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Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betätigen einer solchen Kraftstofffördereinrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Eine solche Kraftstofffördereinrichtung und ihre Funktionsweise sind bereits durch die Offenlegungsschrift
DE 103 07 877 A1 bekannt. Diese Kraftstofffördereinrichtung weist eine Hochdruckpumpe auf, durch die Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert wird, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Außerdem ist eine Förderpumpe vorgesehen, durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zur Hochdruckpumpe gefördert wird. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse mit einem Innenraum auf, in dem ein Antrieb für wenigstens ein Pumpenelement der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Das Pumpenelement weist einen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt und der durch den Antrieb in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Förderpumpe fördert über eine hydraulische Verbindung Kraftstoff in den Innenraum der Hochdruckpumpe. Kraftstoff aus dem Innenraum der Hochdruckpumpe wird über eine weitere hydraulische Verbindung zum Zulauf des Pumpenarbeitsraumes gefördert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung und das Verfahren zum Betätigen einer solchen Kraftstofffördereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass die Hochdruckpumpe bei einem Widerstart nach einem notfallmäßigen Abstellen der Brennkraftmaschine nicht gegen einen hohen Druck im Hochdruckbereich fördern muss. Diese Situation des notfallmäßigen Abstellens der Brennkraftmaschine kann durch ein unbeabsichtigtes Ausstellen der Brennkraftmaschine (Abwürgen) oder durch eine Betätigung einer Notausschaltung der Brennkraftmaschine entstehen. Bei einem Widerstart der Brennkraftmaschine nach einem notfallmäßigen Abstellen befindet sich im Innenraum der Hochdruckpumpe keine ausreichende Menge an Kraftstoff, die zur Schmierung dienen kann. Der Pumpenantrieb arbeitet meist noch im Zustand der Mischreibung und kann nur mit geringer Drehzahl gegen einen hohen Druck im Hochdruckbereich fördern. Durch die Begrenzung des Druckes im Hochdruckbereich auf einen Maximaldruck, wird vermieden, dass die Hochdruckpumpe mit geringer Kraftstoffschmierung gegen einen hohen Druck im Hochdruckbereich arbeiten muss und eine Triebwerksschädigung der Hochdruckpumpe auftritt.
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Es ist von Vorteil, wenn der Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich durch ein Ventil in den Vorratsbehälter absteuerbar ist, da durch ein einfaches Bauteil der Kraftstoff im Hochdruckbereich auf einen Maximaldruck begrenzt wird. Durch die Zurückführung des Kraftstoffs in den Vorratsbehälter steht der überschüssige Kraftstoff wieder der Förderpumpe zur Verfügung.
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Eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum der Hochdruckpumpe und dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe ist vorteilhaft, da der Kraftstoff, der zur Schmierung des Antriebsbereiches der Hochdruckpumpe dient, direkt durch die Hochdruckpumpe in den Hochdruckbereich gefördert wird und somit nicht durch zusätzliche Leitungen in den Vorratsbehälter zurückgeführt werden muss.
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Vorteilhaft ist eine Einrichtung zur Mengenregulierung in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Innenraum der Hochdruckpumpe und dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe, da durch die Einrichtung zur Mengenregulierung die Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe in den Hochdruckbereich gefördert wird, an den Kraftstoffbedarf im Hochdruckbereich angepasst wird.
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Es zeigt sich von Vorteil, wenn von der hydraulischen Verbindung zwischen dem Innenraum der Hochdruckpumpe und dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe eine Abzweigleitung zum Vorratsbehälter abzweigt, in der ein Überdruckventil angeordnet ist. Der Druck in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Innenraum der Hochdruckpumpe und dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe wird auf den Öffnungsdruck des Überdruckventils beschränkt ist. Ein zu hoher Druck im Innenraum der Hochdruckpumpe und in der anschließenden hydraulischen Verbindung wird vermieden und damit Schädigungen an den betreffenden Bauteilen.
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Vorteilhaft ist der Einsatz eines Ventils, welches in einer Verbindungsleitung zwischen Hochdruckbereich und Innenraum der Hochdruckpumpe angeordnet ist, als Einrichtung zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe, da nur durch eine kleine Veränderung in der bisher bestehenden Kraftstofffördereinrichtung die Erfindung umgesetzt werden kann. Des Weiteren wird keine gesonderte hydraulische Verbindung zum Vorratsbehälter benötigt, da überschüssiger Kraftstoff aus dem Innenraum der Hochdruckpumpe über die Abzweigleitung in den Vorratsbehälter abgesteuert wird.
