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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit veränderlicher Fördermenge für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kolben, wobei der Kolben Kraftstoff aus einer Niederdruckleitung in einen Förderraum ansaugt und anschließend in eine Hochdruckleitung fördert, und mit einem Förderraum und Hochdruckleitung verbindenden Mengensteuerventil. Die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe wird durch das Mengensteuerventil gesteuert. Eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe ist zum Beispiel aus der
DE 100 52 629 A1 bekannt.
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Vor allem wenn die Kraftstoffhochdruckpumpe bei Otto-Motoren eingesetzt wird, müssen wegen der vergleichsweise schlechten Schmiereigenschaften des Otto-Kraftstoffs die Kühlung und die Schmierung der mechanisch hoch belasteten Komponenten der Kraftstoffhochdruckpumpe sichergestellt werden.
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Aus der
DE 102 08 574 A1 und der
DE 199 57 742 A1 sind Kraftstoffhochdruckpumpen bekannt, die Lösungen zur Vermeidung tribologischer Probleme beschreiben. Die bei den bekannten Kraftstoffhochdruckpumpen realisierten Lösungen erfordern jedoch einen zusätzlichen Bauaufwand beim Herstellen der Pumpe und des Kraftstoffeinspritzsystems, was zusätzliche Kosten verursacht.
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Bei den heute üblichen Kraftstoffeinspritzsystemen ist die Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Im Normalbetrieb fördert der Kolben der Kraftstoffhochdruckpumpe den Kraftstoff aus dem Förderraum in einen Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems. Dabei wird der Kraftstoff im Förderraum von dem Kolben auf einen hohen Druck gebracht, so dass der im Förderraum befindliche Kraftstoff schließlich einen höheren Druck hat als der Kraftstoff im Rail auf der Hochdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, öffnet ein Rückschlagventil zwischen Förderraum und Rail und der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird aus dem Förderraum in das Rail gefördert.
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Der Kolben und die ihn umgebende Zylinderwand begrenzen den sogenannten Kolbenspalt. Aufgrund der während des Förderhubs vorhandenen Druckdifferenz in dem zylindermantelförmigen Kolbenspalt entsteht ein Leckagestrom, der zur Schmierung und Kühlung des Kolbens und/oder der Zylinderwand dient.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere mit Benzindirekteinspritzung und alternativen Antrieben, wie zum Beispiel einem zusätzlichen Elektromotor, oder einer alternativen Kraftstoffeinspritzung, wie zum Beispiel Erdgas oder CNG (Compressed Natural Gas), tritt der als Nullförderung bezeichnete Betriebszustand bei der in Rede stehenden Kraftstoffhochdruckpumpe auf. Dies bedeutet, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe keinen Kraftstoff auf die Hochdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems fördert. Die Kraftstoffhochdruckpumpe läuft bei der Nullförderung leer mit.
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Um den Leistungsbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe bei der Nullförderung zu minimieren, wird ein saugseitig angeordnetes Mengensteuerventil permanent geöffnet, so dass kein Druckaufbau im Förderraum der Kraftstoffhochdruckpumpe stattfindet.
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Wenn die Nullförderung zu lange andauert, dann besteht die Gefahr von Kolbenfressern, die zum Ausfall der Brennkraftmaschine führen und einen Austausch der gesamten Kraftstoffhochdruckpumpe erfordern.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit veränderlicher Fördermenge mit einem oszillierenden(Pumpen-)Kolben und mit einem einen Förderraum und eine Niederdruckleitung verbindenden Mengensteuerventil, wobei der Kolben Kraftstoff aus der Niederdruckleitung in den Förderraum saugt und anschließend in eine Hochdruckleitung fördert, und wobei die Steuerung der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe durch Öffnen und Schließen des Mengensteuerventils erfolgt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einer Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe das Mengensteuerventil so angesteuert wird, dass ein Druckaufbau im Förderraum stattfindet, ohne dass dabei Kraftstoff in das Rail gefördert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das Mengensteuerventil so angesteuert wird, dass der im Förderraum entstehende Druck den Druck im Rail zuzüglich einer Druckdifferenz Δp nicht oder nur geringfügig übersteigt. Die Druckdifferenz Δp entspricht in der Regel dem Öffnungsdruck des in der Hochdruckleitung befindlichen Rückschlagventils.
