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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug. Das Kraftstoffversorgungssystem dient zum Fördern von
Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in mindestens ein Ansaugrohr
oder mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffversorgungssystem
umfasst mindestens zwei in einer Reihenschaltung angeordnete Kraftstoffförderpumpen.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine
umfasst ein Kraftstoffversorgungssystem zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in
mindestens ein Ansaugrohr oder mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine.
Das Kraftstoffversorgungssystem umfasst mindestens zwei in einer
Reihenschaltung angeordnete Kraftstoffförderpumpen.
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Aus
dem Stand der Technik sind Kraftstoffversorgungssysteme der eingangs
genannten Art bekannt. Über
ein solches Kraftstoffversorgungssystem kann Kraftstoff entweder
in ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine (sogenannte Saugrohreinspritzung)
oder direkt in die Brennräume
der Brennkraftmaschine (sogenannte Direkteinspritzung) eingespritzt
werden. Mittels der in dem Kraftstoffversorgungssystem angeordneten
Kraftstoffförderpumpen wird
Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter
angesaugt und in Richtung Brennkraftmaschine gefördert.
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Ein
Kraftstoffversorgungssystem für
eine Saugrohreinspritzung weist üblicherweise
eine als Elektrokraftstoffpumpe ausgebildete Kraftstoffförderpumpe
auf. Die Elektrokraftstoffpumpe kann zusammen mit einem Kraftstofffilter
zu einem Modul zum Einbau in den Kraftstoffvorratsbehälter zusammengefasst
sein. Die Elektrokraftstoffpumpe weist üblicherweise eine elektronische
Bedarfsregelung im Niederdruckkreis, also auf der Saugseite, auf.
Mit Hilfe der Elektrokraftstoffpumpe können Drücke von beispielsweise 3 bis
6 bar erzeugt werden.
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Für direkteinspritzende
Brennkraftmaschinen sind Kraftstoffversorgungssysteme bekannt, die neben
der als Vorförderpumpe
arbeitenden Elektrokraftstoffpumpe mindestens eine weitere, in einer Reihenschaltung
zu der Elektrokraftstoffpumpe angeordnete Kraftstoffförderpumpe
aufweisen, die als eine Hochdruckkraftstoffpumpe ausgebildet ist.
Vorzugsweise wird die Hochdruckkraftstoffpumpe über eine Nockenwelle oder ähnliches
von der Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben. Durch die Hochdruckkraftstoffpumpe
können
die von der Elektrokraftstoffpumpe erzeugten relativ niedrigen Drücke auf
beispielsweise 120 bis 150 bar bei direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschinen
und auf etwa 1.300 bis 1.500 bar bei direkteinspritzenden Diesel-Brennkraftmaschinen
angehoben werden.
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Bei
den bekannten Kraftstoffversorgungssystemen für eine Saugrohreinspritzung
dient die Elektrokraftstoffpumpe als alleinige Kraftstoffförderpumpe,
durch die der Einspritzdruck erzeugt wird. Bei den Kraftstoffversorgungssystemen
für Direkteinspritzung
dient die Elektrokraftstoffpumpe dagegen lediglich als Vorförderpumpe.
Der eigentliche Einspritzdruck wird durch die in Strömungsrichtung nachgeschaltete
Hochdruckpumpe erzeugt.
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Bei
den bekannten Kraftstoffversorgungssystemen ergibt sich in Betriebsphasen
der Brennkraftmaschine mit einem erhöhten Bedarf an Kraftstoff,
insbesondere bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine im Teillast-
und Vollastbereich, das Problem, dass eine kontinuierliche Mengen-
und Druckanpassung der Elektrokraftstoffpumpe nicht oder nur unzureichend
realisiert werden kann. Das kann dazu führen, dass eine zuverlässige Versorgung
der Brennkraftmaschine in diesen Betriebsphasen nicht immer sichergestellt
werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Versorgung
einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, insbesondere in Betriebsphasen
der Brennkraftmaschine mit einem erhöhten Kraftstoffmengenbedarf,
zu verbessern.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgehend von dem Kraftstoffversorgungssystem der eingangsgenannten
Art vorgeschlagen, dass mindestens zwei der Kraftstoffförderpumpen
des Kraftstoffversorgungssystems als Elektrokraftstoffpumpen ausgebildet
sind.
