DE10106095A1 - Kraftstoffsystem, Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffsystems, Computerprogramm sowie Steuer- und/oder Regelgerät zur Steuerung des Kraftstoffsystems - Google Patents
Kraftstoffsystem, Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffsystems, Computerprogramm sowie Steuer- und/oder Regelgerät zur Steuerung des KraftstoffsystemsInfo
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Abstract
Ein Kraftstoffsystem (10) dient zum Zuliefern von Kraftstoff (18) für eine Brennkraftmaschine. Es umfasst einen Vorratsbehälter (16) und eine erste Kraftstoffpumpe (20), welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist. Ferner ist eine zweite Kraftstoffpumpe (38) vorgesehen, welche eingangsseitig mit der ersten Kraftstoffpumpe (20) verbunden ist. Außerdem ist mindestens ein Einspritzventil (50) vorgesehen, welches mit der zweiten Kraftstoffpumpe (38) verbunden ist und Kraftstoff mindestens indirekt einem Brennraum zuführen kann. Zwischen der zweiten Kraftstoffpumpe (38) und dem Vorratsbehälter (16) ist eine Leckageleitung (68) vorgesehen. Um einen sicheren Heißstart der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig geringer Belastung der Komponenten zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass in der Leckageleitung (68) eine Ventileinrichtung (70) angeordnet ist mit parallel geschalteter Absperrfunktion (72) und Druckbegrenzungsfunktion (74).
Description
Die Erfindung betrifft zunächst ein Krafstoffsystem zum
Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, mit
einem Vorratsbehälter, einer ersten Kraftstoffpumpe, welche
eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, einer
zweiten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig mit der
ersten Kraftstoffpumpe verbunden ist, mit mindestens einem
Einspritzventil, welches mit der zweiten Kraftstoffpumpe
verbunden ist und Kraftstoff mindestens indirekt einem
Brennraum zuführen kann, und mit einer zwischen der zweiten
Kraftstoffpumpe und dem Vorratsbehälter vorgesehenen
Leckageleitung.
Ein derartiges Kraftstoffsystem ist vom Markt her bekannt.
Bei dem bekannten Kraftstoffsystem fördert eine erste
Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter
Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung zu einer zweiten
Kraftstoffpumpe. Bei der zweiten Kraftstoffpumpe handelt es
sich um eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, welche den
Kraftstoff unter sehr hohem Druck in eine Kraftstoff-
Sammelleitung (auch "Rail" genannt) fördert. Von dort
gelangt der Kraftstoff zu mindestens einem Einspritzventil,
über das der Kraftstoff schließlich in den Brennraum
gelangt.
Üblicherweise ist die Anzahl der Einspritzventile gleich
der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Das
Kraftstoffsystem kann so gebaut sein, dass das
Einspritzventil den Kraftstoff direkt in einen Brennraum
der Brennkraftmaschine spritzt. Bei dem bekannten
Kraftstoffsystem wird als Hochdruck-Kraftstoffpumpe eine 1-
Zylinder-Kolbenpumpe verwendet. Über die Leckageleitung
wird Leckage-Kraftstoff, welcher durch den Spalt zwischen
Zylinder und Kolben hindurchtritt, von der Hochdruck-
Kraftstoffpumpe zum Vorratsbehälter zurückgeführt. Dies
entlastet die Kolbendichtung der verwendeten 1-Zylinder-
Kolbenpumpe.
Ein grundsätzliches Problem bei Kraftstoffsystemen ist die
Versorgung der Brennräume der Brennkraftmaschine mit
Kraftstoff während des Startvorgangs. Bei dem bekannten
Kraftstoffsystem sorgt eine Ventileinrichtung dafür, dass
während des Startvorgangs die erste Kraftstoffpumpe den
Kraftstoff mit erhöhtem Speisedruck zu den
Einspritzventilen liefert. In vielen Fällen reicht dieser
erhöhte Speisedruck aus, um die Brennkraftmaschine in
kürzester Zeit zu starten. Durch den erhöhten Speisedruck
kann eine eventuelle Gasblase in der Kraftstoffverbindung
zwischen der ersten Kraftstoffpumpe und der zweiten
Kraftstoffpumpe in vielen Fällen so komprimiert werden,
dass ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine
gewährleistet ist.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein
Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art so
weiterzubilden, dass das Start- und Betriebsverhalten einer
mit dem Kraftstoffsystem ausgestatteten Brennkraftmaschine
bei hohen Betriebstemperaturen noch besser wird und die
Lebensdauer des Kraftstoffsystems möglichst lang ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffsystem der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass in der Leckageleitung
eine Ventileinrichtung angeordnet ist mit parallel
geschalteter Absperr- und Druckbegrenzungsfunktion.
Durch das Vorsehen einer Ventileinrichtung mit
Absperrfunktion in der Leckageleitung wird erreicht, dass
nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine der erhöhte
Vordruck in der Kraftstoffverbindung zwischen erster und
zweiter Kraftstoffpumpe aufrechterhalten wird. Durch eine
Sperrung der Leckageleitung nach dem Abstellen der
Brennkraftmaschine wird nämlich verhindert, dass Kraftstoff
durch den Spalt zwischen dem beweglichen Pumpenelement und
der Begrenzung des Pumpenraumes der zweiten Kraftstoffpumpe
hindurchtritt und zum Vorratsbehälter zurückfließt. Dies
würde zu einer allmählichen Absenkung des Drucks in der
Kraftstoffverbindung stromaufwärts der zweiten
Kraftstoffpumpe führen.