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Durch diesen erfindungsgemäßen Druckaufbau im Förderraum auch bei der sogenannten Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe entsteht eine Druckdifferenz entlang dem Spalt zwischen Kolben und der Zylinderwand (Kolbenspalt), so dass eine gewisse Leckagemenge vom Förderraum durch den Kolbenspalt strömt. Dadurch werden der Kolben und die umgebende Zylinderwand gekühlt und/oder geschmiert. Infolgedessen können Kolbenfresser wirkungsvoll verhindert werden, selbst wenn die Nullförderung für eine lange Zeit anhält.
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Nach dem Erreichen des Oberen Totpunkts OT geht der Kolben wieder nach unten und das Volumen des Förderraums wird größer, so dass der Druck im Förderraum abgebaut wird. Das Einlassventil bleibt wegen des hohen Drucks noch geschlossen und kann erst öffnen, wenn der Druck im Förderraum kleiner als der Vorförderdruck auf der Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist unter anderem den Vorteil auf, dass zur Vermeidung der oben erwähnten tribologischen Probleme kein Mehraufwand beim Herstellen der Pumpe erforderlich ist. Das Vermeiden der tribologischen Probleme geschieht allein durch die erfindungsgemäße und ohne zusätzlichen Bauaufwand realisierbare Ansteuerung des sowieso vorhandenen Mengensteuerventils der Pumpe. An der Pumpe selbst muss nichts geändert werden!
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Im Sinne einer möglichst wirkungsvollen Schmierung und Kühlung von Kolben und umgebender Zylinderwand soll der Maximaldruck im Förderraum während der Nullförderung möglichst groß sein.
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Deshalb wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einer Nullförderung der Soll-Druck im Rail angehoben wird und zwar möglichst bis zum maximal zulässigen Betriebsdruck des Rails. Aufgrund der vorhandenen Druckregelung wird der Ist-Druck dem „neuen” Soll-Druck nachgeführt und der Ist-Druck im Rail steigt. Dadurch können bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Nullförderung höhere Drücke im Förderraum erreicht werden. In Folge dessen wird der Leckagestrom vom Förderraum durch den Kolbenspalt hindurch maximiert und die Kühlung und/oder die Schmierung von Kolben und Zylinderwand werden verbessert. Dabei ist es möglich, den Solldruck anzuheben nachdem bereits über eine bestimmte Zeitdauer eine Nullförderung stattgefunden hat oder vor Beginn beziehungsweise am Anfang der Nullförderung den Solldruck anzuheben.
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Da der Druck PCR im Rail des Kraftstoffeinspritzsystems keine statische Größe ist, sondern entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, aber auch äußeren Umständen im Laufe der Zeit Schwankungen unterliegt, ist vorgesehen, dass der Druckaufbau im Förderraum während der Nullförderung an den aktuellen Druck im Rail angepasst wird, zum Beispiel durch Änderung der Schließdauer und/oder des Schließzeitpunkts des Mengensteuerventils.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss der Maximaldruck im Förderraum gar nicht direkt erfasst werden, weil während der Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe die Schließdauer des Mengensteuerventils schrittweise so weit verlängert wird, bis eine gewisse Kraftstoffförderung in das Rail stattfindet, so dass der Druck im Rail ansteigt. Dieser Druckanstieg im Rail, der über den ohnehin vorhandenen Drucksensor des Hochdruckbereichs des Kraftstoffeinspritzsystems leicht erfasst werden kann, zeigt an, dass bei der gewählten Schließdauer des Mengensteuerventils der Druck im Förderraum zumindest kurzfristig größer als der Druck im Rail zuzüglich des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils) ist, so dass es zu der erwähnten Förderung einer geringen Menge Kraftstoffs vom Förderraum in das Rail kommt.
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Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass durch eine anschließende geringfügige Verkürzung der Schließdauer des Mengensteuerventils der Maximaldruck im Förderraum geringfügig abgesenkt wird, so dass er wieder unterhalb des im Rail herrschenden Drucks liegt. Diese Schließdauer des Mengensteuerventils wird durch Beginn und Ende des Schließvorgangs bestimmt.