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Vorteile der
Erfindung
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Erfindungsgemäß wird also
die bisher üblicherweise
in Kraftstoffversorgungssystemen eingesetzte eine Elektrokraftstoffpumpe
durch mindestens zwei in einer Reihenschaltung angeordnete Elektrokraftstoffpumpen
als separate Pumpstufen ersetzt. Dies ermöglicht es, die in Strömungsrichtung
zweite und gegebenenfalls alle nachfolgenden Elektrokraftstoffpumpen
auf einem separaten variablen Druckniveau bedarfsgesteuert Druck-
und Mengen zu regeln. Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems
ist außerdem
darin zu sehen, dass mit Hilfe der zweiten und allen nachgeordneten
Elektrokraftstoffpumpen das erzielbare Druckniveau erhöht werden
kann und flexibel auf beliebige Werte innerhalb eines vorgebbaren
Druckbereichs eingestellt werden kann. Zudem kann in einem Betrieb
der Brennkraftmaschine im Teillast- und Volllastbereich eine kontinuierliche
Mengen- und Druckanpassung
realisiert werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem
ist zusätzlich
zu einer konventionellen Elektrokraftstoffpumpe in Strömungsrichtung nach
dieser mindestens eine weitere Elektrokraftstoffpumpe in einem Kraftstoffpfad
von einem Kraftstoffvorratsbehälter
zu der Brennkraftmaschine angeordnet. Durch diese zusätzliche
Elektrokraftstoffpumpe kann der Kraftstoffdruck beispielsweise von etwa
2,5 bis 5 bar auf der Druckseite der ersten Elektrokraftstoffpumpe
auf etwa 8 bis 15 bar auf der Druckseite der zweiten Elektrokraftstoffpumpe
erhöht werden.
Die zweite und jede nachgeordnete Elektrokraftstoffpumpe kann während bestimmter
Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen ein erhöhter Kraftstoffmengenbedarf
besteht, aktiviert werden. Die zusätzlichen Elektrokraftstoffpumpen
können beispielsweise
während
einer Startphase der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem
Kaltstart, zusätzlich
zu der ersten Elektrokraftstoffpumpe aktiviert werden. Aber auch
bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine im Volllastbereich kann
die zweite und jede nachgeordnete Elektrokraftstoffpumpe zugeschaltet werden,
um von dem normalen Druckniveau in dem Kraftstoffversorgungssystem
auf der Druckseite der ersten Elektrokraftstoffpumpe zu dem erhöhten Betriebsdruck
auf der Druckseite der zweiten Elektrokraftstoffpumpe zu kommen.
Mit der zweiten und jeder nachgeordneten Elektrokraftstoffpumpe
kann eine Bedarfsregelung der geförderten Kraftstoffmenge und
des erzielbaren Kraftstoffdrucks dann realisiert werden, wenn die
erste Elektrokraftstoffpumpe mit voller Leistung die maximale Kraftstoffmenge
bei einem vorgegeben Druck liefert.
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Selbstverständlich kann
das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
sowohl für Brennkraftmaschinen
mit einer Saugrohreinspritzung als auch für direkt einspritzende Brennkraftmaschine eingesetzt
werden. Für
den Einsatz in direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen weist das
Kraftstoffversorgungssystem mindestens eine hydraulisch näher als
die Elektrokraftstoffpumpen an der Brennkraftmaschine angeordnete
mechanisch angetriebene Hochdruckpumpe auf. Für den Einsatz in Brennkraftmaschinen
mit Saugrohreinspritzung sind alle Kraftstoffförderpumpen des Kraftstoffversorgungssystems ausschließlich als
Elektrokraftstoffpumpen ausgebildet. Dabei wäre die Vorförderpumpen über mehrere separate Pumpenstufen
realisiert. Vorzugsweise weist das Kraftstoffversorgungssystem genau
zwei Elektrokraftstoffpumpen auf.
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Die
Bedarfsregelung der zweiten und jeder weiteren Elektrokraftstoffpumpe
kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Insbesondere ist
daran gedacht, dass das Kraftstoffversorgungssystem Steuerungsmittel
zur Realisierung einer Regelung des von der hydraulisch am nächsten zu
der Brennkraftmaschine angeordneten Elektrokraftstoffpumpe geförderten
Kraftstoffs auf ein vorgebbares Druckniveau aufweist. Das vorgebbare
Druckniveau ist vorzugsweise variabel.
