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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Kraftstoffsystems
für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch
1. Außerdem ist Teil der Erfindung ein Kraftstoffsystem
für eine Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Die
DE 199 26 308 A1 zeigt
ein Common-Rail Kraftstoffsystem, beidem eine Vorförderpumpe
einen Kraftstoffstrom über eine Kraftstoffleitung aus einem
Tank durch einen Antrieb- bzw. Kurbelraum einer Hochdruckpumpe zur
Schmierung der Hochdruckpumpe fördert. In Strömungsrichtung
des Kraftstoffs ist nach dem Antrieb- bzw. Kurbelraum einerseits
ein Rücklauf für den Schmierstrom zu dem Tank
und andererseits ein Förderlauf für den Förderstrom
zu einer Zumesseinrichtung und weiter zu einem Förderraum
der Hochdruckpumpe vorgesehen. Die Vorförderpumpe ist mechanisch
angetrieben.
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Zwischen
der Zumesseinrichtung und dem Förderraum der Hochdruckpumpe
zweigt ein Nullförderlauf ab, in dem eine Nullförderdrossel
angeordnet ist und der auf der Saugseite der Vorförderpumpe
in die Kraftstoffleitung mündet. In solchen Kraftstoffsystemen
treten sog. Leckagen bei einer Mengenregelung in der Zumesseinrichtung
auf. Diese Leckagen werden über die Nullförderdrossel
abgefördert. Durch die Nullförderdrossel wird
im Bereich eines Saugventils der Hochdruckpumpe und der Zumesseinrichtung
ein niedrigeres Druckniveau erreicht. Der Öffnungsdruck
des Saugventils muss dabei oberhalb des von der Nullförderdrossel
benötigten Treibdrucks in einem Sicherheitsabstand vom
Druckniveau der Anbindungsposition liegen. In Verbindung mit einer mechanischen
Vorförderpumpe ist das Druckniveau im Zulauf niedriger
als im Rücklauf.
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In
vielen solcher Kraftstoffsysteme ist zusätzlich ein Filter,
bevorzugt ein Feinfilter, zwischen der Vorförderpumpe und
der Zumesseinrichtung angeordnet, um die Hochdruckpumpe und den
gesamten Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems vor Verunreinigungen
aus dem Kraftstoff zu schützen.
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Nach
einer Wartung des Kraftstoffsystems, bspw. eines Filterwechsels,
oder einer Reparaturmaßnahme am Kraftstoffsystem ist oft
der Kraftstoffstrom innerhalb der Kraftstoffsystems zumindest unterbrochen,
bzw. das gesamte Kraftstoffsystem ist ohne Kraftstoff. Dadurch wird
ein anschließender Betrieb der im Kraftstoffkreislauf angeordneten
Pumpen (Vorförderpumpe, Hochdruckpumpe) stark beeinträchtigt,
d. h. die Pumpen können nicht ordnungsgemäß arbeiten.
Um diesen Fall zu umgehen, sind insbesondere in Verbindung mit mechanischen
Vorförderpumpen Kraftstoff-Handpumpen vorgesehen, mit denen
das Kraftstoffsystem mit Kraftstoff aus dem Tank manuell befüllt
werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein einfaches und sicheres Verfahren zum Befüllen
des Kraftstoffsystems zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Kraftstoffsystem mit den
Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber
hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei
die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen
Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können,
ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.
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Vom
Kraftstofftank ausgehend sind im Kraftstoffsystem grundsätzlich
zwei Möglichkeiten gegeben, um den Antriebs- bzw. Kurbelraum
der Hochdruckpumpe zu befüllen. Die erste Möglichkeit
ist der Pfad über die Nullförderdrossel und die
Zumesseinrichtung, die zweite Möglichkeit ist der Pfad über
die mechanische Vorförderpumpe und den Filter. Erfindungsgemäß wird
davon ausgegangen, dass herkömmliche Zumesseinrichtungen
im stromlosen Zustand in der Regel geöffnet sind. Der Erfindung
liegt damit die Idee zu Grunde, dafür zu sorgen, dass die Zumesseinrichtung
während des Befüllens geschlossen ist, um damit
den Pfad der ersten Möglichkeit zu blockieren. Damit kann
der manuell gepumpte Kraftstoff zwangsläufig nur über
die Vortörderpumpe und – wie gewünscht – über
den üblicherweise dort vorhandenen Filter in den Antriebs-
bzw. Kurbelraum gefördert werden. Dieser Pfad entspricht
dem Pfad des Kraftstoffs bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine.
Da in dem Pfad für den gepumpten Kraftstoff auch die Vortörderpumpe
angeordnet ist, erübrigen sich auch erhöhte Startanforderungen
für die Vorförderpumpe, da diese zwangsläufig
auch mit Kraftstoff befüllt wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann derart angewandt werden, dass keine Zusatzbauteile erforderlich
sind. Damit ist die Erfindung auch kostengünstig umsetzbar.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass das Druckniveau
im Zulauf zur Vortörderpumpe meist niedriger ist als in
einem Rücklauf (vom Rail oder der Hochdruckpumpe). Die
Erfindung ermöglicht es, die Nullförderdrossel
in diesem Zulauf anzuordnen, was einen geringeren Öffnungsdruck des
Einlassventils der Hochdruckpumpe und somit einen höheren
Wirkungsgrad vor allem bei niedrigen Drehzahlen gestattet, ohne
dass zur Vermeidung eines Kraftstoffrücklaufs beim Befüllen
ein Rückschlagventil zwischen Zulauf und Nullförderdrossel
geschaltet werden muss.
