DE102016213016A1 - Pre-feed pump with energy-efficient control - Google Patents
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Abstract
Vorförderpumpe (3) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftstoffeinspritzsystem (2) neben der Vorförderpumpe (3) eine Hochdruckpumpe (21) zur Speisung einer Verteilerschiene (22) aufweist, wobei die Verteilerschiene (22) ihrerseits eine Mehrzahl von Injektoren (23a–23d) speist und wobei Leitungen (24, 25) zur Rückführung von Kraftstoff (12) von der Hochdruckpumpe (21) und/oder von den Injektoren (23a–23d) in den Kraftstofftank (11) des Kraftfahrzeugs (1) vorgesehen sind, wobei die Vorförderpumpe (3) eine Kolbenpumpe ist, die mindestens einen magnetischen Reluktanzaktor (4, 5) als Antriebsquelle für mindestens einen Kolben (31, 32) aufweist, wobei die Ansteuerung (6, 7) des mindestens einen Reluktanzaktors (4, 5) einen Regler (64) enthält, der dazu ausgebildet ist, einen zwischen der Vorförderpumpe (3) und der Hochdruckpumpe (21) herrschenden Kraftstoffdruck p auf einen Sollwert psoll zu regeln.Prefetching pump (3) for a fuel injection system (2) of a motor vehicle (1), wherein the fuel injection system (2) next to the prefeed pump (3) comprises a high pressure pump (21) for feeding a busbar (22), wherein the distributor rail (22) in turn a A plurality of injectors (23a-23d) feeds and wherein lines (24, 25) for returning fuel (12) from the high-pressure pump (21) and / or from the injectors (23a-23d) in the fuel tank (11) of the motor vehicle ( 1) are provided, wherein the prefeed pump (3) is a piston pump having at least one magnetic reluctance actuator (4, 5) as a drive source for at least one piston (31, 32), wherein the drive (6, 7) of the at least one reluctance (4, 5) includes a regulator (64) adapted to control a fuel pressure p prevailing between the prefeed pump (3) and the high-pressure pump (21) to a desired value psoll.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorförderpumpen für Kraftstoffeinspritzsysteme in Kraftfahrzeugen.The present invention relates to feed pumps for fuel injection systems in motor vehicles.
Stand der Technik State of the art
In dieselbetriebenen Kraftfahrzeugen mit Common Rail-Einspritzsystem wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe auf Drücke um 2500 bar verdichtet und einer Verteilerschiene (Rail) zugeführt, die ihrerseits mehrere Injektoren speist. Dabei benötigen die Injektoren leckagebedingt und steuermengenbedingt eine Leitung zur Rückführung von Kraftstoff in den Kraftstofftank. Dieser Kraftstoff ist primär durch die Verluste bei der Entspannung vom Hochdruck zum Niederdruck, sowie untergeordnet auch durch den Motor, erwärmt worden. Die abzuführende Heizenergie beträgt typisch 1% der Nennleistung des Motors, das sind im Nennleistungspunkt über 1000 W Heizleistung, die den Kraftstoffvorrat aufheizt. Durch die damit abzudeckende sehr hohe Kraftstoffzulauftemperatur muss auch die Hochdruckpumpe zur Kühlung einen Rücklaufpfad zum Tank haben. Durch die hohe Zulauftemperatur ist der Wirkungsgrad aller beteiligten Komponenten deutlich verringert. Die Vorförderpumpe muss wegen dieser Rücklaufpfade und den abzudeckenden hohen Temperaturen weit oberhalb der eingespritzten Menge dimensioniert werden.In diesel-powered vehicles with common rail injection system, the fuel is compressed with a high-pressure pump to pressures around 2500 bar and fed to a rail, which in turn feeds several injectors. The injectors require a line due to leakage and tax due to the return of fuel in the fuel tank. This fuel has been heated primarily by the losses in the relaxation from high pressure to low pressure, as well as subordinate by the engine. The dissipated heat energy is typically 1% of the rated power of the engine, which are at rated power over 1000 W heating power, which heats the fuel supply. Due to the very high fuel inlet temperature to be covered, the high-pressure pump for cooling must also have a return path to the tank. Due to the high inlet temperature, the efficiency of all components involved is significantly reduced. Due to these return paths and the high temperatures to be covered, the pre-feed pump must be dimensioned well above the injected quantity.
