DE102011004649A1 - Kraftstofffördereinrichtung und Verfahren zum Betätigen einer Kraftstofffördereinrichtung - Google Patents
Kraftstofffördereinrichtung und Verfahren zum Betätigen einer Kraftstofffördereinrichtung Download PDFInfo
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Abstract
Es wird eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (10), deren Verdrängungsvolumen durch einen Aktor (11) verstellbar ist, und mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (16) vorgeschlagen. Durch die Förderpumpe (10) wird Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (16) gefördert und durch die Hochdruckpumpe (16) Kraftstoff in einem Hochdruckbereich (18) gefördert. Ein Drucksensor (17) steht in Verbindung mit einem Steuergerät (19), welches den Aktor (11) der Förderpumpe (10) betätigt, um eine variable Kraftstoffmenge bei gleicher Drehzahl zu fördern.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betätigen einer solchen Kraftstofffördereinrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
- Stand der Technik
- Eine solche Kraftstofffördereinrichtung und ihre Funktionsweise ist bereits durch
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 Kraftstofffördermenge der Förderpumpe durch Variation der Drehzahl verändert werden kann. - Offenbarung der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung und das Verfahren zum Betätigen einer solchen Kraftstofffördereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass abhängig von dem Druckwert, den der Drucksensor an das Steuergerät übermittelt, das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe über eine Betätigung des Aktors verändert wird, wodurch eine variable Kraftstoffmenge bei gleicher Drehzahl gefördert werden kann. Damit ist eine einfache Möglichkeit gegeben die Kraftstofffördermenge der Förderpumpe zu verändern. Es entfallen zusätzliche Bauteile, wie z. B. eine elektrische Steuereinrichtung zur Regelung des elektrischen Antriebs oder eine Zumesseinheit (ZME), die die Kraftstofffördermenge an den Bedarf der Hochdruckpumpe anpasst. Des Weiteren ist eine genauere Regelung der Kraftstoffördermenge durch das verstellbare Verdrängungsvolumen möglich, als durch die Variation der Drehzahl.
- Mit den Maßnahmen der Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.
- In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Kraftstofffördereinrichtung fördert die Förderpumpe eine variable Kraftstoffmenge, die zwischen einer Nullfördermenge und einer maximalen Menge variiert. Die maximale Menge wird durch das maximale Verdrängungsvolumen der Förderpumpe bestimmt. Durch den weiten Bereich, in dem die Kraftstofffördermenge variieren kann, ist eine optimale Anpassung der Kraftstofffördermenge an den Kraftstoffbedarf im Hochdruckbereich möglich.
- Es ist von Vorteil, dass der Aktor als hydraulisches, pneumatisches, elektrisches oder mechanisches Betätigungselement ausgeführt werden kann, da ein breiter Einsatz bereits erprobter und kostengünstiger Bauteile möglich ist.
- Eine Anordnung des Drucksensors im Hochdruckbereich ist von Vorteil, da Abweichungen von einem vorgegeben Kraftstoffdruck in diesem Bereich das Verhalten der Kraftstofffördereinrichtung negativ beeinflussen können. Abweichungen von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck können durch den Drucksensor im Hochdruckbereich schnell erfasst werden und durch eine Anpassung des Verdrängungsvolumens der Förderpumpe vermieden werden.
- Eine Anordnung des Drucksensors auf der Saugseite der Hochdruckpumpe ist vorteilhaft, da die Kraftstofffördermenge der Förderpumpe genau an den Kraftstoffbedarf der Hochdruckpumpe angepasst werden kann.
- Vorteilhaft ist der Einsatz einer Flügelzellenpumpe oder einer Außenzahnradpumpe oder einer Rollenzellenpumpe oder einer Innenzahnradpumpe oder einer Pendelschieberpumpe als Förderpumpe mit verstellbaren Fördervolumen, da auf bekannte Pumpenbauarten zurückgegriffen werden kann und sich der Entwicklungsaufwand reduziert.
- Vorteilhaft ist die Reduzierung des Verdrängungsvolumens der Förderpumpe, wenn der Drucksensor einen zu hohen Druckwert misst, da die Förderpumpe durch diese Maßnahme weniger Kraftstoff fördert und durch den sinkenden Kraftstoffdruck Fehlfunktionen im Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung vermieden werden.
