-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einer Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe nach der Gattung des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Pumpe.
-
Eine solche Pumpe in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist durch die
DE 10 2013 212 302 A1 bekannt. Diese Pumpe weist zwei Pumpenelemente auf, die jeweils einen in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweisen, der jeweils einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, der über ein Einlassventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Die Einlassventile der beiden Pumpenelemente sind als elektrisch betätigte Ventile ausgebildet, die durch eine elektronische Steuereinrichtung zur Variation der Hochdruckfördermenge der beiden Pumpenelemente geöffnet und/oder geschlossen werden können. Die Einlassventile weisen jeweils einen elektromagnetischen Aktor auf, wobei die Einlassventile bei stromlosem Aktor geöffnet sein können und durch Bestromung des Aktors geschlossen werden können. Durch die elektrisch betätigten Einlassventile ist eine schnelle Variation und eine genaue Einstellung der Fördermenge der Pumpenelemente möglich. Außerdem kann auf einfache Weise eine Förderung einzelner Pumpenelemente abgeschaltet werden. Für die Ansteuerung des Aktors ist jedoch eine hohe elektrische Energie erforderlich und dieser erfordert einen relativ großen Bauraum. Dadurch ist der Aktor auch teuer in der Herstellung, wobei für jedes Einlassventil ein solcher Aktor erforderlich ist, was insgesamt zu hohen Kosten führt.
-
Durch die
DE 102 44 551 A1 ist eine Pumpe in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt, die zwei Pumpenelemente aufweist, wobei zur Variation der Hochdruckfördermenge der beiden Pumpenelemente in deren Zulauf eine gemeinsame Zumesseinrichtung angeordnet ist, durch die ein variabler Durchflussquerschnitt einstellbar ist und die durch eine elektronische Steuereinrichtung angesteuert wird. Da für beide Pumpenelemente nur eine Zumesseinrichtung erforderlich ist und diese als weitgehend standartisiertes Bauteile ausgeführt werden kann, ist dies eine kostengünstige Lösung. Jedoch kann eine exakte Einstellung der Fördermenge der Pumpe dabei erschwert sein, da es zu gegenseitigen Beeinflussungen der Einlassventile kommen kann und es dadurch zu Abweichungen der Fördermengen der beiden Pumpenelemente kommen kann.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass diese die Vorteile der beiden bekannten Lösungen einerseits mit elektrisch betätigtem Einlassventil und andererseits mit Zumesseinrichtung kombiniert und die Nachteile der jeweiligen Lösung vermieden oder zumindest reduziert sind. Da nur ein elektrisch betätigtes Einlassventil erforderlich ist können die Kosten gering gehalten werden und da durch die Zumesseinrichtung der Zulauf zu nur einem Pumpenelement variiert wird ist eine Beeinflussung der Pumpenelemente untereinander vermieden. Die Kosten für die Zumesseinrichtung können dabei geringer sein als die Kosten für ein elektrisch betätigtes Einlassventil.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe sowie Verfahren zum Betrieb der Pumpe angegeben. Das Verfahren gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine flexible Nutzung der beiden Pumpenelemente zur Förderung. Das Verfahren gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine flexible Steuerung der Fördermenge der Pumpe. Das Verfahren gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine Nutzung nur des zweiten Pumpenelements zur Förderung und damit eine Reduzierung der Belastung des Antriebsbereichs der Pumpe. Das Verfahren gemäß Anspruch 7 ermöglicht die Nutzung nur des ersten Pumpenelements zur Förderung und damit ebenfalls eine Reduzierung der Belastung des Antriebsbereichs der Pumpe.
-
Zeichnung
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 in vereinfachter Darstellung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, 2 in vergrößerter Darstellung ein elektrisch betätigtes Einlassventil eines ersten Pumpenelements der Kraftstoffhochdruckpumpe und 3 in vergrößerter Darstellung eine Zumesseinrichtung eines zweiten Pumpenelements der Kraftstoffhochdruckpumpe.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
In 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff aus einem Vorratstank 12 angesaugt und zu einer Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 wird Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher 16 gefördert, mit dem wiederum Injektoren 18 verbunden sind, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 20 gesteuert, die auch die Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe 14 steuert.