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Es zeigt sich von Vorteil, wenn als Ventil ein Kegelventil benutzt wird, welches auf der dem Innenraum der Hochdruckpumpe zugewandten Seite eine Feder aufweist, da nur mit mechanischen Elementen ohne eine elektrische Steuerung die gewünschten Anforderungen an das Ventil realisiert werden können. Durch die entsprechende Wahl der Querschnittsfläche der Angriffsflächen für den Kraftstoff auf den beiden gegenüberliegen Seiten, können die Druckwerte im Hochdruckbereich und im Innenraum der Hochdruckpumpe bestimmt werden, bei denen das Ventil öffnet. Die Feder gewährleistet ein Schließen des Kegelventils, wenn im Hochdruckbereich der Kraftstoffdruck auf den Maximaldruck begrenzt ist.
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Vorteilhaft ist eine Anordnung des Ventils im Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe oder im Hochdruckbereich, da das Ventil dadurch in einer festen Struktur integriert ist und eine höhere Festigkeit aufweist. Des Weiteren ist ein Ventil an einer dieser Positionen einfacher technisch realisierbar, da nur eine Anschlussstelle an die Verbindungsleitung zwischen Hochdruckpumpe und Hochdruckbereich existiert.
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Vorteilhaft ist die Wahl eines Drucksensor im Innenraum der Hochdruckpumpe, und einer Steuereinheit, die miteinander verbunden sind, als Einrichtung zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe, weil eine besonders präzise Messung des Druckes im Innenraum der Hochdruckpumpe möglich ist. Durch die Verbindung mit dem durch die Steuereinheit angesteuerten Druckregelventil im Hochdruckbereich wird eine besonders genaue Absteuerung des Kraftstoffes aus dem Hochdruckbereich in den Vorratsbehälter ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine Kegelventil in einer nicht maßstäblichen Darstellung und
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3 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 und 3 zeigen eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung. Die Kraftstofffördereinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt. Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe 16 gefördert, die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung ist. Der Antrieb der Förderpumpe 10 kann mechanisch über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen durch die Brennkraftmaschine oder die Hochdruckpumpe 16 erfolgen. Alternativ kann die Förderpumpe 10 einen elektrischen Antrieb aufweisen, der mit veränderlicher Leistung und damit variabler Drehzahl oder konstanter Leistung und Drehzahl betrieben werden kann.
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Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich 18 der Kraftstofffördereinrichtung gefördert, der beispielsweise einen Hochdruckspeicher 18 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 Hochdruckpumpe 16 weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das wiederum einen Pumpenkolben aufweist, der in einer Hubbewegung angetrieben wird und einen Pumpenarbeitsraum 22 begrenzt. Die Hochdruckpumpe 16 weist einen eigenen Antriebsbereich 21 auf, durch den über einen Nocken oder Exzenter die Hubbewegung des Pumpenkolbens bewirkt wird. Der Antriebsbereich 21 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.
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Die Hochdruckpumpe 16 weist einen Innenraum 14 auf, in dem der Antriebsbereich 21 der Hochdruckpumpe 16 angeordnet ist. Der Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 wird von Kraftstoff aus der Förderpumpe 10 durchströmt. Die Förderpumpe 10 ist dabei über eine hydraulische Leitung 13 mit dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 verbunden. In der hydraulischen Leitung 13 kann ein Kraftstofffilter 38 angeordnet sein, um zu verhindern, dass Schmutzpartikel in die Hochdruckpumpe 16 und in den Hochdruckbereich 18 gelangen.
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Kraftstoff aus dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 gelangt über eine hydraulische Verbindung 15 in den Pumpenarbeitsraum 22 der Hochdruckpumpe 18. Am Übergang zwischen der hydraulischen Verbindung 15 und dem Pumpenarbeitsraum 22 ist ein federbelastetes Rückschlagventil als Einlassventil 23 angeordnet. Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt eine Verbindung in den Hochdruckbereich 18, in der ein vom Pumpenarbeitsraum 22 zum Hochdruckbereich 18 hin öffnendes federbelastetes Rückschlagventil als Auslassventil 31 angeordnet ist.
