-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 10 2005 052 636 A1 ist ein gattungsgemäßes Kraftstoffsystem bekannt, welches eine Förderpumpe umfasst, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter fördert. Von der Förderpumpe gelangt der Kraftstoff über eine als Zumesseinheit bezeichnete Einstelleinrichtung zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die den Kraftstoff verdichtet und einen Kraftstoffspeicher („Rail“) speist. An den Kraftstoffspeicher sind mehrere Kraftstoffinjektoren angeschlossen. Der Druck im Kraftstoffspeicher wird unter anderem mittels eines Absteuerventils eingestellt. An dem Kraftstoffspeicher ist ein Absteuerventil angeschlossen, von dem eine Absteuerleitung zum Kraftstoffbehälter zurückführt. In der Absteuerleitung ist des weiteren eine Strömungsdrossel angeordnet. Der stromaufwärts sowie der stromabwärts der Strömungsdrossel gelegene Abschnitt der Absteuerleitung ist jeweils mittels einer Steuerleitung mit der Einstelleinrichtung verbunden. Die Einstelleinrichtung weist dabei einen Steuerkolben auf, der in Abhängigkeit des Drucks in der Absteuerleitung den Zufluss zur Kraftstoffpumpe beeinflusst. Dadurch werden die Funktion des Absteuerventils und der Einstelleinrichtung in gewisser Weise gekoppelt. Wird nämlich vom Absteuerventil Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher abgesteuert, bedeutet dies, dass die Kraftstoffpumpe zu viel Kraftstoff fördert, die Einstelleinrichtung also in Schließrichtung bewegt werden muss. Wird dagegen kein Kraftstoff vom Absteuerventil abgesteuert, kann die Einstelleinrichtung vollständig geöffnet sein. Die Erfinder der
DE 10 2005 052 636 A1 haben erkannt, dass dieser funktionale Zusammenhang nicht mehr über den Umweg des Steuergeräts, sondern direkt zwischen dem Absteuerventil bzw. dem von diesem abgesteuerten Kraftstoffstrom und der Einstelleinrichtung hergestellt werden kann.
-
Durch die
DE 199 33 198 A1 ist ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Kraftstoffpumpe und einem von dieser gespeisten Kraftstoffspeicher, welcher mit einem Absteuerventil verbunden ist. Es ist eine Einstelleinrichtung für den Zulauf zur Kraftstoffpumpe vorgesehen, die einen Steuerkolben mit einer ersten Steuerfläche aufweist, die mit dem in einer Absteuerleitung herrschenden Druck beaufschlagt ist, wobei der Druck in der Absteuerleitung von der Stellung des Absteuerventils beeinflusst wird. Wie beim Kraftstoffsystem der
DE 10 2005 052 636 A1 wird durch die Stelleinrichtung abhängig von der durch das Absteuerventil absteuerten Kraftstoffmenge der Zulauf zur Kraftstoffpumpe geändert.
-
Vorteile der Erfindung
-
Dadurch, dass erfindungsgemäß der Steuerkolben wenigstens eine mit der Absteuerleitung verbundene Längsbohrung zur Weiterleitung wenigstens eines Teils des in der Absteuerleitung strömenden Fluids und ferner einen Ringspalt aufweist, welcher in Abhängigkeit der Stellung des Steuerkolbens den Zufluss zur Kraftstoffpumpe beeinflusst, werden verschiedene Funktionen bauraumoptimiert zusammengefasst. Zudem ergibt sich eine Kostenreduktion dadurch, dass der Aufbau einfach ist und die Anzahl der benötigten Bohrungen reduziert wird.
