DE102010039974A1

DE102010039974A1 - Fördereinrichtung eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010039974A1
Application number: DE201010039974
Authority: DE
Inventors: Peter Roth; Peter Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01
Also published as: WO2012028370A1

Abstract

Fördereinrichtung 10 eines Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckkolbenpumpe 12) einem Förderraum 30, einem Einlassventil 14 und einem Auslassventil 16, vorgeschlagen wird, dass es eine Strömungsdrossel 28 umfasst, welche einen stromabwärts vom Auslassventil 16 gelegenen Bereich 18 mit dem Förderraum 30 verbindet

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckkolbenpumpe, einem Förderraum, einem Einlassventil und einem Auslassventil.
Vom Markt her sind Fördereinrichtungen bekannt, die eine Hochdruckkolbenpumpe, ein als Mengensteuerventil ausgeführtes Einlassventil, und ein als Rückschlagventil ausgeführtes Auslassventil umfassen. Die Hochdruckkolbenpumpe wird von einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben. Die Hochdruckkolbenpumpe fördert den von einem Niederdrucksystem zur Verfügung gestellten Kraftstoff in ein Rail, das auch als Common Rail bezeichnet wird.
Das Common Rail ist ein Teil des Hochdrucksystems und versorgt die Einspritzventile mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff. Ein Drucksensor erfasst den im Common Rail herrschenden Druck und übermittelt ihn an ein elektronisches Steuergerät. Das Steuergerät steuert unter anderem in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und des Drucks im Rail die Fördermenge der Hochdruckkolbenpumpe. Dies geschieht dadurch, dass durch Öffnen des Einlassventils der Hochdruckkolbenpumpe eine Füllung eines Förderraums der Hochdruckkolbenpumpe und damit eine von der Hochdruckkolbenpumpe geförderte Kraftstoffmenge gesteuert wird.
Wird eine Kraftstoffförderung, durch ein Abstellen der Brennkraftmaschine oder eine Schubabschaltung unterbrochen, bleibt ein zuletzt eingestellter Druck im Hochdrucksystem erhalten. Bei einer Schubabschaltung bleiben bei drehender Brennkraftmaschine die Einspritzventile geschlossen. Durch die Abwärme der Brennkraftmaschine erwärmt sich der im Common Rail verbliebene Kraftstoff und dehnt sich aus. Durch dieses sogenannte Nachheizen kommt es zu einem weiteren Druckanstieg. Eine Druckbegrenzung erfolgt durch ein Druckbegrenzungsventil, mit einem Öffnungsdruck der weit über einem typischerweise im Hochdrucksystem herrschenden Druck liegt. Der hohe Druck führt zu einer unbeabsichtigten Leckage aus den Schnittstellen im System, wie beispielsweise Verschraubungen, Dichtungen und Ventilsitzen.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Kraftstoffversorgungssystem nach den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner 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 nochmals explizit hingewiesen wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, durch eine definierte Leckage zwischen Hochdrucksystem und Niederdrucksystem mit bestehenden Komponenten den Druck im Hochdrucksystem bei unterbrochener Kraftstoffförderung zu reduzieren. Dadurch wird eine unbeabsichtigte Leckage an den Schnittstellen im System, wie beispielweise Verschraubungen, Dichtungen, und Ventilsitzen vermieden und Abdichtungsmaßnahmen, die hohe Fertigungskosten verursachen, können entfallen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei aktivierter Schubabschaltung und drehendem Motor der Druck im Hochdrucksystem durch das sogenannte Nachheizen weniger bzw. gar nicht ansteigt. Das hat zur Folge, dass die Einspritzventile bei darauffolgendem Wiedereinsetzen der Einspritzung nicht gegen den hohen Systemdruck öffnen und die bei kleiner Last geringe Einspritzmenge, mit sehr kurzen, toleranzbehafteten Ansteuerzeiten einspritzen müssen. Dadurch werden Verbrauch und Emissionen verringert.
Die Erfindung verhindert vorteilhafterweise auch die Bildung eines Unterdrucks im Hochdrucksystem. Dieser resultiert aus einem Abkühlen des Kraftstoffs und der damit verbundenen Kontraktion. Der Unterdruck im Hochdrucksystem, führt dazu, dass im Kraftstoff gebundener Sauerstoff ausgast und Dampfblasen bildet.