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In
einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Zumesseinrichtung für den Befüllvorgang in die
geschlossene Stellung gesteuert wird. Die Zumesseinrichtung ist üblicherweise
als ein proportionales federbelastetes Schieberventil ausgebildet,
das zur Dosierung des Kraftstoffflusses zur Hochdruckpumpe entsprechend
angesteuert und stromlos geöffnet wird. Im Falle des Befüllens
des Kraftstoffsystems wird die Zumesseinrichtung aktiv durch Bestromung
in die geschlossene Stellung gesteuert. Dazu sind vorteilhafterweise
keine Bauteile oder Einrichtungen nötig, die nicht ohnehin
im Kraftfahrzeug vorhanden sind oder zumindest für den Wartungs-
oder Reparaturfall benötigt werden.
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Deshalb
bietet sich bevorzugt an, dass die Zumesseinrichtung durch den Anschluss
bestimmter Geräte an das Kraftstoffsystem oder die Brennkraftmaschine,
insbesondere einer Befüllvorrichtung oder eines Diagnosegeräts
in die geschlossene Stellung gesteuert wird. Dies sind beides Einrichtungen,
die für den Befüllungsvorgang ohnehin benötigt
werden.
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Denkbar
ist auch, dass die Zumesseinrichtung beim Öffnen einer
Abdeckung des Kraftstoffsystems und/oder beim Einschalten einer
Zündung in die geschlossene Stellung gesteuert wird. Auch
das Öffnen einer Motorhaube könnte die Steuerung
zum Schließen der Zumesseinrichtung auslösen.
Beim Anlaufen eines Anlassers übernimmt jedoch ein Motorsteuergerät
wieder die Steuerung des Zumessgeräts. Das bedeutet, dass
das Schließen der Zumesseinrichtung im Wesentlichen automatisch
geschieht.
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Vorstellbar
ist auch, dass die Zumesseinrichtung stromlos geschlossen ist. Das
bedeutet den Einsatz einer alternativen Ausführungsform
zu den herkömmlichen Zumesseinrichtungen, die invers betrieben
werden kann, also durch Bestromung geöffnet wird. In diesem
Fall ist zum Befüllen keine zusätzliche Maßnahme
erforderlich.
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Nachfolgend
wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beispielhaft erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems.
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Die
Zeichnung zeigt ein Kraftstoffsystem 10, das für
ein sog. Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine 12 ausgelegt
ist. Zum Betrieb der Brennkraftmaschine 12 wird Kraftstoff
unter Hochdruck in einen Kraftstoffverteiler (Common Rail) 14 gefördert
und dort gespeichert, wobei am Kraftstoffverteiler 14 Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 angeschlossen
sind, die den Kraftstoff unter Hochdruck in Brennräume 18 der
Brennkraftmaschine 12 einspritzen.
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Der
Kraftstoff wird dabei aus einem Kraftstofftank 20 eines
Kraftfahrzeugs gefördert. In Strömungsrichtung
sind im Kraftstoffförderpfad ausgehend vom Kraftstofftank 20 zwei
zum Kraftstofftank 20 hin sperrende Rückschlagventile 21a und 21b, eine
Saugdrossel 24, eine mechanisch oder elektrisch betriebene
Vorförderpumpe 26 und ein Kraftstofffilter 28,
vorzugsweise ein Feinfilter, angeordnet. Der Kraftstoffpfad mündet
zum Schmieren von Antriebsteilen in einem Antriebs- bzw. Kurbelraum 30 einer
Hochdruckpumpe 32, die bevorzugt als eine mechanisch angetriebene
Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Der Verlauf des Kraftstoffs im
normalen Betrieb des Kraftstoffsystems 10 ist in der Zeichnung
mit Pfeilen gekennzeichnet.
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In
Strömungsrichtung wird der Kraftstoff durch den Antriebs-
bzw. Kurbelraum 30 gefördert und schließlich
einer Zumesseinrichtung 34 zugeführt, die als
ein steuerbares, proportionales federbelastetes Schieberventil ausgebildet
ist. Die Zumesseinrichtung 34 ist also fluidisch bzw. hydraulisch
zwischen der Vorförderpumpe 26 und der Hochdruckpumpe 32 angeordnet
und dient zur Dosierung des Kraftstoffs für die Hochdruckpumpe 32.
Stromabwärts von der Zumesseinrichtung 34 ist
der Kraftstofffluss zweigeteilt. Einerseits zweigt ein Nullförderlauf ab,
in dem eine Nullförderdrossel 36 angeordnet ist. Im
Nullförderlauf werden Leckagen der Zumesseinrichtung 34,
wenn diese an sich geschlossen ist, in den Tank 20 zurück
bzw. wieder zur Saugseite der Vorförderpumpe 26 gefördert.