-
Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Längsbohrung als Strömungsdrossel ausgebildet ist. Durch die Ausbildung wenigstens eines Teils der Längsbohrung als Strömungsdrossel sowie der Ausbildung eines Ringspalts in dem Steuerkolben werden drei Funktionsgruppen in dem Steuerkolben integriert. Hierbei handelt es sich um die Funktionsgruppe Strömungsdrossel, die Funktionsgruppe Leitungsführung und die Funktionsgruppe Saugdrosselventil (Zufluss zur Kraftstoffpumpe). Die Zusammenfassung der Funktionsgruppen vereinfacht die Konstruktion der Einstelleinrichtung. Die erfindungsgemäße Lösung bietet zudem den Vorteil, dass die Integration im Steuerkolben auf kleinstem Raum erfolgen kann. Zudem ist der Druckabfall gering, was sich als bedeutsam zur Befüllung der Kraftstoffpumpe über deren Saugventile herausgestellt hat. Die erfindungsgemäße Lösung bietet darüber hinaus den Vorteil einer geringen Lageempfindlichkeit des Steuerkolbens gegenüber Druck-Schwingungen im Pumpenzulauf, da der Ringspalt im Steuerkolben eine radiale Anströmung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Steuerkolben hohl ausgebildet werden kann, wodurch die zu bewegenden Massen reduziert werden.
-
Von Vorteil ist eine Ausbildung der Längsbohrung als axiale Bohrung im Steuerkolben. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Längsbohrung wenigstens zwei Durchmesser aufweist, wobei der erste Durchmesser die Strömungsdrossel bildet und der zweite, größere Durchmesser als Strömungskanal ausgebildet ist. Somit stellt die axiale Bohrung im Steuerkolben die Strömungsdrossel dar. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der durch den ersten Durchmesser gebildete Teil der Bohrung kurz ist. Von Vorteil ist es weiterhin, wenn lediglich zwei Durchmesser gebohrt werden, das heißt die Längsbohrung nur zwei Durchmesser aufweist. Der Strömungskanal kann vorzugsweise komplett mit einem Durchmesser gebohrt werden.
-
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die erste Steuerfläche eine stromaufwärts der Strömungsdrossel gelegene erste Stirnfläche des Steuerkolbens ist, von welcher sich die Längsbohrung durch den Steuerkolben erstreckt. Erfindungsgemäß kann dabei ferner vorgesehen sein, dass der Steuerkolben mit einer Vorspannkraft beaufschlagt ist, welche entgegen dem Druck wirkt, mit dem die erste Steuerfläche beaufschlagt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass zum Erzeugen mindestens eines Teils der Vorspannkraft eine zweite Steuerfläche des Steuerkolbens hydraulisch mit einem stromabwärts von der Strömungsdrossel gelegenen Bereich des Strömungskanals verbunden ist. Ein anderer Teil der Vorspannkraft kann beispielsweise über eine Feder erzeugt werden. Somit lässt sich in besonders vorteilhafter Weise die Stellung des Steuerkolbens und somit der Zufluss zur Kraftstoffpumpe beeinflussen. Wird nämlich vom Absteuerventil Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher abgesteuert, bedeutet dies, dass der Druck in der Absteuerleitung steigt. Damit steigt auch der auf die erste Steuerfläche bzw. die erste Stirnfläche des Steuerkolbens (welche sich stromaufwärts zur Strömungsdrossel befindet) wirkende Druck. Je größer der Druck auf die erste Stirnfläche des Steuerkolbens ist, desto mehr verschiebt sich der Steuerkolben entgegen der Vorspannkraft. Damit kann erreicht werden, dass bei steigendem Druck in der Absteuerleitung der Steuerkolben so verschoben wird, dass der Zufluss zur Kraftstoffpumpe reduziert wird. Umgekehrt wird bei einer Absenkung des Drucks in der Absteuerleitung, d. h. wenn vom Absteuerventil weniger Kraftstoff oder kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher abgesteuert wird, der Steuerkolben so bewegt, dass der Zufluss zu der Kraftstoffpumpe vergrößert bzw. gegebenenfalls maximiert wird.