Durch eine Aufrechterhaltung des Drucks wird vermieden,
dass sich nach dem Abstellen einer heißen
Brennkraftmaschine in der Verbindung zwischen der ersten
und der zweiten Kraftstoffpumpe Gasblasen bilden können.
Derartige Gasblasen treten dann auf, wenn sich der in den
Kraftstoffleitungen zwischen den Kraftstoffpumpen
befindliche Kraftstoff aufgrund von Wärmeleitung von der
Brennkraftmaschine her erwärmt. Wird jedoch der Druck, wie
dies bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem möglich
ist, auch bei einer abgestellten Brennkraftmaschine
aufrechterhalten, kann die Entstehung solcher Gasblasen
weitgehend vermieden werden, was das Startverhalten einer
mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem ausgestatteten
Brennkraftmaschine erheblich verbessert.
Um jedoch die Belastung der druckbeaufschlagten Komponenten
des Kraftstoffsystems möglichst gering zu halten, hat die
Ventileinrichtung in der Leckageleitung zusätzlich zur
Absperr- auch eine Druckbegrenzungsfunktion. Nach dem
Abstellen der heißen Brennkraftmaschine könnte es nämlich
durch die Erwärmung des Kraftstoffs und die damit
verbundene Ausdehnung des Kraftstoffs in der
Kraftstoffleitung zwischen der ersten und der zweiten
Kraftstoffpumpe zu einem unzulässigen Druckanstieg in
diesem Bereich kommen. Ein solcher unzulässiger
Druckanstieg wird durch die Druckbegrenzungsfunktion der
Ventileinrichtung verhindert. Die Komponenten in der
Kraftstoffverbindung stromaufwärts von der Kraftstoff-
Hochdruckpumpe werden somit auch im Abstellfalle der
Brennkraftmaschine vor unzulässig hohen Drücken geschützt,
was deren Lebensdauer erhöht. Darüber hinaus können auch
preiswertere, für niedrigere Drücke ausgelegte Komponenten
zum Einsatz kommen.
Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem wird somit ein
gutes Heißstartverhalten der entsprechend ausgerüsteten
Brennkraftmaschine erzielt, wobei andererseits die
Sicherheit des Kraftstoffsystems gewährleistet und die
Belastung der druckbeaufschlagten Komponenten des
Kraftstoffsystems niedrig gehalten wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung ist angegeben, dass in der
Ventileinrichtung für beide Funktionen dasselbe Ventilglied
verwendet wird. Eine entsprechende Ventileinrichtung baut
sehr klein.
Weiterhin ist besonders bevorzugt, dass die Absperrfunktion
der Ventileinrichtung elektrisch ansteuerbar ist. Dies
ermöglicht es, dass dann, wenn von der Motorsteuerung
signalisiert wird, dass die Brennkraftmaschine
ausgeschaltet wird, die Absperrfunktion der
Ventileinrichtung durch ein einfaches Steuersignal
aktiviert wird.
Eine einfach herzustellende und klein bauende
Ausführung einer Ventileinrichtung mit kombinierter
Absperr- und Druckbegrenzungsfunktion besteht darin, dass
die Ventileinrichtung ein zur Bereitstellung der
Druckbegrenzungsfunktion vorgespanntes und zur Aufhebung
der Absperrfunktion gegen die Vorspannkraft elektrisch
betätigbares Ventilelement umfasst.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ventileinrichtung im
Bereich der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich der
zweiten Kraftstoffpumpe, angeordnet ist. Denkbar ist
beispielsweise, die Ventileinrichtung im Gehäuse der .
zweiten Kraftstoffpumpe unterzubringen. Eine solche
Anordnung hat folgenden Vorteil:
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine und somit auch während des Betriebs der zweiten Kraftstoffpumpe ist die Absperrung der Leckageleitung aufgehoben. Die Leckageleitung ist somit weitgehend drucklos. Aufgrund von Wärmeleitung von der heißen Brennkraftmaschine her wird der sich in der Leckageleitung befindliche Kraftstoff ebenfalls erwärmt und verdampft. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine liegt in der Leckageleitung somit zunächst nur dampfförmiger Kraftstoff vor.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine und somit auch während des Betriebs der zweiten Kraftstoffpumpe ist die Absperrung der Leckageleitung aufgehoben. Die Leckageleitung ist somit weitgehend drucklos. Aufgrund von Wärmeleitung von der heißen Brennkraftmaschine her wird der sich in der Leckageleitung befindliche Kraftstoff ebenfalls erwärmt und verdampft. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine liegt in der Leckageleitung somit zunächst nur dampfförmiger Kraftstoff vor.