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Die
Steuerungsmittel können
ganz unterschiedlich ausgebildet sein. Es ist insbesondere daran
gedacht, dass die Steuerungsmittel ein Steuergerät zum Ein- und Ausschalten
der hydraulisch am nächsten
zu der Brennkraftmaschine angeordneten Elektrokraftstoffpumpe, das
heißt
der zweiten und/oder jeden nachgeordneten Elektrokraftstoffpumpe,
beziehungsweise zum Variieren der Drehzahl dieser Elektrokraftstoffpumpe.
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Es
ist auch daran gedacht, dass die Steuerungsmittel ein ansteuerbares
Steuerungselement aufweisen, welches in einem Rücklauf von einer Druckseite
der hydraulisch am nächsten
zu der Brennkraftmaschine angeordneten Elektrokraftstoffpumpe in
den Kraftstoffvorratsbehälter
oder an die Saugseite dieser Elektrokraftstoffpumpe angeordnet ist.
Das Steuerungselement ist vorzugsweise elektrisch ansteuerbar, wobei
die Steuerungsmittel dann ein Steuergerät zum Ansteuern des Steuerungselements
aufweisen. Das Steuerungselement ist vorzugsweise als ein elektrisch
ansteuerbares Taktventil oder als ein elektrisch ansteuerbares proportionales Mengensteuerventil
ausgebildet.
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Darüber hinaus
wird vorgeschlagen, dass das Steuerungselement als ein mechanischer
Druckregler zum Regeln des auf der Druckseite der hydraulisch am
nächsten
an der Brennkraftmaschine angeordneten Elektrokraftstoffpumpe herrschenden Drucks
auf das vorgebbare Druckniveau ausgebildet ist. In einer Weiterbildung
der Erfindung ist jeder der Elektrokraftstoffpumpen des Kraftstoffversorgungssystems
ein mechanischer Druckregler zugeordnet, wobei die Druckregler jeweils
in einem Rücklauf
von einer Druckseite einer der Elektrokraftstoffpumpen in den Kraftstoffvorratsbehälter oder
an die Saugseite dieser Elektrokraftstoffpumpe angeordnet sind und die
Druckregler die auf der Druckseiten der Elektrokraftstoffpumpen
herrschenden Drücke
auf verschiedene Druckniveaus regeln. Die verschiedenen Druckniveaus
sind vorzugsweise von der ersten Elektrokraftstoffpumpe bis zu der
am nächsten
an der Brennkraftmaschine angeordneten Elektrokraftstoffpumpe anteigend.
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Als
eine weitere Lösung
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von der Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffversorgungssystem
mit mindestens zwei in einer Reihenschaltung angeordneten Elektrokraftstoffpumpen
aufweist.
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Zeichnungen
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden
alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination
den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Patentansprüchen
oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig von
ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung
beziehungsweise in der Zeichnung. Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Kraftstoffversorgungssystem
für eine
Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung in schematischer Darstellung;
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2 ein
erfindungsgemäßes Kraftstoffversorgungssystem
für eine
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung in schematischer Darstellung;
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3 das
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
aus 1 im Detail gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform;
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4 das
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
aus 1 im Detail gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform;
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5 das
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
aus 1 im Detail gemäß einer dritten bevorzugten
Ausführungsform;
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6 das
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
aus 1 im Detail gemäß einer vierten bevorzugten
Ausführungsform;
und
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7 eine
Steuerstrategie für
das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Diese umfasst ein Kraftstoffversorgungssystem 2 zum Fördern von
Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 3 in ein Ansaugrohr 4 der
Brennkraftmaschine 1. Von dort gelangt das Kraftstoff-Luft-Gemisch
in Brennräume 5 der
Brennkraftmaschine 1.
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Das
Kraftstoffversorgungssystem 2 umfasst eine erste Elektrokraftstoffpumpe 6,
welche Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 über einen
Kraftstofffilter 7 fördert.