-
Von Vorteil ist es, wenn in den Ringspalt, welcher in Abhängigkeit der Stellung des Steuerkolbens den Zufluss zur Kraftstoffpumpe beeinflusst, wenigstens ein Zulauf mündet und wenigstens ein zu der Kraftstoffpumpe führende Ablauf ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn wenigstens zwei symmetrisch gegenüberliegende Zuläufe vorgesehen sind, welche von einer Niederdruckleitung gespeist werden. Die Anströmung des Ringkanals aus zwei symmetrischen Bohrungen reduziert Druckabfälle, welche insbesondere aufgrund des Niederdruckkreislaufes so klein wie möglich zu halten sind.
-
Eine Veränderung des Zuflusses zur Kraftstoffpumpe kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass über eine Kante des Ringspalts eine Hülse übersteht, welche hubabhängig den Zulauf und/oder den Ablauf zum/vom Ringspalt regelt bzw. steuert. Vorzugsweise kann die Hülse dabei mit Steuerschlitzen versehen sein. Eine Ausgestaltung der Funktionsgruppe „Saugdrosselventil“ durch einen Ringkanal mit an einer Kante überstehender Hülse lässt sich besonders einfach realisieren. Die Steuerschlitze in der Hülse ermöglichen dabei in besonders einfacher Weise eine hubabhängige Variation der Drosselwirkung.
-
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze eines Kraftstoffsystems mit einer hydraulisch gesteuerten Einstelleinrichtung; und
- 2 eine detaillierte Schnittdarstellung der Einstelleinrichtung.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt ein Kraftstoffsystem 1, welches zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 2 dient. Die Brennkraftmaschine 2 ist in 1 nur schematisch durch eine strichpunktierte Linie angedeutet.
-
Das Kraftstoffsystem 1 umfasst einen Kraftstoffbehälter 3, aus dem eine üblicherweise elektrisch angetriebene Förderpumpe 4 den Kraftstoff in einen Abschnitt 5a einer Niederdruckleitung 5 fördert. Der Abschnitt 5a führt zu einer Einstelleinrichtung 6, die auch als Zumesseinheit bezeichnet wird und auf die nachfolgend unter Bezug auf 2 im Detail eingegangen wird.
-
Von der Einstelleinrichtung 6 führt ein Abschnitt 5b der Niederdruckleitung 5 zu einer mechanisch von der Brennkraftmaschine 2 angetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe 7. Diese verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn über eine Hochdruckleitung 8 in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher 9, der auch als „Rail“ bezeichnet wird. An diesen sind mehrere Injektoren 10 angeschlossen, die den Kraftstoff in nicht dargestellte Brennräume der Brennkraftmaschine 2 einspritzen. An dem Kraftstoffspeicher 9 ist ein Absteuerventil 11 angeschlossen, von dem eine Absteuerleitung 12 zum Kraftstoffbehälter 3 zurückführt. Die Absteuerleitung 12 ist mit der Einstelleinrichtung 6 verbunden. In der Einstelleinrichtung 6 ist eine in 2 näher dargestellte Strömungsdrossel 13 ausgebildet, an welche die Absteuerleitung 12 angeschlossen ist. Jener Abschnitt der Absteuerleitung 12, der stromaufwärts von der Strömungsdrossel 13 gelegen ist, ist mit 12a bezeichnet, jener Abschnitt, der stromabwärts von der Strömungsdrossel 13 angeordnet ist, mit 12b.
-
Der Betrieb des Kraftstoffsystems 1 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 14 gesteuert bzw. geregelt. Diese wird allgemein auch als „Steuergerät“ bezeichnet. Das Steuergerät 14 erhält Signale von einem Drucksensor 15, welcher den Druck im Kraftstoffspeicher 9 erfasst. Abhängig von den Signalen des Drucksensors 15 steuert das Steuergerät 14 unter anderem das Absteuerventil 11 an.
-
Der prinzipiell Aufbau der Einstelleinrichtung 6 wird nun unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
-
In einem Gehäuse 16 ist ein Steuerkolben 17 im wesentlichen fluiddicht und gleitend geführt. Der Steuerkolben 17 weist dabei eine mit der Absteuerleitung 12 verbundene Längsbohrung 18 auf. Dabei ist wenigstens ein Teil der Längsbohrung 18 als Strömungsdrossel 13 ausgebildet. Die Längsbohrung 18 weist hierzu zwei Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser 18a die Strömungsdrossel 13 bildet und der zweite, größere Durchmesser 18b als Strömungskanal ausgebildet ist.
