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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Kraftstofffördereinrichtung
für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine
solche Kraftstofffördereinrichtung ist durch die
EP 1 195 514 A2 bekannt.
Diese Kraftstofffördereinrichtung weist eine elektrisch
angetriebene Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff zur
Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe
wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert, aus
dem zumindest mittelbar wenigstens ein Injektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit
Kraftstoff versorgt wird. Es ist eine elektrische Steuereinrichtung
vorgesehen, die über eine Sensoreinrichtung ein Signal
für den im Hochdruckbereich herrschenden Druck erhält.
Durch die elektrische Steuereinrichtung wird der elektrische Antrieb
der Förderpumpe variabel angesteuert, so dass die Fördermenge
der Förderpumpe variabel ist. Zwischen der Förderpumpe
und der Saugseite der Hochdruckpumpe führt eine Bypassverbindung
zu einem Niederdruckbereich ab, der hier ein Antriebsbereich der Hochdruckpumpe
ist. Zwischen der Förderpumpe und der Saugseite der Hochdruckpumpe
ist eine Drosselstelle angeordnet. In der Verbindung zwischen der
Förderpumpe und der Saugseite der Hochdruckpumpe ist eine
Sensoreinrichtung angeordnet, durch die der elektrischen Steuereinrichtung
ein Signal für den dort herrschenden Druck zugeführt
wird. Durch die elektrische Steuereinrichtung wird der elektrische
Antrieb der Förderpumpe derart angesteuert, dass sich in
der Verbindung zwischen der Förderpumpe und der Saugseite
der Hochdruckpumpe ein vorgegebener Druck einstellt. In Abhängigkeit von
dem auf der Saugseite der Hochdruckpumpe herrschenden Druck ist
die von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge veränderlich.
Infolge der auf der Saugseite der Hochdruckpumpe angeordneten Drosselstelle
ergibt sich jedoch eine nichtlineare Förderkennlinie der
Hochdruckpumpe abhängig von dem auf der Saugseite herrschenden
Druck. Hierdurch ist eine Regelung der von der Hochdruckpumpe geförderten
Kraftstoffmenge erschwert. Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist außerdem eine mit der elektrischen Steuereinrichtung
verbundene Sensoreinrichtung vorgesehen, durch die der Druck im
Hochdruckbereich erfasst wird. Im Hochdruckbereich ist ein elektrisch
betätigtes Druckregelventil angeordnet, das durch die elektrische Steuereinrichtung
derart angesteuert wird, dass sich im Hochdruckbereich ein vorgegebener
Druck einstellt. Insgesamt ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung daher
aufwendig aufgebaut und die Regelung des im Hochdruckbereich herrschenden
Drucks ist aufwendig, da hierzu mit der Förderpumpe und
dem Druckregelventil zwei separate Steller vorhanden sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass diese einfach aufgebaut ist und auch einen einfachen
Aufbau der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ermöglicht. Die
Förderpumpe wird dabei direkt zur Einstellung eines vorgegebenen
Drucks im Hochdruckbereich angesteuert, so dass kein weiterer Steller
erforderlich ist.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung
angegeben. Da es unter Umständen schwierig ist die Fördermenge
der Förderpumpe bis auf Null zu reduzieren ist es vorteilhaft
wenn die Durchflussbegrenzungseinrichtung wie im Anspruch 2 angegeben
dimensioniert ist, da dann die Förderpumpe kontinuierlich
betrieben werden kann. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
3 ist sichergestellt, dass die Fördermenge der Hochdruckpumpe
bis auf Null reduziert werden kann auch wenn die Förderpumpe
Kraftstoff fördert. Die Ausbildung gemäß Anspruch
5 ermöglicht eine besonders einfache Regelung der Fördermenge
der Hochdruckpumpe.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich durch die Parallelschaltung zweier
Durchflussbegrenzungseinheiten in der Bypassverbindung, da durch
die Kombination eine breitere Variation der Durchflussmenge abhängig
vom Druck in der Bypassverbindung möglich ist. Dieser Vorteil
kann durch ein zusätzliches Stellglied, welches die Durchflussbegrenzungseinrichtung
abhängig vom Druck oder von der Temperatur im Zulauf der
Durchflussbegrenzungseinrichtung oder im Zulauf der Hochdruckpumpe
ab- oder zugeschaltet, verstärkt werden.