Andererseits zweigt ein Förderlauf ab, in dem über
ein Saugventil 38 der Kraftstoff in einen Förderraum 40 der
Hochdruckpumpe 32 gefördert wird. Anschließend
wird der Kraftstoff unter Hochdruck über ein Rückschlagventil 42 in
den Kraftstoffverteiler 14 eingebracht.
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Für
eine Wartung des Kraftstoffsystems 10, beispielsweise einen
Filterwechsel, oder für eine Reparaturmaßnahme
am Kraftstoffsystem 10 muss der Kraftstoff meist aus dem
Kraftstoffsystem abgelassen werden. Dadurch wird ein anschließender
Betrieb der im Kraftstoffkreislauf angeordneten Vorförderpumpe 26 und
der Hochdruckpumpe 32 erschwert, d. h. die Pumpen 26 und 30 können
nicht ordnungsgemäß arbeiten, weil beispielsweise
die Schmierung innerhalb des Antriebs- und Kurbelraums 30 nicht
gewährleistet ist, und weil die Vorförderpumpe
zunächst nur Luft ansaugt. Um diesen Fall zu vermeiden,
ist vorgesehen, dass zwischen den beiden Rückschlagventilen 21a und 21b eine
Kraftstoff-Handpumpe 22 angeschlossen werden kann, mit
der das Kraftstoffsystem 10 mit Kraftstoff aus dem Tank 20 manuell
befüllt werden kann, bevor das Kraftstoffsystem 10 wieder
in Betrieb genommen wird.
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Da
die Zumesseinrichtung 34 im stromlosen Zustand geöffnet
ist, wäre – ohne Gegenmaßnahmen – beim
Befüllen durch die Handpumpe 22 der Weg über
die Zumesseinrichtung 34 in den Antrieb- bzw. Kurbelraum 30 der
Hochdruckpumpe 32 frei, und zwar unter Umgehung des Filters 28.
Das bedeutet, dass ungefilterter Kraftstoff in den Antrieb- bzw.
Kurbelraum 30 und anschließend während
des Betriebs in den gesamten Hochdruckbereich bis in den Kraftstoffverteiler 14 gelangt.
Außerdem kann die Nullförderdrossel 36 verstopfen.
Dies kann zu Beschädigungen und/oder Beeinträchtigungen
an der Hochdruckpumpe 32, am Rückschlagventil 42 und
in der Brennkraftmaschine 12 führen.
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Nach
einem Ablassen des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffsystem 10 wird
die Zumesseinrichtung 34 gezielt geschlossen und somit
der Weg des Kraftstoffs über die Saugdrossel 24,
die Vorförderpumpe 26 und über das Filter 28 als
einziger möglicher Weg freigemacht, so wie der Kraftstofffluss
auch im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 12 vorgesehen
ist.
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Bei
der vorliegend gezeigten Ausführungsform macht man sich
zu Nutze, dass die Funktion der Zumesseinrichtung 34 elektrisch
steuerbar ist. Daher wird dann, wenn zum Befüllen bspw.
ein Diagnosegerät oder die Handpumpe 22 an das
Kraftstoffsystem 10 angeschlossen wird, die Zumesseinrichtung 34 automatisch
bestromt und damit geschlossen. Dabei sei an dieser Stelle darauf
hingewiesen, dass es auch eine Ausführungsform eines Kraftstoffsystems geben
kann, bei der die Handpumpe ständig angeschlossen, jedoch
im Normalbetrieb nicht aktiviert ist. In diesem Fall wird die Zumesseinrichtung
bestromt, sobald das Diagnosegerät angeschlossen oder die Handpumpe
aktiviert wird.
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Alternativ
ist auch denkbar, dass die Handpumpe 22 einen Sensor oder
Schalter umfasst, der eine Betätigung erkennt, und dass
die Zumesseinrichtung 34 erst beim tatsächlichen
Betätigen der Handpumpe 22 automatisch bestromt
wird.
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Ebenso
ist alternativ denkbar, dass bereits beim Öffnen einer
Abdeckung des Kraftstoffsystems 10 oder einer Motorhaube
des Kraftfahrzeugs, in welches das Kraftstoffsystem 10 und
die Brennkraftmaschine 12 eingebaut sind, die Zumesseinrichtung 34 automatisch
bestromt wird. Auch kann bei einem Einschalten der Zündung
des Kraftfahrzeugs die Zumesseinrichtung 34 automatisch
bestromt werden, wobei allerdings beim Anlaufen des Anlassers das Motorsteuergerät
wieder die Steuerfunktion der Zumesseinrichtung 34 übernehmen
muss.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Zumesseinrichtung 34 kann
die Zumesseinrichtung auch invers arbeiten, so dass sich die Zumesseinrichtung
beim Bestromen öffnet, d. h. sie ist im stromlosen Zustand
geschlossen. Hierbei ist beim Befüllen des Kraftstoffsystem 10 nur
die Handpumpe 22 zu betätigen, die Zumesseinrichtung
ist bereits geschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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