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Durch dieses adaptive Verfahren kann die Leckagemenge bei der Nullförderung unabhängig von Streuungen der Toleranzen bei der Serienfertigung und Alterung bzw. Verschleiß des Kolbens bzw. der Kraftstoffhochdruckpumpe maximiert werden, indem der Druck im Förderraum und mit ihr die Leckagemenge maximiert werden, ohne dass es zu einer Förderung von Kraftstoff in den Hochdruckbereich kommt.
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Das erfindungsgemäße adaptive Verfahren erlaubt auch die Anpassung des Drucks im Förderraum bei wechselnden Rail-Drücken.
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Die Ansteuerung des Mengensteuerventils kann so erfolgen, dass dieses bei der Nullförderung zum Ende des Förderhubs geschlossen wird. Der Förderhub beginnt am Unteren Totpunkt (UT) des Kolbens.
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Alternativ kann das Mengensteuerventil auch als steuerbare Drossel ausgebildet sein, die den Kraftstoffzulauf in den Förderraum steuert.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Kraftstoffhochdruckpumpe, ein Steuergerät zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine und ein Computerprogramm für ein Steuergerät zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach den nebengeordneten Ansprüchen 10, 11, 12 und 13.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems;
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2: die Leckage bei Nullförderung zur Kühlung und Schmierung des Pumpen-Kolbens und
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3: den Verlauf von Kolbenhub, Druck im Förderraum und die integrierte Leckagemenge.
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In der 1 ist schematisch ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Vorförderpumpe 3 fördert Kraftstoff aus einem Tank 2 über eine Niederdruckleitung 4 zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe 10.
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Auf der Saugseite der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 sind ein Kraftstofffilter 12, ein Dämpfungselement 14 und ein Mengensteuerventil 20 angeordnet. Das Mengensteuerventil 20 ist ein 2/2-Wegeventil, das in aller Regel durch einen Elektromagneten betätigt wird. In der in 1 dargestellten stromlosen Schaltstellung ist das Mengensteuerventil 20 geöffnet.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 hat in der dargestellten Ausführung ein Pumpenelement umfassend einen Kolben 16 und eine den Kolben 16 umgebende Zylinderwand 18. Der Kolben 16 und die Zylinderwand 18 begrenzen einen Förderraum 19. In den Förderraum 19 münden die Niederdruckleitung 4 und eine Hochdruckleitung 5. Sowohl in der Niederdruckleitung 4 als auch in der Hochdruckleitung 5 sind Rückschlagventile 22.1 und 22.2 vorgesehen. Das Rückschlagventil 22.1 wird auch als Einlassventil bezeichnet und ist Teil des Mengensteuerventils 20.
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Parallel zu dem Rückschlagventil 22.2 in der Hochdruckleitung 5 ist ein Druckbegrenzungsventil 24 angeordnet, welches verhindert, dass im Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems unzulässig hohe Drücke entstehen. Das Druckbegrenzungsventil 24 ist im Normalbetrieb geschlossen. Nur im Fehlerfall, z. B. wenn das Mengensteuerventil 20 in geschlossenem Zustand (Schaltstellung 202) klemmt, soll das Druckbegrenzungsventil 24 den Druck im Rail 40 auf einen zulässigen Maximalwert begrenzen.
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Angetrieben wird der Kolben 16 von einem Nocken 30, der wiederum von einer Nockenwelle oder Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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Die auf der Hochdruckseite der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 benötigte Kraftstoffmenge wird im sogenannten Förderhub, das heißt wenn sich der Kolben 16 vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) bewegt, unter hohen Druck gesetzt. Sobald der Druck im Förderraum 19 den Druck in dem Rail 40 zuzüglich des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils 222 übersteigt, öffnet das in der Hochdruckleitung 5 angeordnete Rückschlagventil 22.2 und Kraftstoff wird vom Förderraum 19 in das Rail 40 gefördert. Die Förderung von Kraftstoff beginnt erst, wenn der Druck im Förderraum 19 größer ist als der Druck im Rail 40 zuzüglich des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils 22. Von dem Rail 40 aus wird der Kraftstoff über Einspritzventile 41 in den Brennraum einer nur stilisiert dargestellten Brennkraftmaschine 42 eingespritzt.