- Gleichermaßen ist die Vergrößerung des Verdrängungsvolumens der Förderpumpe von Vorteil, wenn der Drucksensor einen zu geringen Druckwert misst, da die Förderpumpe durch diese Maßnahme mehr Kraftstoff fördert und der Kraftstoffdruck steigt.
- Ausführungsbeispiele
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine Förderpumpe mit verstellbaren Verdrängungsvolumen in einer schematischen Schnittdarstellung für eine Kraftstofffördereinrichtung und -
3 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
1 und3 zeigen eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung. Die Kraftstofffördereinrichtung weist eine Förderpumpe10 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter12 ansaugt Durch die Förderpumpe10 wird Kraftstoff zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe16 gefördert, die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung ist. Der Antrieb der Förderpumpe10 kann mechanisch über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen durch den Motor oder die Hochdruckpumpe16 erfolgen. Alternativ kann die Förderpumpe10 einen elektrischen Antrieb aufweisen, der mit veränderlicher Leistung und damit variabler Drehzahl oder konstanter Leistung und Drehzahl betrieben werden kann. - Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe
16 wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich18 der Kraftstofffördereinrichtung gefördert, der beispielsweise einen Hochdruckspeicher18 umfasst. Aus dem Hochdruckbereich18 werden ein oder mehrere Injektoren20 mit Kraftstoff versorgt, wobei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Injektor20 zugeordnet ist. - Die Förderpumpe
10 kann an der Hochdruckpumpe16 angeordnet, in diese integriert sein oder entfernt von der Hochdruckpumpe16 angeordnet sein, beispielsweise im Vorratsbehälter12 oder in einer hydraulischen Leitung zwischen dem Vorratsbehälter12 und der Hochdruckpumpe16 . Die Hochdruckpumpe16 weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das wiederum einen Pumpenkolben aufweist, der in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Hochdruckpumpe16 kann eine eigene Antriebswelle aufweisen, durch die über einen Nocken oder Exzenter die Hubbewegung des Pumpenkolbens bewirkt wird. Die Antriebswelle der Hochdruckpumpe16 wird mechanisch, beispielsweise über ein Getriebe oder einen Riementrieb von der Brennkraftmaschine angetrieben, so dass die Drehzahl der Hochdruckpumpe16 proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Hochdruckpumpe16 keine eigene Antriebswelle aufweist und die Hubbewegung des Pumpenkolbens durch einen Exzenter oder Nocken einer Welle der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Dabei können auch mehrere Hochdruckpumpen16 vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine hydraulische Betätigung vorgesehen sein. - Die Förderpumpe
10 kann entfernt von der wenigstens einen Hochdruckpumpe16 angeordnet sein, beispielsweise auch im Vorratsbehälter12 . Die Förderpumpe10 ist dabei über eine hydraulische Leitung mit der Saugseite der wenigstens einen Hochdruckpumpe16 verbunden. In der hydraulischen Leitung kann ein Kraftstofffilter38 angeordnet sein, um zu verhindern, dass Schmutzpartikel in die Hochdruckpumpe16 und in den Hochdruckbereich18 gelangen. - Es ist ein Drucksensor
17 vorgesehen, durch den der Druck im Hochdruckbereich18 oder auf der Saugseite der Hochdruckpumpe16 gemessen werden kann. Dieser Druck wird über eine Leitung oder drahtlose Verbindung an ein Steuergerät19 übermittelt. Dieses Steuergerät19 steht mit einem Aktor11 der Förderpumpe10 in Verbindung. Abhängig von dem übermittelten Druckwert des Drucksensors17 betätigt das Steuergerät19 den Aktor11 der Förderpumpe10 , um das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 zu verändern. - In
2 ist die Förderpumpe10 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen für eine Kraftstofffördereinrichtung beispielhaft in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt. Sie weist ein Gehäuse40 auf, in dem sich ein Rotor42 mit wenigstens einem oder mehreren Flügeln44 befindet. Der Rotor42 rotiert um eine Achse, die senkrecht zur Zeichenebene durch einen Mittelpunkt M1 verläuft. - Ein kreisförmiger Statorring