-
Die Hochdruckpumpe 14 weist zwei Pumpenelemente 30, 32 auf, die jeweils einen Pumpenkolben 34, 36 umfassen, der jeweils in einer Zylinderbohrung 38, 40 dicht geführt ist und in dieser jeweils einen Pumpenarbeitsraum 42, 44 begrenzt. Die Hochdruckpumpe 14 weist eine Antriebswelle 46 auf, die als Exzenter- oder Nockenwelle ausgebildet ist und beispielsweise wenigstens einen Nocken 48 aufweist. Die Antriebswelle 46 wird beispielsweise durch die Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben und rotiert im Betrieb der Pumpe 14 um eine Drehachse 47. Die beiden Pumpenelemente 30, 32 sind um etwa 90° zueinander um die Drehachse 47 verdreht angeordnet. Der Nocken 48 ist als 180°-Doppelnocken ausgebildet. Alternativ können die beiden Pumpenelemente 30, 32 auch in Richtung der Drehachse 47 nebeneinander angeordnet sein, wobei dann für jedes Pumpenelement 30, 32 ein separater Nocken 48 an der Antriebswelle 46 angeordnet ist.
-
Die Pumpenkolben 34, 36 der beiden Pumpenelemente 30, 32 stützen sich über jeweils einen Stößel 50, 52 am Nocken 48 ab, wobei die Stößel 50, 52 beispielsweise als Rollenstößel ausgebildet sind, in denen jeweils eine auf dem Nocken 48 abrollende Rolle drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 46 und die Stößel 50, 52 bilden den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 und diese werden durch von der Förderpumpe 10 zugeführten Kraftstoff geschmiert. Die beiden Pumpenarbeitsräume 42, 44 sind über jeweils ein Einlassventil 54, 56 mit der Druckseite der Förderpumpe 10 verbindbar und über jeweils ein Auslassventil 58, 60 mit dem Hochdruckspeicher 16 verbindbar. Es kann vorgesehen sein, dass der von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoff zunächst durch den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 geführt wird und von dort zu den Einlassventilen 54, 56 weitergeführt wird.
-
Erfindungsgemäß ist das Einlassventil 54 des ersten Pumpenelements 30 als elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet. Gemäß 2 weist das Einlassventil 54 ein Ventilglied 62 auf, das mit einem Ventilsitz 64 zusammenwirkt und das durch eine Ventilfeder 66 in einer Schließrichtung beaufschlagt ist, in der das Ventilglied 62 am Ventilsitz 64 anliegt. Das Einlassventil 54 weist einen elektromagnetischen Aktor 68 auf, der eine feststehende Magnetspule 69 und einen beweglichen Magnetanker 70 umfasst. Der Magnetanker 70 wird durch eine Ankerfeder 71 zum Ventilglied 62 hin beaufschlagt, wobei die Kraft der Ankerfeder 71 größer ist als die Kraft der Ventilfeder 66. Bei nicht bestromter Magnetspule 69 ist das Einlassventil 54 offen, da das Ventilglied 62 mit dem Magnetanker 70 durch die Ankerfeder 71 geöffnet ist. Bei Bestromung der Magnetspule 69 wird der Magnetanker 70 gegen die Kraft der Ankerfeder 71 vom Ventilglied 62 weggezogen, so dass das Ventilglied 62 durch die Kraft der Ventilfeder 66 bewirkt schließen kann.
-
Die Bestromung der Magnetspule 69 wird durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert. Während des zur Drehachse 47 hin gerichteten Saughubs des Pumpenkolbens 34 ist die Magnetspule 69 nicht bestromt, so dass das Einlassventil 54 offen ist und Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 42 angesaugt wird. Wenn beim von der Drehachse 47 weggerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 34 Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 16 gefördert werden soll, so wird durch die Steuereinrichtung 20 die Magnetspule 69 bestromt, so dass das Einlassventil 54 schließt und Kraftstoff im Pumpenarbeitsraum 42 verdichtet und durch das Auslassventil 58 in den Hochdruckspeicher 16 gefördert wird. Durch Variation der Schließdauer des Einlassventils 54 während des Förderhubs des Pumpenkolbens 34 kann die Fördermenge des ersten Pumpenelements 30 variiert werden.
