DE102014220389B4

DE102014220389B4 - Anordnung und Verfahren zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem

Info

Publication number: DE102014220389B4
Application number: DE102014220389.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmidbauer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: DE102014220389A1

Abstract

Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem (1), mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (2), einem Kraftstoffhochdruckspeicher (4), der mit mehreren Druckinjektoren (6) in fluider Verbindung ist, und mit einem Druckspeicher (5), der dem Kraftstoffhochdruckspeicher (4) in eine Strömungsrichtung eines Kraftstoffes im Betrieb vor- und der Kraftstoffhochdruckpumpe (2) nachgeschaltet ist,wobeiein Ventilsystem (10) in einer Leitung (12) vom Druckspeicher (5) zum Kraftstoffhochdruckspeicher (4) vorgesehen ist, damit der Kraftstoffhochdruckspeicher (4) entsprechend bedarfsgerecht aus dem Druckspeicher (5) versorgbar ist,wobei ein Bypass (14) die Leitung (12) mit einer Tankleitung (15) aus dem Tank (8) verbindet und wobei das Ventilsystem (10) ein Ventil (11), das in der Leitung (12) vom Druckspeicher (5) zum Kraftstoffhochdruckspeicher (4) vorgesehen ist, und ein zusätzliches Ventil (13), das im Bypass (14) vorgesehen ist, umfasst und der Bypass (14) zwischen dem Ventil (11) und dem Kraftstoffhochdruckspeicher (4) beginnt und vor der Kraftstoffhochdruckpumpe (2) endet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem. Das Kraftstoffsystem umfasst dabei eine Kraftstoffhochdruckpumpe, einen Kraftstoffhochdruckspeicher, der mit mehreren Druckinjektoren in fluidischer Verbindung ist, und einen Druckspeicher. Der Druckspeicher ist dem Kraftstoffhochdruckspeicher vor- und der Kraftstoffhochdruckpumpe nachgeschaltet.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem.
Fahrzeuge verfügen häufig über einen Kraftstoffhochdruckspeicher und eine Kraftstoffhochdruckpumpe. Der Kraftstoffhochdruckspeicher, der sog. common rail, dient hierbei zur Speicherung eines Kraftstoffvolumens, um mehrfach Einspritzungen mit weitgehend konstantem Druck zu ermöglichen.
DE 10 2013 215 958 A1 betrifft einerseits ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffhochdruckpumpe und andererseits eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben der Kraftstoffhochdruckpumpe. Die Kraftstoffhochdruckpumpe wird mittels einer rekuperierten Energie betrieben, sofern diese rekuperierte Energie nicht anderweitig genutzt werden kann, beispielsweise weil das Fahrzeug keinen dafür vorgesehenen elektrischen Energiespeicher aufweist und/oder weil ein dafür vorgesehener elektrischer Energiespeicher schon voll geladen ist. Hierdurch kann eine rekuperierte Energie genutzt werden, um diese in hydraulische Energie umzuwandeln und zu speichern. Hierdurch kann eine sehr hohe energetische Effizienz des Fahrzeugs erreicht werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 022 222 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hydropneumatischem Speicher. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung besitzt einen zentralen Druckspeicher und ein Druckregelventil, über das der Druck im zentralen Druckspeicher eingestellt wird. Über das zentrale Druckregelventil ist ein Hydraulikspeicher mit dem zentralen Druckspeicher verbunden. Wird das Fahrzeug abgebremst, wird die Hochdruckpumpe mit maximaler Förderleistung betrieben, um einen möglichst hohen Druckaufbau im Druckspeicher zu erreichen. Mit der im hydropneumatischen Speicher gespeicherten Energie kann über den Hydromotor auch eine Drehbewegung erzeugt werden, die geeignet ist, um z. B. den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zu starten. Dies ist besonders für einen Start/Stopp-Betrieb des Fahrzeugs ideal.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 084 532 A1 offenbart eine Pumpenanordnung zur Förderung eines Fluids. Eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe sind von einer gemeinsamen Antriebswelle antreibbar. Die Vorförderpumpe ist als Strömungspumpe ausgebildet. Die Pumpenanordnung ist so ausgebildet, dass die Hochdruckpumpe bis zu einem vorgegebenen Wert der Drehzahl der Antriebswelle selbstsaugend ist und ab dem vorgegebenen Wert der Drehzahl die Vorförderpumpe Fluid mit einem Mindestdruck für die Hochdruckpumpe bereitstellt.