Der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 in Strömungsrichtung
nachgeschaltet ist eine weitere Elektrokraftstoffpumpe 8,
durch die der von der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 geförderte Kraftstoff weiter
in einen Kraftstoffspeicher 9 gefördert wird, von wo der Kraftstoff über mindestens
ein Einspritzventil beziehungsweise mindestens eine Einspritzdrüse 10 in
das Ansaugrohr 4 gelangt.
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Durch
die erste Elektrokraftstoffpumpe 6 wird auf der Druckseite
ein Druck von etwa 2,5 bis 6 bar erzielt. Die zweite Elektrokraftstoffpumpe 8 erhöht diesen
Druck auf einen Betriebsdruck im Bereich von etwa 8 bis 15 bar.
Dieser Betriebsdruck liegt auf der Druckseite der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8,
also beispielsweise in dem Kraftstoffspeicher 9, an.
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Die
beiden in einer Reihenschaltung angeordneten Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 arbeiten
als separate Pumpenstufen. Statt lediglich zwei können auch
mehrere Elektrokraftstoffpumpen in einer Reihenschaltung angeordnet
werden. Die Reihenschaltung mehrerer Elektrokraftstoffpumpen hat
den Vorteil, dass die zweite und alle nachfolgenden Elektrokraftstoffpumpen 8,
zumindest aber die in Strömungsrichtung
letzte Elektrokraftstoffpumpe 8, auf ein separates variables
Druckniveau (den Betriebsdruck) bedarfsgesteuert druck- und mengengeregelt werden
kann. Eine Bedarfsregelung der Kraftstoffmenge und des Kraftstoffdrucks
mit Hilfe der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 erfolgt
dann, wenn die erste Elektrokraftstoffpumpe 6 mit voller
Leistung die maximale Kraftstoffmenge bei einem vorgegeben Druck liefert.
Das erhöhte
Druckniveau (der Betriebsdruck) kann flexibel auf beliebige Werte
innerhalb eines vorgebbaren Bereiches eingestellt werden. Zur Regelung
des Betriebsdrucks werden weiter unten verschiedene Möglichkeiten
beschrieben.
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Während bestimmter
Betriebsphasen bzw. unter bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1,
beispielsweise während
einer Startphase der Brennkraftmaschine 1, insbesondere
während
einer Kaltstartphase, oder bei einem Teillast- oder Volllastbetrieb
der Brennkraftmaschine 1 kann die zweite und jede weitere
Elektrokraftstoffpumpe 8 gezielt zugeschaltet werden. Dadurch
kann eine kontinuierliche Mengen- und Druckanpassung in beliebigen
Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 1 realisiert werden.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform
wird der von dem Kraftstoffversorgungssystem 2 geförderte Kraftstoff
nicht in ein Ansaugrohr 4, sondern direkt in die Brennräume 5 der
Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Über das Ansaugrohr 4 gelangt
lediglich Luft in die Brennräume 5.
Derartige direkteinspritzende Brennkraftmaschinen arbeiten mit einem
wesentlich höheren
Betriebsdruck als Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung (vergleiche 1).
Dieser erhöhte
Betriebsdruck liegt bei direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschinen
bei etwa 120 bis 150 bar und bei direkteinspritzenden Diesel-Brennkraftmaschinen
sogar bei 1.300 bis 1.700 bar.
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Damit
ein derart hoher Betriebsdruck in dem Kraftstoffspeicher 9 erreicht
werden kann, ist zusätzlich
zu den beiden Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 eine vorzugsweise
mechanisch angetriebene Hochdruckpumpe 11 vorgesehen, welche
den von den Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 geförderten
Kraftstoff mit Hochdruck in den Kraftstoffspeicher 9 fördert. Aus
dem Kraftstoffspeicher 9 führt eine Rückführleitung 11 zurück in den
Kraftstoffsvorratsbehälter 3,
wobei in der Rückführleitung 11 ein Überdruckventil 12 angeordnet
ist. Die Hochdruckpumpe 11 wird vorzugsweise über eine
Nockenwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 mechanisch
angetrieben. Die Hochdruckpumpe 11 ist in Strömungsrichtung
den beiden Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 nachgeordnet.
Auch bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen 1 mit
einer zusätzlichen
im Kraftstoffpfad angeordneten Hochdruckpumpe 11 hat die
Reihenschaltung von zwei oder mehr Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 die
oben angegebenen Vorteile.