Wird nun, mit dem Abstellen der Brennkraftmaschine, die
Absperrfunktion der Ventileinrichtung aktiviert und die
Leckageleitung geschlossen, dann wäre, bei einer Anordnung
der Ventileinrichtung fern von der zweiten Kraftstoffpumpe,
zunächst ein erhebliches dampfförmiges Kraftstoffvolumen in
dem abgeschlossenen System zwischen erster Kraftstoffpumpe,
zweiter Kraftstoffpumpe und der Ventileinrichtung
vorhanden. In dieses dampfförmige Kraftstoffvolumen kann
nach Abkühlung Kraftstoff aus dem Pumpenraum beispielsweise
über einen Kolbenführungsspalt der zweiten Kraftstoffpumpe
(Spalt zwischen Kolben und Gehäuse) eintreten, was wiederum
zur Dampfbildung im Pumpenraum führen kann. Wird jedoch die
Ventileinrichtung möglichst nahe zur zweiten
Kraftstoffpumpe angeordnet, dann ist dieses dampfförmige
Kraftstoffvolumen in jedem Falle nur sehr klein und kann
somit beim Wiederanlassen der Brennkraftmaschine nicht zu
Problemen führen.
Möglich ist aber auch, dass die Ventileinrichtung im
Bereich des Vorratsbehälters angeordnet ist. In diesem Fall
ist bei der zweiten Kraftstoffpumpe eine Bypassleitung mit
einer Drosselstelle vorgesehen, welche vom Eingang der
zweiten Kraftstoffpumpe zur Leckageleitung führt. Der
Querschnitt der Drosselstelle so gewählt, dass im
Normalbetrieb die Erhöhung der Temperatur des
Vorratsbehälters kleiner ist als ein Grenzwert. Dieser
Weiterbildung der Erfindung liegt folgender Gedanke
zugrunde:
Üblicherweise wird von der ersten Kraftstoffpumpe der zweiten Kraftstoffpumpe eine größere Kraftstoffmenge zugeführt als von der zweiten Kraftstoffpumpe wieder weitergefördert wird. Dieser überschüssige Kraftstoff wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die in der zweiten Kraftstoffpumpe, vorzugsweise beispielsweise in der Gehäusewand, vorhandene Bypassleitung am Pumpenraum vorbei und hin zum Beginn der Leckageleitung geführt. Somit wird im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, in dem die Absperrfunktion der Ventileinrichtung in der Leckageleitung ja deaktiviert ist, ein konstanter Spülstrom durch die Leckageleitung hindurchgeführt. Dieser verhindert, dass sich Kraftstoff längere Zeit in der Leckageleitung aufhält und von der Leckageleitung so erwärmt werden kann, dass er verdampft.
Üblicherweise wird von der ersten Kraftstoffpumpe der zweiten Kraftstoffpumpe eine größere Kraftstoffmenge zugeführt als von der zweiten Kraftstoffpumpe wieder weitergefördert wird. Dieser überschüssige Kraftstoff wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die in der zweiten Kraftstoffpumpe, vorzugsweise beispielsweise in der Gehäusewand, vorhandene Bypassleitung am Pumpenraum vorbei und hin zum Beginn der Leckageleitung geführt. Somit wird im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, in dem die Absperrfunktion der Ventileinrichtung in der Leckageleitung ja deaktiviert ist, ein konstanter Spülstrom durch die Leckageleitung hindurchgeführt. Dieser verhindert, dass sich Kraftstoff längere Zeit in der Leckageleitung aufhält und von der Leckageleitung so erwärmt werden kann, dass er verdampft.
Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung wird also von
vornherein verhindert, dass sich in der Leckageleitung
Dampfblasen bilden können. Der am Pumpenraum vorbeigeführte
Kraftstoff kann zusätzlich zur Kühlung der zweiten
Kraftstoffpumpe verwendet werden, was den Heißbetrieb des
Kraftstoffsystems und der mit diesem ausgestatteten
Brennkraftmaschine nochmals verbessert. Dabei muss jedoch
darauf geachtet werden, dass der in der zweiten
Kraftstoffpumpe beim Kühlvorgang erwärmte Kraftstoff zu
keiner unzulässigen Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs
im Vorratsbehälter führt. Dies wird durch eine
entsprechende Auslegung der Drosselstelle erzielt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben
des Kraftstoffsystems der oben genannten Art. Die Wirkung
der vorgesehenen Ventileinrichtung ist dann optimal, wenn
die Absperrungsfunktion der Ventileinrichtung unmittelbar
nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine aktiviert und
unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine
deaktiviert wird. Die Aktivierung der Absperrfunktion der
Ventileinrichtung führt zu einem Schließen der
Ventileinrichtung, wohingegen die Deaktivierung der
Absperrfunktion zu einem Öffnen der Ventileinrichtung
führt. Bei einer elektrischen Betätigung der
Ventileinrichtung ist die Absperrfunktion der
Ventileinrichtung vorzugsweise im stromlosen Zustand
aktiviert, wohingegen sie im bestromten Zustand deaktiviert
ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieses
Verfahrens bleibt die erste Kraftstoffpumpe nach dem
Abstellen der Brennkraftmaschine noch für einen begrenzten
Zeitraum im Betrieb. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass der Druck in dem entsprechenden Bereich des
Kraftstoffsystems dem durch den Öffnungsdruck der
Druckbegrenzungsfunktion der Ventileinrichtung vorgegebenen
maximalen Druck entspricht.
Die Erhöhung des Drucks im Bereich vor der zweiten
Kraftstoffpumpe ist jedoch nur erforderlich, wenn die
Brennkraftmaschine in heißem Zustand abgestellt wird. Daher
wird besonders bevorzugt, wenn die für einen Heißstart der
Brennkraftmaschine relevanten Parameter erfasst werden und
die Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe und/oder der
Ventileinrichtung in Abhängigkeit von den erfassten
Parametern erfolgt.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn die Parameter eine
Kühlwassertemperatur und/oder eine Ansauglufttemperatur
und/oder eine Drehzahl und/oder eine Last umfasst.
