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Die
Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem,
mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einer vorgeschalteten elektrischen
Kraftstoffvorförderpumpe.
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Bei
den gattungsgemäßen Pumpenanordnungen
wird der Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffvorförderpumpe
aus einem Kraftstofftank zu einem Niederdruckeingang der Kraftstoffhochdruckpumpe
gefördert.
Die Regelung der Kraftstoffhochdruckpumpe kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen. Einen Überblick über die
verschiedenen Regelungsarten kann man beispielsweise der „MTZ Motortechnische
Zeitung" 4/2002,
63 Jahrgang entnehmen. Im Wesentlichen werden zwei unterschiedliche Arten
der Regelung unterschieden. Im ersten Fall wird die Hochdruckpumpe
stehts mit voller Förderleistung
gefahren. Mit einem Druckregelventil welches hinter der Hochdruckpumpe
angeordnet ist wird der Systemdruck je nach Motordrehzahl und Motorlast
durch Absteuerung des Druckregelventils geregelt. Hierdurch ist
allerdings eine erhöhte
Antriebsleistung erforderlich und bei hohen Raildrücken kommt
es zu einem Anstieg der Kraftstofftemperatur im Kraftstoffeinspritzsystem.
Die zweite Regelung der Pumpenanordnung sieht vor, dass die Befüllung der
Kraftstoffhochdruckpumpe bedarfsgerecht mit einem Drosselventil
eingeregelt wird, wodurch die Antriebsleistung der Hochdruckpumpe
reduziert werden kann. Entsprechend eines in der Motorsteuerung
abgelegten Kennfeldes wird der Kraftstoffbedarf bestimmt und die
Pumpenzylinder der Hochdruckpumpe entsprechend nur teilbefüllt. Für einen
schnellen Druckabbau kann dabei weiterhin ein Druckregelventil am
Rail vorgesehen sein. Durch das der Hochdruckpumpe vorgeschaltete
Dros selventil steigt allerdings die notwendige Förderleistung der Kraftstoffvorförderpumpe
an.
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Beide
Arten der Regelung haben den Nachteil, dass die elektrische Kraftstoffvorförderpumpe stets
mit Förderhöchstleistung
betrieben werden muß.
Um diesen Nachteil zu beheben werden in jüngster Zeit elektrische Kraftstoffvorförderpumpen verwendet,
die als Intankpumpen ausgebildet sind und die über eine Fördermengenverstellung verfügen. Die
Vorfördermengenverstellung
erfolgt durch eine Variation des elektrischen Stromes. Durch die elektrische
Verstellung der Kraftstoffvorförderpumpe wird
nur der tatsächlich
erforderliche Kraftstoff zur Kraftstoffhochdruckpumpe geliefert.
Die elektronisch geregelten Intankpumpen haben allerdings das Problem,
dass die Intankpumpe und die Kraftstoffhochdruckpumpe räumlich weit
auseinander angeordnet sind. Dadurch ist zwischen der Intankpumpe
und der Kraftstoffhochdruckpumpe eine relativ lange Kraftstoffleitung
vorhanden. Die lange Kraftstoffleitung hat die Wirkung einer hydraulische
Kapazität
wodurch es zu einer ungenauen und langsamen Regelung der Kraftstoffversorgung
kommt. Nachteilig ist zudem, dass relativ lange und teure Stromleitungen
vom Motorraum (Batterie) zum Tank verlegt werden müssen um
die Kraftstoffvorförderpumpe
mit Energie zu versorgen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einer vorgeschalteten elektrischen
Kraftstoffvorförderpumpe
bereitzustellen, wobei die elektrische Kraftstoffvorförderpumpe
eine Fördermengenverstellung
erlaubt und bei der eine schnelle und genaue Regelung der Kraftstoffmenge
erzielt wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Pumpenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische
Kraftstoffvorförderpumpe
bezüglich
ihrer Fördermenge
geregelt ist und dass sie entweder unmittelbar an der Kraftstoffhochdruckpumpe
angeordnet ist oder das sie in die Kraftstoffhochdruckpumpe integriert
ist. Durch die raumnahe Anordnung von Kraftstoffvorförderpumpe
und Kraftstoffhochdruckpumpe sind nur kurze Kraftstoffleitungen
zwischen den beiden Pumpen erforderlich. Hierdurch kann die hydraulische
Kapazität
der hydraulischen Verbindung auf ein Mindestmaß verringert werden. Damit
ergibt sich eine hohe Regelgeschwindigkeit und eine hohe Regelgenauigkeit