Um die Aufheizung des Kraftstoffvorrats zu vermindern, wird daher zunehmend versucht, die Förderleistung der Vorförderpumpe an den tatsächlichen Bedarf der Injektoren anzupassen, so dass möglichst wenig Kraftstoff unnötigerweise über den Motor zurück zum Kraftstofftank umläuft und dabei Wärme aufnimmt. Hierzu wird typischerweise die Drehzahl der Vorförderpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last des Motors variiert. Der Kraftstoffdruck im Niederdruckkreis wird über ein federbelastetes Überströmventil, das meist in der Hochdruckpumpe angeordnet ist, gesteuert.In order to reduce the heating of the fuel supply, therefore, an increasing attempt is made to adapt the delivery rate of the prefeed pump to the actual requirements of the injectors, so that as little fuel unnecessarily revolves over the engine back to the fuel tank and thereby absorbs heat. For this purpose, the speed of the prefeed pump is typically varied in dependence on the speed and the load of the engine. The fuel pressure in the low-pressure circuit is controlled by a spring-loaded overflow valve, which is usually arranged in the high-pressure pump.
Die neuen bürstenlosen Antriebe für Kraftstoffpumpen reduzieren die anfallenden Leistungsverluste insbesondere im Teillastbetrieb. Drehende Antriebe können aber nur sehr begrenzt für ein großes Drehzahlband optimiert werden. Die Drehzahl ist bei kostengünstigen Lösungen zu hoch. Mit zusätzlichem Aufwand kann die Polzahl erhöht werden oder ein Getriebe angeflanscht werden. Das erhöht allerdings die Kosten, erhöht den Bauraumbedarf und verschlechtert den Wirkungsgrad.The new brushless drives for fuel pumps reduce the resulting power losses, especially in partial load operation. However, rotating drives can only be optimized to a very limited extent for a large speed range. The speed is too high for cost-effective solutions. With additional effort, the number of poles can be increased or a gearbox can be flanged. However, this increases the costs, increases the space requirement and worsens the efficiency.
Daher wird in der
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Vorförderpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs entwickelt. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist neben der Vorförderpumpe eine Hochdruckpumpe zur Speisung einer Verteilerschiene auf, und die Verteilerschiene speist ihrerseits eine Mehrzahl von Injektoren. Es sind Leitungen zur Rückführung von Kraftstoff von der Hochdruckpumpe, und/oder von den Injektoren, in den Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs vorgesehen.In the context of the invention, a prefeed pump for a fuel injection system of a motor vehicle has been developed. The fuel injection system has, in addition to the feed pump, a high-pressure pump for feeding a bus bar, and the bus bar feeds a plurality of injectors. There are lines for returning fuel from the high-pressure pump, and / or from the injectors, provided in the fuel tank of the motor vehicle.
Erfindungsgemäß ist die Vorförderpumpe eine Kolbenpumpe, die mindestens einen magnetischen Reluktanzaktor als Antriebsquelle für mindestens einen Kolben aufweist, wobei die Ansteuerung des mindestens einen Reluktanzaktors einen Regler enthält, der dazu ausgebildet ist, einen zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe herrschenden Kraftstoffdruck p auf einen Sollwert psoll zu regeln.According to the invention, the prefeed pump is a piston pump which has at least one magnetic reluctance actuator as the drive source for at least one piston, wherein the actuation of the at least one reluctance actuator includes a regulator which is designed to control a fuel pressure p prevailing between the prefeed pump and the high-pressure pump to a desired value p should settle.