Der Druck am Eingang der zweiten Kraftstoffpumpe kann auf
besonders einfache Art und Weise über die Drehzahl der
ersten Kraftstoffpumpe eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, welches
zur Durchführung des Verfahrens der oben genannten Art
geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm
auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory,
abgespeichert ist.
Die Erfindung betrifft schließlich noch ein Steuer-
und/oder Regelgerät zur Steuerung des obigen
Kraftstoffsystems, wobei vorgeschlagen wird, dass das
Steuer- und/oder Regelgerät mit einem Computerprogramm der
oben beschriebenen Art versehen ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: ein schematisiertes Blockschaltbild eines ersten
Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffsystems;
Fig. 2: eine schematisierte Detaildarstellung einer
zweiten Kraftstoffpumpe sowie einer
Ventileinrichtung des Kraftstoffsystems von Fig.
1;
Fig. 3: eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffsystems; und
Fig. 4: eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines dritten
Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffsystems.
In Fig. 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das
Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Niederdruckbereich 12
und einen Hochdruckbereich 14. Zunächst zum
Niederdruckbereich 12:
Dieser umfasst einen Vorratsbehälter 16, in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18 wird aus dem Vorratsbehälter 16 von einer ersten Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es sich um eine elektrische Kraftstoffpumpe, welche von einem Taktmodul 22 angesteuert wird. Die elektrische Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 24. In dieser ist nach der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in Strömungsrichtung gesehen zunächst ein Rückschlagventil 26 und dann ein Filter 28 angeordnet. In Strömungsrichtung gesehen noch vor dem Rückschlagventil 26 zweigt von der Niederdruck- Kraftstoffleitung 24 eine Zweigleitung 30 ab, welche zum Vorratsbehälter 16 zurückführt. Die Zweigleitung 30 verzweigt sich in zwei parallele Zweige 30a und 30b. Im Zweig 30a ist ein Druckbegrenzungsventil 32 angeordnet, wohingegen im Zweig 30b eine Drossel 34 vorgesehen ist. Der Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 wird von einem Drucksensor 36 erfasst.
Dieser umfasst einen Vorratsbehälter 16, in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18 wird aus dem Vorratsbehälter 16 von einer ersten Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es sich um eine elektrische Kraftstoffpumpe, welche von einem Taktmodul 22 angesteuert wird. Die elektrische Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 24. In dieser ist nach der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in Strömungsrichtung gesehen zunächst ein Rückschlagventil 26 und dann ein Filter 28 angeordnet. In Strömungsrichtung gesehen noch vor dem Rückschlagventil 26 zweigt von der Niederdruck- Kraftstoffleitung 24 eine Zweigleitung 30 ab, welche zum Vorratsbehälter 16 zurückführt. Die Zweigleitung 30 verzweigt sich in zwei parallele Zweige 30a und 30b. Im Zweig 30a ist ein Druckbegrenzungsventil 32 angeordnet, wohingegen im Zweig 30b eine Drossel 34 vorgesehen ist. Der Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 wird von einem Drucksensor 36 erfasst.
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 führt zu einer zweiten
Kraftstoffpumpe 38. Diese wird auf hier nicht näher
dargestellte Weise von der Kurbelwelle einer
Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angetrieben. Bei der
zweiten Kraftstoffpumpe 38 handelt es sich um eine Ein-
Kolben-Hochdruckpumpe. Stromaufwärts von der Hochdruckpumpe
38 sind in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 noch ein
Druckdämpfer 40 und ein Rückschlagventil 42 angeordnet.
Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe 38 in eine
Kraftstoffleitung 44, welche über ein Rückschlagventil 46
zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 48 führt. An die
Kraftstoff-Sammelleitung 48 sind wiederum Kraftstoff-
Einspritzventile 50 angeschlossen, welche den Kraftstoff in
einen nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine
einspritzen. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 48
wird von einem Drucksensor 52 erfasst.
Um einen Überdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung 48 zu
vermeiden, welcher die Funktionstüchtigkeit der
Einspritzventile 50 beeinträchtigen könnte, ist an der
Kraftstoff-Sammelleitung 48 ein Druckbegrenzungsventil 54
vorgesehen, welches über eine Leitung 55 fluidisch wiederum
mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 verbunden ist. Der
Druck in der Kraftstoffleitung 44 und der Kraftstoff-
Sammelleitung 48, also im Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffsystems 10, wird über ein Mengensteuerventil 56
gesteuert, welches den zwischen dem Rückschlagventil 46 und
der Hochdruckpumpe 38 gelegenen Bereich der
Kraftstoffleitung 44 mit dem zwischen dem Rückschlagventil
42 und dem Druckdämpfer 40 gelegenen Bereich der
Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 verbindet.
Das Kraftstoffsystem 10 umfasst auch ein Steuer- und
Regelgerät 58, welches u. a. Signale von einem
Temperatursensor 60 erhält, mit dem die Temperatur des
Kühlwassers der Brennkraftmaschine erfasst wird. In
gleicher Weise ist auch ein Sensor 62 für die Erfassung der
Temperatur der Ansaugluft vorgesehen, der ebenfalls Signale
an das Steuer- und Regelgerät 58 abgibt. Ein Sensor 64
liefert dem Steuer- und Regelgerät 58 Informationen über
die Drehzahl der Brennkraftmaschine und ein Sensor 66
entsprechende Informationen bezüglich der aktuellen Last
der Brennkraftmaschine. Ferner erhält das Steuer- und
Regelgerät 58 noch Signale vom Drucksensor 36 des
Niederdruckbereichs 12 des Kraftstoffsystems 10 sowie vom
Drucksensor 52 des Hochdruckbereichs 14 des
Kraftstoffsystems 10.
