-
Stand der Technik
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere auf ein Kraftstoffversorgungssystem in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.
-
Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, weisen zur Reinigung der Abgase Filter im Abgasstrang des Verbrennungsmotors auf. Um das Filter zu regenerieren, wird von Zeit zu Zeit Kraftstoff stromaufwärts des Filters in den Abgasstrang eingebracht und entzündet, um das Filter "freizubrennen".
-
Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, weisen in der Regel Kraftstoffeinspritzsysteme mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe und einer Kraftstoff-Niederdruckpumpe auf, die ausgebildet ist, die Kraftstoff-Hochdruckpumpe über eine Kraftstoff-Niederdruckleitung mit Kraftstoff zu versorgen. Der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung wird durch ein Überdruckventil begrenzt.
-
Der zur Regeneration des Filters verwendete Kraftstoff wird stromabwärts der Kraftstoff-Niederdruckpumpe aus der Kraftstoff-Niederdruckleitung entnommen und in den Abgasstrang eingebracht. Dafür ist ein gewisser Mindestdruck von ca. 5 bar in der Kraftstoff-Niederdruckleitung erforderlich, der in herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystemen problemlos erreicht wird.
-
Um den Energieverbrauch der Kraftstoff-Niederdruckpumpe zu reduzieren, ist es wünschenswert, den Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung zu minimieren. Dabei besteht die Gefahr, dass der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung nicht mehr ausreicht, um ein sicheres Regenerieren ("Freibrennen") des Filters im Abgasstrang zu gewährleisten.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist daher einer Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor bereit zu stellen, das auch bei niedrigen Betriebsdrücken in der Kraftstoff-Niederdruckleitung ein zuverlässiges Regenerieren eines im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordneten Filters gewährleistet.
-
Ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor umfasst gemäß einer Ausführungsform der Erfindung: eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe; eine Kraftstoff-Niederdruckpumpe, die ausgebildet ist, die Kraftstoff-Hochdruckpumpe über eine Kraftstoff-Niederdruckleitung mit Kraftstoff zu versorgen; und ein Überdruckventil, das an der Kraftstoff-Niederdruckleitung angebracht ist und das bei einem vorgegebenen Druck öffnet, um den Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung zu begrenzen. Die Kraftstoff-Niederdruckleitung weist insbesondere einen Abzweig auf, der es ermöglicht, Kraftstoff aus der Kraftstoff-Niederdruckleitung in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einzuspritzen. Die Kraftstoff-Niederdruckpumpe ist unabhängig von der Kraftstoff-Hochdruckpumpe regelbar, so dass der Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung unabhängig vom Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe variierbar ist. Das Überdruckventil weist eine Durchfluss/Druck-Kennlinie auf, die in einem Bereich höherer Drücke eine geringere Steigung als in einem Bereich niedrigerer Drücke aufweist.
-
Ausführungsformen der Erfindung umfassen auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere mit einem Dieselmotor, mit wenigstens einem Abgasstrang; und einem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem, sowie ein Verfahren zum Regenerieren wenigstens eines Filters, das in einem Abgasstrang eines solchen Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Das Verfahren umfasst, den Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems durch Ansteuern der Kraftstoff-Niederdruckpumpe zu erhöhen und Kraftstoff aus der Kraftstoff-Niederdruckleitung in den Abgasstrang einzubringen.
-
In einem derartigen Kraftstoffversorgungssystem kann der Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung durch geeignetes Ansteuern der Kraftstoff-Niederdruckpumpe gezielt erhöht werden, um ein Filter im Abgasstrang des Verbrennungsmotors durch das Einspritzen von Kraftstoff zu regenerieren ("Regenerationsbetrieb"), wogegen im "normalen", d.h. nicht regenerierenden, Betrieb ("Normalbetrieb") der Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung niedriger ist. Insbesondere kann der Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung im nicht regenerierenden Normalbetrieb so niedrig sein, dass er nicht ausreicht, um das Filter zu regenerieren.
-
Ein Kraftstoffversorgungssystem gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann im Normalbetrieb energiesparend mit niedrigem Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung betrieben werden, ohne die Filter-Regeneration zu beeinträchtigen.
-
In einer Ausführungsform ist die Kraftstoff-Niederdruckpumpe eine elektrisch regelbare Pumpe. Eine elektrisch regelbare Pumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, ist besonders gut geeignet, um den Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung gezielt zu variieren. Insbesondere kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die ausgebildet ist, die Kraftstoff-Niederdruckpumpe anzusteuern und zu regeln, um sowohl im Normalbetrieb als auch im Regenerationsbetrieb den jeweils gewünschten Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung einzustellen.
