DE102004008478B4

DE102004008478B4 - Fördermengenregelung einer Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102004008478B4
Application number: DE200410008478
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: DE102004008478A1

Abstract

Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einer vorgeschalteten elektrischen Kraftstoffvorförderpumpe, die einen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einem Niederdruckeingang der Kraftstoffhochdruckpumpe fördert, wobei die elektrische Kraftstoffvorförderpumpe bezüglich ihrer Fördermenge geregelt ist und sie entweder unmittelbar an der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet ist oder in die Kraftstoffhochdruckpumpe integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einer vorgeschalteten elektrischen Kraftstoffvorförderpumpe.

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 „Dieselmotoren für die neue E-Klasse", S. 240 ff., 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 Kraftstofftemperaturum 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.

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.

Neben den elektrischen Vorförderpumpen sind z.B. aus der DE 197 36 160 A1 mechanische Vorförderpumpen bekannt, die unmittelbar von der Antriebswelle der Kraftstoffhochdruckpumpe angetrieben werden. Nachteilig ist hierbei, dass die Förderleistung direkt von der Drehzahl der Antriebswelle abhängt und eine schnelle und genaue Regelung der Kraftstoffmenge nicht möglich ist.

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.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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.

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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung,
2a: eine dreidimensionale Darstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit angeflanschter Kraftstoffvorförderpumpe und
2b: eine weitere dreidimensionale Darstellung der in 2a gezeigten Pumpenanordnung.
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 1 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 überraschender Weise 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.
Die Kraftstoffvorförderpumpe 2 kann entweder unmittelbar an die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeflanscht sein oder direkt mit in das Pumpengehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 integriert sein.
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.
Anstelle eines Saugwindkesses kann auch eine elastische Membran verwendet werden, die vorzugsweise im Kraftstofffilter angeordnet ist und ebenfalls als Dämpfungselement wirkt.
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.
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.
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.