Die deutsche Patentschrift DE 10 2012 200 764 B3 offenbart ein Common-Rail-Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor. Eine Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors in das Verteilerrohr (common-rail). Vom Verteilerrohr gelangt der Kraftstoff zu den Injektoren in den Brennraum des Verbrennungsmotors. Vor der Hochdruckpumpe ist ein Einlassventil angeordnet, mit welchem der Kraftstoffzufluss zur Hochdruckpumpe selektiv für einzelne Förderzyklen der Hochdruckpumpe unterbrechbar ist.
Als weitere Möglichkeiten zur Nutzung der Bremsenergie bei einem Fahrzeug wurde z. B. bisher die mechanische Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Mit der elektrischen Energie wird eine Batterie aufgeladen. Bei erneutem Beschleunigen des Fahrzeugs wird die gespeicherte elektrische Energie über einen Elektromotor wieder dem Antriebsstrang zugeführt und damit rekuperiert.
Ebenfalls war es bisher möglich, die kinetische Energie mittels eines Schwungrads zu speichern. Diese Energie kann beim Anfahren eines Fahrzeugs wieder genutzt werden.
DE 10 2011 101 859 A1 beschreibt, dass, wenn Brennkraftmaschinen unter hoher Druck stehender Kraftstoff zuzuführen ist, es typischerweise ein Verteilerrohr für den Kraftstoff gibt. Hier ist ein Druckbegrenzerventil vorgesehen, das Überdruck in dem Verteilerrohr abbaut, in dem Kraftstoff abgelassen bzw. abgeführt wird. Dieser Kraftstoff wird nicht dem Kraftstofftank zugeführt, sondern einem Kraftstoffspeicher für unter Hochdruck stehendem Kraftstoff; auf diese Weise wird Energie und damit letztendlich Kraftstoff gespart.
DE 10 2009 028 739 A1 betrifft einen Verbrennungsmotor, der zumindest ein Kraftstoffeinspritzsystem aufweist, welches zumindest eine Pumpe aufweist, die Kraftstoff aus zumindest einem Kraftstoffbehälter ansaugt und über zumindest eine Pumpenleitung in Richtung zu zumindest einer Common Rail fördert, wobei zumindest eine Injektorleitung vorgesehen ist, welche den geförderten Kraftstoff zu zumindest einem Injektor weiterleitet. Um nach einem Stoppen des Verbrennungsmotors diesen möglichst schnell wieder starten zu können, wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Kraftstoffeinspritzsystem zumindest eine Steuereinrichtung aufweist, welche so angeordnet und ausgeführt ist, dass die Common Rail bei einem Stoppen des Verbrennungsmotors von der zumindest einen Pumpenleitung und/oder der zumindest einen Injektorleitung getrennt wird.
DE 10 2011 089 281 A1 schlägt ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffhochdruckpumpe zur gezielten Steuerung der Leckagemenge zwischen Kolben und Zylinderwand bei Nullförderung vor. Dadurch können in diesem Betriebszustand Kühlung und/oder Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere von Kolben und Zylinder, sichergestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem zu schaffen, die auf kostengünstige Weise die Bremsenergie nutzt, um auf energieeffiziente Weise die Einspritzung bei einem Verbrennungsmotor durchzuführen.
Die obige Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem bereitzustellen, mit dem auf einfache und energieeffiziente Weise die Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem zur Einspritzung in einem Verbrennungsmotor genutzt werden kann.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 6 umfasst.