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In 3 ist
das Kraftstoffversorgungssystem 2 aus 1 für eine Brennkraftmaschine 1 mit
Saugrohreinspritzung im Detail dargestellt. Die Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 sind
beide in dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 angeordnet.
Genauer gesagt, sind die beiden Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 zu
einem Modul zum Einbau in den Kraftstoffvorratsbehälter 3 zusammengefasst.
Die Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 sind in einer
Kraftstoffwanne 13 in dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 angeordnet.
Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei (bspw. bei schräg stehendem
Fahrzeug oder bei Quer- oder Längsbeschleunigung
des Fahrzeugs) schräg
stehendem Kraftstoffniveau in dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 der
Elektrokraftstoffpumpe 6 stets genug Kraftstoff zum Ansaugen
zur Verfügung
steht. Über
Saugstrahlpumpen, von denen in 3 eine beispielhaft
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist,
wird sichergestellt, dass unabhängig
von der Lage des Kraftstoffniveaus in dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 in
der Kraftstoffwanne 13 stets eine ausreichende Menge an
Kraftstoff zur Verfügung
steht, so lange noch Kraftstoff in dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 vorhanden
ist.
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Mit
dem Bezugszeichen 15 ist ein Satteltank bezeichnet, der
von dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 beispielweise
durch einen Kardantunnel räumlich
getrennt ist und lediglich über
Kraftstoffleitungen 16 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 in
Verbindung steht. Über
eine oder mehrere weitere Saugstrahlpumpen, von denen in 3 eine
beispielhaft dargestellt und mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet
ist, findet ein Austausch von Kraftstoff zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 und
dem Satteltank 15 statt. Der Kraftstofffluss aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 in
den Satteltank 15 über
eine der Verbindungsleitungen 16 kann mittels eines elektrisch
ansteuerbaren Ventils 18 variiert werden. Mittels eines Überdruckventils 19 wird
das Druckniveau des von der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 geförderten
Kraftstoffes auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten.
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An
dem Kraftstoffspeicher 9 ist ein Drucksensor 20 vorgesehen,
um den in dem Kraftstoffspeicher 9 herrschenden Betriebsdruck
zu erfassen. An dem Ansaugrohr 4 der Brennkraftmaschine 1 ist
ein Drucksensor 21 vorgesehen, um den Saugrohrdruck zu
erfassen. In einem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine 1 in
Strömungsrichtung
vor dem Ansaugrohr 4 sind eine optionale Aufladung 22 (zum Beispiel
ein elektrisch oder mechanisch angetriebener Turbolader, Kompressor
oder ähnliches),
ein Luftmassensensor 23 und eine Drosselklappe 24 angeordnet.
Mit dem Bezugszeichen 25 ist ein Relais für die Elektrokraftstoffpumpe 6 bezeichnet.
An dem Relais 25 liegt eine Spannungsversorgung UBatt, sowie ein Schaltsignal Kl15 (Klemme 15)
von einem Ein- bzw. Ausschalter (zum Beispiel von einem Zündschlüssel oder
einem Ein-/Ausschaltknopf) für
die Brennkraftmaschine 1 an. Mit den Bezugszeichen 27 und 28 sind
elektrische Schalt- bzw. Steuergeräte zur Signalumwandlung, Signalverstärkung und
Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 bezeichnet.
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Mit
dem Bezugszeichen 29 ist ein Steuergerät für die Brennkraftmaschine 1 bezeichnet,
das beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet ist. Das
Steuergerät 29 umfasst
ein Speicherelement 30, das beispielsweise als ein Flash-Speicher ausgebildet
ist. Auf dem Speicherelement 30 ist ein Computerprogramm
abgespeichert, das auf einem Rechengerät 31 des Steuergeräts 29 ablauffähig ist.
Das Rechengerät 31 ist
beispielsweise als ein Mikroprozessor ausgebildet. Zum Abarbeiten
des Computerprogramms wird dieses von dem Speicherelement 30 entweder
abschnittsweise, beispielsweise befehlsweise, oder als Ganzes über eine
Datenverbindung 32 an das Rechengerät 31 übertragen.