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Vorteilhaft
ist, dass der Querschnitt der Drossel durch ein Stellglied abhängig
vom Druck oder von der Temperatur im Zulauf der Durchflussbegrenzungseinrichtung
verändert werden kann, da die Drossel nicht an eine feste
Durchflusskennlinie gebunden ist, sondern dass die Durchflusskennlinie
der Drossel durch Variation des Querschnittes je nach Betriebssituation
der Kraftstofffördereinrichtung angepasst werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist ein großer Querschnitt der Drossel bei
tiefen Temperaturen oder niedrigen Druck im Zulauf der Drossel,
und ein reduzierter Querschnitt bei steigender Temperatur oder steigenden
Druck, da durch diese Maßnahmen bei Volllast der Hochdruckpumpe
ein geringerer Rückfluss durch die Bypassverbindung stattfindet,
so dass die Förderpumpe energieeffizienter betrieben werden
kann.
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Einen
weiteren Vorteil bietet die Benutzung eines Wachselementes, da mit
einem einfachen Bauteil die Umsetzung der temperaturabhängigen
Regelung des Querschnittes realisiert wird. Vorteilhaft ist der
Einsatz einer Wirbeldrossel, da ohne zusätzliches Stellglied
eine druckabhängige Regelung der Durchflussmenge umgesetzt
werden kann.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
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1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer
Darstellung,
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2 eine
Kennlinie einer Förderpumpe der Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
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3 eine
Kennlinie einer Bypassverbindung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
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4 eine
Kennlinie einer Hochdruckpumpe der Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,
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6a)
ein schematische Darstellung einer Wirbeldrossel und 6b)
eine Kennlinie einer Wirbeldrossel und
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt,
die eine Kraftstofffördereinrichtung aufweist. Die Kraftstofffördereinrichtung
weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff
aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt. Die Förderpumpe 10 weist
einen elektrischen Antrieb 14 auf, der mit veränderlicher
Leistung und damit variabler Drehzahl betrieben werden kann, so
dass die Fördermenge und der erzeugte Förderdruck
variabel ist. Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff
zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe 16 gefördert,
die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung
ist. Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 wird Kraftstoff
in einen Hochdruckbereich 18 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gefördert, der beispielsweise einen Hochdruckspeicher umfasst. Aus
dem Hochdruckbereich 18 werden ein oder mehrere Injektoren 20 mit
Kraftstoff versorgt, wobei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine
ein Injektor 20 zugeordnet ist.