Die Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Kraftstoffhochdruckpumpe, einen Kraftstoffhochdruckspeicher, der mit mehreren Druckinjektoren in fluider Verbindung ist, und einen Druckspeicher umfasst, der dem Kraftstoffhochdruckspeicher vor- und der Kraftstoffhochdruckpumpe nachgeschaltet ist. Erfindungsgemäß ist ein Ventilsystem in einer Leitung vom Druckspeicher zum Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen. Mit dem Ventilsystem ist es möglich, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher entsprechend bedarfsgerecht aus dem Druckspeicher versorgt werden kann. Der Druckspeicher kann auch als Hydraulikspeicher bezeichnet werden.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auch während des Abbremsens eines Kraftfahrzeugs die Kraftstoffhochdruckpumpe weiter fördert. Die erforderliche Antriebsleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe wird über den Motor bzw. den Antriebsstrang gewonnen. Der von der Kraftstoffhochdruckpumpe erzeugte Hochdruckvolumenstrom wird als hydraulische Energie in dem Druckspeicher (bzw. Hydraulikspeicher) zwischengespeichert. Da der Kraftstoff mittels der Kraftstoffhochdruckpumpe verdichtet wird, ist hierzu kein zusätzliches Medium erforderlich. Sobald das Fahrzeug wieder beschleunigt, können die Druckinjektoren ausschließlich aus dem Druckspeicher versorgt werden.
Das Ventilsystem ist als ein Ventil ausgestaltet, das in der Leitung von Druckspeicher zum Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen ist. Das Ventil hat den Vorteil, dass beim Bremsen des Fahrzeugs mit dem Ventil die Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher unterbrochen wird. Somit gelangt die Bremsenergie direkt in den Druckspeicher und wird dort als hydraulische Energie gespeichert, die dann für den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs wieder verwendet werden kann.
Es ist ein Bypass vorgesehen, der die Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher mit einer Tankleitung verbindet, die aus dem Tank kommt. Ferner ist ein zusätzliches Ventil im Bypass vorgesehen. Der Bypass beginnt zwischen dem Ventil und dem Kraftstoffhochdruckspeicher und endet vor der Kraftstoffhochdruckpumpe. Dieses im Bypass vorgesehene aktive Ventil hat den Vorteil, dass nach einem Fahrzeugstopp der Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher abgelassen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass beim Fahrzeugstopp das Ventil im Bypass mittels einer entsprechenden elektronischen Steuerung geöffnet und im Gegenzug das Ventil in der Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher geschlossen wird. Dadurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass über die Druckinjektoren unverbrannter Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine emittiert wird. Hinzu kommt, dass die Energieeffizienz einer Brennkraftmaschine gesteigert werden kann, ohne dass für die Kraftstoffhochdruckpumpe ein zusätzlicher Steuer- und Regelaufwand notwendig ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilsystem, welches vor dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen ist, als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet. Mit dem Drei-Wege-Ventil kann ein Fluidstrom in der Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher und im Bypass vom Kraftstoffhochdruckspeicher zur Tankleitung, die aus dem Tank zur Kraftstoffhochdruckpumpe führt, gesteuert werden. Auch hier bietet das Drei-Wege-Ventil den Vorteil, dass nach einem Fahrzeugstopp der Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher abgelassen werden kann. Der sich hier ergebende Vorteil ist analog zu dem bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Ventil in der Leitung vom Druckspeicher zum Kraftstoffhochdruckspeicher und dem zusätzlichen Ventil im Bypass.
Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Ventilsystem in der Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher als ein Druckbegrenzungsventil ausgebildet. Mit dem Druckbegrenzungsventil kann ein Fluidstrom in und aus dem Druckspeicher gesteuert werden. Diese nicht erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in dem Kraftstoffsystem ohne aktive Ventile realisiert werden kann.
Die im Kraftstoffsystem verwendete Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst vorzugsweise einen in einem Zylinder geführten Pumpenstößel. Der Zylinder ist dabei niederdruckseitig bevorzugt mit einer Tankleitung aus dem Tank verbunden. Hochdruckseitig führt vorteilhaft eine Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher. Niederdruckseitig ist dem Zylinder vorzugsweise ein Einlassventil vorgeordnet. Hochdruckseitig ist dem Zylinder vorzugsweise ein Rückschlagventil nachgeordnet. Das hochdruckseitige Rückschlagventil ist bevorzugt mittels eines Druckbegrenzungsventils überbrückt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das niederdruckseitige, dem Zylinder vorgeordnete Einlassventil als ein Rückschlagventil ausgebildet sein. Für den Fall, dass das dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorgeordnete Ventilsystem und das hochdruckseitige Rückschlagventil als Druckbegrenzungsventil ausgestaltet ist, erhält man eine Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem, das ohne aktive Ventile möglich ist. Diese Ausgestaltung stellt die kostengünstigste Variante dar.
