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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des hydraulischen Drucks in einem Zulaufpfad einer Hochdruckpumpe zur Hochdruckförderung von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5. Ferner betrifft die Erfindung eine Zumesseinheit für eine solche Vorrichtung gemäß Anspruch 6.
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Stand der Technik
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Bei nockengetriebenen, nach außen fördernden Hochdruckpumpen mit wenigstens einem Hochdruckelement gilt es den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe zur Schmierung und/oder Kühlung mit Kraftstoff zu durchströmen und ständig unter Druck zu halten. Um eine optimale Versorgung mit Kraftstoff als Schmier- und/oder Kühlmittel sicherzustellen, ist dafür Sorge zu tragen, dass in jedem Betriebszustand der Hochdruckpumpe eine ausreichende Zulaufmenge zur Verfügung steht und ein Mindestinnenraumdruck mit einer Mindestdurchströmung des Triebwerkraumes gewährleistet ist.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 198 01 355 A1 geht eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine hervor, bei welcher zur Sicherstellung einer ausreichenden Schmierung und/oder Kühlung ein von einer Vorförderpumpe des Systems angesaugter Gesamtkraftstoffstrom durch die Hochdruckpumpe geführt wird. Eine in die Hochdruckpumpe integrierte Zumesseinheit sorgt dafür, dass nur ein vorgewählter Förderstrom in der Hochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagt wird. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Zumesseinheit ein Stromregelventil umfasst, das vorteilhafterweise elektromagnetisch steuerbar ist. Mittels des elektromagnetisch steuerbaren Stromregelventils kann der mit Hochdruck zu beaufschlagende Kraftstoffstrom je nach Bedarf reguliert werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass in Förderrichtung stromabwärts des Stromregelventils ein Einlassventil angeordnet ist, das beim Verdichtungshub der Hochdruckpumpe als Rückschlagventil wirkt. Somit ist gewährleistet, dass einerseits im Hochdruckelement Hochdruck aufgebaut werden kann, andererseits der Förderstrom erst dann in das Hochdruckelement gelangt, wenn eine bestimmte Druckdifferenz zwischen dem Zulauf des Einlassventils und dem Druck im Hochdruckelement selbst erreicht wird. Die vorgeschlagene Stromführung und Anordnung des Stromregelventils sollen im Schadensfall, wie beispielsweise einer Leckage im Niederdruckförderkreis, bewirken, dass die gesamte noch geförderte Menge zunächst zur Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe benutzt wird. Erst wenn der Druck nicht mehr zu einer kontinuierlichen Zumessung ausreicht, führt dies dazu, dass auf unzulässige Regelabweichung im Raildruck erkannt und der Motor abgestellt wird.
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Das vorstehend beschriebene System weist den Nachteil auf, dass Abweichungen im Hinblick auf eine Mindestschmiermengenversorgung nicht oder erst sehr spät erkannt werden, da der Druck soweit abfallen muss, dass keine Hochdruckförderung mehr erfolgt. Dies ist jedoch erst der Fall, wenn eine eklatante Unterversorgung besteht, welche dann als Raildruckabweichung erkannt wird. Dies liegt darin begründet, dass bei einer Mangelversorgung die erforderliche Hochdruckfördermenge dem Triebwerksraum entnommen wird, was zu Lasten der Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe geht. Mit fortschreitender Entleerung des Triebwerkraums bricht dann der Druck im Triebwerksraum zusammen und es findet keine Durchströmung des Triebwerkraums mehr statt. Aufgrund der fehlenden Schmierung und/oder Kühlung kann die Hochdruckpumpe Schaden nehmen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines hydraulischen Drucks in einem Zulaufpfad einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, mittels welcher Abweichungen von einer Mindestschmiermengenversorgung sicher erkannt werden.
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Ferner soll eine Zumesseinheit bereitgestellt werden, welche in eine erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbar ist.