Ein Reluktanzaktor als Antriebsquelle für die Vorförderpumpe verfügt über mehr Freiheitsgrade für die Ansteuerung als ein drehender Antrieb, bei dem nur die Drehzahl geregelt werden kann. Dadurch ist die Leistung der Vorförderpumpe in einem größeren Bereich und zugleich schneller variabel. Es wurde erkannt, dass die Vorförderpumpe hierdurch in die Lage versetzt wird, angesteuert durch den Regler als Stellglied in einem aktiven geschlossenen Regelkreis zu fungieren, der beispielsweise den Kraftstoffdruck p auf einen Sollwert psoll regelt.A reluctance actuator as a drive source for the feed pump has more degrees of freedom for the control than a rotating drive, in which only the speed can be controlled. As a result, the performance of the feed pump is in a wider range and at the same time faster variable. It has been recognized that in this way the prefeed pump is enabled to act as an actuator in an active closed loop, controlled by the controller, which regulates, for example, the fuel pressure p to a desired value p soll .
Mit einer solchen aktiven Regelung kann die zurückgeführte Kraftstoffmenge ΔQ in den Kraftstofftank stärker abgesenkt werden als mit einer bloßen Steuerung, die die Förderleistung der Vorförderpumpe aus der Drehzahl und der Last des Motors errechnet. Der aktuelle Kraftstoffbedarf des Einspritzsystems, der von der Vorförderpumpe abzudecken ist, ist mit der Drehzahl und der Last des Motors korreliert. Über diesen einfachen Zusammenhang kann jedoch lediglich eine Abschätzung für die benötigte Förderleistung der Vorförderpumpe erhalten werden, da diverse Einflüsse auf den Kraftstoffbedarf vernachlässigt werden. So ist der Kraftstoffbedarf beispielsweise vom Einspritzdruck, der Anzahl der Einspritzungen und von der Betriebstemperatur des Motors abhängig. Weiterhin hängt die tatsächlich vom Einspritzsystem bezogene Kraftstoffmenge vom genauen Verhalten der Hochdruckpumpe ab, vermittelt beispielsweise durch ein zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe angeordnetes Überströmventil.With such an active control, the recirculated fuel amount .DELTA.Q into the fuel tank can be more lowered than with a mere control which calculates the discharge capacity of the prefeed pump from the rotational speed and the load of the engine. The actual fuel demand of the injection system to be covered by the priming pump is correlated with the speed and load of the engine. However, only an estimate of the required delivery rate of the prefeed pump can be obtained via this simple relationship, since various influences on the fuel requirement are neglected. For example, the fuel requirement depends on the injection pressure, the number of injections and the operating temperature of the engine. Furthermore, the fuel quantity actually received by the injection system depends on the exact behavior of the high-pressure pump, mediated, for example, by an overflow valve arranged between the pre-feed pump and the high-pressure pump.
Dieses Wechselspiel verschiedener Einflüsse erschwert es sehr, den letztendlich resultierenden Kraftstoffbedarf quantitativ zu ergründen und die Förderleistung der Vorförderpumpe vorauszuberechnen. Es wurde erkannt, dass eine aktive Regelung genau hier Abhilfe schaffen kann: Für die Auslegung einer aktiven Regelung werden allgemeine Aussagen zum qualitativen Verhalten der Regelstrecke benötigt, jedoch kein so exaktes mathematisches Modell, wie es für eine Vorausberechnung der Förderleistung ohne Rückkopplung des Kraftstoffdrucks p erforderlich wäre.This interplay of various influences makes it very difficult to quantitatively fathom the ultimately resulting fuel demand and to predict the delivery rate of the prefeed pump. It was recognized that an active control can remedy this situation precisely: For the design of an active control general statements are required to the qualitative behavior of the controlled system, but not as accurate mathematical model, as required for a precalculation of the flow rate without feedback of the fuel pressure p would.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhält der Regler zusätzlich mindestens eine in den Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs zurückgeführte Kraftstoffmenge ΔQ als Rückkopplung. Diese zurückgeführte Kraftstoffmenge ΔQ wird unter anderem durch das Motorkennfeld und das Verhalten der Injektoren bestimmt und unterliegt insoweit einer Vielzahl von Randbedingungen, so dass die Möglichkeiten, diese Kraftstoffmenge ΔQ dezidiert zu minimieren, begrenzt sind. Gleichwohl ist die zurückgeführte Kraftstoffmenge ΔQ ein wichtiger Indikator für den Wärmeeintrag in den Kraftstofftank, denn dieser Wärmeeintrag ist proportional zum Produkt aus der Kraftstoffmenge ΔQ und der Temperatur des zurückgeführten Kraftstoffs.In an advantageous embodiment of the invention, the controller additionally receives at least one fuel quantity ΔQ returned to the fuel tank of the motor vehicle as feedback. This feedback quantity of fuel ΔQ is determined, inter alia, by the engine map and the behavior of the injectors and is therefore subject to a large number of boundary conditions, so that the possibilities of minimizing this fuel quantity ΔQ in a decided manner are limited. However, the amount of fuel returned, ΔQ, is an important indicator of the heat input into the fuel tank, because this heat input is proportional to the product of fuel quantity ΔQ and the temperature of the recirculated fuel.