Ferner wird ein Verfahren zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zunächst bei einem Bremsvorgang ein Fluidstrom in einer Leitung zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher unterbrochen. Die Unterbrechung ist erforderlich, da die Druckinjektoren, welche mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher verbunden sind, während eines Bremsvorgangs nicht mehr mit Druck bzw. Kraftstoff beaufschlagt werden müssen. Die Kraftstoffhochdruckpumpe wird während des Bremsvorgangs solange weiterbetrieben, bis ein Druckspeicher, der mit der Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher in fluider Verbindung steht, vollkommen geladen ist, oder bis wieder ein Beschleunigungsvorgang ausgeführt wird. Der Druckspeicher ist dem Kraftstoffhochdruckspeicher vor- und der Kraftstoffhochdruckpumpe nachgeschaltet. Bei einem erneuten Beschleunigungsvorgang strömt so lange ein Fluidstrom vom Druckspeicher in den Kraftstoffhochdruckspeicher, bis der Druck im Druckspeicher in etwa einem erforderlichen Betriebsdruck des Kraftstoffhochdruckspeichers entspricht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Vorteil darin, dass die mechanische Bremsenergie unmittelbar zum Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe verwendet wird, um diese Energie hydraulisch in einem Kraftstoffsystem (Druckspeicher) zu speichern und schließlich wieder zur Einspritzung bei einem Beschleunigungsvorgang zu verwerten. Hinzu kommt, dass die Rückgewinnung der gespeicherten Druckenergie ohne zusätzliche Komponenten möglich ist. Hinzu kommt, dass bei der gegenwärtigen Erfindung die Kraftstoffhochdruckpumpe konstant fördernd betrieben wird, was einen vereinfachten Regelaufwand bedingt.
Ein Ventilsystem in der Leitung zum Kraftstoffhochdruckspeicher unterbricht beim Bremsvorgang vorteilhaft den Fluidstrom in den Kraftstoffhochdruckspeicher. Beim Beschleunigungsvorgang gibt das Ventilsystem den Fluidstrom vom Druckspeicher in den Kraftstoffhochdruckspeicher wieder frei. Der Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher wird über einen Bypass zu einer Leitung geführt, die zur Kraftstoffhochdruckpumpe (eingangsseitig) führt. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig vom Druckspeicher ein aktiver Druckabbau aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher möglich ist, der mit einem Bypass und den entsprechenden Ausgestaltungen des Ventilsystems durchgeführt wird.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

1 einen schematischen Aufbau eines Kraftstoffsystems;
2 einen schematischen Aufbau eines Kraftstoffsystems in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem für die Arbeitsweise der Anordnung erforderliche Ventile dargestellt sind;
3 ein System, das die Abfolge von Brems- und Beschleunigungsvorgängen zeigt, um anhand dieses Diagramms die Wirkungsweise des Kraftstoffsystems zu verdeutlichen;
4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Kraftstoffsystems, bei dem ein Bypass vorgesehen ist, um Druck aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher abzubauen;
5 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Kraftstoffsystems, bei dem ebenfalls der Druck in einem Kraftstoffhochdrucksystem mit einem Bypass abgebaut werden kann;
6 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Kraftstoffsystems, bei dem ebenfalls der Druck in einem Kraftstoffhochdrucksystem mittels eines Bypasses abgebaut werden kann; und
7 eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Kraftstoffsystems, bei dem keine aktiven Ventile vorgesehen sind.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Anordnung zur Rückgewinnung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem ausgestaltet werden kann. Diese Ausführungsformen stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem 1. Das Kraftstoffsystem 1 besitzt eine Kraftstoffhochdruckpumpe 2, die eingangsseitig über eine Tankleitung 15 Kraftstoff aus einem Tank 8 entnimmt. Der von der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 verdichtete Kraftstoff gelangt über eine Leitung 12 zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher 4, der mit mehreren Druckinjektoren 6 in fluider Verbindung ist. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 ist beispielsweise bei Benzin dazu ausgebildet, Drücke zwischen 200 bar und 300 bar und bei Diesel Drücke zwischen 1600 bar und 3000 bar zu erzeugen. Ferner ist ein Druckspeicher 5 vorgesehen, der ebenfalls in fluider Verbindung mit der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 und dem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 ist. Der Druckspeicher 5 ist dem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 vorgeordnet und der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 in eine Strömungsrichtung des Kraftstoffes im Betrieb nachgeordnet.