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Die
Förderpumpe 10 kann beispielsweise als Strömungspumpe,
Zahnradpumpe, Innenzahnradpumpe, Flügelzellenpumpe oder
Rollenzellenpumpe aufgebildet sein. Die Förderpumpe 10 kann
an der Hochdruckpumpe 16 angeordnet, in diese integriert sein
oder entfernt von der Hochdruckpumpe 16 angeordnet sein, beispielsweise
im Vorratsbehälter 12 oder in einer hydraulischen
Leitung zwischen dem Vorratsbehälter 12 und der
Hochdruckpumpe 16. Die Hochdruckpumpe 16 weist
wenigstens ein Pumpenelement 22 auf, das wiederum einen
in einer Zylinderbohrung 24 dicht geführten Pumpenkolben 26 aufweist,
der in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Hochdruckpumpe 16 kann
eine eigene Antriebswelle 17 aufweisen, durch die über
einen Nocken oder Exzenter die Hubbewegung des Pumpenkolbens 26 bewirkt
wird. Die Antriebswelle 17 der Hochdruckpumpe 16 wird
mechanisch, beispielsweise über ein Getriebe oder einen
Riementrieb von der Brennkraftmaschine angetrieben, so dass die
Drehzahl der Hochdruckpumpe 16 proportional zur Drehzahl
der Brennkraftmaschine ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein,
dass die Hochdruckpumpe 16 keine eigene Antriebswelle aufweist
und die Hubbewegung des Pumpenkolbens 26 durch einen Exzenter oder
Nocken einer Welle der Brennkraftmaschine bewirkt wird, beispielsweise
der Nocken- oder Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Dabei können
auch mehrere Hochdruckpumpen 16 vorgesehen sein, die jeweils
ein Pumpenelement 22 aufweisen, dessen Pumpenkolben 26 durch
die Welle der Brennkraftmaschine bewegt wird. Durch den Pumpenkolben 26 jedes
Pumpenelements 22 wird in dessen Zylinderbohrung 24 ein
Pumpenarbeitsraum 28 begrenzt, der beim Saughub des Pumpenkolbens 26 mit
Kraftstoff befüllt wird und aus dem beim Förderhub
des Pumpenkolbens 26 Kraftstoff in den Hochdruckbereich 18 verdrängt
wird. Jedes Pumpenelement 22 weist ein Einlassventil 30 in
Form eines federbelasteten Rückschlagventils auf, das beim
Saughub des Pumpenkolbens 26 öffnet, so dass von
der Förderpumpe 10 geförderter Kraftstoff
in den Pumpenarbeitsraum 28 gelangt. Jedes Pumpenelement 22 weist
außerdem ein Auslassventil 32 in Form eines federbelasteten Rückschlagventils
auf, das beim Förderhub des Pumpenkolbens 26 öffnet,
so dass Kraftstoff in den Hochdruckbereich 18 verdrängt
werden kann.
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Die
Förderpumpe 10 kann entfernt von der wenigstens
einen Hochdruckpumpe 16 angeordnet sein, beispielsweise
auch im Vorratsbehälter 12. Die Förderpumpe 10 ist
dabei über eine hydraulische Leitung 36 mit der
Saugseite der wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 verbunden.
In der Leitung 36 kann ein Kraftstofffilter 38 angeordnet
sein, um zu verhindern, dass Schmutzpartikel in die Hochdruckpumpe 16 und
in den Hochdruckbereich 18 gelangen. Von der Leitung 36 zweigt
stromabwärts nach dem Kraftstofffilter 38 eine
Bypassverbindung 40 ab, die zu einem Niederdruckbereich
führt. In der Bypassverbindung 40 ist eine Durchflussbegrenzungseinrichtung
in Form einer Drosselstelle 42 vorgesehen, durch die die über
die Bypassverbindung 40 abströmende Kraftstoffmenge
der von der Förderpumpe 10 geförderten
Kraftstoffmenge begrenzt wird. In der Bypassverbindung 40 kann
zusätzlich zur Durchflussbegrenzungseinrichtung 42 auch
noch ein Überdruckventil angeordnet sein, das die Bypassverbindung 40 erst
bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks öffnet.
Der Niederdruckbereich, in den die Bypassverbindung 40 mündet,
kann beispielsweise ein Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 16 mit
deren Antriebswelle 17 sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft,
wenn die Hochdruckpumpe 16 eine eigene Antriebswelle 17 aufweist
und eine Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs
durch Kraftstoff erfolgt. Die Drosselstelle 42 kann in
der Bypassverbindung 40 beispielsweise im Bereich des Eintritts in
den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 16 angeordnet sein.
Alternativ kann der Niederdruckbereich, in den die Bypassverbindung 40 mündet,
auch ein Rücklauf zum Vorratsbehälter 12 sein.