-
Das Einlassventil 56 des zweiten Pumpenelements 32 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet. In der Verbindung zwischen der Förderpumpe 10 und dem Einlassventil 56 ist eine in 3 dargestellte Zumesseinrichtung 75 angeordnet, die als Proportionalventil ausgebildet ist. Durch die Zumesseinrichtung 75 kann in der Verbindung zwischen der Förderpumpe 10 und dem Einlassventil 56 ein variabler Durchflussquerschnitt eingestellt werden. Die Zumesseinrichtung 75 weist beispielsweise einen elektromagnetischen Aktor 76 auf, der durch die Steuereinrichtung 20 angesteuert wird und durch den ein Ventilkolben 78 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 79 bewegbar ist, durch den der Durchflussquerschnitt eingestellt wird. Es kann vorgesehen sein, dass bei nicht bestromtem Aktor 76 der maximale Durchflussquerschnitt eingestellt ist und durch Bestromung des Aktors 76 mittels der Steuereinrichtung 20 der Durchflussquerschnitt verringert wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass bei nicht bestromtem Aktor 76 die Zumesseinrichtung 75 geschlossen ist und durch Bestromung mittels der Steuereinrichtung 20 der Durchflussquerschnitt vergrößert wird. Durch Variation des Durchflussquerschnitts mittels der Zumesseinrichtung 75 kann die Fördermenge des zweiten Pumpenelements 32 variiert werden.
-
Die Ansteuerung des elektrisch betätigten Einlassventils 54 des ersten Pumpenelements 30 und der Zumesseinrichtung 75 des zweiten Pumpenelements 32 erfolgt durch die Steuereinrichtung abhängig vom Betriebszustand der Hochdruckpumpe 14 beziehungsweise der Brennkraftmaschine.
-
Beim Start der Hochdruckpumpe 14 bzw. der Brennkraftmaschine wird die Zumesseinrichtung 75 durch die Steuereinrichtung 20 geschlossen, so dass keine Förderung durch das zweite Pumpenelement 32 erfolgt. Das Einlassventil 54 des ersten Pumpenelements 30 kann durch die Steuereinrichtung 20 in unterschiedlicher Weise angesteuert werden, abhängig unter welchen Bedingungen der Start erfolgt. Beispielsweise kann bei einem Start bei niedriger oder sehr hoher Kraftstofftemperatur das Einlassventil 54 durch die Steuereinrichtung 20 zunächst geöffnet gehalten werden, so dass auch durch das erste Pumpenelement 30 keine Förderung erfolgt. Hierdurch wird der Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 entlastet, indem diesem zunächst ausreichend Kraftstoff von der Förderpumpe 10 zu dessen Schmierung oder Kühlung zugeführt wird. Außerdem kann hierbei eine sichere Entlüftung erreicht werden. Nach einer bestimmten Zeit, wenn eine ausreichende Schmierung oder Kühlung erreicht ist, wird das Einlassventil 54 durch die Steuereinrichtung 20 so angesteuert, dass dieses beim Förderhub des Pumpenkolbens 34 geschlossen ist und somit eine Förderung durch das erste Pumpenelement 30 erfolgt.
-
Bei geringem Fördermengenbedarf, also Leerlauf oder Teillast der Brennkraftmaschine, kann eine Förderung durch nur eines der Pumpenelemente 30, 32 erfolgen. Hierbei kann beispielsweise durch die Steuereinrichtung 20 das Einlassventil 54 des ersten Pumpenelements 30 geöffnet gehalten werden, so dass das erste Pumpenelement 30 keinen Kraftstoff fördert. Die Steuerung der von der Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffmenge erfolgt dann durch entsprechende Ansteuerung der Zumesseinrichtung 75 und Förderung durch das zweite Pumpenelement 32. Alternativ kann durch die Steuereinrichtung 20 auch die Zumesseinrichtung 75 geschlossen gehalten werden, so dass das zweite Pumpenelement 32 keinen Kraftstoff fördert. Die Steuerung der von der Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffmenge erfolgt dann durch entsprechende Ansteuerung des Einlassventils 54 des ersten Pumpenelements 30 und Förderung durch das erste Pumpenelement 30.
-
Wenn der Fördermengenbedarf so hoch ist, dass für diesen die Fördermenge nur eines der Pumpenelemente 30, 32 nicht ausreicht, so werden beide Pumpenelemente 30, 32 für die Förderung genutzt und das Einlassventil 54 des ersten Pumpenelements 30 sowie die Zumesseinrichtung 75 des zweiten Pumpenelements 32 werden durch die Steuereinrichtung 20 zur Erreichung der erforderlichen Fördermenge angesteuert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013212302 A1 [0002]
- DE 10244551 A1 [0003]