2 zeigt eine detaillierte, schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems 1 zur Nutzung der Bremsenergie. In der Leitung 12 zum Kraftstoffhochdruckspeicher 4 ist ein Ventilsystem 10 vorgesehen. Über das Ventilsystem 10 kann somit der Kraftstoffhochdruckspeicher 4 entsprechend bedarfsgerecht aus dem Druckspeicher 5 mit Kraftstoff versorgt werden. Die Versorgung aus dem Druckspeicher 5 erfolgt bevorzugt während eines Beschleunigungsvorgangs 31 (siehe 3) des Kraftfahrzeugs. Ferner ist bei der in 2 gezeigten Darstellung die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 detaillierter beschrieben. In dieser Ausführungsform umfasst die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 einen Zylinder 17, in dem ein Pumpenstößel 16 geführt ist. Der Zylinder 17 ist niederdruckseitig mit einer Tankleitung 15 verbunden, die aus dem Tank 8 heraus und zu der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 führt. Ferner ist der Tank 8 mit einer Tankpumpe 9 versehen, die den Kraftstoff unter einem definierten Druck von ca. 5 bar bis 7 bar aus dem Tank 8 fördert und dem Zylinder 17 zuführt. Eingangsseitig ist dem Zylinder 17 in der Tankleitung 15 in eine Strömungsrichtung des Kraftstoffes im Betrieb ein Einlassventil 18 vorgeordnet. Hochdruckseitig ist dem Zylinder 17 in der Leitung 12 zum Kraftstoffhochdruckspeicher 4 in eine Strömungsrichtung des Kraftstoffes im Betrieb ein Rückschlagventil 19 nachgeordnet. Das Rückschlagventil 19 wird mittels eines Druckbegrenzungsventils 20 überbrückt. Mittels der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 wird somit hochdruckseitig in der Leitung 12 zum Kraftstoffhochdruckspeicher 4 ein Druck von ca. 200 bis 3000 bar erzeugt (je nach Art des Kraftstoffs). Das bei der Erfindung eingesetzte Ventilsystem 10 kann in den verschiedensten Ausführungen ausgestaltet sein. Das Ventilsystem 10 und die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 werden von einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) angesteuert, wobei in der Steuer- und Regelungseinrichtung bevorzugt ein Programm abgespeichert ist, das während des Betriebs des Fahrzeugs abgearbeitet werden kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Druckverlaufs im Druckspeicher 5 während Bremsvorgängen 30 und Beschleunigungsvorgängen 31. Ebenso ist in 3 ein zu den Bremsvorgängen 30 bzw. zu den Beschleunigungsvorgängen 31 zugehöriger Druckverlauf im Kraftstoffhochdruckspeicher 4 dargestellt. Wie aus dem Diagramm in 3 ersichtlich ist, wird bei einem Bremsvorgang 30 zunächst der Druckspeicher 5 aufgeladen. Die Energie für den Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 wird von der Bremsenergie bereitgestellt. Der Druckspeicher 5 kann bis zu einem maximalen Druck P_MAX aufgeladen werden. Wenn nach einem Bremsvorgang 30 ein Beschleunigungsvorgang 31 folgt, wird der für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Druck aus dem Druckspeicher 5 entnommen. Durch die Entnahme baut sich der Druck im Druckspeicher 5 ab. Dies geschieht solange, bis der Druck im Druckspeicher 5 in etwa das für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Druckniveau im Kraftstoffhochdruckspeicher 4 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 wieder vom Motor betrieben und es werden somit die getakteten erforderlichen Druckschwankungen für die Kraftstoffeinspritzung erzielt.