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Am Rail 40 ist ein Drucksensor 43 angeordnet. An der Brennkraftmaschine 42 kann ein Drehzahlgeber 44 vorgesehen sein. Ein Steuergerät 46 steuert das Mengensteuerventil 20, wobei in die Berechnung der Ansteuerdauer, beziehungsweise der Schließdauer, des Mengensteuerventils 20 u. a. der vom Drucksensor 43 ermittelte Druck im Rail 40 und das Ausgangssignal des Drehzahlsensors 44 eingehen. Selbstverständlich können in die Berechnung der Ansteuerdauer des Mengensteuerventils 20 noch weitere Größen Eingang finden, wie z. B. eine Temperatur (siehe den Temperatursensor 45). Das Programm zur Berechnung der Ansteuerdauer des Mengensteuerventils 20 ist auf einem Speichermedium 47 gespeichert, das sich in dem Steuergerät 46 befindet.
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An einem dem Förderraum 19 abgewandten Ende der Zylinderwand 18 zweigt eine Rücklaufleitung 111 ab, die wieder in die Niederdruckleitung 4 mündet. Dadurch kann die Leckage – das ist die Kraftstoffmenge, welche aus dem Förderraum 19 durch den in der Zeichnung stark vergrößert dargestellten Kolbenspalt 17 zwischen der Zylinderwand 18 und dem Kolben 16 aus dem Förderraum 19 herausströmt – gesammelt und dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 wieder zugeführt werden.
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Diese Leckage durch den Kolbenspalt 17 ist an und für sich unerwünscht, weil sie den Wirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 vermindert. Allerdings ist diese Leckage hilfreich, weil sie zur Kühlung und/oder Schmierung des tribologischen Systems Kolben 16 und Zylinderwand 18 beiträgt.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem arbeitet wie folgt:
Der Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 3 mit einem Vorförderdruck von wenigen bar durch die Niederdruckleitung 4 und den Filter 12 zum Mengensteuerventil 20 gefördert. Das Dämpfungselement 14 ist hydraulisch vor dem Mengensteuerventil 20 angeordnet und soll die Pulsationen der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 auf der Niederdruckseite dämpfen. Ferner soll er einen hohen Liefergrad der Kraftstoffhochdruckpumpe auch bei hohen Drehzahlen und Nockenzahlen gewährleisten. Die Mengensteuerung der Kraftstoffhochdruckpumpe erfolgt mithilfe des saugseitigen Mengensteuerventils 20, das zwei Schaltstellungen 201 und 202 aufweist. Die erste Schaltstellung 201 ermöglicht den Durchfluss von Kraftstoff in beide Richtungen. In der zweiten Schaltstellung 202 ist das Einlassventil 22.1 aktiv.
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In der zweiten Schaltstellung 202 hat das Einlassventil 22.1 die Funktion eines Rückschlagventils. Es erlaubt ein Strömen des Kraftstoffs aus der Niederdruckleitung 4 in den Förderraum 19 und unterbindet ein Strömen des Kraftstoffs aus dem Förderraum 19 in die Niederdruckleitung 4.
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Die Schaltstellung des Mengensteuerventils 20 hängt davon ab, ob ein Aktor 203 bestromt ist. Vorzugsweise kann der Aktor 203 als Elektromagnet ausgeführt sein und arbeitet entgegen der Federkraft eines Federelements 204.
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Bei vielen Anwendungen ist das Mengensteuerventil 20 so konstruiert, dass es stromlos geöffnet ist (Schaltstellung 201). Allerdings kann das Mengensteuerventil 20 auch stromlos geschlossen ausgeführt sein.
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Während der Saugphase bewegt sich der Kolben 16 vom oberen Totpunkt OT zum unteren Totpunkt UT und saugt Kraftstoff über das Mengensteuerventil 20 in den Förderraum 19 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10. Das Volumen des Förderraums 19 hängt von der Stellung des Kolbens 16 innerhalb der Zylinderwand 18 ab.