46 wird von einer ersten Stange48 gehalten. Es kann noch ein weiterer Auflagepunkt des Statorringes46 durch eine nicht dargestellte Höhenstellschraube existieren. Die Achse des kreisförmigen Statorringes46 verläuft durch einen Mittelpunkt M2. Die erste Stange48 wird über den Aktor11 betätigt. Der Aktor11 kann als elektrisches, mechanisches, pneumatisches oder hydraulisches Betätigungselement ausgeführt sein und steht mit dem Steuergerät19 in Verbindung. Abhängig von der jeweiligen Betriebssituation, die z. B. durch einen Druckwert im Hochdruckbereich18 der Kraftstofffördereinrichtung dargestellt werden kann, betätigt das Steuergerät19 den Aktor11 und verschiebt die Stange48 . Je nach Ausführungsform der Förderpumpe10 kann eine zweite Stange50 eingesetzt werden, die von einer Feder52 in einer bestimmten Stellung gehalten wird und dem Aktor11 bzw. der ersten Stange48 entgegenwirkt. - Innerhalb des Statorringes
46 dreht sich der elektrisch oder mechanisch angetriebene Rotor42 und die im Rotor geführten Flügel44 werden durch Fliehkräfte gegen den Statorring46 gedrückt. Die für den Transport des Kraftstoffes erforderlichen Zellen54 werden durch die Drehung des Rotors42 zunehmend größer und füllen sich dabei mit Kraftstoff über einen Saugkanal56 der Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter12 ansaugt. Mit Erreichen des größten Zellenvolumens werden die Zellen54 von der Saugseite getrennt und erhalten bei einer werteren Drehung Verbindung zur Druckseite. Bei einer weiteren Drehung werden die Zellen54 verengt und drücken Flüssigkeit über den Druckkanal58 in eine hydraulische Leitung, die zur Saugseite der Hochdruckpumpe16 führt. - Abhängig von der Kraft, die der Aktor
11 auf die erste Stange48 ausübt, wird der Statorring46 im Gehäuse verschoben. Befindet sich der Statorring in Mittelstellung liegen die beiden Mittelpunkte M1 und M2 aufeinander. In diesem Fall geht die Fördermenge des Kraftstoffes auf eine Nullfördermenge zurück, d. h. die Fördermenge ist Null. - Wird die erste Stange
48 durch den Aktor11 zurückbewegt, so wird der Statorring46 in eine exzentrische Lage verschoben, bei der die Mittelpunkte M1 und M2 nicht mehr aufeinander liegen. Da die Saug- und die Druckseite voneinander getrennt werden, verdrängt die Förderpumpe10 wieder Kraftstoff. Mit zunehmendem Abstand der Mittelpunkte M1 und M2 wird das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 größer. - Die Förderpumpe
10 kann mit gleicher Drehzahl oder variabler Drehzahl über einen mechanischen oder elektrischen Antrieb betrieben werden. Die Drehzahl der Förderpumpe10 beeinflusst die geförderte Kraftstoffmenge. Durch die Betätigung des Aktors11 und das Verschieben des ersten Stellkolbens48 kann eine variable Kraftstoffmenge bei gleicher Drehzahl gefördert werden. - Ein Beispiel einer Förderpumpe
10 mit verstellbaren Fördervolumen ist die „Verstellbare Flügelzellenpumpe, Typ PV7” von Bosch Rexroth, die in ihrem Aufbau der beschriebenen Förderpumpe10 gleicht, aber auf die Dimensionen und Anforderungen einer Kraftstofffördereinrichtung angepasst werden müsste. - Alternativ lässt sich als Förderpumpe
10 mit verstellbaren Verdrängungsvolumen auch eine Außenzahnradpumpe oder eine Rollenzellenpumpe oder eine Innenzahnradpumpe oder eine Pendelschieberpumpe einsetzen. Ein Beispiel einer mengenregulierbaren Pendelschieberpumpe ist in der OffenlegungsschriftDE 10102 531 A1 gezeigt. - Im Ausführungsbeispiel nach
1 ist der Drucksensor17 im Hochdruckbereich18 der Kraftstofffördereinrichtung angeordnet. Der Drucksensor17 übermittelt einen Druckwert an das Steuergerät19 . Abhängig von der Größe des übermittelten Druckwertes verändert das Steuergerät19 das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 über eine Betätigung des Aktors11 . - Ist im Hochdruckbereich
18 ein zu hoher Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor17 diesen Druckwert an das Steuergerät19 , welches den Aktor11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 reduziert wird. Hierbei wird durch den Aktor11 , der ein hydraulisches, pneumatisches, elektrisches oder mechanisches Betätigungselement sein kann, der Steuerkolben48 in Richtung des Drehzentrums verschoben, so dass der Abstand der Mittelpunkte M1 und M2 geringer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 kleiner wird und weniger Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe16 gefördert wird. - Ist im Hochdruckbereich