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Die Aufgaben werden gelöst durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren sowie die in Anspruch 5 angegebene Vorrichtung. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. Ferner wird eine Zumesseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Überwachung des hydraulischen Drucks in einem Zulaufpfad einer Hochdruckpumpe zur Hochdruckförderung von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass bei Unterschreiten eines Mindestzulaufdrucks im Zulaufpfad der Hochdruckpumpe die Zumessung von Kraftstoff zur Hochdruckförderung über eine im Zulaufpfad angeordnete Zumesseinheit unterbrochen und die Hochdruckförderung über die Hochdruckpumpe eingestellt wird, so dass mangels Hochdruckförderung eine Druckabweichung im Hochdruckspeicher bewirkt wird, die über die systemseitig vorhandenen Mittel zur Erfassung einer Druckabweichung erfassbar sind. Die Fördermengenfreigabe wird demnach abhängig vom Zulaufdruck gemacht. Dadurch ist sichergestellt, dass bei Unterschreiten eines vorgebbaren Mindestzulaufdrucks die Hochdruckförderung eingestellt und die Mangelversorgung erkannt wird, und zwar bevor der Druck im Triebwerksraum zusammenbricht und die Hochdruckpumpe Schaden nehmen kann. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Zulaufdrucks den Einsatz der bereits systemseitig vorhandenen Mittel, welche zur Erfassung einer Druckabweichung im Hochdruckspeicher vorgesehen sind. Aufgrund der Abhängigkeit der Fördermengenfreigabe vom Zulaufdruck sind zudem geringe Druck- und damit Mengenabweichungen im Zulaufpfad der Hochdruckpumpe sicher erkennbar. Denn ein ausreichender Zulaufdruck und damit eine ausreichende Schmier- und/oder Kühlmenge sind Voraussetzung dafür, dass überhaupt Kraftstoff zur Hochdruckförderung zur Verfügung steht. Dadurch ist sichergestellt, dass die Hochdruckförderung bei Mangelversorgung nicht zu Lasten der Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe geht.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Mindestzulaufdruck über den Öffnungsdruck eines Vorschaltventils eingestellt, das der Zumesseinheit vorgeschaltet ist. Bei dem Vorschaltventil handelt es sich vorzugsweise um ein hydraulisch gesteuertes Ventil, das bei ausreichendem Zulaufdruck gegen die Federkraft einer Feder öffnet. Mit Öffnen des Ventils ist der Zulauf zur Zumesseinheit freigegeben und Kraftstoff kann über die Zumesseinheit zugemessen werden. Fällt der Zulaufdruck unter den Öffnungsdruck des Vorschaltventils, welcher dem Mindestzulaufdruck entspricht und über die Federkraft der Feder einstellbar ist, wird der Zulauf zur Zumesseinheit gesperrt und die Zumessung unterbrochen. Dies hat zur Folge, dass kein Kraftstoff zur Hochdruckförderung zur Verfügung steht, was sich als Druckabweichung im Hochdruckspeicher bemerkbar macht. Über die systemseitig vorhandenen Mittel wird die Druckabweichung erfasst, so dass zum Schutz der Hochdruckpumpe auf ein Notfahrprogramm umgeschaltet werden kann.
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Bevorzugt wird eine Zumesseinheit verwendet, welche ein axial verschiebbares Ventilglied umfasst, das in Schließrichtung von einer Federkraft FF einer Feder beaufschlagt wird und in Öffnungsrichtung von einer hydraulischen Druckkraft FP beaufschlagbar ist, wobei zur Mengenregelung ein Magnetaktor eingesetzt wird, dessen Magnetkraft FM das Ventilglied in Schließrichtung beaufschlagt. Bei Bestromung des Magnetaktors liegt am Ventilglied in Schließrichtung die Magnetkraft FM und die Federkraft FF an. Um eine Zumessung zu bewirken, muss die in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckkraft FP größer als die Summe aus FM und FF sein.