Von der Hochdruckpumpe 38 führt eine Leckageleitung 68
zurück zum Vorratsbehälter 16. In der Leckageleitung 68
ist, unmittelbar bei der Hochdruckpumpe 38, eine
Ventileinrichtung 70 vorhanden. Bei der in Fig. 1 nur
symbolischen Darstellungsweise verfügt die
Ventileinrichtung 70 über eine Absperrfunktion 72 und eine
Druckbegrenzungsfunktion 74, die parallel zueinander
geschaltet sind.
Die Hochdruckpumpe 38 und die Ventileinrichtung 70 werden
nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 im Detail erläutert:
Wie bereits oben erläutert wurde, handelt es sich bei der Hochdruckpumpe um eine Ein-Kolben-Pumpe. Der Kolben trägt in Fig. 2 das Bezugszeichen 76. Er wird über einen Nockenantrieb 78 angetrieben. Der Kolben 76 ist in einem Zylindergehäuse 80 geführt. Die Oberseite des Kolbens 76 und das Zylindergehäuse 80 begrenzen einen Pumpraum 82. Der Pumpraum 82 wird gegenüber dem Nockenantrieb 78 durch eine Spaltdichtung abgedichtet, welche zwischen dem Kolben 76 und dem Zylindergehäuse 80 gebildet ist. Ferner ist eine gehäusefeste Kolbendichtung 84 vorgesehen. Die Leckageleitung 68 zweigt von einer Ringnut 86 unmittelbar oberhalb der Kolbendichtung 84 ab. Hierdurch wird im Betrieb die Kolbendichtung 84 entlastet.
Wie bereits oben erläutert wurde, handelt es sich bei der Hochdruckpumpe um eine Ein-Kolben-Pumpe. Der Kolben trägt in Fig. 2 das Bezugszeichen 76. Er wird über einen Nockenantrieb 78 angetrieben. Der Kolben 76 ist in einem Zylindergehäuse 80 geführt. Die Oberseite des Kolbens 76 und das Zylindergehäuse 80 begrenzen einen Pumpraum 82. Der Pumpraum 82 wird gegenüber dem Nockenantrieb 78 durch eine Spaltdichtung abgedichtet, welche zwischen dem Kolben 76 und dem Zylindergehäuse 80 gebildet ist. Ferner ist eine gehäusefeste Kolbendichtung 84 vorgesehen. Die Leckageleitung 68 zweigt von einer Ringnut 86 unmittelbar oberhalb der Kolbendichtung 84 ab. Hierdurch wird im Betrieb die Kolbendichtung 84 entlastet.
In der Ventileinrichtung 70 ist nur ein einziges
Ventilglied 88 vorhanden, welches für die Absperrfunktion
72 ebenso wie für die Druckbegrenzungsfunktion 74 verwendet
wird. Das Ventilglied 88 umfasst einen länglichen in einem
Gehäuse 89 geführten Kolben 90, der an seinem in Fig. 2
oberen Ende eine Platte 92 aus einem weichmagnetischen
Werkstoff trägt. Die Platte 92 wird von einer Druckfeder 94
beaufschlagt, durch welche die untere Stirnfläche des
Kolbens 90 des Ventilglieds 88 gegen einen Ringsteg 96
beaufschlagt wird, der in einem Strömungsraum 98 hinter
einem Einlass 100 der Ventileinrichtung 70 gebildet ist. Am
Strömungsraum 98 ist ein radialer Auslass 102 vorgesehen,
an den der zum Vorratsbehälter 16 führende Abschnitt der
Leckageleitung 68 angeschlossen ist.
Das Gehäuse 89 der Ventileinrichtung 70 ist nach oben hin
durch einen Deckel 104 abgeschlossen, welcher auf seiner
dem Ventilglied 88 zugewandten Innenseite eine
konzentrische Ringnut (ohne Bezugszeichen) aufweist, in die
ein ringförmiger Elektromagnet 106 eingesetzt ist. Der
Deckel 104 der Ventileinrichtung 70 ist mit dem Gehäuse 89
durch eine Verstemmung 108 unlösbar verbunden.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kraftstoffsystem 10
arbeitet folgendermaßen:
Im Normalbetrieb, also bei normaler Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine (dies wird vom Steuer- und Regelgerät 58 aufgrund der vom Temperatursensor 60, dem Temperatursensor 62, dem Drehzahlsensor 64 und dem Lastsensor 66 bereitgestellten Signale ermittelt), wird der Kraftstoff 18 aus dem Vorratsbehälter 16 von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in die Kraftstoffleitung 24 zur Hochdruckpumpe 38 gefördert. Die Hochdruckpumpe 38 fördert den von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 vorverdichteten Kraftstoff 18 weiter unter nochmaliger Druckerhöhung in die Kraftstoffleitung 44 zur Kraftstoff-Sammelleitung 48 hin. Durch den Druckbegrenzer 32 und die Drossel 34, die im Übrigen als modulare Einheit mit der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 ausgebildet sind, wird beim Einschalten der elektrischen Kraftstoffpumpe die Herstellung eines stabilen Vordrucks im Niederdruckbereich 12 des Kraftstoffsystems 10 beschleunigt und erleichtert.