der Pumpenanordnung. Zudem können
die elektrischen Leitungen zur Stromversorgung der Kraftstoffvorförderpumpe
ebenfalls sehr kurz ausgeführt
werden, da sich sowohl die Kraftstoffvorförderpumpe als auch die Stromversorgung
(Batterie) im Motorraum befinden.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorfördermengenregelung der
Kraftstoffhochdruckpumpe ausschließlich durch die Kraftstoffvorförderpumpe
erfolgt. Durch die hohe Regelgeschwindigkeit und die hohe Regelgenauigkeit
kann auf die sonst übliche
Saugdrosselung mit Hilfe eines Volumenstromregelventils oder die
Druckregelung über
das Druckregelventil verzichtet werden. Hierdurch ergibt sich eine
erhebliche Kosteneinsparung.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sieht vor, dass
die Kraftstoffvorförderpumpe
zwei Ausgänge
aufweist, wobei der eine Ausgang mit einem Hochdruckteil der Kraftstoffhochdruckpumpe
und der andere Ausgang mit einem Spülkanal der Kraftstoffhochdruckpumpe
verbunden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Hochdruckpumpe
stets eine ausreichende Spülmenge
zur Kühlung
zur Verfügung
steht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
auf der Saugseite der Kraftstoffvorförderpumpe unmittelbar ein Kraftstofffilter angeordnet
ist.
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Der
Kraftstofffilter ist dabei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung derart ausgebildet, dass er ein Dämpfungselement aufweisen, welche
Schwingungen einer Flüssigkeitssäule in der
Ansaugleitung der Kraftstoffvorförderpumpe dämpft.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist der Kraftstofffilter als Saugwindkessel ausgebildet. Derartige
Saugwindkessel haben bei einem einfachen Aufbau ein gutes Dämpfungsverhalten
bezüglich
Druckschwankungen der Flüssigkeitssäule.
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Die
vorliegende Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, dass die
elektrische Kraftstoffvorförderpumpe
raumnah an der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Durch die geringe
Entfernung zwischen der Kraftstoffvorförderpumpe und der Hochdruckpumpe
wird eine hohe Dynamik und eine besonders gute Regelgenauigkeit
der Pumpenanordnung erzielt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
erläutert.
Es zeigt:
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1:
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung,
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2a:
eine dreidimensionale Darstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe
mit angeflanschter Kraftstoffvorförderpumpe und
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2b:
eine weitere dreidimensionale Darstellung der in 2a gezeigten
Pumpenanordnung.
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1 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 1 und
einer vorgeschalteten elektrischen Kraftstoffvorförderpumpe 2. Der
Kraftstoff wird zunächst
von der Kraftstoffvorförderpumpe 2 aus
einem Kraftstofftank 3 zur Hochdruckpumpe 1 gefördert. Dort
wird der Kraftstoff verdichtet und über einen Hochdruckausgang
zu einem gemeinsamen Hochdruckspeicher 5, dem sogenannten
Common-Rail, geleitet. Vom Common-Rail führen Leitungen zu den einzelnen
Einspritzventilen der Verbrennungsmaschine. Die Kraftstoffvorförderpumpe 2 ist
unmittelbar an die Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet. Durch die
unmittelbare Anordnung der Kraftstoffvorförderpumpe 2 an die
Hochdruckpumpe 1 ist nur eine sehr kurze Kraftstoffleitung 6 zwischen der
Kraftstoffvorförderpumpe 2 und
der Hochdruckpumpe 1 vorhanden. Durch diese kurze Kraftstoffleitung 6 ergibt
sich in überraschenderweise
eine sehr hohe Dynamik der Pumpenanordnung. Hierdurch ergibt sich
eine hohe Regelgenauigkeit und eine hohe Regelgeschwindigkeit. Durch
die Anordnung der Kraftstoffvorförderpumpen
im Motorraum ergibt sich zudem ein einfache elektrische Verbindung
zwischen der Kraftstoffvorförderpumpe 2 und
der Stromversorgung. Die elektrischen Leitungen können sehr
kurz ausgebildet sein.