18 ein zu niedriger Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor17 diesen Druckwert an das Steuergerät19 , welches den Aktor11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 vergrößert wird. Hierbei wird durch den Aktor11 eine geringere Kraft auf den Steuerkolben48 ausgeübt, so dass der Abstand der Mittelpunkte M1 und M2 größer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 größer wird und mehr Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe16 gefördert wird. -
3 zeigt eine wertere Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist der Drucksensor17 auf der Saugseite der Hochdruckpumpe16 angeordnet. Der Drucksensor misst den Druck in der hydraulischen Leitung auf der Saugseite der Hochdruckpumpe16 und übermittelt diesen Druckwert über eine Leitung oder drahtlose Verbindung an das Steuergerät19 . Das Steuergerät19 steht mit dem Aktor11 der Förderpumpe10 in Verbindung. Abhängig von dem übermittelten Druckwert des Drucksensors17 kann das Steuergerät19 den Aktor11 der Förderpumpe10 betätigen, um das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 bei konstanter Drehzahl zu verändern. - Ist auf der Saugseite der Hochdruckpumpe
16 ein zu hoher Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor17 diesen Druckwert an das Steuergerät19 , welches den Aktor11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 reduziert wird. Hierbei wird durch den Aktor11 der Steuerkolben48 in Richtung des Drehzentrums verschoben, so dass der Abstand der Mittelpunkte M1 und M2 geringer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 kleiner wird und weniger Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe16 gefördert wird. - Ist auf der Saugseite der Hochdruckpumpe
16 ein zu niedriger Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor17 diesen Druckwert an das Steuergerät19 , welches den Aktor11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 vergrößert wird. Hierbei wird durch den Aktor11 eine geringere Kraft auf den Steuerkolben48 ausgeübt, so dass der Abstand der Mittelpunkte M1 und M2 größer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe10 größer wird und mehr Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe16 gefördert wird. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- EP 1195514 A2 [0002]
- DE 10102531 A1 [0029]
Claims (8)
- Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (
10 ), deren Verdrängungsvolumen durch einen Aktor (11 ) verstellbar ist, und mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (16 ), wobei durch die Förderpumpe (10 ) Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12 ) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (16 ) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (16 ) Kraftstoff zu einem Hochdruckbereich (18 ) gefördert wird und mit einem Steuergerät (19 ), welches mit einem Drucksensor (17 ) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (19 ) den Aktor (11 ) der Förderpumpe (10 ) betätigt, um eine variable Kraftstoffmenge bei gleicher Drehzahl zu fördern. - Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Kraftstoffmenge der Förderpumpe (
10 ) zwischen einer Nullfördermenge und einer maximale Menge variiert, wobei die maximale Menge durch das maximale Verdrängungsvolumen der Förderpumpe (10 ) gegeben ist. - Krafftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (
11 ) ein hydraulisches, pneumatisches, elektrisches oder mechanisches Betätigungselement ist. - Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (
17 ) im Hochdruckbereich (18 ) angeordnet ist. - Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (
17 ) auf der Saugseite der Hochdruckpumpe (16 ) angeordnet ist. - Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (
10 ) eine verstellbare Flügelzellenpumpe, eine verstellbare Außenzahnradpumpe, eine verstellbare Rollenzellenpumpe, eine verstellbare Innenzahnradpumpe oder eine verstellbare Pendelschieberpumpe ist. - Verfahren zum Betätigen einer Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (
17 ) einen Druckwert an das Steuergerät (19 ) übermittelt und dass abhängig von diesem Druckwert das Steuergerät (19 ) das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe (10 ) über eine Betätigung des Aktors (11 ) verändert. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zu hohen Druckwert das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe (
10 ) reduziert wird und bei einem zu niedrigen Druckwert das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe (10 ) vergrößert wird.
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