Die zurückgeführte Kraftstoffmenge ΔQ kann unmittelbar gemessen werden, beispielsweise mit einem Durchflussmengenmesser. Sie kann aber auch indirekt ermittelt werden, etwa aus der Differenz der geförderten Kraftstoffmenge minus der eingespritzten Kraftstoffmenge.The recirculated amount of fuel ΔQ can be measured directly, for example with a flow meter. However, it can also be determined indirectly, for example from the difference between the amount of fuel delivered minus the amount of fuel injected.
Die aktive Regelung verbessert die Erreichung des Ziels, den Wärmeeintrag in den Kraftstoffvorrat zu vermindern, indem ein erhöhter Anteil des heißen Kraftstoffs in die Zylinder eingespritzt wird. Zugleich kann in organischer Weise die Energieeffizienz weiter verbessert werden. Die Förderleistung einer Vorförderpumpe, die von einem Reluktanzaktor angetrieben wird, ist ein Zusammenspiel mehrerer Ansteuerparameter, entsprechend den gegenüber einem drehenden Antrieb erweiterten Freiheitsgraden. Dementsprechend lässt sich ein und dieselbe Förderleistung durch mehrere Kombinationen von Ansteuerparametern darstellen, wobei der energetische Wirkungsgrad η der Vorförderpumpe für diese Kombinationen jeweils unterschiedlich sein kann. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält daher die Ansteuerung des mindestens einen Reluktanzaktors mindestens ein Kennfeld, das Kombinationen mindestens zweier unabhängiger Ansteuerparameter des mindestens einen Reluktanzaktors einen energetischen Wirkungsgrad η der Vorförderpumpe zuordnet. Die aktive Regelung kann dann beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine Veränderung der Förderleistung vorzugsweise mit Veränderungen der Ansteuerparameter vorzunehmen, die zugleich zu einem guten Wirkungsgrad η führen. Die aktive Regelung kann aber beispielsweise auch dazu ausgebildet sein, die Ansteuerparameter fortwährend so zu optimieren, dass eine konstante Förderleistung immer auf die energieeffizienteste Art und Weise erbracht wird.The active control improves the achievement of the goal of reducing the heat input to the fuel supply by injecting an increased proportion of the hot fuel into the cylinders. At the same time, energy efficiency can be further improved in an organic way. The delivery rate of a prefeed pump, which is driven by a reluctance actuator, is an interaction of a plurality of actuation parameters, corresponding to the degrees of freedom which are extended in relation to a rotating drive. Accordingly, one and the same delivery rate can be represented by a plurality of combinations of activation parameters, wherein the energy efficiency η of the prefeed pump can be different for each of these combinations. In a further particularly advantageous embodiment of the invention, therefore, the activation of the at least one reluctance actuator contains at least one characteristic map which assigns combinations of at least two independent activation parameters of the at least one reluctance actuator to an energy efficiency η of the prefeed pump. The active control can then be designed, for example, to carry out a change in the delivery rate, preferably with changes in the activation parameters, which at the same time lead to a good efficiency η. However, the active control can also be designed, for example, to continually optimize the control parameters in such a way that a constant delivery rate is always provided in the most energy-efficient manner.