Während
der Abarbeitung des Computerprogramms auf dem Rechengerät 31 ermittelte
Ergebnisse oder andere Daten können
in umgekehrter Richtung von dem Rechengerät 31 über die
Datenverbindung 32 an das Speicherelement 30 übertragen
werden, wo sie zum Beispiel für
eine spätere
Weiterverarbeitung abgelegt werden.
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Durch
die Abarbeitung des Computerprogramms auf dem Rechengerät 31 werden
Ansteuersignale für
verschiedene Bauteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 2 erzeugt.
Dabei können
verschiedene Steuerstrategien für
den Betrieb des Kraftstoffversorgungssystems 2 verfolgt werden.
Unter anderem wird in dem Steuergerät 29 ein Signal 33 für die Spannungsversorgung
der Drucksensoren 20, 21 erzeugt und an diese übermittelt.
Das von dem Drucksensor 20 erfasste Drucksignal 34 und
das von dem Drucksensor 21 erfasste Drucksignal 35 wird
an das Steuergerät 29 übermittelt.
Mit den Bezugszeichen 36 und 37 sind Signale zur
Ansteuerung der Relais 25, 26 der Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 bezeichnet.
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Mit
dem Bezugszeichen 38 ist ein Steuersignal für das erste
elektrische Schalt- bzw. Steuergerät 27 der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 bezeichnet. Bei
dem Steuersignal 38 handelt es sich beispielsweise um ein
analoges oder ein pulsweitenmoduliertes Signal. Mit dem Bezugszeichen 39 ist
ein Steuersignal für
das zweite elektrische Schalt- bzw. Steuergerät 28 zur Ansteuerung
der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 bezeichnet. Schließlich ist
mit dem Bezugszeichen 40 ein Signal zur Ansteuerung des
elektrischen Schaltventils 18 bezeichnet.
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Das
Signal 39 ist abhängig
von verschiedenen Parametern der Brennkraftmaschine 1,
des Kraftfahrzeugs und/oder der Umgebung, wie beispielsweise von
der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und der Umgebungstemperatur.
Die elektrischen Schalt- bzw. Steuergeräte 27, 28 setzen
die Steuersignale 38, 39 des übergeordneten elektronischen
Motorsteuergeräts 29 in
proportionale Signale zum Betrieb der Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 um.
Dabei wird die erste Elektrokraftstoffpumpe 6 vorzugsweise
mit maximaler Förderrate
betrieben. Die zweite Elektrokraftstoffpumpe 8 wird vorzugsweise
variabel bedarfsgeregelt. Die Bedarfsregelung von Kraftstoffmenge
und Kraftstoffdruck der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 wird
von dem elektronischen Motorsteuergerät 29 auf den Betriebszustand
der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 abgestimmt und abhängig davon
variiert. Die Steuersignale 38, 39 des elektronischen
Motorsteuergeräts 29 können analoge
oder pulsweitenmodulierte Signale sein. Die von den Schalt- bzw.
Steuergeräte 27, 28 erzeugten
Ansteuersignale zum Ansteuern der Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 sind
vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signale.
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Je
nach Ansteuerung der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 fördert diese
mehr oder weniger Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 9,
wodurch sich der in dem Kraftstoffspeicher 9 herrschende
Betriebsdruck erhöht
beziehungsweise (bei Einspritzung von Kraftstoff in das Ansaugrohr 4 der
Brennkraftmaschine 1 und einer demgegenüber geringeren Fördermenge
der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8) erniedrigt. Bei dieser
Ausführungsform
umfassen die Steuerungsmittel zur Realisierung einer bedarfsgesteuerten
Regelung des von der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 geförderten
Kraftstoffs auf eine vorgebbares Druckniveau des Betriebsdrucks
also das Steuergerät 29 mit
dem auf dem Rechengerät 31 ablaufenden
Steuerprogramm sowie die Schalt- bzw. Steuergeräte 27, 28 zur
Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpen 6, 8.
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In 4 ist
das Kraftstoffversorgungssystem 2 aus 1 gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
im Detail dargestellt. Das in 4 dargestellte
Kraftstoffversorgungssystem 2 unterscheidet sich von dem
in 3 dargestellten insbesondere dadurch, dass in
Strömungsrichtung
nach der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 eine Rückführleitung 41 mit
einem darin angeordneten Steuerungselement 42 abzweigt, über welche
von der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 geforderter Kraftstoff
wieder zurück
in den Kraftstoffvorratsbehälter 3 geführt werden
kann. Das Steuerungselement 42 ist elektrisch ansteuerbar
und wird mittels eines von dem Steuergerät 29 generierten Ansteuersignals 43 angesteuert.