Ebenso ist in 3 dargestellt, dass bei einem kurzen Bremsvorgang 30 der Druckspeicher 5 nicht vollständig aufgeladen wird. Sobald ein Beschleunigungsvorgang 31 erforderlich ist, wird der Druck aus dem Druckspeicher 5 solange entnommen, bis wieder das für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Druckniveau im Kraftstoffhochdruckspeicher 4 erreicht ist. Ab diesem Zeitpunkt wird wieder die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 vom Verbrennungsmotor betrieben.
Bei jedem Bremsvorgang 30 wird ein Fluidstrom in einer Leitung 12 zu dem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 unterbrochen. Hierfür ist dem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 ein Ventilsystem 10 vorgeschaltet. Bei dem Bremsvorgang 30 liefert somit die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 den Druck in den Druckspeicher 5. Bei jedem einsetzenden Beschleunigungsvorgang 31 wird dann der Druck aus dem Druckspeicher 5 abgerufen und über das Ventilsystem 10 in den Kraftstoffhochdruckspeicher 4 für die Kraftstoffeinspritzung geleitet.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des Kraftstoffsystems 1 zur Nutzung der Bremsenergie besteht das Ventilsystem 10 aus einem aktiven Ventil 11, das in der Leitung 12 zum Kraftstoffhochdruckspeicher 4 vorgesehen ist. Ein aktives Ventil ist ein Ventil, das mit einer Steuerung und Regelung (nicht dargestellt) verbunden ist, um Fluidstrom durch das Ventil zu regeln. Ferner ist ein Bypass 14 vorgesehen, der eine fluide Verbindung von der Leitung 12 zwischen dem aktiven Ventil 11 und dem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 und der Tankleitung 15 herstellt, die eingangsseitig zur Kraftstoffhochdruckpumpe 2 führt. In dem Bypass 14 ist ebenfalls ein aktives Ventil 13 des Ventilsystems 10 vorgesehen, um somit den Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 4 abzubauen. Die weiteren Elemente der 4 wurden bereits in der Beschreibung zu 2 erläutert, so dass hier der Einfachheit halber auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem 1. Hier ist das Ventilsystem 10 als ein Drei-Wege-Ventil 27 ausgebildet. Das Drei-Wege-Ventil 27 kann die Leitung 12 zum Kraftstoffhochdruckspeicher 4 freigeben bzw. sperren. Ebenso kann mit dem Drei-Wege-Ventil 27 der Bypass 14 beschaltet werden, so dass bei dieser Ausführungsform ebenfalls der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 4 bei einem Fahrzeugstopp abgebaut werden kann.
Die in 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in 5 gezeigten Darstellung dadurch, dass das niederdruckseitige und dem Zylinder 17 vorgeordnete Einlassventil als ein Rückschlagventil 21 ausgebildet ist. Somit ist bei der in 6 gezeigten Darstellung die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 ausschließlich mit nicht aktiven Ventilen versehen, was eine Steuerung erheblich vereinfacht.
Bei der in 7 gezeigten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in der Leitung 12 zum Kraftstoffhochdruckspeicher 4 das Ventilsystem 10 als Druckbegrenzungsventil 22 ausgebildet. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 besitzt dann niederdruckseitig zum Zylinder 17 ein Rückschlagventil 21 und hochdruckseitig zum Zylinder 17 ein Rückschlagventil 19. Das Rückschlagventil 19 ist mittels eines Druckbegrenzungsventils 20 überbrückt. Bei der hier dargestellten Anordnung sind somit alle Ventile als nicht aktive Ventile ausgebildet. Folglich sind bei der in 7 gezeigten Anordnung die Druckinjektoren 6 bei abgestellter Brennkraftmaschine geschlossen. Diese Anordnung ist ebenfalls die kostengünstigste Variante der Erfindung.