Im Normalbetrieb, also bei normaler Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine (dies wird vom Steuer- und Regelgerät 58 aufgrund der vom Temperatursensor 60, dem Temperatursensor 62, dem Drehzahlsensor 64 und dem Lastsensor 66 bereitgestellten Signale ermittelt), wird der Kraftstoff 18 aus dem Vorratsbehälter 16 von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in die Kraftstoffleitung 24 zur Hochdruckpumpe 38 gefördert. Die Hochdruckpumpe 38 fördert den von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 vorverdichteten Kraftstoff 18 weiter unter nochmaliger Druckerhöhung in die Kraftstoffleitung 44 zur Kraftstoff-Sammelleitung 48 hin. Durch den Druckbegrenzer 32 und die Drossel 34, die im Übrigen als modulare Einheit mit der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 ausgebildet sind, wird beim Einschalten der elektrischen Kraftstoffpumpe die Herstellung eines stabilen Vordrucks im Niederdruckbereich 12 des Kraftstoffsystems 10 beschleunigt und erleichtert.
Der Drucksensor 52 und das Mengensteuerventil 56 sind Teil
einer geschlossenen Regelstrecke, über die die von der
Hochdruckpumpe 38 in den Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffsystems 10 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt
wird. Die Ventileinrichtung 70 wird vom Steuer- und
Regelgerät 58 so angesteuert, dass ein freier Durchfluss
durch die Leckageleitung 68 von der Hochdruckpumpe 38 zum
Vorratsbehälter 16 hin möglich ist. Die Steuerung und
Regelung erfolgt gemäß einem Computerprogramm, welches im
Steuer- und Regelgerät abgespeichert ist. Hierdurch ist es
möglich, dass Kraftstoff, welcher durch die Spaltdichtung
zwischen Kolben 76 und Zylindergehäuse 80 hindurch bis zur
Ringnut 86 gelangt, über die Leckageleitung 68 zum
Vorratsbehälter 16 zurückfließen kann. Hierdurch wird
erreicht, dass die Kolbendichtung 84 druckentlastet ist.
Die Öffnung der Ventileinrichtung 70, also die
Deaktivierung der Absperrfunktion 72, wird dadurch
erreicht, dass der Ringmagnet 106 bestromt wird. Der
Ringmagnet 106 zieht somit die weichmagnetische Platte 92
an, welche wiederum den Kolben 90 von dem einen Ventilsitz
bildenden Ringsteg 96 abhebt.
Wird die Brennkraftmaschine ausgeschaltet, wird vom Steuer-
und Regelgerät 58 über den Temperatursensor 60 für das
Kühlwasser geprüft, ob die Brennkraftmaschine heiß ist. Ist
dies der Fall, wird die Absperrfunktion 72 der
Ventileinrichtung 70 vom Steuer- und Regelgerät 58
deaktiviert. Der Ringmagnet 106 ist somit stromlos, wodurch
der Kolben 90 von der Druckfeder 94 gegen den Ringsteg 96
gedrückt wird. Der Weg von der Hochdruckpumpe 38 über die
Leckageleitung 68 zum Vorratsbehälter 16 ist somit
blockiert. Gleichzeitig wird vom Steuer- und Regelgerät 58
das Modul 22 der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 so
angesteuert, dass für einen kurzen Zeitraum die elektrische
Kraftstoffpumpe 20 weiter im Betrieb ist. Dies führt zu
einer Erhöhung des Drucks des Kraftstoffs in der
Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 bis zu dem durch das
Druckbegrenzungsventil 32 und die Druckbegrenzungsfunktion
74 der Ventileinrichtung 70 vorgegebenen maximalen Druck.
Es bietet sich insoweit an, dass der durch die
Druckbegrenzungsfunktion 74 der Ventileinrichtung 70
vorgegebene maximale Druck und der durch das
Druckbegrenzungsventil 32 vorgegebene maximale Druck in
etwa gleich sind. Die Druckbegrenzungsfunktion 74 der
Ventileinrichtung 70 wird dadurch bereitgestellt, dass bei
einer Druckdifferenz zwischen dem Einlass 100 und dem
Auslass 102 der Ventileinrichtung 70 der Kolben 90 gegen
die Vorspannkraft der Druckfeder 94 beaufschlagt wird.
Übersteigt die Druckdifferenz ein bestimmtes Maß, hebt der
Kolben 90 vom Ringsteg 96 ab. Dies gibt den Weg frei für am
Einlass 100 der Ventileinrichtung 70 unter Überdruck
stehenden Kraftstoff.
Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine kann es aufgrund
von Wärmeleitung zu einer Erwärmung der Niederdruck-
Kraftstoffleitung 24 kommen. Hierdurch wird auch der
Kraftstoff 18 in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24
erwärmt und dehnt sich aus. Dies führt wiederum zu einer
Druckerhöhung innerhalb der Niederdruck-Kraftstoffleitung
24. Um eine Beschädigung von Komponenten der Niederdruck-
Kraftstoffleitung bzw. insgesamt des Niederdruckbereichs 12
zu vermeiden, ist die Vorspannkraft der Feder 94 bzw. der
Öffnungsdruck der Druckbegrenzungsfunktion 74 der
Ventileinrichtung 70 entsprechend gewählt.