Die Erfindung ermöglicht ein Nachströmen des Kraftstoffs aus dem Niederdrucksystem über das geöffnete Einlassventil oder, bei geschlossenem Einlassventil, über einen Kolbenspalt. Damit verringert sich die Bildung von Dampfblasen und das Startverhalten beim Wiederanlaufen der Brennkraftmaschine wird verbessert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Strömungsdrossel in das Auslassventil integriert ist. Dadurch bleibt der konstruktive Aufwand an der Fördereinrichtung selbst gering und die Baugröße der Fördereinheit wird nicht beeinflusst.
Eine fertigungstechnisch einfache Lösung ist es, dass die Strömungsdrossel eine Kerbe in einem Ventilsitz des Auslassventils umfasst. Dieses Bauteil ist besonders kostengünstig herzustellen.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Strömungsdrossel in einer Bypassleitung angeordnet ist, die parallel zum Auslassventil verläuft. Damit bleibt das Auslassventil unverändert und die Erfindung kann mit bestehenden Komponenten in Kombination mit einem geringen Mehraufwand für die Bypassleitung realisiert werden.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Einlassventil zwangsweise, vorzugsweise elektrisch, offenbar ist. Dadurch kann das Einlassventil besonders einfach angesteuert werden. Nach Abstellen der Brennkraftmaschine strömt der Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem in den Förderraum der Hochdruckkolbenpumpe und von dort über das geöffnete Einlassventil in das Niederdrucksystem. Dadurch erfolgt ein schneller Druckabbau.
Bei geschlossenem Einlassventil entweicht der Kraftstoff über den Kolbenspalt und die Geschwindigkeit des Druckabbaus ist reduziert. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung, je nachdem ob das Einlassventil geöffnet oder geschlossen ist, einen schnellen Druckabbau oder eine gewisse Druckerhaltung, die ein Wiederanlaufen der Brennkraftmaschine beschleunigt.
Weiterhin wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Betrieb einer Fördereinrichtung der oben bezeichneten Art. Dabei werden die oben erläuterten erfindungsgemäßen Vorteile ebenfalls realisiert.
Vorgeschlagen wird außerdem, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine das Einlassventil so angesteuert wird, dass eine maximale Förderleistung der Hochdruckkolbenpumpe erreicht wird. Dadurch wird der Druck im Hochdrucksystem beim Abstellen erhöht und Kombination mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren zur Druckerhaltung ergibt sich eine vorteilhafte Verlängerung der Verfügbarkeit eines Mindestdrucks, der ein schnelles Wiederanlaufen der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine
2 eine Schnittdarstellung eines Auslassventils eines Kraftstoffversorgungssystems von 1 und
3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Kraftstoffsystem dargestellt. Die Fördereinrichtung 10 umfasst eine als Hochdruckkolbenpumpe 12 ausgebildete Kraftstoffpumpe, ein saugseitig angeordnetes Einlassventil 14 und ein druckseitig angeordnetes Auslassventil 16. Die Hochdruckkolbenpumpe 12 wird in einer in der Figur nicht dargestellten Art und Weise von einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben. In einem stromabwärts angeordneten Bereich 18 schließt ein Hochdrucksystem 20 an das Auslassventil 16 an. Das Hochdrucksystem 20 umfasst ein Common Rail 22 und, daran angeordnet, mehrere Einspritzventile 24 sowie einen Drucksensor 26.
Parallel zum Auslassventil 16 angeordnet ist eine Strömungsdrossel 28, die das Hochdrucksystem 20 über eine Bypassleitung 29 mit einem Förderraum 30 der Hochdruckkolbenpumpe 12 verbindet. Die Strömungsdrossel kann in das Auslassventil 16 integriert sein.
Von dem Hochdruckanschluss 18 führt eine Rücklaufleitung 32 zurück zum Förderraum 30 der Hochdruckkolbenpumpe 12. In der Rücklaufleitung 32 angeordnet ist ein Druckbegrenzungsventil 34.