Dies kann insbesondere vorgesehen sein, wenn die wenigstens eine
Hochdruckpumpe 16 keine eigene Antriebswelle aufweist und
eine Schmierung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe 16 durch
Schmieröl der Brennkraftmaschine erfolgt.
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Im
Hochdruckbereich 18 ist eine Sensoreinrichtung 44 vorgesehen,
durch die der im Hochdruckbereich 18 herrschende Druck
erfasst wird. Die Sensoreinrichtung 44 ist mit einer elektrischen
Steuereinrichtung 46 verbunden, der somit ein Signal für
den im Hochdruckbereich 18 herrschenden Druck zugeführt
wird. Durch die elektrische Steuereinrichtung 46 wird der
elektrische Antrieb 14 der Förderpumpe 10 mit
veränderlicher Leistung und damit variabler Drehzahl angesteuert,
derart, dass sich im Hochdruckbereich 18 ein vorgegebener
Druck einstellt. Der im Hochdruckbereich 18 erforderliche
Druck kann abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
unterschiedlich hoch sein. Durch die elektrische Steuereinrichtung 46 wird
auch die Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 20 gesteuert,
beispielsweise hinsichtlich Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge.
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In 2 ist
eine Kennlinie für die Fördercharakteristik der
Förderpumpe 10 dargestellt. Dabei ist in 2 der
Förderstrom, das bedeutet Fördermenge pro Zeiteinheit,
der Förderpumpe 10 über dem Förderdruck
der Förderpumpe 10 aufgetragen. Die Kennlinie
weist einen zumindest annähernd linearen Verlauf auf, das
heißt, dass der Förderstrom und damit die Fördermenge
der Förderpumpe 10 linear mit dem Förderdruck
zunimmt. Dies bedeutet, dass mit zunehmender Ansteuerungsleistung
und damit Drehzahl des elektrischen Antriebs 14 der Förderpumpe 10 die
von dieser geförderte Förderstrom bzw. Kraftstoffmenge
und der von dieser auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 erzeugte
Förderdruck zumindest annähernd linear zunimmt.
Um einen stabilen Betrieb der Förderpumpe 10 zu
gewährleisten ist es meistens erforderlich, dass diese
mit einer bestimmten Mindestansteuerungsleistung und damit Mindestdrehzahl
betrieben wird, so dass Förderstrom bzw. Fördermenge
sowie der Förderdruck nicht auf Null zurückgefahren
werden können. Vorzugsweise wird die Förderpumpe 10 daher
mit einer bestimmten Mindestleistung angesteuert und mit einer Mindestdrehzahl
betrieben, wobei sich eine Mindestfördermenge bzw. ein
Mindestförderstrom Q0 sowie ein Mindestförderdruck
p0 einstellen. Der Mindestförderdruck p0 kann beispielsweise
etwa 2 bar absolut oder größer sein. Mindestförderdruck
p0 und Mindestfördermenge bzw. Mindestförderstrom
werden vorzugsweise möglichst gering gewählt,
um die Belastung der Förderpumpe 10 und den Energiebedarf
gering zu halten.
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In 3 ist
eine Kennlinie für die Durchflusscharakteristik der Bypassverbindung 40 mit
der Drosselstelle 42 dargestellt. Dabei ist in 3 der Durchflussstrom,
das bedeutet Durchflussmenge pro Zeiteinheit, durch die Bypassverbindung 40 mit
der Drosselstelle 42 über dem Förderdruck
der Förderpumpe 10, also dem auf der Saugseite
der Hochdruckpumpe 16 herrschenden Druck, aufgetragen. Die
Kennlinie weist einen degressiven Verlauf auf, das heißt,
dass die Steigerung des Durchflussstroms bzw. der Durchflussrmenge
durch die Bypassverbindung 40 mit zunehmendem Förderdruck
der Förderpumpe 10 geringer wird. Dies bedeutet,
dass mit zunehmendem von der Förderpumpe auf der Saugseite der
Hochdruckpumpe 16 erzeugtem Förderdruck der Durchflussstrom
bzw. die Durchflussmenge durch die Bypassverbindung weniger stark
zunimmt.
