DE69603917T2 - Verbesserte Kraftstoffzufuhr-Einrichtung in einem Fahrzeugtank - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Kraftstofftanks für Kraftfahrzeuge.
• Genauer betrifft die vorliegende Erfindung den Bereich der Kraftstoffzufuhreinrichtungen in einem Mehrkammertank von Kraftfahrzeugen.
• Zahlreiche Tankgestaltungen und zahlreiche Kraftstoffzufuhreinrichtungen sind bereits vorgeschlagen worden.
• Diese Systeme sind jedoch nicht alle zufriedenstellend.
• Insbesondere heutzutage möchten die Frahrzeughersteller immer häufiger Tanks mit mehreren Kammern vorsehen, um den Einbauzwängen in Kraftfahrzeugen Rechnung zu tragen und dabei über ein maximales Volumen zu verfügen. Somit werden zunehmend Tanks entwickelt, welche zwei Kammern aufweisen, die z. B. beidseits von einer Auspuffleitung oder einem anderen Teil des Fahrzeugs angeordnet und in ihrem oberen Teil verbunden sind.
• Solche Tanks erfordern Kraftstoffübertragungssysteme zwischen den verschiedenen Kammern, welche dazu neigen, die Kraftstoffzufuhreinrichtungen vereinzelt zu verkomplizieren.
• Z. B. sind die Benzinfahrzeuge üblicherweise mit einem Kraftstoffübertragungssystem zwischen den Kammern ausgestattet, welches von einer speziellen Pumpe, und zwar am häufigsten der Art Einspritzpumpe, gespeist wird, welche in der Kammer eingebaut ist, die der Hauptzufuhr für die Kraftstoffversorgung des Motors gegenüberliegt.
• In dem Fall der Dieselfahrzeuge ist die Situation häufig schwieriger. Die Kosten für eine spezielle elektrische Pumpe zur Übertragung zwischen den Kammern sind allgemein unerschwinglich. Außerdem wird die Funktionsweise einer Einspritzpumpe durch Schließung des an der Rückleitung vorgesehenen Thermostatventils behindert, wenn die Rücklauftemperatur des Kraftstoffs unterhalb eines Schwellenwertes liegt. Schließlich erzeugt die Verwendung einer von dem Motorrücklauf gespeisten wirksamen Einspritzpumpe häufig Gegendrücke oberhalb der Spritzdüse, welche unvereinbar mit den Toleranzen der Elemente der Rückleitung sind.
• Die vorliegende Erfindung hat jetzt zum Ziel, die bekannten Kraftstoffzufuhrvorrichtungen zu verbessern.
• Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung dank einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung für Kraftfahrzeugtanks erreicht, welche die in dem anliegenden Anspruch 1 definierten Eigenschaften aufweist.
• Weitere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Lektüre der detaillierten nachfolgenden Beschreibung und bezüglich der beispielhaft gegebenen, nicht begrenzenden anliegenden Zeichnungen hervorgehen, bei welchen:
• - Abb. 1 eine schematische Ansicht in vertikalem Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstofftanks für Kraftfahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
• - Abb. 2 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab einer Schwimmerklappeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in offener Position darstellt,
• - Abb. 3 eine ähnliche Ansicht derselben Schwimmerklappeneinheit in deren geschlossener Position darstellt.
• Der teilweise in Abb. 1 dargestellte Mehrkammerkraftstofftank trägt die Bezugszahl 10.
• Es handelt sich im besonderen um einen Tank 10 mit zwei Kammern 12, 14, aber dieses Beispiel soll nicht als begrenzend angesehen werden. Die in der Abb. 1 dargestellten Kammern 12 und 14 sind symmetrisch bezüglich einer vertikalen Mittelebene. Diese Eigenschaft ist jedoch nicht unabdingbar.
• In der Praxis können die beiden Kammern 12, 14 von unterschiedlicher Geometrie, Volumen und Höhe sein. Die Böden 13, 15 der Kammern 12, 14 können ebenso auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sein.
• Die beiden Kammern 12, 14 sind an ihrer Sohle von einer Ölwanne 16 getrennt. Diese überspannt z. B. eine Achse des Fahrzeugs oder ein anderes Teil.