Beispielsweise können eine Frequenz, mit der der mindestens eine Reluktanzaktor mit Strompulsen beaufschlagt wird, sowie ein Zeitanteil, während dessen ein jeder Puls eine ansteigende Flanke hat, in der Ansteuerung als Ansteuerparameter vorgesehen sein. Eine derartige Ansteuerung ist speziell in einem Kraftfahrzeug schaltungstechnisch besonders einfach zu realisieren, indem für den Zeitanteil, während dessen der Strom in der Magnetspule des Reluktanzaktors ansteigen soll, die Bordnetzspannung an die Magnetspule angelegt wird. Der Zeitverlauf der angelegten Spannung kann dann beispielsweise ein Rechtecksignal sein. Die Induktivität der Magnetspule führt dann dazu, dass der Strom jeweils nicht instantan ansteigt und abfällt, sondern in Form einer Exponentialkurve.For example, a frequency with which the at least one reluctance actuator is subjected to current pulses, as well as a time portion during which each pulse has a rising edge, may be provided in the control as drive parameters. Such a control is particularly easy to implement circuitry especially in a motor vehicle by the vehicle electrical system voltage is applied to the solenoid for the time portion during which the current in the solenoid coil of the reluctance is to increase. The time course of the applied voltage can then be, for example, a square wave signal. The inductance of the magnetic coil then leads to the fact that the current does not increase instantaneously and decreases, but in the form of an exponential curve.
Eine gepulste Ansteuerung kann es mit sich bringen, dass der vom Reluktanzaktor angetriebene Kolben in Oszillationen versetzt wird. Um derartige Oszillationen zu glätten, ist vorteilhaft eine Feder vorgesehen. Diese Feder kann beispielsweise an einer Kolbenstange angreifen, die vom Reluktanzaktor angetrieben wird und die Antriebskraft an den Kolben vermittelt.A pulsed drive may involve oscillating the piston driven by the reluctance actuator. To smooth such oscillations, a spring is advantageously provided. For example, this spring may engage a piston rod which is driven by the reluctance actuator and impart the driving force to the piston.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Ansteuerung des mindestens einen Reluktanzaktors mehrere Kennfelder, die für unterschiedliche Werte oder Wertebereiche des von der Vorförderpumpe erzeugten Drucks p, und/oder der von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoffmenge Q, herangezogen werden. Es kann also beispielsweise auf Grund der Kombination aus Druck p und Kraftstoffmenge Q zunächst dasjenige Kennfeld ausgewählt werden, das die Abhängigkeit des Wirkungsgrades η von den Ansteuerparametern am genauesten wiedergibt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann der Sollwert psoll über mathematische Gleichungen bestimmten Randbedingungen angepasst werden, die die Vorförderpumpe besonders hoch belasten, z.B. höchste Motordrehzahl, hoher Einspritzdruck, ungünstige Umgebungsrandbedingungen oder kleinste Arbeitsfrequenz (zulässige Lagerbelastung).In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the activation of the at least one reluctance actuator contains a plurality of characteristic diagrams which are used for different values or value ranges of the pressure p generated by the prefeed pump and / or the fuel quantity Q delivered by the prefeed pump. Thus, for example, based on the combination of pressure p and fuel quantity Q, it is first possible to select that characteristic map which most accurately reproduces the dependence of the efficiency η on the drive parameters. Alternatively or in combination with this, the desired value p soll can be adapted via mathematical equations to specific boundary conditions which place a particularly high load on the prefeed pump, eg highest engine speed, high injection pressure, unfavorable ambient boundary conditions or lowest operating frequency (permissible bearing load).