Die Leckageleitung 68 und die in dieser angeordnete
Ventileinrichtung 70 ermöglichen es also, dass beim
Abstellen einer heißen Brennkraftmaschine ein erhöhter
Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24
aufrechterhalten werden kann, ohne dass eine Gefahr für
eine Beschädigung von Komponenten im Niederdruckbereich 12
des Kraftstoffsystems 10 aufgrund einer durch eine
Erwärmung des sich in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24
befindlichen Kraftstoffs besteht. Das Startverhalten einer
heißen Brennkraftmaschine wird durch ein solches
Kraftstoffsystem 10 somit entscheidend verbessert, ohne
dass die Lebensdauer der Komponenten beeinträchtigt wäre.
Nun wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein zweites
Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffsystems 10 dargestellt
ist. Solche Elemente oder Teile, welche äquivalente
Funktionen zu Elementen oder Teilen des in den Fig. 1 und 2
beschriebenen Ausführungsbeispiels aufweisen, tragen die
gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail
erläutert.
Im Gegensatz zu dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist bei dem in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel die Ventileinrichtung 70 nicht in der
Nähe der Hochdruckpumpe 38, sondern im Bereich des
Vorratsbehälters 16 angeordnet. Ferner ist im Bereich der
Hochdruckpumpe 38 eine Bypassleitung 110 vorgesehen, welche
von einem zwischen dem Druckdämpfer 40 und dem
Rückschlagventil 42 der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24
gelegenen Bereich zu einem zwischen der Hochdruckpumpe 38
und der Ventileinrichtung 70 gelegenen Bereich der
Leckageleitung 68 führt. In der Bypassleitung 110 ist eine
Drossel 112 angeordnet. Die Bypassleitung 110 und die
Drossel 112 sind aus folgendem Grund vorhanden:
Wenn die Ventileinrichtung 70, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, nicht in der Nähe der Hochdruckpumpe 38 angeordnet ist, kann es während des normalen Betriebs des Kraftstoffsystems 10 dazu kommen, dass durch Wärmeleitung von der Brennkraftmaschine her die Leckageleitung 68 und der sich in ihr befindliche Kraftstoff erwärmt werden. Da im Normalbetrieb ja die Ventileinrichtung 70 geöffnet ist, ist dann der sich in der Leckageleitung 68 befindliche Kraftstoff im Wesentlichen drucklos. Aufgrund der Erwärmung kann dieser Kraftstoff in der Leckageleitung 68 somit verdampfen. Wird nun nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine die Ventileinrichtung 70 geschlossen, würde auch die sich in der Leckageleitung 68 befindliche Dampfblase mit eingeschlossen. Dies könnte beim Wiederanlassen zu einem Problem führen.
Wenn die Ventileinrichtung 70, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, nicht in der Nähe der Hochdruckpumpe 38 angeordnet ist, kann es während des normalen Betriebs des Kraftstoffsystems 10 dazu kommen, dass durch Wärmeleitung von der Brennkraftmaschine her die Leckageleitung 68 und der sich in ihr befindliche Kraftstoff erwärmt werden. Da im Normalbetrieb ja die Ventileinrichtung 70 geöffnet ist, ist dann der sich in der Leckageleitung 68 befindliche Kraftstoff im Wesentlichen drucklos. Aufgrund der Erwärmung kann dieser Kraftstoff in der Leckageleitung 68 somit verdampfen. Wird nun nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine die Ventileinrichtung 70 geschlossen, würde auch die sich in der Leckageleitung 68 befindliche Dampfblase mit eingeschlossen. Dies könnte beim Wiederanlassen zu einem Problem führen.
Um dies zu vermeiden, wird über die Bypassleitung 110 auch
im Normalbetrieb Kraftstoff am Pumpraum 82 der
Hochdruckpumpe 38 vorbei in die Leckageleitung 68
hineingeleitet. Dies ist möglich, da die elektrische
Kraftstoffpumpe 20 der Hochdruckpumpe 38 normalerweise eine
größere Kraftstoffmenge bereitstellt als von dieser weiter
in den Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10
gefördert wird. Im Normalbetrieb des Kraftstoffsystems 10
stellt sich also ein mehr oder weniger konstanter
Kraftstofffluss durch die Leckageleitung 68 zum
Vorratsbehälter 16 zurück ein. Hierdurch wird zum einen
vermieden, dass in der Leckageleitung 68 "stehender"
Kraftstoff sich erwärmt und verdampft, und zum anderen wird
erreicht, dass eventuell bereits gebildete Dampfblasen zum
Vorratsbehälter 16 hin ausgespült werden.