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Die
Kraftstoffvorförderpumpe
kann entweder unmittelbar an die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeflanscht
sein oder direkt mit in das Pumpengehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 integriert
sein.
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Saugseitig
der Kraftstoffvorförderpumpe 2 ist ein
Kraftstofffilter 4 angeordnet. Der Kraftstofffilter ist dabei
vorzugsweise als Saugwindkessel ausgebildet. Ein solcher Saugwindkessel
wirkt als Dämpfungselement,
welches Schwingungen in der Kraftstoffleitung aufgrund einer Beschleunigung
beziehungsweise Abbremsung der Kraftstoffsäule verringert. Da solche Saugwindkessel
bereits aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind wird
hier nicht näher
auf die Funktion eines solchen Saugwindkessels eingegangen.
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Anstelle
eines Saugwindkesses kann auch eine elastische Membran verwendet
werden, die vorzugsweise im Kraftstofffilter angeordnet ist und
ebenfalls als Dämpfungselement
wirkt.
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Durch
die hohe Dynamik und die gute Regelgenauigkeit der Pumpenanordnung
kann auf zusätzliche
Maßnahmen
zur Regelung der Vorfördermenge verzichtet
werden. Es ist kein zusätzliches
Drosselventil erforderlich. Ebenso kann auf einen Druckregelventil
verzichtet werden, welches üblicherweise hinter
der Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. im Common-Rail vorgesehen ist.
Durch den Verzicht auf zusätzlicher
Regelelemente erzielt man eine deutliche Kosteneinsparung und die
Pumpenanordnung kann erheblich kompakter ausgebildet werden. Dadurch, dass
die Kraftstoffvorförderpumpe
bedarfsgerecht gesteuert wird ist zudem ein besonders ökonomischer
Betrieb möglich.
Die Steuerung der elektrischen Kraftstoffvorförderpumpe kann auf einfache Weise
durch Beeinflussung des elektrischen Stroms erfolgen. Die Ansteuerung
erfolgt dabei üblicherweise über ein
in der Motorsteuerung abgelegtes Kennfeld oder durch einen geschlossenen
Regelkreis mit dem Druckregelventil im Common-Rail.
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2a und
b zeigen jeweils eine dreidimensionale Darstellung einer Pumpenanordnung,
bei der die Kraftstoffvorförderpumpe
von außen
an die Kraftstoffhochdruckpumpe angeflanscht ist. Die Kraftstoffvorförderpumpe
ist dabei zwischen zwei Zylindern der Hochdruckkolbenpumpe angeordnet,
hierdurch ergibt sich eine besonders platzsparende Pumpenanordnung.
Das Anflanschen der Kraftstoffvorförderpumpe an die Kraftstoffhochdruckpumpe
ist auch noch nachträglich,
an älteren
Kraftstoffhochdruckpumpen möglich.
Hierdurch lässt
sich nachträglich eine
verbesserte Regelgenauigkeit und Regelgeschwindigkeit des Systems
erzielen. Eine noch kompaktere Pumpenanordnung lässt sich erreichen, indem die
Pumpe direkt in das Gehäuse
der Kraftstoffhochdruckpumpe integriert wird.
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Durch
die raumnahe Anordnung von Kraftstoffvorförderpumpe und Kraftstoffhochdruckpumpe lässt sich
somit die Regelgenauigkeit und die Regelgeschwindigkeit deutlich
verbessern. Gleichzeitig können
Kosten eingespart werden, da auf zusätzliche Regeleinrichtungen
verzichtet werden kann. Nicht zuletzt ergibt sich eine Kostenersparung
dadurch, dass zur Versorgung der elektrischen Kraftstoffvorförderpumpe
wesentlich kürzere
elektrische Leitungen notwendig sind.