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweiphasiger Reluktanzaktor vorgesehen, wobei die erste Phase des Reluktanzaktors mindestens einen Kolben der Vorförderpumpe bei Bestromung in eine erste Ruhelage treibt und wobei die zweite Phase des Reluktanzaktors den mindestens einen Kolben der Vorförderpumpe bei Bestromung in eine von der ersten Ruhelage verschiedene Ruhelage treibt. Dann kann die lineare Bewegung in beiden möglichen Bewegungsrichtungen separat angesteuert werden.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a two-phase reluctance is provided, wherein the first phase of the reluctance actuator drives at least one piston of the prefeed pump when energized in a first rest position and wherein the second phase of the reluctance the at least one piston of the prefeed pump when energized in one of the first resting position drives different rest position. Then the linear Movement be controlled separately in both possible directions of movement.
Beispielsweise kann der Reluktanzaktor eine Kolbenstange antreiben, an deren gegenüberliegenden Enden jeweils ein Kolben vorgesehen ist. Saugt dann der eine Kolben Kraftstoff an, fördert der andere Kolben zeitgleich Kraftstoff aus der Vorförderpumpe heraus und umgekehrt. Auf diese Weise wird die Förderleistung zum Einen insgesamt verdoppelt und zum Anderen auch zeitlich vergleichmäßigt.For example, the reluctance actuator can drive a piston rod, at whose opposite ends in each case a piston is provided. If one of the pistons then picks up fuel, the other piston simultaneously delivers fuel from the pre-feed pump and vice versa. In this way, the delivery is doubled on the one hand and on the other hand also equalized in time.
Alternativ oder auch in Kombination hierzu können in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die beiden Phasen des Reluktanzaktors unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Bestromungsstärke der jeweiligen Magnetspule und der jeweils ausgeübten Reluktanzkraft aufweisen. Wird beispielsweise nur ein Kolben angetrieben, so kann dieser in der Ansaugphase durch die eine Phase des Reluktanzaktors mit einer ersten Kraftcharakteristik betrieben werden und in der Förderphase durch die zweite Phase des Reluktanzaktors mit einer zweiten Kraftcharakteristik. Beispielsweise können die Magnetspulen der beiden Phasen des Reluktanzaktors unterschiedlich groß, und/oder unterschiedlich bewickelt, sein.Alternatively or in combination, in a further advantageous embodiment of the invention, the two phases of the reluctance actuator have different transmission ratios between the current intensity of the respective magnet coil and the respective reluctance force exerted. If, for example, only one piston is driven, it can be operated in the intake phase by the one phase of the reluctance actuator with a first force characteristic and in the delivery phase by the second phase of the reluctance factor with a second force characteristic. For example, the magnetic coils of the two phases of the reluctance can be different sizes, and / or differently wound.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ansteuerung dazu ausgebildet, durch Bestromung mindestens einer Magnetspule des mindestens einen Reluktanzaktors die Vorförderpumpe zur Verhinderung von Versulzung zu beheizen. Insbesondere kann eine solche Beheizung erfolgen, ohne dass die Pumpe zugleich fördert, beispielsweise, indem die Magnetspule mit einem statischen Strom beaufschlagt wird. Damit kann sichergestellt werden, dass bei einem Kaltstart bei niedriger Außentemperatur bereits der erste Kraftstoff, der die Vorförderpumpe verlässt, warm genug ist. Zur Vermeidung von Beschädigungen der Hochdruckpumpe durch Fremdkörper ist häufig zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe ein Kraftstofffilter angeordnet. Dieser Filter ist anfällig für Versulzung, wenn die Vorförderpumpe zu kalten Kraftstoff, der Paraffinkristalle gebildet hat, fördert. Ein herkömmlicher drehender Antrieb für eine Vorförderpumpe kann hingegen nicht durch Bestromung beheizt werden, ohne die Vorförderpumpe zugleich in Gang zu setzen.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the control is designed to heat by supplying current to at least one magnetic coil of the at least one reluctance actuator, the prefeed pump to prevent Verulatung. In particular, such heating can take place without the pump at the same time promoting, for example, by the solenoid is subjected to a static current. This ensures that during a cold start at low outside temperatures, the first fuel leaving the pre-feed pump is already warm enough. To avoid damage to the high pressure pump by foreign bodies is often arranged between the prefeed pump and the high pressure pump, a fuel filter. This filter is prone to volatilization when the priming pump promotes cold fuel that has formed paraffin crystals. By contrast, a conventional rotating drive for a prefeed pump can not be heated by energizing without starting the prefeed pump at the same time.