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In der hydraulischen Verbindung 15 zwischen Innenraum 14 und Pumpenarbeitsraum 22 der Hochdruckpumpe 16 kann eine Einrichtung zur Mengenregulierung 26 angeordnet sein, um die von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge an den Bedarf der Hochdruckpumpe 16 anzupassen.
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Des Weiteren kann von der hydraulischen Verbindung 15 zwischen dem Innenraum 14 und dem Pumpenarbeitsraum 22 der Hochdruckpumpe 18 eine Abzweigleitung 19 abzweigen. Ist eine Einrichtung zur Mengenregulierung 26 vorgesehen, so zweigt die Abzweigleitung 19 aus dem Bereich der hydraulischen Verbindung 15 ab, der sich zwischen dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 und der Einrichtung zur Mengenregulierung 26 befindet. In der Abzweigleitung 19 ist ein Überdruckventil 28 angeordnet, welches bei der Überschreitung eines vorgegebenen Öffnungsdruckes öffnet und Kraftstoff in den Vorratsbehälter 12 absteuert. Durch das Überdruckventil 28 kann der Kraftstoffdruck, der diesem Öffnungsdruck entspricht, in der hydraulischen Verbindung 15 und im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 nicht überschritten werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung 24, 32, 34 zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe 16 vorgesehen. Diese Einrichtung 24, 32, 34 zum Überwachen des Innenraumdruckes überwacht den Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16. Unterschreitet der Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 einen Mindestdruck, so wird der Druck im Hochdruckbereich 18 auf einen Maximaldruck begrenzt.
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Der Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 kann unter einen vorgegebenen Mindestdruck sinken, wenn die Förderpumpe 10 keinen Kraftstoff mehr aus dem Vorratsbehälter 12 über die hydraulische Leitung 13 in den Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 fördert. Eine Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die Förderpumpe 10 kann neben dem kontrollierten Abstellen der Brennkraftmaschine bei einem Beenden der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug auch bei einem notfallmäßigen Abstellen der Brennkraftmaschine auftreten. Die Situation des notfallmäßigen Abstellens der Brennkraftmaschine kann durch ein Abwürgen der Brennkraftmaschine oder durch die Betätigung einer Notausschaltung der Brennkraftmaschine entstehen. Beim notfallmäßigen Abstellen der Brennkraftmaschine wird die Förderung von Kraftstoff durch die Förderpumpe 10 beendet. Es wir kein Kraftstoff mehr aus dem Vorratsbehälter 12 über die hydraulische Leitung 13 in den Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 gefördert, so dass sich der Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 dem Atmosphärendruck annähert.
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Bei einem Widerstart der Brennkraftmaschine nach einem notfallmäßigen Abstellen der Brennkraftmaschine muss die Hochdruckpumpe 16 normalerweise gegen einen hohen Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich 18 arbeiten. Da durch die Förderpumpe 10 im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe noch kein ausreichend hoher Kraftstoffdruck aufgebaut wurde, kann es aufgrund einer zu geringen Schmierung zu Schäden im Antriebsbereich 21 der Hochdruckpumpe 16 kommen. Um diese Schäden im Antriebsbereich 21 der Hochdruckpumpe 16 zu vermeiden, überwacht die Einrichtung 24, 32, 34 zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe 16 den Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16. Beim Unterschreiten des vorgegebenen Mindestdruckes im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 wird der Druck im Hochdruckbereich 18 überprüft. Überschreitet der Druck im Hochdruckbereich 18 den vorgegebenen Maximaldruck wird Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 18 abgesteuert bis der Druck im Hochdruckbereich 18 auf den Maximaldruck begrenzt ist. Der Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 18 wird dabei durch ein Ventil 24, 30 in den Vorratsbehälter 12 abgesteuert. Die Hochdruckpumpe 16 muss also nur gegen einen geringen Druck, der dem Maximaldruck entspricht oder geringer ist, im Hochdruckbereich 18 fördern.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 1 ist zwischen dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 und dem Hochdruckbereich 18 eine Verbindungsleitung 17 angeordnet. In der Verbindungsleitung 17 befindet sich ein Ventil 24, welches als Einrichtung 24 zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe 16 dient. Sinkt der Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16, wird der Druck im Hochdruckbereich 18 auf einen Maximaldruck begrenzt. Das Ventil 24 in der Verbindungsleitung 17 öffnet, wenn im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 ein Mindestdruck unterschritten wird und im Hochdruckbereich 18 ein Maximaldruck überschritten wird. Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 18 strömt durch die Verbindungsleitung 17 vom Hochdruckbereich 18 in den Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16. Stellt sich im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 und in der anschließenden hydraulischen Verbindung 15 ein Druck ein der größer ist als der Öffnungsdruck des Überdruckventils 28, so wird der Kraftstoff durch das geöffnete Überdruckventil 28 über die Abzweigleitung 19 in den Vorratsbehälter 12 abgesteuert.