Das als Mengensteuerventil ausgebildete Einlassventil 14 wird elektrisch betätigt und ist durch einen Niederdruckanschluss 36 mit einem Niederdrucksystem 38, welches einen Kraftstofftank 40 und eine Elektrokraftstoffpumpe 42 umfasst, verbunden. Am Niederdruckanschluss 36 angeordnet ist ein Pulsationsdämpfer 44. Ein elektronisches Steuergerät trägt das Bezugszeichen 46.
Die vorangehend beschrieben Fördereinrichtung 10 arbeitet folgendermaßen: Der Drucksensor 26 erfasst den im Common Rail 22 herrschenden Druck und übermittelt ihn an das elektronische Steuergerät 46. Abhängig von dem Druck im Common Rail 22 und weiterer Eingangsgrößen bewirkt das Steuergerät 46 ein Öffnen des Einlassventils 14. Durch das geöffnete Einlassventil 14 strömt Kraftstoff aus dem Niederdrucksystem 38 in den Förderraum 30 der Hochdruckkolbenpumpe 12, Solange das Einlassventil 14 geöffnet ist und sich der Kolben der Hochdruckkolbenpumpe 12 im Saughub befindet. Die Hochdruckkolbenpumpe 12 erhöht anschließend den Druck des eingeströmten Kraftstoffs und fördert ihn weiter zum Hochdrucksystem 20.
Bei der Schubabschaltung bleiben bei drehender Brennkraftmaschine die Einspritzventile 24 geschlossen. Durch die Abwärme der Brennkraftmaschine erwärmt sich der im Common Rail 22 verbliebene Kraftstoff und dehnt sich aus. Ein Teil des Kraftstoffs entweicht über die Strömungsdrossel 28 in den Förderraum 30 der Hochdruckkolbenpumpe 12 und strömt durch das geöffnete Einlassventil 14 zurück in das Niederdrucksystem 42. Damit wird ein unerwünschter Druckanstieg im Hochdrucksystem 20 verhindert.
Wenn beim Abstellen der Brennkraftmaschine kein Kraftstoff gefördert werden soll, wird das Einlassventil 14 geöffnet, so dass der im Common Rail 22 befindliche und unter Druck stehende Kraftstoff durch die erfindungsgemäße Strömungsdrossel 28 des Auslassventils 16 zurück in den Förderraum 30 der Hochdruckkolbenpumpe 12 strömt. Von dort strömt der Kraftstoff durch das geöffnete Einlassventil 14 zurück in das Niederdrucksystem 38. Somit wird der Druck im Hochdrucksystem 20 schnell abgebaut.
Bei geschlossenem Einlassventil 14 kann der Kraftstoff nicht über das Einlassventil 14 zurück in das Niederdrucksystem 38 strömen, so dass er über den Kolbenspalt der Hochdruckkolbenpumpe 14 in das Niederdrucksystem 38 gelangt. Dadurch verringert sich die Druckabbaugeschwindigkeit. In Folge dessen bleibt ein vorgebbarer Mindestdruck länger im Hochdrucksystem 20 erhalten.
Eine weitere Verlängerung der Druckerhaltung lässt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine durch Ansteuerung des Einlassventils 14 die Fördermenge erhöht wird. Dadurch steigt der Druck im Common Rail 22 und die Zeit bis der Druck auf den Mindestdruck absinkt wird verlängert.
In 2 ist das als Rückschlagventil ausgebildete Auslassventil 16 im Detail dargestellt. Eine Kraftstoffkanal 48 endet in einen Ventilsitz 50. Eine Kugel 52 wird von einer Feder 54 stromabwärts gegen den Ventilsitz 50 gehalten und verschließt somit den Kraftstoffkanal 48. In den Ventilsitz 50 eingearbeitet ist eine Kerbe 56.
Wird von der Hochdruckkolbenpumpe 12 Kraftstoff gefördert, so wird durch den von der Hochdruckkolbenpumpe erzeugten Druck die Kugel 52 gegen die Federkraft aus dem Ventilsitz 50 gehoben und der Kraftstoff strömt durch den nun geöffneten Kraftstoffkanal 48 in das Hochdrucksystem 20. Fördert die Hochdruckkolbenpumpe 12 keinen Kraftstoff, drückt die Federkraft die Kugel 52 auf den Ventilsitz 50 und der Kraftstoffkanal 48 ist verschlossen. Die Kerbe 56 im Ventilsitz 50 erzeugt eine definierte Leckage, die ein Zurückströmen des Kraftstoffs in den Förderraum 30 der Hochdruckkolbenpumpe 12, bei geschlossenem Ventil gewährleistet
In 3 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es beginnt in einem Startblock 58. In einem Abfrageblock 60 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine mit Schubabschaltung betrieben oder abgestellt werden soll.