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Im Förderhub, das heißt wenn der Kolben 16 sich vom unteren Totpunkt UT in Richtung des oberen Totpunkts OT bewegt, verringert sich das Volumen des Förderraums 19. Solange das Mengensteuerventil 20 geöffnet ist, schiebt der Kolben 16 den nicht benötigten Kraftstoff über des offene Mengensteuerventil 20 wieder in die Niederdruckleitung 4 und teilweise auch in das Dämpfungselement 14 zurück.
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Ab einer bestimmten Position des Kolbens 16 wird das Mengensteuerventil 20 bestromt und es nimmt die Schaltstellung 202 ein. Infolgedessen schließt das Einlassventil 22.1 und der Druck im Förderraum 19 steigt an. Sobald der Druck im Förderraum 19 den Öffnungsdruck des Rückschlagventils 22.2 und den Druck im Rail 40 übersteigt, öffnet das Rückschlagventil 22.2 und Kraftstoff wird vom Förderraum 19 in das Rail 40 gefördert.
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Gleichzeitig entweicht ein gewisser Teil des im Förderraum 19 befindlichen Kraftstoffs durch den Kolbenspalt 17 zwischen dem Kolben 16 und der Zylinderwand 18. Diese Kraftstoffmenge wird als Leckage bezeichnet. Sie wird über die Rücklaufleitung 111 wieder der Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zugeführt.
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Bei der sogenannten Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 bleibt bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystemen das Mengensteuerventil 20 geöffnet (Schaltstellung 201), so dass im Förderraum 19 kein nennenswerter Druckaufbau stattfindet. Infolge dessen entsteht am Kolbenspalt 17 auch kein nennenswerter Leckagestrom aus dem Förderraum 19 in die Rücklaufleitung 111. Deshalb ist bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystemen die Gefahr sehr groß, dass der Kolben 16 und/oder die Zylinderwand 18 fressen, weil sie nicht ausreichend geschmiert und gekühlt werden.
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Die 2 umfasst drei untereinander angeordnete Diagramme.
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Im Diagramm 2A ist der Hub des Kolbens 16 aufgetragen. Wie aus dem Diagramm 2A leicht zu erkennen ist, oszilliert der Kolben 16 zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT hin und her.
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Unter der Voraussetzung, dass die Brennkraftmaschine in der sogenannten Nullförderung betrieben wird, ist bei einem herkömmlichen Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine das Mengensteuerventil 20 permanent geöffnet.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, das Mengensteuerventil 20 in der Förderphase, d. h. wenn sich der Kolben 16 vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT bewegt, zeitweise zu schließen. Bei dem ausgeführten Ausführungsbeispiel ist die Schließdauer (Schaltstellung 202) des Mengensteuerventils 20 so gewählt, dass sie etwa mit dem Erreichen des oberen Totpunkts OT endet. Wegen des hohen Drucks im Förderraum 19 bleibt das Einlassventil 22.1 geschlossen, bis sich der Druck pCR im Förderraum 19 während der Saugphase wieder abgebaut hat.
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In der 2A) sind die Schaltstellungen 201 und 202 des Mengensteuerventils 20 eingetragen.
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In dem Diagramm gemäß 2B ist der Druck p im Förderraum 19 als Linie 28 aufgetragen. Der Druck pCR im Rail ist als waagerechte Linie 40 eingetragen.
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Wenn nun, wie in 2A dargestellt, kurz vor Erreichen des OT das Mengensteuerventil 20 geschlossen wird (Schaltstellung 202), steigt der Druck im Förderraum 19 bis zum Erreichen des oberen Totpunkts OT an.
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Das Einlassventil 22.1 bleibt geschlossen, bis sich der Druck im Förderraum 19 im Saughub abgebaut hat.
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Dieser erfindungsgemäße Druckaufbau im Förderraum 19 während der Nullförderung ruft eine gewisse Leckage im Kolbenspalt 17 hervor, so dass die gewünschte Kühlung und Schmierung von Kolben 16 und Zylinderwand 18 erreicht wird.
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Im dritten Diagramm (siehe 2C) ist die Leckagemenge aufgetragen. Daraus wird deutlich, dass jedes Mal, wenn der Kolben 16 den oberen Totpunkt OT während der Nullförderphase erreicht, eine gewisse Leckagemenge aus dem Förderraum 19 durch den Kolbenspalt 17 strömt.