Mittels des Steuerungselements 42 kann der Kraftstoffdurchfluss über die
weitere Rückführleitung 41 variiert
werden. Bei dieser Ausführungsform
umfassen die Steuerungsmittel zur Realisierung einer bedarfsgesteuerten
Regelung des von der zweiten Elektrokraftstoffpumpe 8 geförderten
Kraftstoffs auf eine vorgebbares Druckniveau des Betriebsdrucks also
das Steuergerät 29 mit
dem auf dem Rechengerät 31 ablaufenden
Steuerprogramm sowie das Steuerungselement 42.
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Das
Steuerungselement 42 ist beispielsweise als ein elektrisches
Taktventil ausgebildet, das ein Magnetventil sein kann und das derart
getaktet angesteuert werden kann, dass entsprechend der Taktung ein
proportionaler Durchfluss durch die Rückführleitung 41 bereitgestellt
wird und somit ein variabler, bedarfsgeregelter Betrieb der zweiten
Elektrokraftstoffpumpe 8 ermöglicht wird.
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Alternativ
kann das Steuerungselement 42 auch als ein proportional öffnendes
elektrisches Mengensteuerventil ausgebildet sein, das mittels des
Ansteuersignals 43 bestromt oder getaktet wird, so dass es
abhängig
von der Bestromung beziehungsweise der Häufigkeit der Taktung proportional öffnet. Dadurch
wird ein der Bestromung oder der Taktung entsprechender Querschnitt
des Mengensteuerventils freigegeben und ein dem freigegeben Querschnitt entsprechender
proportionaler Durchfluss bereitgestellt.
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In 5 ist
das Kraftstoffversorgungssystem 2 aus 1 gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
im Detail dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungselement 42 als ein
mechanischer Druckregler 43 ausgebildet.
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In 6 ist
das Kraftstoffversorgungssystem 2 aus 1 gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform
im Detail dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungselement 42 als ein
mechanischer Druckregler 43 ausgebildet. Zusätzlich ist
der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 ebenfalls ein mechanischer
Druckregler 44 zugeordnet, der den Druck auf der Druckseite
der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 auf ein unterhalb des
Betriebsdrucks liegendes Druckniveau regelt. Jede der beiden Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 wird
also mittels der mechanischen Druckregler 43, 44 auf
ein separates Druckniveau geregelt.
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Bei
den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen
sind die beiden Elektrokraftstoffpumpen 6, 8,
die Kraftstofffilter 7 und der oder jeder mechanische Druckregler 43 vorzugsweise
zu einem Modul zusammengefasst, das zum Einbau in den Kraftstoffvorratsbehälter 3 vorgesehen
ist. Bei den in den 3 bis 6 dargestellten
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 2 kann
eine Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpen 6, 8 durch
das Steuergerät 29 auch
unterbleiben. Der Betriebsdruck wird dann allein über das
Steuerungselement 42 bzw. den mechanischen Druckregler 43 eingestellt
und geregelt. Das Steuerungselement 42 kann dabei mechanisch oder
beispielsweise von dem Steuergerät 29 elektrisch
angesteuert werden.
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In 7 ist
eine Steuerstrategie für
das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem 2 dargestellt.