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Der Öffnungsdruck
des oder der Einlassventile 30 der Hochdruckpumpe 16 ist
so hoch, dass diese bei dem Mindestförderdruck p0 auf der
Saugseite der Hochdruckpumpe 16 zumindest im Wesentlichen geschlossen
sind. Somit fördert die Hochdruckpumpe 16 bei
dem von der Förderpumpe 10 erzeugten Mindestförderdruck
p0 auf deren Saugseite zumindest im Wesentlichen keinen Kraftstoff
in den Hochdruckbereich 18. Der gesamte Mindestförderstrom Q0
der Förderpumpe 10strömt somit durch
die Bypassverbindung 40 mit der Drosselstelle 42 in
den Niederdruckbereich ab. Die Drosselstelle 42 in der Bypassverbindung 40 ist
so dimensioniert, dass der gesamte Mindestförderstrom Q0
der Förderpumpe 10 durch diese abströmen
kann ohne dass der Druck auf der Saugseite der wenigstens einen
Hochdruckpumpe 16 über den Mindestförderdruck
p0 ansteigt und das oder die Einlassventile 30 der Hochdruckpumpe 16 öffnen
würden. Ein weiteres Auslegungskriterium der Drosselstelle 42 kann
es sein eine ausreichende Schmier- und/oder Kühlmenge für
den Antriebsbereich der wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 sicherzustellen.
Erst wenn der Förderdruck auf der Saugseite der wenigstens
einen Hochdruckpumpe 16 über den Mindestförderdruck
p0 und den Öffnungsdruck des oder der Einlassventile 30 ansteigt öffnen
diese und es erfolgt eine Kraftstoffförderung durch die
Hochdruckpumpe 16 in den Hochdruckbereich 18.
Der Öffnungsdruck des oder der Einlassventile 30 der
wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 kann beispielsweise
etwa 2 bar absolut oder größer betragen.
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In 4 ist
eine Kennlinie für die Fördercharakteristik der
wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 dargestellt. Dabei ist
in 4 der Förderstrom, das bedeutet Fördermenge
pro Zeiteinheit, der Hochdruckpumpe 16 über dem
Förderdruck der Förderpumpe 10, also
dem auf der Saugseite des Hochdruckpumpe 16 herrschenden
Druck, aufgetragen. Wie bereits vorstehend erläutert erfolgt
eine Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe 16 erst wenn
der Druck auf deren Saugseite höher ist als der Mindestförderdruck
p0, der beispielsweise etwa 2 bar absolut betragen kann. Die Kennlinie
weist ab dem Mindestförderdruck p0 einen stetig monotonen
Verlauf, vorzugsweise einen zumindest annähernd linearen
Verlauf auf, das heißt, dass der Förderstrom und damit
die Fördermenge der Hochdruckpumpe 16 zumindest
annähernd linear mit dem von der Förderpumpe 10 erzeugten
Förderdruck, also dem auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 herrschenden Druck,
zunimmt. Das oder die Einlassventile 30 der wenigstens
einen Hochdruckpumpe besitzt eine Auslegung, die über steigenden
Druck auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 oberhalb
des Öffnungsdrucks eine stetig zunehmende Füllung
des Pumpenarbeitsraums 28 des oder der Pumpenelemente 22 der
Hochdruckpumpe 16 gewährleistet. Die Zunahme des
von den Einlassventilen 30 freigegebenen Strömungsquerschnitts
in Abhängigkeit des Drucks auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 ist
dabei so zu wählen, dass die maximale Fördermengenanforderung
der Hochdruckpumpe 16 bei üblichen maximalen Förderdrücken
gebräuchlicher Förderpumpen erreicht wird, die
beispielsweise bis etwa 5 bar absolut betragen können.