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Das Ventil 24, welches als Einrichtung 24 zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe 16 dient, kann an jeder beliebigen Stelle in der Verbindungsleitung 17 zwischen Hochdruckbereich 18 und Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 angeordnet sein. Hierbei sind auch Anordnungen möglich, bei denen sich das Ventil 23 direkt am oder im Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe 16 oder im Hochdruckbereich 18 befindet. Das Ventil 24 kann in einem separaten Gehäuse integriert sein.
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In 2 ist ein Kegelventil 35 dargestellt, welches eine mögliche Ausführungsform eines Ventils 24 in der Verbindungsleitung 17 zwischen dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 und dem Hochdruckbereich 18 ist. Dieses Kegelventil 35 dient als Einrichtung 24 zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe 16. Das dargestellte Kegelventil 35 befindet sich in der Verbindungsleitung 17, die zwischen dem Hochdruckbereich 18 und dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 angeordnet ist. Die Elemente der Kraftstofffördereinrichtung und die anschließenden hydraulischen Leitungen sind nicht maßstäblich dargestellt. Das Kegelventil 35 weist ein kegelstumpfförmiges Schließelement 25 auf, welches auf der dem Hochdruckbereich 18 zugewandten Seite eine kleine Angriffsfläche 26 für den Kraftstoff aufweist und auf der dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 zugewandten Seite eine große Angriffsfläche 27 für den Kraftstoff aufweist. Des Weiteren kann das Kegelventil 35 auf der dem Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 zugewandten Seite eine Feder 29 aufweisen, die das Schließelement 25 in den Ventilsitz drückt, nachdem der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich 18 auf den Maximaldruck begrenzt wurde. Die Kraft der Feder 29 und die Querschnittsflächen der großen Angriffsfläche 26 und der kleinen Angriffsfläche 27 des Schließelementes 25 sind so ausgelegt, dass das Kegelventil 35 öffnet, wenn im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 der Kraftstoffdruck den Mindestdruck unterschreitet und im Hochdruckbereich 18 der Kraftstoffdruck den Maximaldruck überschreitet. Das Kegelventil 35 schließt sobald der Druck des Kraftstoffes im Hochdruckbereich 18 auf den Maximaldruck begrenzt ist. Das Kegelventil 35 schließt auch, wenn sich im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 ein Druck einstellt, der höher als der Mindestdruck ist.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei bildet ein Drucksensor 34 im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 und eine Steuereinheit 32, die miteinander in Verbindung stehen, die Einrichtung 24 zum Überwachen des Innenraumdruckes der Hochdruckpumpe 16. Der Drucksensor 34 ist im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 angeordnet und übermittelt den im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 gemessenen Druckwert an die Steuereinheit 32. Die Steuereinheit 32 ist mit einem Druckregelventil 30 im Hochdruckbereich 18 verbunden. Abhängig vom im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 gemessener Druck, steuert die Steuereinheit 32 das Druckregelventil 30 im Hochdruckbereich 18 an und begrenzt den Druck im Hochdruckbereich 18 auf einen Maximaldruck, wenn der Druck im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 den Mindestdruck unterschreitet. Zur Begrenzung des Druckes im Hochdruckbereich 18 öffnet das Druckregelventil 30 und steuert Kraftstoff über die hydraulische Verbindung 36 in den Vorratsbehälter 12 ab. Das Druckregelventil 30 wird geschlossen, sobald der Druck im Hochdruckbereich 18 auf den Maximaldruck begrenzt ist oder sich im Innenraum 14 der Hochdruckpumpe 16 ein Druck einstellt, der höher als der Mindestdruck ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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