• Vorzugsweise sind die beiden Kammern 12, 14 jedoch in ihrem oberen Bereich, d. h. oberhalb der Ölwanne 16, verbunden.
• Vorzugsweise ist jede Kammer 12, 14 mit einem Reservebehälter 20, 22 ausgestattet. Die Reservebehälter 20, 22 sind auf dem Boden 13, 15 der Kammern 12, 14 befestigt oder auf diesen indiziert.
• Das Vorhandensein der Reservebehälter 20, 22 bleibt Option.
• Gegebenenfalls kann wenigstens einer der beiden Behälter 20, 22 weggelassen werden.
• Gemäß der in Abb. 1 dargestellten Ausführungsart ist eine Zapfstelle 30, 32 jeweils in jeder der Kammern 12, 14 und genauer jeweils in jedem der Reservebehälter 20, 22 vorgesehen.
• Wie zuvor erwähnt wurde ist jede der Zapfstellen 30, 32 mit einem Schwimmerklappensystem 40 ausgestattet.
• Vorzugsweise sind die beiden Schwimmerklappensysteme 40 von identischer Struktur.
• Diese Schwimmerklappeneinheiten 40 erfüllen die Funktion, die Zapfstelle 30, 32 zu schließen, wenn der Kraftstoff um diese Zapfstelle herum, d. h. in dem betreffenden Reservebehälter 20, 22 unter einen gegebenen Schwellenwert sinkt.
• In den anliegenden Abbildungen ist dieser Schwellenwert mit dem Bezugszeichen Hc bezeichnet.
• Die Ausgänge der Schwimmerklappeneinheiten 30, 32 sind mittels jeweiliger paralleler Leitungen 31, 33, welche in jeder der Kammern angeordnet sind, mit einer gemeinsamen Leitung 36 verbunden, welche in eine Ansaugleitung mündet. Genauer münden die Leitungen 31, 33 in einen gemeinsamen Punkt der Leitung 36.
• Jetzt wird die Struktur der Schwimmerklappeneinheiten 40 bezüglich der Abb. 2 und 3 genauer erläutert werden.
• Wie in diesen Abbildungen zu sehen, weist jedes Schwimmerklappensystem 40 ein Behältnis 42, welches einen Sitz 44 definiert, ein Ansaugrohr 50, ein Zapfrohr 60 und einen Schwimmer 70 auf.
• Vorzugsweise ist das Behältnis 42 ein auf einer vertikalen Achse zentriertes, zylindrisches Behältnis.
• Der Dichtungssitz 44 ist in dem unteren Bereich des Behältnisses 42 angeordnet. Er mündet auf die Ansaugleitung 50, welche den Ausgang bildet, der mit einer Leitung 31 oder 33 des Systems verbunden ist.
• Vorzugsweise ist der Sitz 44 von konischer Form. Sein unterer Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser der Schwimmerklappe 70, während sein oberer Durchmesser größer als der Durchmesser dieser Schwimmerklappe 70 ist. Wie in Abb. 3 zu sehen, wird somit, wenn die Schwimmerklappe 70 auf dem Sitz 44 ruht, zwischen dem Sitz 44 und der Klappe 70 eine ringförmige Kammer definiert, welche geeignet ist, Kraftstoff durch Kapillarwirkung zurückzuhalten, um so eine flüssige Dichtung zwischen dem Sitz 44 und der Schwimmerklappe 70 zu bilden.
• Vorzugsweise ist das Behältnis 42 mit einem Lüftungsloch 43 in seinem oberen Bereich ausgestattet. Das Lüftungsloch 43 hat die Funktion, ein Gleichgewicht zwischen dem Innendruck in dem Behältnis 42 und dem in dem oberen Bereich des Tanks 10 herrschenden Druck sicherzustellen.
• Das Behältnis 42 ist ebenfalls mit einer Einlaßöffnung 46 in seiner Seitenwand ausgestattet. Die Einlaßöffnung 46 ist mit dem Zapfrohr 60 verbunden.
• Die Einlaßöffnung 46 ist oberhalb der Auflageebene der Schwimmerklappe 70 auf dem Dichtungssitz 44 angeordnet.
• Wie in den Abb. 2 und 3 zu sehen ist, stößt das Ansaugrohr 50 unter dem Sitz 44 des Behältnisses 42 an.