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Die ferner vorgeschlagene Vorrichtung zur Überwachung des hydraulischen Drucks in einem Zulaufpfad einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zur Unterbrechung der Zumessung bei Unterschreiten eines Mindestzulaufdrucks der Zumesseinheit ein Vorschaltventil vorgeschaltet ist, das einen dem Mindestzulaufdruck entsprechenden Öffnungsdruck besitzt, oder die Zumesseinheit hydraulisch steuerbar ist und die Zumessung eine vorgebbare hydraulische Druckkraft FP erfordert. Das der Zumesseinheit vorgeschaltete Vorschaltventil ermöglicht eine Unterbrechung des Förderstroms, so dass keine zumessbare Fördermenge die Zumesseinheit erreicht. Dadurch ist sichergestellt, dass keine Fördermengenfreigabe und keine Hochdruckförderung erfolgt. Über die Druckabweichung im Hochdruckspeicher kann dann die Mangelversorgung erfasst und auf ein Notfahrprogramm umgeschaltet werden. Die des Weiteren beanspruchte alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine hydraulisch steuerbare Zumesseinheit auf, welche zur Fördermengenfreigabe eine hydraulische Druckkraft FP erfordert. Die zur Fördermengenfreigabe erforderliche hydraulische Druckkraft FP ist derart bemessen, dass ein Mindestzulaufdruck im Zulaufpfad gewährleistet ist.
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Ferner wird eine Zumesseinheit vorgeschlagen, welche in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar ist. Die vorgeschlagene Zumesseinheit umfasst einen Magnetaktor sowie ein axial verschiebbares Ventilglied, das in Schließrichtung von einer Federkraft FF einer Feder beaufschlagt wird. Bei Bestromung des Magnetaktors ist das Ventilglied mit einer in Schließrichtung wirkenden Magnetkraft FM beaufschlagbar und ein Öffnungshub des Ventilgliedes nur über eine hydraulische Druckkraft FP bewirkbar, die größer als die Summe der Federkraft FF und der Magnetkraft FM ist. Über die Federkraft FF und die Magnetkraft FM ist demnach ein dem Mindestzulaufdruck entsprechender Öffnungsdruck vorgebbar.
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Vorzugsweise ist innerhalb der Zumesseinheit wenigstens eine Druckstufe ausgebildet, über welche eine Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck in einem Zulauf und einem Rücklauf der Zumesseinheit und damit eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckkraft FP bewirkbar ist. Das Ventilglied ist hierzu bevorzugt als Hohlkolben ausgebildet und der durch den Hohlkolben geführte Zulauf ist an den Rücklauf angeschlossen, so dass das Ventilglied von der Zulaufmenge durchströmt wird.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Druckstufe am Ventilglied ausgebildet, vorzugsweise in Form eines radial verlaufenden Absatzes. Der Anschluss der Druckstufe an den Rücklauf kann optional über eine Drossel erfolgen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Druckstufe als Spaltdrossel im Lagerbereich einer axial beweglichen Ankernadel des Magnetaktors ausgebildet. Die Anordnung der Druckstufe erfolgt demnach im Bereich des Magnetaktors, das heißt im Magnetteil. Die über die Spaltdrossel zur Rückseite der Ankernadel geführte Zulaufmenge bewirkt einen Druckabfall und damit eine vom Zulaufdruck abhängige, das Ventilglied in Öffnungsrichtung beaufschlagende hydraulische Druckkraft FP. Herrscht ein zu geringer Zulaufdruck vor, so dass die hydraulische Druckkraft FP kleiner als die Summe der Federkraft FF und der Magnetkraft FM ist, erfolgt keine Zumessung. Die Unterbrechung der Zumessung bewirkt eine Druckabweichung im Hochdruckspeicher, welche dann über die bekannten systemseitigen Mittel erfassbar ist. Dadurch, dass die dem Rücklauf zugeführte Zulaufmenge den Magnetteil durchströmt, werden ferner die Kühlung des Magnetaktors, die Schmierung der Lager der Ankernadel sowie die Entlüftung verbessert.