Durch eine Variation der elektrischen Ansteuerung des Antriebs 14 der
Förderpumpe 10 mittels der elektrischen Steuereinrichtung 46 wird
eine exakt einstellbare Fördermenge der Hochdruckpumpe 16 in
den Hochdruckbereich 18 über den gesamten erforderlichen
Fördermengenbereich ermöglicht. Die resultierende
Fördermengenvariation der Hochdruckpumpe 16 ist über
der elektrischen Ansteuervariation des elektrischen Antriebs 14 der
Förderpumpe 10 mittels der elektrischen Steuereinrichtung 46 im
Verhalten stetig und monoton und damit als Stellgröße
für eine Regelung des im Hochdruckbereich 18 herrschenden
Drucks geeignet.
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Die
Leitung 36, über die die Förderpumpe 10 mit
der Saugseite der wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 verbunden
ist, weist vorzugsweise eine hohe hydraulische Steifigkeit auf.
Hierdurch wird sichergestellt, dass die Regelung des Drucks im Hochdruckbereich 18 mittels
variabler Ansteuerung des Antriebs 14 der Förderpumpe 10 nicht
durch Elastizitäten der Leitung 36 beeinflusst
wird. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, den Abschnitt 36a der Leitung 36 zwischen
der Förderpumpe 10 und dem Kraftstofffilter 38 mit
großer hydraulischer Steifigkeit auszuführen und
den Abschnitt 36b der Leitung 36 zwischen dem
Kraftstofffilter 38 und der Saugseite der wenigstens einen
Hochdruckpumpe 16 mit geringerer hydraulischer Steifigkeit
auszuführen. Hierdurch kann die Ausbreitung von durch die
wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 erzeugten Druckschwankungen
gedämpft werden.
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Die
Auslegung und Abstimmung der Einlassventile 30 der Hochdruckpumpe 16,
der Bypassverbindung 40 mit der Drosselstelle 42 und
der Förderpumpe 10 erfolgt nach folgenden Kriterien.
Der Öffnungsdruck der Einlassventile 30 erfordert
ein Mindestdruckniveau auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 um
folgendes sicherzustellen. Bei einem definierten Mindestdruck p0
auf der Saugseite (relativem Überdruck zur Umgebung), der
gleichzeitig dem minimalen Förderdruck der Förderpumpe 10 entspricht,
muss sich die Fördermenge der Hochdruckpumpe 16 auf
ein gefordertes Mindestmaß reduzieren lassen, vorzugsweise
auch vollständig abstellen lassen, für eine sogenannte
Nullförderung. Bei diesem definierten Mindestdruck p0 (verbleibender
relativer Überdruck) resultiert eine von der Auslegung
der Bypassverbindung 40 mit der Drosselstelle 42 abhängige
Mindestfördermenge der Förderpumpe 10,
die bei Bedarf wie vorstehend erläutert als Schmier- und/oder
Kühlmenge für den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 16 verwendet
werden kann.
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Der
Mindestdruck p0 auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 ist über
die Höhe des Öffnungsdrucks der Einlassventile 30 der
Hochdruckpumpe 16 so hoch zu wählen, dass die
Kraftstofffördereinrichtung einerseits ausreichend robust
ist, beispielsweise gegenüber Toleranzen von Leitungsdruckabfällen
und gegenüber Umgebungsdruckschwankungen, und andererseits
keine unnötig hohen Förderleistungsanforderungen
an die Förderpumpe 10 resultieren. Als Beispiel
kann der Öffnungsdruck der Einlassventile im Bereich von
etwa 2 bar absolut gewählt werden, so dass ein Förderdruckbereich
der Förderpumpe 10 von größer
etwa 1 bar relativ resultiert. Die Einlassventile 30 der
Hochdruckpumpe 16 sind so ausgelegt, dass diese mit steigendem
Druck auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 oberhalb des Öffnungsdrucks
eine stetig zunehmende Füllung der Hochdruckpumpe 16 gewährleisten.