-
In einer Ausführungsform weist das Überdruckventil wenigstens ein progressiv elastisches Element, insbesondere wenigstens eine progressiv elastische Feder, auf. Durch ein progressiv elastisches Element, d.h. ein elastisches Element, das mit zunehmender Auslenkung aus seiner Ruheposition immer härter bzw. steifer wird, kann die gewünschte Durchfluss/Druck-Kennlinie, die in einem Bereich höherer Drücke eine geringere Steigung als in einem Bereich niedrigerer Drücke aufweist, einfach, zuverlässig und kostengünstig realisiert werden.
-
In einer alternativen Ausführungsform wird die gewünschte Durchfluss/Druck-Kennlinie durch eine in der Abflussleitung des Überdruckventils angeordnete Drossel realisiert.
-
In einer Ausführungsform weist das Kraftstoffversorgungssystem eine Zumesseinheit auf, die zwischen der Kraftstoff-Niederdruckpumpe und der Kraftstoff-Hochdruckpumpe in der Kraftstoff-Niederdruckleitung angeordnet und ausgebildet ist, der Hochdruckpumpe exakt die im jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors benötigte Kraftstoffmenge zuzuführen.
-
In einer Ausführungsform wird die Zumesseinheit im Regenerationsbetrieb mit einer anderen Kennlinie betrieben als im Normalbetrieb, um dem veränderten Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung Rechnung zu tragen, so dass auch im Regenerationsbetrieb eine optimale Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors gewährleistet ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor.
-
2a zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Versorgungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
2b zeigt eine Durchfluss/Druck-Kennlinie eines Überdruckventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
3a zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Versorgungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
3b zeigt eine Durchfluss/Druck-Kennlinie eines Überdruckventils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
Figurenbeschreibung
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug 26 mit einem Verbrennungsmotor 12, insbesondere einem Dieselmotor. Der Verbrennungsmotor 12 hat einen Abgasstrang 20, in dem ein Partikelfilter 22 angeordnet ist.
-
Der Verbrennungsmotor 12 wird durch ein Kraftstoff-Versorgungssystem 1 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2 versorgt.
-
Das Kraftstoffversorgungssystem 1 ist ausgebildet, über einen Abzweig 7 einen Teil des aus dem Kraftstofftank 2 entnommenen Kraftstoffs einer an dem Abgasstrang 24 angeordneten Einspritzvorrichtung 24 zuzuführen. Dies ermöglicht es, bei Bedarf Kraftstoff in den Abgasstrang 20 einzubringen, um das Partikelfilter 22 durch das Verbrennen des Kraftstoffs im Abgasstrang 20 zu regenerieren.
-
2a zeigt eine vergrößerte und detailliertere schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoff-Versorgungssystems 1a gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das Kraftstoff-Versorgungssystem 1a umfasst eine Kraftstoff-Niederdruckpumpe 4, die ausgebildet ist, über eine Kraftstoff-Entnahmeleitung 3 Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 2 zu entnehmen und über eine Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 einem Kraftstofffilter 6 zuzuführen. Aus dem Kraftstofffilter 6 gelangt der Kraftstoff über eine Zumesseinheit 8 zu einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10, die ausgebildet ist, den Kraftstoff unter hohem Druck (nicht gezeigten) Injektoren des Verbrennungsmotors 12 zuzuführen. Die Injektoren sind ausgebildet, den Kraftstoff unter hohem Druck in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 12 einzuspritzen.
-
Stromabwärts des Kraftstofffilters 6 ist ein Überdruckventil 14a vorgesehen. Das Überdruckventil 14a ist so ausgebildet, dass es sich öffnet, wenn der Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 einen vorgegebenen Druck („Öffnungsdruck“) übersteigt. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 begrenzt. Überflüssiger Kraftstoff wird aus der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 durch das geöffnete Überdruckventil 14a in den Kraftstofftank 2 zurückgeführt.
-
Stromaufwärts des Kraftstofffilters 6 ist ein Abzweig 7 vorgesehen, der die Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 mit einer am Abgasstrang 20 des Verbrennungsmotors 12 angebrachten Einspritzvorrichtung 24 verbindet, um der Einspritzvorrichtung 24 bei Bedarf Kraftstoff aus der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 zuzuführen. Durch Einbringen des Kraftstoffs in den Abgasstrang 20 und Verbrennen des Kraftstoffs im Abgasstrang 20 kann das Partikelfilter 22 regeneriert werden.
-
Das Kraftstoff-Versorgungssystem 1a umfasst darüber hinaus eine Steuereinheit 28, die ausgebildet ist, die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 4 und die Einspritzvorrichtung 24 anzusteuern.
-
Im Normalbetrieb, in dem die Einspritzvorrichtung 24 nicht aktiviert ist, wird die Niederdruckpumpe 4 mit einer niedrigen Drehzahl betrieben, was einen geringen Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 zur Folge hat. Dieser niedrige Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 ist ausreichend, um die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ausreichend mit Kraftstoff zu versorgen.