• Wie in den Abb. 2 und 3 zu sehen ist, ist das Zapfrohr 60, welches mit der Einlaßöffnung 46 verbunden ist, außerdem vorzugsweise nach unten abgewinkelt, so daß sein Einlaß in der Nähe des Bodens des jeweiligen Reservebehälters 20, 22 angeordnet ist.
• Die in dem Behältnis 42 angeordnete Schwimmerklappe 70, welche dafür bestimmt ist, mit dem Sitz 44 zusammenzuwirken, ist vorzugsweise von einer runden kleinen Kugel gebildet. Jedoch können als Variante andere Geometrien für die Schwimmerklappe 70 vorgesehen werden.
• Die Schwimmerklappe 70 ist aus einem Material mit einer wenigstens etwas geringeren Dichte als derjenigen des Kraftstoffs hergestellt.
• Gegebenenfalls kann die Schwimmerklappe 70 auf ihrer Außenfläche mit einem elastischen Material ausgestattet sein, um ein gutes Dichtungsniveau auf dem Sitz 44 zu gewährleisten.
• Wie in Abb. 1 zu sehen, kann eine Rückleitung 80, welche den von dem Motor nicht verbrauchten Kraftstoff aufnimmt, oberhalb des einen der Reservebehälter 20, 22 einmünden.
• Vorzugsweise sind die Reservebehälter 20, 22 mit Entleerungsschutzklappen 24, 26 ausgestattet, welche mit Vorfiltern 25, 27 verbunden sind. Die Entleerungsschutzklappen 24, 26 sind dafür eingerichtet, eine Kraftstoffübertragung mit dem allgemeinen Volumen des Tanks 10 in das Innere der Reservebehälter 20, 22 zu ermöglichen, wenn das Niveau des Kraftstoffs innerhalb des Tanks 10 höher als das Niveau des Kraftstoffs in dem Reservebehälter 20, 22 ist. Dies kann z. B. während des Befüllens des Tanks 10 stattfinden. Im Gegenzug sind die Entleerungsschutzklappen 24, 26 dafür eingerichtet, eine Kraftstoffübertragung aus dem Inneren der Reservebehälter 20, 22 nach außen zu verhindern.
• In Abb. 1 ist eine Tankanordnung dargestellt, bei welcher die Böden 13, 15 der beiden Kammern 12, 14 auf derselben Höhe angeordnet sind. Ebenso sind die beiden Sitze 44 der in diesen Kammern vorgesehenen Systeme auf identischer Höhe angeordnet. Jedoch ist diese Anordnung nicht erforderlich. Es reicht vorzugsweise aus, daß die beiden Sitze 44 auf derselben Höhe bezüglich ihres jeweiligen Bodens 13, 15 angeordnet sind.
• Die Funktionsweise des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen die folgende.
• Wenn die Kraftstoffhöhe in einer Kammer 12, 14 ausreichend ist, d. h. höher als der kritische Schwellenwert Hc, gibt die Schwimmerklappe 70 den Sitz 44 frei und ermöglicht dem Kraftstoff, durch das Behältnis 42 in Richtung der Ansaugleitung 36 angesaugt zu werden.
• Wenn das Kraftstoffniveau sinkt, stellt sich eine kritische Höhe Hc ein, woraufhin die Klappe 70 den Sitz 44 schließt, wodurch eine flüssige Dichtung, welche in Abb. 3 mit der Bezugszahl 72 bezeichnet ist, um die Klappe 70 herum sichergestellt wird. Diese flüssige Dichtung 72 verhindert jedes Luftansaugen, welches das Risiko birgt, daß die Zufuhrleitung leerläuft.
• In Abb. 1 ist das Kraftstoffniveau in der Kammer 12, welche die Rückleitung 80 aufnimmt, mit dem Bezugszeichen H1 bezeichnet und das Kraftstoffniveau in der zweiten Kammer 14 mit dem Bezugszeichen H2.
• Die Funktionsweise des Systems kann unter Berücksichtigung von vier Fällen präzisiert werden.