Über die Drossel 112 wird die am Pumpraum 82
vorbeigeleitete Kraftstoffmenge so begrenzt, dass der über
die Leckageleitung 68 zurückfließende und leicht erwärmte
Kraftstoff den sich im Vorratsbehälter 16 befindlichen
Kraftstoff nicht unzulässig erwärmt, was dort wiederum zu
Verdampfungsproblemen führen könnte. Wird nun die
Brennkraftmaschine abgestellt und die Ventileinrichtung 70
geschlossen, kann davon ausgegangen werden, dass sich in
der Leckageleitung 68 im Wesentlichen ausschließlich
flüssiger Kraftstoff und keine Dampfblasen befinden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann also die
Ventileinrichtung 70 im Bereich des Vorratsbehälters 16
angeordnet werden, was bisweilen aus Platzgründen
wünschenswert ist, und gleichzeitig wird ein sicheres
Heißstartverhalten und ein zuverlässiger Betrieb der
Brennkraftmaschine ermöglicht.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeipiel eines
Kraftstoffsystems 10 dargestellt. Auch hier tragen solche
Elemente und Teile, welche äquivalente Funktionen zu den in
den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsbeispielen
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen und sind nicht
nochmals im Detail erläutert.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist bei dem in Fig. 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel der zwischen dem Filter 28 und dem
Druckdämpfer 40 gelegene Bereich der Niederdruck-
Kraftstoffleitung 24 über eine Verbindungsleitung 114, ein
Absperrventil 116 und ein Druckregelventil 118 mit dem
zwischen der Hochdruckpumpe 38 und der Ventileinrichtung 70
gelegenen Bereich der Leckageleitung 68 verbindbar. Ferner
ist die Leitung 55, in der das Mengensteuerventil 56
angeordnet ist, über eine Spülleitung 120 mit dem zwischen
dem Absperrventil 116 und dem Druckregelventil 118
gelegenen Bereich der Verbindungsleitung 114 verbunden. In
der Spülleitung 120 ist eine Drossel 122 angeordnet.
Claims (14)
1. Kraftstoffsystem (10) zum Zuliefern von Kraftstoff (18)
für eine Brennkraftmaschine, mit einem Vorratsbehälter
(16), einer ersten Kraftstoffpumpe (20), welche
eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist,
einer zweiten Kraftstoffpumpe (38), welche eingangsseitig
mit der ersten Kraftstoffpumpe (20) verbunden ist, und mit
mindestens einem Einspritzventil (50), welches mit der
zweiten Kraftstoffpumpe (38) verbunden ist und Kraftstoff
(18) mindestens indirekt einem Brennraum zuführen kann, und
mit einer zwischen der zweiten Kraftstoffpumpe und dem
Vorratsbehälter vorgesehenen Leckageleitung, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Leckageleitung (68) eine
Ventileinrichtung (70) angeordnet ist mit parallel
geschalteter Absperr- (72) und Druckbegrenzungsfunktion
(74).
2. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Ventileinrichtung (70) für
beide Funktionen (72, 74) dasselbe Ventilglied (88)
verwendet wird.
3. Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrfunktion
(72) der Ventileinrichtung (70) elektrisch ansteuerbar ist.
4. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (70) ein zur
Bereitstellung der Druckbegrenzungsfunktion (74)
vorgespanntes (94) und zur Aufhebung der Absperrfunktion
(72) gegen die Vorspannkraft elektrisch betätigbares
Ventilelement (88) umfasst.
5. Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ventileinrichtung (70) im Bereich der Brennkraftmaschine,
insbesondere im Bereich der zweiten Kraftstoffpumpe (38)
angeordnet ist.
6. Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ventileinrichtung (70) im Bereich des Vorratsbehälters (16)
angeordnet und an der zweiten Kraftstoffpumpe (38)
eine Bypassleitung (110) mit einer Drosselstelle (112)
vorgesehen ist, welche vom Eingang der zweiten
Kraftstoffpumpe (38) zur Leckageleitung (68) führt, und der
Querschnitt der Drosselstelle (112) so gewählt ist, dass im
Normalbetrieb die Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs
(18) im Vorratsbehälter (16) kleiner ist als ein Grenzwert.
7. Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffsystems (10) nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Absperrfunktion (72) der Ventileinrichtung (70)
unmittelbar nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine
aktiviert und unmittelbar nach dem Starten der
Brennkraftmaschine deaktiviert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Kraftstoffpumpe (20) nach dem Abstellen der
Brennkraftmaschine noch für einen begrenzten Zeitraum in
Betrieb bleibt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die für einen Heißstart der
Brennkraftmaschine relevanten Parameter (60, 62, 64, 66)
erfasst werden und die Ansteuerung der ersten
Kraftstoffpumpe (20) und/oder der Ventileinrichtung (70) in
Abhängigkeit von den erfassten Parametern erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Parameter eine Kühlwassertemperatur (60) und/oder eine
Ansauglufttemperatur (62) und/oder eine Drehzahl (64)
und/oder eine Last (66) der Brennkraftmaschine umfassen.
11. Verfahren nach Anspruch 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druck am Eingang der zweiten
Kraftstoffpumpe (38) über die Drehzahl der ersten
Kraftstoffpumpe (20) eingestellt wird.
12. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis
11 geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt
wird.
13. Computerprogramm nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere
auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
14. Steuer- und/oder Regelgerät (58) zur Steuerung und/oder
Regelung des Kraftstoffsystems (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mit
einem Computerprogramm nach einem der Ansprüche 12 oder 13
versehen ist.
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KR1020027012997A KR20020086739A (ko) | 2001-02-08 | 2002-02-06 | 연료시스템, 연료시스템의 작동 방법, 컴퓨터 프로그램 및상기 연료시스템을 제어하기 위한 제어 및/또는 조절장치 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10106095A DE10106095A1 (de) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Kraftstoffsystem, Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffsystems, Computerprogramm sowie Steuer- und/oder Regelgerät zur Steuerung des Kraftstoffsystems |
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