Die Zunahme des freigegebenen Strömungsquerschnitts der Einlassventile 30 über
der Druckdifferenz, zwischen dem Druck auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 und
dem Druck im Pumpenarbeitsraum 28, ist dabei so ausgelegt,
dass die maximale Fördermengenanforderung der Hochdruckpumpe 16 bei üblichen Förderdrücken
von gebräuchlichen kostengünstigen Förderpumpen 10 mit
elektrischem Antrieb 14 erreicht wird. Der maximale Förderdruck
kann dabei etwa 4 bar relativ bzw. 5 bar absolut betragen.
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Durch
die Bypassverbindung 40 mit der Drosselstelle 42 wird
eine große Fördermengenvariation der Hochdruckpumpe 16 über
eine begrenzte Variation des von der Förderpumpe 10 erzeugten Drucks
auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 erreicht. Die Variation
der durch die Bypassverbindung 40 abströmenden
Kraftstoffmenge wird durch die Drosselstelle 42 bestimmt
und ist begrenzt. Die Auslegung der Drosselstelle 42 in
der Bypassverbindung 40 erfolgt derart, dass die durch
die Bypassverbindung 40 abströmende Kraftstoffmenge
einerseits möglichst gering ist, andererseits jedoch groß genug ist,
um eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs
der Hochdruckpumpe 16 sicherzustellen und auch die eventuell
erforderliche Mindestfördermenge der Förderpumpe 10 nicht
unterschritten wird.
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Die
Förderpumpe 10 und deren elektrische Antrieb 14 sind
derart ausgelegt, dass ein stabiler Betrieb über den gesamten
Arbeitsbereich, das heißt von minimaler Fördermenge
bzw. Förderstrom und Förderdruck bis zur maximalen
Fördermenge bzw. Förderstrom und Förderdruck
gewährleistet ist. Die minimale Fördermenge bzw.
Förderstrom bei minimalem Förderdruck ist festgelegt
durch den Öffnungsdruck der Einlassventile 30 der
Hochdruckpumpe 16 und die daraus resultierende Kraftstoffmenge
bzw. Kraftstoffstrom, der durch die Bypassverbindung 40 abströmt.
Die maximale Fördermenge bzw. Förderstrom bei
maximalem Förderdruck ist festgelegt durch den erforderlichen
Fülldruck der Hochdruckpumpe 16 für die
Nennleistung der Brennkraftmaschine zuzüglich eventueller
Leitungs- und Filterdruckabfälle bei maximaler Fördermengenanforderung
im Hochdruckbereich 18 zuzüglich der durch die
Bypassverbindung 40 abströmenden Kraftstoffmenge.
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In 5 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt,
bei dem der Querschnitt der Drossel 42 durch ein mechanisches
oder elektrisches Stellglied 44 variiert werden kann. Dieses Stellglied 44 kann
den Querschnitt der Drossel 42 abhängig vom Druck
oder der Temperatur in der Bypassverbindung 40 oder im
Zulauf der Drossel 42 steuern. Dies ermöglicht
eine Variation der Durchflussmenge des Kraftstoffes durch die Bypassverbindung 40 abhängig
vom Druck oder der Temperatur des Kraftstoffes. Ist ein elektrisch
gesteuertes Stellglied 44 vorgesehen, so kann dieses über
eine Software in der elektrischen Steuereinrichtung 46 geregelt
werden.
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Da
bei niedrigen Kraftstofftemperaturen oft ein großer Mindestförderstrom,
Fördermenge pro Zeiteinheit, der Förderpumpe 10 eingestellt
werden muss, ist es von Vorteil, wenn der maximale Querschnitt der
Drossel 42 bei niedrigen Kraftstofftemperaturen geöffnet
ist. Um zu verhindern, dass dieser hohe Kraftstoffrücklauf
auch bei hohen Kraftstofffördermengen oder bei Vollförderung
der Hochdruckpumpe 16 auftritt, kann der Querschnitt der
Drossel 42 bei steigenden Temperaturen kontinuierlich reduziert
werden.