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ankernadel zur Rückführung einer Rücklaufmenge als Hohlnadel ausgeführt ist. Die Bohrung der Ankernadel kann über eine Kontaktstelle am Ventilglied in den Hohlkolben bzw. einem im Ventilglied ausgebildeten Rücklauf zurückgeführt werden. Die Abdichtung im Bereich der Kontaktstelle ist durch Pressung, das heißt durch die Kraftbedingung FP > FM + FF sichergestellt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems im Bereich der Hochdruckpumpe,
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2 eine schematische Darstellung einer in einem Zulaufpfad einer Hochdruckpumpe angeordneten Zumesseinheit,
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3 eine schematische Darstellung eines alternativen Kraftstoffeinspritzsystems im Bereich der Hochdruckpumpe,
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4 eine schematische Darstellung eines in einem Zulaufpfad der Hochdruckpumpe angeordneten Vorschaltventils,
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5 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Zumesseinheit,
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6 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Zumesseinheit und
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7 eine schematische Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Zumesseinheit.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in 1 lediglich ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine Hochdruckpumpe 2 mit zwei Hochruckelementen 16. Jedes Hochdruckelement 16 weist einen über eine Rolle 17 an einer Nockenwelle 18 abgestützten Pumpenkolben 19 auf, welcher über die Nockenwelle 18 zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Im Saughub der Pumpenkolben 19 wird Kraftstoff über ein Einlassventil 20 in einen Elementraum 21 angesaugt und im Förderhub auf Hochdruck verdichtet. Der auf Hochdruck geförderte Kraftstoff wird dann über ein Auslassventil 22 einem Hochdruckspeicher 3 zugeführt (siehe 2). Zur Regelung der Fördermenge ist in einem Zulaufpfad 1 der Hochdruckpumpe 2 eine Zumesseinheit 5 angeordnet, welcher ein Überströmventil 23 vorgeschaltet ist, um in Förderrichtung vor der Zumesseinheit 5 einen konstanten Druck zu gewährleisten.
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Die Hochdruckfördermenge wird gemäß der Ausführungsform der 1 vollständig durch den Triebwerksraum 24 der Hochdruckpumpe 2 geführt. Dadurch steht die gesamte Fördermenge zur Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe 2 zur Verfügung.
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Eine alternative Ausführungsform ist in der 3 dargestellt, bei welcher eine Mengenteilung über einen Mengenteiler 25 vorgenommen wird, der vor dem Triebwerksraum 24 der Hochdruckpumpe 2 die Zulaufmenge in einen Schmier- und/oder Kühlstrom und einen Förderstrom teilt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzsystems durchführbar, das heißt unabhängig davon, ob eine Mengenteilung erfolgt oder nicht. Ferner sind die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie die erfindungsgemäße Zumesseinheit 5 in beiden Ausführungsformen eines Kraftstoffeinspritzsystems einsetzbar.
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Wie aus 2 ersichtlich sind im oder am Hochdruckspeicher 3 Mittel 4 zur Erfassung einer Druckabweichung im Hochdruckspeicher 3 angeordnet. Die Mittel 4 können beispielsweise einen Drucksensor umfassen, welcher mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) verbindbar ist, um die über den Drucksensor erfassten Messergebnisse auszuwerten. Die Mittel 4 sind dazu ausgelegt, eine Druckabweichung im Hochdruckspeicher 3 zu erkennen.