Vorteilhaft ist der Kolben in einen Arbeitsraum mit einem Einlassventil und einem Auslassventil geführt, wobei das Einlassventil und das Auslassventil jeweils als Rückschlagventil ausgebildet sind. Das Rückschlagventil kann beispielsweise ein Kugelventil sein, in dem eine Kugel im geschlossenen Zustand durch eine Feder auf einen Ventilsitz gedrückt wird. Es kann aber beispielsweise auch ein Membranventil verwendet werden.Advantageously, the piston is guided into a working space with an inlet valve and an outlet valve, wherein the inlet valve and the outlet valve are each designed as a check valve. The check valve may for example be a ball valve in which a ball is pressed in the closed state by a spring on a valve seat. But it can also be used, for example, a diaphragm valve.
Generell hat die Kombination einer Kolbenpumpe mit einem Linearaktor den Vorteil, dass im Vergleich zu einer drehenden Pumpe hydraulische Verluste weitgehend vermieden werden. Der Aktor selbst kann trocken sein, d.h. er muss nicht in Kontakt mit dem Kraftstoff stehen. Steht der Aktor nicht in Kontakt mit dem Kraftstoff, ist die Vorförderpumpe robuster gegen Partikel, Wasser und chemische Einflüsse durch Beimischungen im Kraftstoff. Das grundlegende Funktionsprinzip der Vorförderpumpe schließt jedoch nicht aus, dass der Aktor in Kontakt mit dem Kraftstoff steht.In general, the combination of a piston pump with a linear actuator has the advantage that hydraulic losses are largely avoided compared to a rotating pump. The actuator itself may be dry, i. he does not have to be in contact with the fuel. If the actuator is not in contact with the fuel, the prefeed pump is more robust against particles, water and chemical influences due to admixtures in the fuel. However, the basic operating principle of the feed pump does not rule out that the actuator is in contact with the fuel.
Das Kolbenprinzip lässt sich im Vergleich zu einer drehenden Pumpe mit einer geringeren Zahl relativ zueinander bewegter Teile, sowie insgesamt mit kostengünstigeren Teilen, realisieren. So entfallen beispielsweise ein Elektromotor und eine Kupplung. Als Kolben kann beispielsweise eine hochpräzise und trotzdem preiswerte Wälzlagerkugel verwendet werden. Der Reluktanzaktor benötigt keine Seltene-Erden-Permanentmagnete. Die Vorförderpumpe arbeitet lageunabhängig und benötigt daher keinen Lagesensor. Schließlich führt das Kolbenprinzip mit Ein- und Auslassventil auch zu einer guten Druckhaltefähigkeit, was insbesondere in Fahrzeugen mit Start-Stop-Automatik von Vorteil ist.The piston principle can be realized in comparison to a rotating pump with a smaller number of relatively moving parts, and overall with cheaper parts. For example, this eliminates an electric motor and a clutch. As a piston, for example, a high-precision and yet inexpensive roller bearing ball can be used. The reluctance actuator does not require rare-earth permanent magnets. The pre-feed pump works independently of position and therefore does not require a position sensor. Finally, the piston principle with inlet and outlet valve also leads to a good pressure holding capacity, which is particularly advantageous in vehicles with start-stop automatic.