• In dem ersten Fall liegt das Kraftstoffniveau H1 in der Kammer 12 oberhalb des Schwellenwertes Hc und das Kraftstoffniveau H2 in der zweiten Kammer 14 liegt ebenfalls oberhalb des Schwellenwertes Hc. In diesem Fall kann die Kraftstoffzufuhr aus den beiden Kammern erfolgen. Die abgezapfte Menge aus jeder der beiden Kammern 12, 14 hängt zugleich von dem Kraftstoffniveau in jeder der Kammern und den Druckverlusten zwischen den Ein- und Auslässen der Ansaugleitung ab.
• Bei identischem Druckverlust in den beiden Ansaugleitungen, d. h. zwischen den Einlässen der Leitungen 60 und den gemeinsamen Punkten in der Ansaugleitung 36, wird das Abzapfen vorzugsweise aus der Kammer 12, 14 durchgeführt, welche das höchste Kraftstoffniveau aufweist.
• Die Höhe in dieser Kammer neigt dazu, bis auf ein Gleichgewicht abzusinken, wodurch die aus jeder der beiden Kammern abgezapften Durchsatzmengen sowie der Abstand zwischen dem Kraftstoffniveau in diesen ausgeglichen wird.
• In einem zweiten Fall liegt das Kraftstoffniveau H1 in der Kammer 12 oberhalb des Schwellenwertes Hc, während das Kraftstoffniveau H2 in der zweiten Kammer 14 identisch mit dem Schwellenwert Hc ist.
• In diesem Fall ist es nur möglich, aus der ersten Kammer 12 abzuzapfen. Die Klappe 70 ruht auf dem Sitz 44 und verschließt das entsprechende System 40 in der Kammer 14. Die aus der Ansaugleitung 36 abgegebene Menge ist folglich gleich der aus der Kammer 12 abgezapften Menge. Das Niveau in dieser sinkt, bis es H1 = Hc erreicht.
• In einem dritten Fall ist das Kraftstoffniveau H1 in der ersten Kammer 12 gleich dem Schwellenwert Hc, während das Kraftstoffniveau H2 in der zweiten Kammer 14 oberhalb des Schwellenwertes Hc liegt. In diesem Fall ist es nur möglich, aus der zweiten Kammer 14 abzuzapfen, da die Klappe 70 auf dem Sitz 44 in der ersten Kammer 12 ruht. Die aus der Ansaugleitung 36 abgegebene Menge ist somit identisch mit der aus der zweiten Kammer 14 abgesaugten Kraftstoffmenge. Das Niveau in dieser sinkt ab, bis es H2 = Hc erreicht. In Wirklichkeit jedoch, muß sich, wenn die Menge in der Rückleitung 80 nicht Null ist, die in der ersten Kammer 12 angeordnete Klappe 70 öffnen, um eine Erhöhung des Niveaus H1 herbeizuführen.
• In einem vierten Fall sind die Kraftstoffniveaus H1 und H2 in den beiden Kammern 12 und 14 gleich dem Schwellenwert Hc. In diesem Fall ist das Kraftstoffansaugen auf beiden Seiten unmöglich.
• Es ist festzustellen, daß dieser Fall bei einer Wellenbewegung am Entleerungsende des Tanks, z. B. während einer Beschleunigung oder einer Verlangsamung des Fahrzeugs, eintreten kann, obwohl noch in ausreichender Menge zuzuführender Kraftstoff vorhanden ist. Dennoch begrenzt oder zumindest verzögert die Verwendung eines Reservebehälters 20, 22 (oder eines Auffangbehälters für den Kraftstoff) in diesem Fall die Risiken des Leerlaufens der Zufuhrleitung.
• Der Fachmann wird bei der Lektüre der vorangehenden Beschreibung verstehen, daß die in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Zapfstruktur die Eigenschaft einer Symmetrie bei der Zapfweise und den Ansaugleistungen der beiden Kammern 12, 14 aufweist. Diese Struktur basiert auf der Verwendung von zwei Schwimmerklappeneinheiten 40, deren Hauptfunktion ist, die Kraftstoffzufuhr zu ermöglichen und das Eindringen von Luft in die Ansaugleitung zu verhindern.
• Wie zuvor vorzugsweise in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, sind die Leitungen zwischen den Einlässen der Schwimmerklappeneinheiten 40 und der gemeinsamen Ansaugleitung 36 dafür eingerichtet, identische Leitungsdruckverluste in den beiden Kammern zu definieren.
• Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Hauptvorteil auf, eine maximale Zufuhr ohne Risiko des vorzeitigen Leerlaufens zu ermöglichen. Außerdem bietet die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine quasi symmetrische Zufuhr aus den beiden Kammern 12, 14 des Tanks und erzeugt keinen besonderen Druckverlust in der Rückleitung 80, und sie erfordert keine Verwendung der Rücklaufmenge, um eine Übertragung zwischen den Kammern zu gewährleisten.
• Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die soeben beschriebene Ausführungsart begrenzt, sondern erstreckt sich auf jede Variante gemäß ihrem Sinn.
• Die vorliegende Erfindung kann z. B. auf Mehrkammertanks 10 angewandt werden, welche eine größere Anzahl als zwei Kammern aufweisen.
• Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei Dieselfahrzeugen eingesetzt. Sie kann jedoch auch bei Benzinfahrzeugen verwendet werden.
• Gemäß einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine höhere Anzahl als drei Zapfstellen auf.

Claims (16)

1. Kraftstoffzufuhrvorrichtung für Kraftfahrzeugtanks, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (10) ein Mehrkammertank (12, 14) ist, und daß er wenigstens zwei Zapfstellen (30, 32) aufweist, welche in unterschiedlichen Kammern in der Nähe des Bodens des Tanks (10) angeordnet und jeweils mit einer Schwimmerklappeneinheit (40) ausgestattet sind, welche dafür eingerichtet ist, die Zapfstelle zu verschließen, wenn der Kraftstoff um diese Stelle herum unter einen Schwellenwert (Hc) sinkt, wobei jede Schwimmerklappeneinheit (40) ein mit einem Sitz (44) ausgestattetes Behältnis (42), eine Schwimmerklappe (70), welche dafür geeignet ist, auf dem Sitz (44) zu ruhen, ein Ansaugrohr (50), welches mit dem Sitz (44) verbunden ist, und ein Zapfrohr (46) aufweist, und dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Schwimmerklappeneinheiten (40) mit einer gemeinsamen Ansaugleitung (36) verbunden sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Zapfstellen (30, 32) aufweist, welche in jeweiligen Kammern (12, 14) eines Tanks (10) angeordnet sind.

3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Zapfstellen (30, 32) in einem Reservebehälter (20, 22) angeordnet ist.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (44) in dem unteren Bereich des Behältnisses (42) angeordnet ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (44) allgemein konisch ist, und daß er einen kleineren unteren Durchmesser als der Durchmesser der Schwimmerklappe (70), aber einen größeren oberen Durchmesser als der Durchmesser dieser Schwimmerklappe (70) aufweist, um um die Schwimmerklappe (70) herum eine flüssige Rückstandsdichtung bei Schließung der Klappe zu definieren.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (42) ein Lüftungsloch (43) aufweist.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfrohr (60) in eine Einlaßöffnung (46) mündet, welche oberhalb der Auflageebene der Schwimmerklappe (70) auf dem Sitz (44) angeordnet ist.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (50) unter den Sitz (44) der Schwimmerklappe mündet.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfrohr (60) abgewinkelt und sein Einlaß in Nähe zu dem Boden des Tanks (10) angeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmerklappe (70) von einer runden kleinen Kugel gebildet ist.

11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmerklappe (70) mit einem elastischen Oberflächenmaterial ausgestattet ist.

12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Rückleitung (80) aufweist, welche in einen Reservebehälter (20) mündet.

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Reservebehälter (20, 22) aufweist, welcher mit einer Entleerungsschutzklappe (24, 26) ausgestattet ist.

14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwimmerklappeneinheiten (40) ihre Sitze (44) auf einer gleichen Höhe bezüglich ihrer jeweiligen Böden angeordnet haben.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schwimmerklappeneinheiten (40) mit einer gemeinsamen Ansaugleitung (36) mittels jeweiliger paralleler Leitungen (31, 33), welche in jeder der Kammern angeordnet sind, verbunden sind.

16. Kraftstofftank für Kraftfahrzeuge, welcher mit einer Zufuhrvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgestattet ist.