalen Achse der drei Grafiken zeigt in der unteren Grafik eine Kurve 1 eine Temperatur in Kraftstofftank-Innenraum, eine Kurve 2 eine Temperatur des Vorlaufes 22, eine Kurve 3 eine Temperatur des Vorlaufes 22 am Motor vor einem Dieselfilter, eine Kurve 5 eine Temperatur des Rücklaufes 24 am Motor nach einem Bimetallschalter einer zusätzlichen Kraftstoffvorwärmeinrichtung, eine Kurve 6 eine Temperatur des Rücklaufes 24 in den Kraftstofftank 10 und eine Kurve 7 eine Umgebungstemperatur. In der mittleren Grafik zeigt eine Kurve 8 eine Temperatur eines Kühlwassers und eine Kurve 9 eine Temperatur eines Motoröls. In der oberen Grafik zeigt eine Kurve 4 ein Füllvolumen des Kraftstofftankes 10, wobei diese Füllvolumen proportional zu einem Füllstand im Kraftstofftank-Innenraum 14 ist. Alle Temperaturen sind in "Grad Celsius", Temperaturdifferenzen in "Kelvin" und das Füllvolumen ist in "Liter" angegeben.

Mit zunehmender Betriebsdauer sinkt das Füllvolumen und ab etwa einem halbvollen Kraftstofftank 10 beginnen die Kurven 2 und 3 d. h. die Vorlauftemperatur, ein Aufschwingverhalten zu zeigen. Dies geht einher während einer Betriebsphase von der 90sten bis zur 210ten Minute mit einer im wesentlichen konstanten Motorlast von ca. 2/3 der Nennlast. Die Vorlauftemperatur 2 ist jedoch wesentlich höher als 1/3 der Temperarturdifferenz zwischen der Temperatur 6 des in den Tank fließenden Rücklaufs 24 und der Temperatur 1 des sich in dem Kraftstofftank 10 außerhalb des Speichers 16 befindlichen Kraftstoffs 18. Die Spitzen der Temperaturkurven 2 und 3 ergeben sich in Betriebsphasen, in denen an der Ansaugstelle 26 Kraftstoff aus dem Speicher 16 entnommen wird, d. h., der Kraftstoff im Speicher 16 ist nochmals deutlich wärmer.

Bezugszeichenliste

1

Temperatur in Kraftstofftank-Innenraum

2

Temperatur des Vorlaufes

3

Temperatur des Vorlaufes am Motor nach einem Dieselfilter

4

Füllvolumen des Kraftstofftankes

5

Temperatur des Rücklaufes am Motor vor einem Bimetallschalter

6

Temperatur des Rücklaufes in den Kraftstofftank

7

Umgebungstemperatur

8

Temperatur eines Kühlwassers

9

Temperatur eines Motoröls

10

Kraftstofftank

11

Flansch des Kraftstofftankgerätes

12

Kraftstofftank-Boden

13

Kraftstofftank-Montageöffnung

14

Kraftstofftank-Innenraum

16

Speicher

18

Kraftstoff

19

Füllstand

20

Speicher-Innenraum

22

Kraftstoffvorlauf

24

Kraftstoffrücklauf

26

Ansaugkammer

28

Ablaufbohrung

30

Schwimmer

32

kraftstoffdurchlässiger Käfig

33

Ablaufrohr

34

Ansaugstutzen

35

Ansaugrohr

36

Isolationsrohr

38

Hohlraum

40

Federmittel

42

Stutzen

44

Anschlußstutzen

46

Schließposition des Schwimmers

48

unteren Öffnung des Rücklaufes

50

Kante

52

Schwimmerkammer

54

Kammer

56

Ablauföffnung

58

Ablauföffnung

60

Schieber

62

Öffnung

64

Kanal

66

Kanal

68

Eintrittsstelle in den Speicher

Claims

1. Kraftstofftank (10) eines Kraftfahrzeuges mit einem Vorlauf (22), der zumindest zeitweilig von einem Speicher (16) speisbar ist, der von einem Rücklauf (24) füllbar ist, wobei die Temperatur (6) eines durch den Rücklauf (24) fließenden Kraftstoffs zumindest zeitweilig (18) höher ist, als die Temperatur (1) eines sich im Kraftstofftank (10) außerhalb des Speichers (16) befindlichen Kraftstoffs (18), dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffeinlaß des Vorlaufes (22) und der Verlauf des Vorlaufs (22) im Kraftstofftank (10) derart angeordnet ist, daß bei einem 1/3 oder weniger, insbesondere 1/4 oder weniger vollen Kraftstofftank (10) der den Kraftstofftank (10) verlassende Vorlauf (22) eine Temperatur (2) hat, die höchstens um 1/3 der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur (6) des in den Kraftstofftank (10) fließenden Rücklaufs (24) und der Temperatur (1) des sich in dem Kraftstofftank (10) außerhalb des Speichers (16) befindlichen Kraftstoffs (18) höher ist, als der in dem Kraftstofftank (10) aber außerhalb des Speichers (16) befindliche Kraftstoff (18).

2. Kraftstofftank (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dabei eine Außentemperatur (7) 20 Grad bis 60 Grad Celsius, insbesondere 40 Grad bis 50 Grad Celsius beträgt.

3. Kraftstofftank (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dabei die Betriebsdauer des Kraftfahrzeuges 1 Stunde oder mehr, insbesondere 2 Stunden oder mehr beträgt.

4. Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dabei ein Betrieb mit einer Last erfolgt, die wenigstens 1/3 oder mehr insbesondere 2/3 oder mehr der Nennlast beträgt.

5. Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Kraftstoffkühler im Rücklauf (24), insbesondere vor einem Kraftstofftank- Einlauf des Rücklaufes (24), vorgesehen ist.

6. Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff (18) ein Dieselkraftstoff ist.

7. Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (22) durch den Speicher (16) geführt ist, und insbesondere gegen eine zu hohe Erwärmung durch den sich in dem Speicher (16) befindlichen Kraftstoff (18) isoliert ist.

8. Kraftstofftank (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff (18) aus dem Rücklauf (24) bei Erreichen eines Mindestkraftstoffüllstandes im Speicher (16) überwiegend, insbesondere zu mindestens 80%, nicht dem Speicher (16), sondern dem Kraftstofftankinnenraum (14) zugeführt wird.

9. Kraftstofftank (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltmittel (46, 60) den Kraftstoffrücklauf in den Speicher (16) bzw. den Kraftstofftankinnenraum (14) kontrolliert.

10. Speicher (16) eines Kraftstofftankes (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem Vorlauf (22) und einem Rücklauf (24) für einen Kraftstoff (18), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (10) ein Ventil (30, 32, 42; 30, 52, 42; 30, 42, 56, 58, 60, 62, 64, 66) aufweist, welches den Rücklauf (24) in den Speicher (16) schließt und an eine andere Stelle in Kraftstofftank (10) umleitet, wenn der Speicher (16) einen vorbestimmten Füllstand (19) überschreitet.

11. Speicher (16) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (30, 32, 42; 30, 52, 42; 30, 42, 56, 58, 60, 62, 64, 66) einen dieses betätigenden, auf dem Kraftstoff (18) im Speicher schwimmenden Schwimmer (30) aufweist.

12. Speicher (16) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff (18) eine Dieselkraftstoff ist.