Im Falle des Abstellens, wird zu einem Block 62 verzweigt, in dem eine bedingte Verzweigung vorgenommen wird.
Wenn die erste Bedingung 62.1 erfüllt ist, dann wird die Brennkraftmaschine abgestellt und gleichzeitig wird das Einlassventil 14 geöffnet. Dadurch findet ein rascher Druckabbau im Hochdruckbereich statt und die ungewollte Leckage von Kraftstoff wird wirkungsvoll verhindert. Danach ist der erfindungsgemäße Abstellvorgang beendet.
Dieses Abstellen findet immer dann statt, wenn die Brennkraftmaschine für eine längere Zeit abgestellt werden soll. Zum Beispiel findet ein solches Abstellen statt, wenn die Brennkraftmaschine vom Fahrer abgeschaltet wird, indem er den Schlüssel abzieht.
Wenn die zweite Bedingung 62.2 erfüllt ist, dann wird die Brennkraftmaschine abgestellt und gleichzeitig wird das Einlassventil 14 so angesteuert, dass die Fördermenge der Hochdruckkolbenpumpe 12 maximiert wird,
Dieses Abstellen findet immer dann statt, wenn die Brennkraftmaschine von der Motorsteuerung abgestellt wird, Beispiele für ein solches Abstellen ist der Start-Stopp-Modus oder das Abstellen der brennkraftmaschine bei Hybrid-Fahrzeugen.
Anschließend wird in einem Abfrageblock 64 geprüft, ob der Druck im Hochdrucksystem 20 einen vorgebbaren Maximalwert (p_max) überschritten hat. Ist der Druck im Hochdrucksystem 20 unerwünscht hoch wird im Funktionsblock 66 das Einlassventil 14 geöffnet. Anschließend wird im Abfrageblock 68 geprüft ob ein vorgebbarer Mindestdruck erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, wird erneut zu dem Abfrageblock 64 verzweigt. Ist der Mindestdruck erreicht wird im Funktionsblock 70 das Einlassventil 14 geschlossen. Dadurch verringert sich die Druckabbaugeschwindigkeit und das erfindungsgemäße Verfahren ist beendet.
Im Falle der Schubabschaltung wird direkt zu Abfrageblock 64 verzweigt. Danach läuft das Verfahren wie oben beschrieben ab.

Claims

Fördereinrichtung (10) eines Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckkolbenpumpe (12), einem Förderraum (30), einem Einlassventil (14) und einem Auslassventil (16), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Strömungsdrossel (28) umfasst, welche einen stromabwärts vom Auslassventil (16) gelegenen Bereich (18) mit dem Förderraum (30) verbindet.
Fördereinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (28) in das Auslassventil (16) integriert ist.
Fördereinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (28) eine Kerbe (56) in einem Ventilsitz (50) des Auslassventils (16) umfasst.
Fördereinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (28) in einer Bypassleitung (29) angeordnet ist, die parallel zum Auslassventil (16) verläuft.
Fördereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (14) zwangsweise, vorzugsweise elektrisch, öffenbar ist.
Verfahren zum Betrieb einer Fördereinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ansteuerung des Einlassventils (14) eine Druckabbaugeschwindigkeit eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine das Einlassventil (14) geöffnet wird, wenn eine erste Bedingung (62.1) vorliegt, so dass der Druck im Hochdruckbereich (20) rasch abgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine das Einlassventil (14) so angesteuert wird, dass die Fördermenge der Hochdruckkolbenpumpe (12) erhöht wird, wenn eine zweite Bedingung (62.2) vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine das Einlassventil (14) geöffnet wird, wenn der Druck im Hochdrucksystem (20) einen vorgebbaren Maximalwert (p_max) überschritten hat, wenn die Brennkraftmaschine mit Schubabschaltung betrieben wird.