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Um die Mittel 4 ferner zur Erkennung einer Druckabweichung einsetzen zu können, die infolge einer Mangelversorgung im Zulaufpfad 1 der Hochdruckpumpe 2 auftritt, ist unter Zuhilfenahme des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Druck im Hochdruckspeicher 3 durch den Zulaufdruck beeinflussbar. Denn erfindungsgemäß ist die Fördermengenfreigabe vom Zulaufdruck abhängig. Das heißt, dass ein Mindestzulaufdruck gegeben sein muss, um eine Fördermengenfreigabe über die Zumesseinheit 5 zu bewirken.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierzu ein Vorschaltventil 6 umfassen, das der Zumesseinheit 5 vorgeschaltet ist. Das in 4 beispielhaft dargestellte Vorschaltventil 6 weist einen von einer Federkraft einer Feder 27 beaufschlagten Kolben 26, welcher in einer ersten Endlage den Zulauf 11 zur Zumesseinheit 5 versperrt. Eine axiale Verschiebung des Kolbens 26 in eine Offenstellung wird erst bewirkt, wenn der Zulaufdruck auf den Kolben 26 eine hydraulische Druckkraft ausübt, die größer als die Federkraft der Feder 27 ist, welche den Kolben 26 in entgegengesetzter Richtung belastet. Reicht der Zulaufdruck nicht aus bleibt die Verbindung zur Zumesseinheit 5 unterbrochen. Es erfolgt demnach keine Zumessung und keine Hochdruckförderung, was eine Druckabweichung im Hochdruckspeicher 3 zur Folge hat, die wiederum durch die Mittel 4 erfassbar ist.
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Die Funktion des Vorschaltventils 6 kann alternativ in die Zumesseinheit 5 verlegt werden. Hierzu ist innerhalb der Zumesseinheit 5 eine Druckstufe 10 ausgebildet, welche eine Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck in einem Zulauf 11 und einem Rücklauf 12 der Zumesseinheit 5 bewirkt. Aus der Druckdifferenz resultiert eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckkraft FP, welche in Abhängigkeit vom Zulaufdruck eine Zumessung bewirkt.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer im Hydraulikteil der Zumesseinheit 5 ausgebildeten Druckstufe 10 ist in der 5 schematisch dargestellt. Die Druckstufe 10 ist an einem axial verschiebbaren Ventilglied 7 der Zumesseinheit in Form eines Absatzes 13 ausgebildet und verbindet den Zulauf 11 mit dem Rücklauf 12. Die Zumesseinheit 5 weist ferner einen Magnetaktor 9 mit einer axial verschiebbaren Ankernadel 15 auf, welche bei Bestromung des Magnetaktors 9 eine Magnetkraft FM auf das Ventilglied 7 überträgt. In gleicher Wirkrichtung, das heißt in Schließrichtung, wird das Ventilglied 7 von einer Federkraft FF einer Feder 8 beaufschlagt. In Abhängigkeit vom hydraulischen Druck im Zulauf 11 wird über die Druckstufe 10 eine Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck im Zulauf 11 und im Rücklauf 12 bewirkt, aus welcher eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckkraft FP resultiert. Ist die in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckkraft FP größer als die Summe aus der Federkraft FF und der Magnetkraft FM, wird das Ventilglied 7 in Richtung des Magnetaktors 9 bewegt. Dabei gelangt ein vorliegend dreieckig gestalteter Durchströmquerschnitt 28 in Überdeckung mit einem Auslass 29, welcher die Zumesseinheit 5 mit einem Einlassventil 20 eines Hochdruckelementes 16 verbindet.
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Weitere Ausführungsbeispiele einer Zumesseinheit 5 sind den 6 und 7 zu entnehmen. Hier ist die Druckstufe 10 jeweils im Magnetteil der Zumesseinheit 5 ausgebildet. Und zwar dienen jeweils im Lagerbereich der Ankernadel 15 ausgebildete Spaltdrosseln 14 als Druckstufen 10. Die Wirkung der Spaltdrosseln 14 ist ebenfalls eine Druckdifferenz zwischen dem jeweils im Zulauf 11 und im Rücklauf 12 vorherrschenden hydraulischen Druck. Über die Druckdifferenz ist wiederum eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckkraft FP bewirkbar. Zudem kann die dem Rücklauf 12 zugeführte Menge zur Kühlung des Magnetaktors 9 herangezogen werden.
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Das Ausführungsbeispiel der 7 unterscheidet sich von dem der 6 dadurch, dass die Ankernadel 15 als Hohlnadel ausgeführt ist und die Rücklaufmenge über die Hohlnadel in den Hydraulikteil der Zumesseinheit 5 zurückgeführt wird. Durch diese Maßnahme kann der Anschlussaufwand verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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