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Das
Stellglied 44 kann den Querschnitt der Drossel auch abhängig
vom Druck im Zulauf zur Hochdruckpumpe 16 oder abhängig
vom Druck in der Bypassverbindung 40 bzw. im Zulauf zur
Drossel 42 variieren. Auch hier sollte bei einem niedrigen
Druck der maximale Querschnitt der Drossel 42 geöffnet sein
und bei steigenden Drücken reduziert werden.
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Durch
den verringerten Querschnitt der Drossel 42 wird bei Vollförderung
der Hochdruckpumpe 16 eine hohe Rücklaufmenge
des Kraftstoffes durch die Bypassverbindung 40 vermieden,
so dass die Kraftstofffördereinrichtung energieeffizienter
und kostengünstiger ausgelegt werden kann.
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Es
können aber auch andere Arten der Steuerung des Querschnitts
der Drossel 42 vorgesehen werden, wie z. B. eine Querschnittsreduzierung
in Stufen oder eine Vergrößerung des Querschnittes bei
steigendem Druck oder bei steigender Temperatur.
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Als
mögliches Stellglied 44 zur temperaturabhängigen
Steuerung der Drossel bietet sich ein Wachselement oder Bimetallelement
an.
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6a zeigt
eine Wirbeldrossel durch deren Einsatz sich eine Reduzierung der
Durchflussmenge durch die Bypassverbindung 40 bei steigendem Druck
realisieren lässt. Bei einer Wirbeldrossel steigt der Durchfluss
bei steigenden Druck geringer an als bei einer Standarddrossel. 6b zeigt
ein Diagramm, in dem der Förderstrom über dem
anliegendem Druck für eine Standarddrossel (A) und eine Wirbeldrossel
(B) dargestellt sind.
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Des
Weiteren bietet sich die Möglichkeit anstelle von einer
Durchflussbegrenzungseinrichtung 42 mindestens zwei Durchflussbegrenzungseinrichtungen 42 in
der Bypassverbindung 40 wie in 6
dargestellt
parallel anzuordnen. Wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben,
kann dabei mindestens eine Drossel 42 durch ein zusätzliches
mechanisches oder elektrisches Stellglied 44 bezüglich
ihres Querschnittes abhängig vom Druck oder der Temperatur
variiert werden. Es sind alle bisher genannten Varianten zur Variation
des Drosselquerschnittes möglich.
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Ein
weiteres mechanisches oder elektrisches Stellglied 52,
welches sich vor oder hinter mindestens einer Drossel 42 befindet,
kann dazu genutzt werden, um den Durchfluss durch die hydraulische Leitung,
in der sich die Drossel 42 befindet, zu unterbrechen. Handelt
es sich um ein elektrisches Stellglied 52 wird es über
die elektrische Steuereinrichtung 46 geregelt. Das Stellglied 52 kann
abhängig von einer im Zulauf der Bypassverbindung 40 gemessenen
Temperatur oder einem im Zulauf der Bypassverbindung 40 gemessenen
Druck die hydraulische Leitung öffnen oder schließen.
Vorteilhaft ist es die hydraulische Leitung bei niedrigen Drücken
oder niedrigen Temperaturen zu öffnen und ansonsten zu schließen,
da dadurch ein hoher Durchfluss bei niedrigen Temperaturen und niedrigen
Drücken möglich ist. Bei hohen Temperaturen und
hohen Drücken, die mit einer hohen Förderleistung
der Hochdruckpumpe 16 korrespondieren, fließt
dagegen nur eine geringe Kraftstoffmenge durch die Bypassverbindung 40.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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