Auf der x-Achse sind verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise des
Kraftfahrzeugs aufgetragen. Auf der linken Seite der y-Achse ist
der in dem Kraftstoffspeicher 9 herrschende Betriebsdruck
in kPa (100 kPa entsprechen 1 bar) aufgetragen. Auf der rechten
Seite der y-Achse ist der Bedarf der Brennkraftmaschine 1 an
Kraftstoff in l/h aufgetragen. In dem Diagramm in 7 ist
der aktuelle Kraftstoffbedarf in den verschiedenen Betriebszuständen durch
eine Linie 50 aufgetragen. Die beiden oberen Linien 51, 52 in
dem Diagramm geben den in dem aktuellen Betriebspunkt in dem Kraftstoffspeicher 9 herrschenden
Betriebsdruck wieder, wobei die untere Linie 51 für eine warme
Brennkraftmaschine 1 und die obere Linie 52 für eine kalte
Brennkraftmaschine 1 gilt. Die Linien 53 und 54 oberhalb beziehungsweise
unterhalb des Betriebsdruckverlaufs bei warmer beziehungsweise bei
kalter Brennkraftmaschine 1, beschränken in etwa den Bereich, in dem
sich der tatsächliche
Betriebsdruck aufgrund von Pulsationen in dem Kraftstoffversorgungssystem 2 bewegen
kann. Mit dem Bezugszeichen 55 ist der Druckbereich bezeichnet,
der von der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 erzielt werden
kann. Der darüber hinausgehende
Druckbereich, der durch die zweite Elektrokraftstoffpumpe 8 erzielt
wird, ist mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnet.
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Gemäß der in 7 dargestellten
Steuerstrategie liegt bei abgestelltem Kraftfahrzeug in dem Kraftstoffspeicher 9 ein
Betriebsdruck von 2,5 bar (bei warmer Brennkraftmaschine 1)
beziehungsweise von 3,0 bar (bei kalter Brennkraftmaschine 1)
an. Dieses Druckniveau kann allein durch die erste Elektrokraftstoffpumpe 6 erzielt
werden. Bereits während einer
Startphase der Brennkraftmaschine 1 wird der Betriebsdruck
jedoch auf ein Druckniveau von etwa 4,5 bar (bei warmer Brennkraftmaschine 1)
beziehungsweise 10 bar (bei kalter Brennkraftmaschine 1) erhöht. Zur
Erhöhung
des Betriebsdrucks auf diese Druckwerte wird die zweite Elektrokraftstoffpumpe 8 zugeschaltet.
Während
der Startphase der Brennkraftmaschine 1 beim Übergang
in einen Leerlaufbetrieb (LL) benötigt die Brennkraftmaschine 1 in
etwa eine konstante Kraftstoffmenge. Dementsprechend wird auch das
Druckniveau von 4,5 bar beziehungsweise 10 bar beibehalten. Beim Übergang
aus dem Leerlaufbetrieb in den Teillastbetrieb (TL) steigt der Kraftstoffbedarf
der Brennkraftmaschine 1 an. Dennoch sinkt der Betriebsdruck
auf einen Wert von etwa 3 bar, wobei sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
und der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 1 die Verläufe 21, 22 des
Betriebsdrucks langsam annähern,
da sich die zunächst
kalte Brennkraftmaschine 1 mit der Zeit erwärmt.
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Während des
Teillastbetriebs der Brennkraftmaschine wird der Betriebsdruck in
dem Kraftstoffspeicher 9 unabhängig von dem Kraftstoffbedarf
der Brennkraftmaschine 1 auf einem im Wesentlichen konstanten
Niveau gehalten. Dieses Druckniveau kann allein von der ersten Elektrokraftstoffpumpe 6 erzielt
werden, so dass die zweite Elektrokraftstoffpumpe 8 während dieser
Zeit abgeschaltet werden kann. Sobald jedoch die Brennkraftmaschine 1 im Volllastbereich
(VL) betrieben wird und der Kraftstoffmengenbedarf ansteigt, steigt
der Betriebsdruck auf Werte im Bereich von etwa 10 bar steil an.
Zur Erhöhung
des Betriebsdrucks auf diese Druckniveau muss wieder die zweite
Elektrokraftstoffpumpe 8 zugeschaltet werden.
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Durch
die Erhöhung
des Betriebsdrucks im Volllastbetrieb kann eine höhere Kraftstoffdurchflussmenge
bereitgestellt werden bzw. die Auslegung der nominalen Durchflussmenge eines
Einspritzventils 10 bei Standarddruck verringert werden.
Dies schlägt sich
in einer verbesserten Gemischaufbereitung und damit zu einem verringerten
Wasserstoff-Kohlenstoff (HC)-Ausstoß.
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem 2 eignet
sich insbesondere zur Verbesserung der Laufruhe, zur Verringerung
des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes. Insbesondere
eignet es sich bei Saugrohreinspritzmotoren zur Realisierung von
Niedrigst-Emissionskonzepten
für zukünftige Abgasgesetzgebungen.