Claims

Anordnung zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem (1), mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (2), einem Kraftstoffhochdruckspeicher (4), der mit mehreren Druckinjektoren (6) in fluider Verbindung ist, und mit einem Druckspeicher (5), der dem Kraftstoffhochdruckspeicher (4) in eine Strömungsrichtung eines Kraftstoffes im Betrieb vor- und der Kraftstoffhochdruckpumpe (2) nachgeschaltet ist, wobei ein Ventilsystem (10) in einer Leitung (12) vom Druckspeicher (5) zum Kraftstoffhochdruckspeicher (4) vorgesehen ist, damit der Kraftstoffhochdruckspeicher (4) entsprechend bedarfsgerecht aus dem Druckspeicher (5) versorgbar ist, wobei ein Bypass (14) die Leitung (12) mit einer Tankleitung (15) aus dem Tank (8) verbindet und wobei das Ventilsystem (10) ein Ventil (11), das in der Leitung (12) vom Druckspeicher (5) zum Kraftstoffhochdruckspeicher (4) vorgesehen ist, und ein zusätzliches Ventil (13), das im Bypass (14) vorgesehen ist, umfasst und der Bypass (14) zwischen dem Ventil (11) und dem Kraftstoffhochdruckspeicher (4) beginnt und vor der Kraftstoffhochdruckpumpe (2) endet.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Ventilsystem (10) in der Leitung (12) ein 3-Wege-Ventil (27) ist, wobei mit dem 3-Wege-Ventil (27) ein Fluidstrom in der Leitung (12) und dem Bypass (14) steuerbar ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (2) einen in einem Zylinder (17) geführten Pumpenstößel (16) umfasst, wobei der Zylinder (17) niederdruckseitig mit einer Tankleitung (15) aus dem Tank (8) und hochdruckseitig mit der Leitung (12) zum Kraftstoffhochdruckspeicher (4) verbunden ist und wobei niederdruckseitig dem Zylinder (17) ein Einlassventil (18) vorgeordnet und hochdruckseitig dem Zylinder (17) ein Rückschlagventil (19) nachgeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei das hochdruckseitige Rückschlagventil (19) mittels eines Druckbegrenzungsventils (20) überbrückt ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, wobei das niederdruckseitig dem Zylinder (17) vorgeordnete Einlassventil (18) als ein Rückschlagventil (21) ausgebildet ist.
Verfahren zur Nutzung von Bremsenergie in einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Nutzung von Bremsenergie in einem Kraftstoffsystem (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass ein Ventilsystem (10) in der Leitung (12) zum Kraftstoffhochdruckspeicher (4) bei einem Bremsvorgang (30) den Fluidstrom in den Kraftstoffhochdruckspeicher (4) unterbricht und bei einem Beschleunigungsvorgang (31) den Fluidstrom vom Druckspeicher (5) in den Kraftstoffhochdruckspeicher (4) frei gibt; • dass eine Kraftstoffhochdruckpumpe (2) solange während des Bremsvorgangs (30) betrieben wird, bis ein Druckspeicher (5) vollkommen geladen ist oder ein Beschleunigungsvorgang (31) ausgeführt wird, wobei der Druckspeicher (5) dem Kraftstoffhochdruckspeicher (4) vor- und der Kraftstoffhochdruckpumpe (2) nachgeschaltet ist; und • dass beim Beschleunigungsvorgang (31) solange ein Fluidstrom vom Druckspeicher (5) in den Kraftstoffhochdruckspeicher (4) strömt, bis der Druck im Druckspeicher (5) etwa einem erforderlichen Betriebsdruck des Kraftstoffhochdruckspeichers (4) entspricht, • wobei nach einem Fahrzeugstopp ein aktiver Druckabbau im Kraftstoffhochdruckspeicher (4) mit Hilfe des Ventilsystems (10) durchgeführt wird, wobei der Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher (4) über einen Bypass (14) zu einer Tankleitung (15) aus dem Tank (8) geführt wird, die zur Kraftstoffhochdruckpumpe (2) führt.