-
Die Längsbohrung 18 ist als axiale Bohrung im Steuerkolben 17 ausgebildet. Der Steuerkolben 17 weist eine stromaufwärts der Strömungsdrossel 13 gelegene erste Steuerfläche 20 auf, die mit dem in der Absteuerleitung 12 herrschenden Druck beaufschlagt ist. Die erste Steuerfläche 20 ist als - stromaufwärts der Strömungsdrossel 13 gelegene erste Stirnfläche des Steuerkolbens 17 ausgebildet, von der sich die Längsbohrung 18 durch den Steuerkolben 17 erstreckt.
-
Wie in 2 strichliniert dargestellt, wird die erste Stirnfläche 20 des Steuerkolbens 17 mit dem Druck der Absteuerleitung 12 beaufschlagt, konkret mit dem Druck, der in dem Abschnitt 12a, d. h. stromaufwärts der Strömungsdrossel 13, herrscht.
-
Wie sich aus 2 ferner ergibt, ist der Steuerkolben 17 mit einer Vorspannkraft beaufschlagt, welche entgegen dem Druck wirkt, mit dem die erste Steuerfläche 20 beaufschlagt ist. Im Ausführungsbeispiel wird die Vorspannkraft dabei durch eine Feder 21, welche in einem Federraum 22 angeordnet ist, und eine zweite Steuerfläche 23 des Steuerkolbens 17 aufgebracht. Die zweite Steuerfläche 23, welche durch eine zweite Stirnfläche des Steuerkolbens 17 ausgebildet ist, ist hydraulisch mit einem stromabwärts von der Strömungsdrossel 19 gelegenen Bereich des Strömungskanals 18b bzw. dem weiterführenden Abschnitt 12b der Absteuerleitung 12 verbunden.
-
Der Steuerkolben 17 weist ferner einen Ringspalt 24 auf, welcher in Abhängigkeit der Stellung des Steuerkolbens 17 den Zufluss zur Kraftstoffpumpe 7 bzw. den Zufluss von Kraftstoff vom Abschnitt 5a der Niederdruckleitung 5 zu dem Abschnitt 5b der Niederdruckleitung 5 beeinflusst. In den Ringspalt 24 münden zwei symmetrisch gegenüberliegende Zuläufe 25, welche im Gehäuse 16 ausgebildet sind und welche von der Niederdruckleitung 5, genauer von dem Abschnitt 5a der Niederdruckleitung 5, gespeist werden. Dies ist in 2 strichliniert dargestellt. Von dem Ringspalt 24 führen des weiteren zwei symmetrisch im Gehäuse 26 ausgebildete Abläufe 26 zu der Kraftstoffpumpe 7 bzw. zu einem Abschnitt 5b der Niederdruckleitung 5.
-
Über eine Kante des Ringspalts 24 steht eine Hülse 27 bzw. eine Erweiterung über, welche hubabhängig die Menge an Kraftstoff regelt bzw. steuert, welche über die Zuläufe 25 in den Ringspalt 24 einfließen kann. Die Hülse 27 ist hierzu mit Steuerschlitzen 28 versehen.
-
Das Kraftstoffsystem 1 mit der Einstelleinrichtung 6 arbeitet wie nachfolgend beschrieben. Kurz vor dem Start der Brennkraftmaschine 2 fördert die mechanische Kraftstoffpumpe 7 noch keinen Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 9, so dass der Druck in diesem noch vergleichsweise niedrig ist. Folglich ist das Absteuerventil 11 geschlossen, es strömt kein Kraftstoff über die Absteuerleitung 12 ab. Damit herrscht auf beiden Seiten der Strömungsdrossel 19 in den Abschnitten 12a und 12b der Absteuerleitung 12 der gleiche Druck, der folglich auch an den beiden Stirnflächen 20, 23 des Steuerkolbens 17 wirkt.