Auch die Ansteuerungselektronik ist einfach und kostengünstig. Sie kann am Gehäuse der Vorförderpumpe, bzw. direkt in deren Steuergerät, integriert sein, beispielsweise als anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC). Unter günstigen Randbedingungen mit niedriger Förderleistung benötigt der Reluktanzaktor im Mittel Ströme von weniger als 1,5 A und in der Spitze Ströme von weniger als 4 A. Diese Ströme können von einer am ASIC angeordneten Leistungsendstufe bereitgestellt werden.The control electronics is simple and inexpensive. It can be integrated on the housing of the prefeed pump, or directly in its control unit, for example as an application-specific integrated circuit (ASIC). Under favorable low flow conditions, the reluctance factor requires currents of less than 1.5 A on average and currents of less than 4 A in the peak. These currents may be provided by a power output stage located on the ASIC.
Die Vorförderpumpe ist robust, da sie nur wenige sich zueinander bewegende Verschleißstellen aufweist, die darüber hinaus überwiegend spezifisch niedrig belastet sind. Die auftretenden Axial- und Radialkräfte sind insbesondere im Druckbereich bis etwa 2 bar relativ niedrig. Dadurch sind die Reibverluste vergleichsweise sehr gering. Zur Vermeidung von Verschleiß und Geräuschanregung sollte der Kolben so geführt und der mindestens eine Reluktanzaktor so ausgelegt sein, dass der Kolben nicht an Anschläge stößt. Weiterhin gibt es auch nur wenige bewegte Dichtstellen. Der Montage- und Prüfaufwand ist gering; insbesondere sind nur wenige Feinbearbeitungen und Passungen nötig. Das Kolbenprinzip hat im Vergleich zu anderen Förderprinzipien sehr kleine Leckagen.The prefeed pump is robust, since it has only a few mutually moving wear points, which are also predominantly charged specifically low. The occurring axial and radial forces are relatively low, especially in the pressure range up to about 2 bar. As a result, the friction losses are comparatively very low. To avoid wear and noise excitation, the piston should be guided and the at least one Reluktanzaktor be designed so that the piston does not abut stops. Furthermore, there are only a few moving seals. The assembly and testing costs are low; In particular, only a few finishes and fits are needed. The piston principle has very small leaks compared to other pumping principles.
Durch die Möglichkeit, den Hub und die Frequenz unabhängig voneinander abzusenken, kann der elektrische Wirkungsgrad der Vorförderpumpe insbesondere in der CO2-relevanten Teillast verbessert werden. Insbesondere ist der Gesamtwirkungsgrad, der das Produkt aus hydraulischem, mechanischem und elektrischem Wirkungsgrad ist, auch bei kleinsten Fördermengen vorteilhaft erhöht. Die Fördermenge kann sehr schnell, von einem Kolbenhub zum nächsten, vom Minimum zum Maximum verändert werden.Due to the ability to lower the stroke and the frequency independently, the electrical efficiency of the feed pump, in particular in the CO 2 -relevant part load be improved. In particular, the overall efficiency, which is the product of hydraulic, mechanical and electrical efficiency, advantageously increased even at very low flow rates. The flow rate can be changed very quickly, from one piston stroke to the next, from the minimum to the maximum.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.
Ausführungsbeispieleembodiments
Es zeigt: It shows:
Nach
Der Kraftstoff
Die Hochdruckpumpe
Die Vorförderpumpe
Kernstück der Ansteuerung
Der Regler
Zur weiteren Verbesserung der Energieeffizienz greift der Regler
Die Leistungselektronik
Jede der Phasen
Die Phasen
Das Pumpengehäuse
Die erforderlichen Feinbearbeitungen und Passungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Führung des Kolbens
Der sprunghafte Anstieg der Spannung U4 bzw. U5 von Null auf die Bordnetzspannung U0 führt jeweils zu einem exponentiellen Anstieg des zugehörigen Stroms I4 bzw. I5, dessen Geschwindigkeit durch die Induktivität der jeweiligen Magnetspule
Sowohl der mit der Vorförderpumpe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013218064 A1 [0005] DE 102013218064 A1 [0005]
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