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Wenn das Mengensteuerventil 20 geöffnet ist (Schaltstellung 201) ist der Druck im Förderraum 19 niedrig, so dass keine nennenswerte Leckage auftritt.
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Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung des Mengensteuerventils 20 ist eine kontrollierbare, reproduzierbare und zu Kühl- und Schmierzwecken nutzbare Leckagemenge einstellbar.
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Dabei ist es ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass keine zusätzlichen mechanischen oder mechatronischen Bauelemente erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann softwaremäßig realisiert werden, so dass entsprechend dem Kundenwunsch bzw. den Anforderungen der Brennkraftmaschine diese Funktion ohne Änderungen an der Hardware implementiert werden kann.
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Zur Veranschaulichung ist der Druck pCR im Rail 40 in dem Diagramm 2B als gerade und konstante Linie eingezeichnet. Diese Annahme muss jedoch nicht zutreffen. Es ist durchaus möglich und gewissermaßen der Regelfall, dass der Druck pCR während des Betriebs der Brennkraftmaschine Schwankungen und Änderungen unterliegt. Wichtig ist jedoch, dass der Maximaldruck pmax im Förderraum 19 bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens den Druck pCR im Rail 40 nicht oder höchstens kurzzeitig überschreitet.
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Anhand der 3 wird eine erfindungsgemäße Adaption des Drucks im Förderraum 19 durch Anpassen der Schließdauer des Mengensteuerventils 20 (siehe die Schaltstellung 202 in der 2a) an den Druck pCR im Rail 40 dargestellt und nachfolgend erläutert.
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Wie in 3 leicht zu erkennen, steigt der Maximaldruck im Förderraum 19 von Hub zu Hub (H1 bis H5) schrittweise an. Dies wird durch eine schrittweise Verlängerung der Schließdauer des Mengensteuerventils 20 erreicht.
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Beim Hub H4 übersteigt der Druck im Förderraum 19 kurzzeitig den Druck pCR im Rail 40, ohne, dass es zu einer Kraftstoffförderung in das Rail 40 kommt, weil die zum Öffnen des Rückschlagventils 22.2 erforderliche Druckdifferenz Δp nicht überschritten wurde.
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Dies ist erst beim fünften Hub H5 der Fall. In Folge dessen öffnet das Rückschlagventil 22.2 kurzzeitig und eine geringe Menge an Kraftstoff wird in das Rail 40 gefördert. In Folge dessen steigt der Ist-Druck pCR im Rail 40, was von dem Drucksensor 43 detektiert wird.
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Das Steuergerät 46 reduziert daher beim sechsten Hub H6 die Schließdauer des Mengensteuerventils 20 wieder etwas, so dass keine weitere Kraftstoffförderung in das Rail 40 stattfindet. Durch dieses adaptive Verfahren können nicht nur Streuungen bei der Herstellung, sondern auch Alterung und Drift aufgrund von Verschleiß der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 kompensiert werden. Es ist auch gewährleistet, dass immer ein maximal möglicher Leckagestrom zur Kühlung und Schmierung von Kolben 16 und Zylinderwand 18 eingesetzt werden kann.
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In entsprechender Weise kann die Schließdauer des Mengensteuerventils 20 reduziert oder verlängert werden, wenn sich der Ist-Druck im Rail 40 signifikant geändert hat.
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Die oben gemachten Ausführungen betreffend die kontrollierte Leckage zwischen Kolben 16 und Zylinderwand 18 sind grundsätzlich auf alle erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpen anwendbar. Die konkrete Ansteuerung des Mengensteuerventils 20 kann jedoch nur in Kenntnis der erforderlichen Betriebsdrücke pCR im Common-Rail 40, der Drehzahlen der Kraftstoffhochdruckpumpe 10, der Kompressibilität des Kraftstoffs, der Elastizität der den Förderraum 19 umgebenden Zylinderwand 18 und anderer Einflussgrößen erfolgen. Dies ist jedoch einem Fachmann auf dem Gebiet der Kraftstoffhochdruckpumpen mit Hilfe von Simulationsrechnungen oder anderen Hilfsmitteln möglich. Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ist besonders zum Einsatz in Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung geeignet.
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Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10052629 A1 [0001]
- DE 10208574 A1 [0003]
- DE 19957742 A1 [0003]