-
Die Feder 21, die im Ausführungsbeispiel als Druckfeder ausgebildet ist, ist so ausgelegt, dass diese den Steuerkolben 17 vor dem Starten der Brennkraftmaschine 2 in eine Stellung schiebt, in der der Zufluss zur Kraftstoffpumpe 7 über den Ringspalt 24 vollständig geöffnet ist. D. h. Kraftstoff vom Abschnitt 5a der Niederdruckleitung 5 kann über den Ringspalt 24 im wesentlichen ungehindert über den Ablauf 26 in den Abschnitt 5b und somit zur Kraftstoffpumpe 7 strömen. Somit kann von der Förderpumpe 4 eine maximale Kraftstoffmenge zur Kraftstoffpumpe 7 gefördert werden, was einen schnellen Druckaufbau beim Starten der Brennkraftmaschine 2 begünstigt.
-
Auch im Betrieb der Brennkraftmaschine 2, bei fördernder Kraftstoffpumpe 7, liegt dieser Zustand vor, wenn der vom Drucksensor 15 erfasste Druck im Kraftstoffspeicher 9 einen Grenzwert nicht überschreitet und somit das Absteuerventil 11 geschlossen bleibt. Steigt jedoch der Druck im Kraftstoffspeicher 9 über diesen Grenzwert oder übersteigt er mehr als zulässig einen bestimmten Sollwert, öffnet das Absteuerventil 11, so dass Kraftstoff über das Absteuerventil 11 und die Absteuerleitung 12 zum Kraftstoffbehälter 3 abgesteuert wird.
-
Nun bildet sich über die Strömungsdrossel 19 hinweg eine Druckdifferenz. Stromaufwärts von der Strömungsdrossel 19 im Bereich 12a herrscht ein höherer Druck als stromabwärts von der Strömungsdrossel 19 im Strömungskanal 18b bzw. im Federraum 22 und im zum Kraftstoffbehälter 3 führenden Abschnitt 12b der Absteuerleitung 12. Entsprechend wirken an den Stirnflächen 20, 23 ebenfalls unterschiedliche Drücke, die nun dazu führen, dass die in Schließrichtung des Steuerkolbens 17 an der ersten Stirnfläche 20 wirkende Kraftresultierende die in Öffnungsrichtung wirkenden Kräfte übersteigt, so dass der Steuerkolben 17 in Schließrichtung (in 2 nach rechts) bewegt wird. Hierdurch wir die Überdeckung der Zuläufe 25 durch die mit den Steuerschlitzen 28 versehene Hülse 27 größer, so dass nur noch eine geringere Kraftstoffmenge von der Förderpumpe 4 über den Ringspalt 24 und den Ablauf 26 zur Kraftstoffpumpe 7 gelangt. Folglich fördert die Kraftstoffpumpe 7 auch weniger Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 9, so dass auch die zum Erreichen bzw. Erhalten eines bestimmten Druckniveaus vom Absteuerventil 11 abzusteuernde Kraftstoffmenge sinkt. Damit wird auch die Druckdifferenz über die Strömungsdrossel 19 wieder kleiner, so dass sich die Einstelleinrichtung 6 wieder etwas öffnet. Auf diese Weise ergibt sich am Ende ein Gleichgewichtszustand, bei dem die Kraftstoffpumpe 7 mit minimalem Energieaufwand arbeitet.
-
Wenn im Gehäuse 16 die Bohrung 29 zur Abführung des Rücklaufes zu dem Kraftstoffbehälter 3, d. h. die Bohrung, die zu dem Abschnitt 12b der Absteuerleitung 12 führt, nicht linear zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 17 sondern orthogonal ausgeführt wird, sind Maßnahmen zu treffen, dass bei zusammengedrückter Feder 21 durch eng zusammenliegende Wicklungen oder der Lage des Steuerkolbens 17 keine zusätzliche Androsselung des Rücklaufs erfolgt.