-
Der niedrige Druck in der Kraftstoff-Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 im Normalbetrieb reicht aber nicht aus, um die Einspritzvorrichtung 24 ausreichend mit Kraftstoff zu versorgen.
-
Im Regenerationsbetrieb, in dem die Einspritzvorrichtung 24 aktiv ist und Kraftstoff in den Abgasstrang 22 einspritzt, wird die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 4 daher mit einer höheren Drehzahl als im Normalbetrieb betrieben. Dies hat einen höheren Kraftstoffdruck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 5 zur Folge.
-
Der höhere Kraftstoffdruck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 5 führt dazu, dass sich das Überdruckventil 14a öffnet.
-
Um zu verhindern, dass das im Regenerationsbetrieb zusätzlich von der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 4 geförderte Fluid durch das geöffnete Überdruckventil 14a vollständig zurück in den Kraftstofftank 2 fliest, weist das Überdruckventil 14a eine abknickende Durchfluss/Druck-Kennlinie auf. Ein Beispiel für eine solche abknickende Durchfluss/Druck-Kennlinie ist beispielhaft in der 2b gezeigt.
-
Der in der 2b dargestellte Graph zeigt die durch das Überdruckventil 14a fließende Durchflussmenge Q (y-Achse) als Funktion des Drucks p in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 (x-Achse).
-
In einem ersten Bereich A niedriger Drücke p, d.h. bei Drücken p unterhalb eines Öffnungsdrucks p1, ist das Überdruckventil 14a geschlossen, so dass die Durchflussmenge Q gleich Null ist.
-
Sobald der Öffnungsdruck p1 des Überdruckventils 14a erreicht ist, öffnet das Überdruckventil 14a, um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 zu begrenzen. In diesem zweiten Druckbereich (Bereich B) steigt die Durchflussmenge Q durch das Überdruckventil 14a mit weiter zunehmendem Druck p steil an.
-
Übersteigt der Druck p in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 einen oberen Grenzdruck p2, ist die Steigung der Durchflussmenge Q mit weiter zunehmendem Druck p geringer als im Bereich B zwischen dem Öffnungsdruck p1 und dem Grenzdruck p2 (Bereich C).
-
Für den Regenerationsbetrieb werden in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 durch geeignetes Ansteuern der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 4 Drücke p im Bereich C, d.h. Drücke im Bereich p > p2 eingestellt. Im Ergebnis steht in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 ein Kraftstoffdruck zur Verfügung, der ausreichend ist, um die Einspritzvorrichtung 24 zu betreiben.
-
Eine gewünschte Durchfluss/Druck-Kennlinie des Überdruckventils 14a, wie sie beispielhaft in der 2b gezeigt ist, kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Überdruckventil 14a ein progressiv elastisches Element, z.B. eine progressiv elastische Feder, aufweist, dessen Rückstellkraft mit zunehmender Auslenkung stetig oder unstetig zunimmt.
-
3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Versorgungssystems 1b, das im Wesentlichen wie das in der 2a gezeigte Kraftstoff-Versorgungssystem 1a aufgebaut ist.
-
Im Gegensatz zu dem in der 2a gezeigten Kraftstoff-Versorgungssystem weist das Überdruckventil 14b im zweiten Ausführungsbeispiel jedoch kein progressiv elastisches Element auf. Dafür ist in der Ablaufleitung 16 des Überdruckventils 14b eine Drossel 18 angeordnet. Durch die in der Ablaufleitung 16 des Überdruckventils 14b angeordnete Drossel 18 kann ebenfalls eine Durchfluss/Druck-Kennlinie realisiert werden, die eine mit zunehmendem Druck in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5 abnehmende Steigung aufweist.
-
Ein Beispiel für eine derartige Durchfluss/Druck-Kennlinie ist in der 3b gezeigt. Auch diese Durchfluss/Druck-Kennlinie weist im Bereich C bei hohen Drücken (p > p2) eine deutlich geringere Steigung als im Bereich B mittlerer Drücke (p1 < p < p2) auf, wodurch die gewünschte Funktion des Überdruckventils 14a, 14b realisiert wird, wie sie für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist.
-
Kraftstoff-Versorgungsysteme 1, 1a, 1b gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ermöglichen auch bei niedrigen Kraftstoffdrücken in der Kraftstoff-Niederdruckleitung 5, die im Normalbetrieb ausreichend sind, um die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 mit Kraftstoff zu versorgen, ein zuverlässiges Regenerieren eines im Abgasstrang 20 des Verbrennungsmotors 10 angeordneten Partikelfilters 22 durch Einbringen einer ausreichenden Kraftstoffmenge in den Abgasstrang 20.
