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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft zunächst ein
verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff
von einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe in einen Versorgungsdruckbereich gefördert wird,
welcher mit einer ansteuerbaren Ventileinrichtung verbunden ist,
und bei dem der Kraftstoff über
mindestens einen Injektor in mindestens einen Brennraum gelangt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist auch ein Computerprogramm, ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine, sowie eine Brennkraftmaschine.
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Ein Verfahren der eingangs genannten
Art und eine entsprechende Brennkraftmaschine sind aus der
DE 195 39 885 A1 bekannt.
Das dort beschriebene Verfahren wird bei einem Kraftstoffsystem
einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung verwendet. Eine elektrische
Kraftstoffpumpe fördert
Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe.
Die elektrische Kraftstoffpumpe fördert ständig mit maximaler Leistung.
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Der Druck stromabwärts von
der elektrischen Kraftstoffpumpe wird durch ein federbeaufschlagtes
mechanisches Druckentlastungsventil begrenzt. Dieses kann über einen
elektromagnetischen Stößel in der
geschlossenen Stellung blockiert werden. Hierdurch wird ermöglicht,
dass beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Druckbegrenzungsfunktion
des Druckentlastungsventils ausgeschaltet und im Versorgungsdruckbereich
ein höherer
Druck als der Öffnungsdruck
des Druckentlastungsventils erzeugt werden kann. Durch diese Maßnahme kann das
Starten der Brennkraftmaschine beschleunigt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, das Startverhalten einer Brennkraftmaschine zu verbessern und
dabei dennoch den besonders strengen künftigen Anforderungen an die
Emissionen einer Brennkraftmaschine zu genügen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Druck in dem Versorgungsdruckbereich
während
eines Zeitraums unmittelbar nach Beginn einer Betriebsruhe des Injektors
von der ansteuerbaren Ventileinrichtung auf einen Druck eingestellt
wird, welcher niedriger ist als ein maximaler Druck im Versorgungsdruckbereich
bei arbeitendem Injektor.
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Vorteile der
Erfindung
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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass bei
längerer Betriebsruhe
der Injektoren, beispielsweise bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine
oder auch bei längerem
Schubbetrieb, Kraftstoff aus den geschlossenen Injektoren austreten
kann, wenn der Druck stromaufwärts
vom Injektor im Bereich des maximalen Betriebsdruckes liegt. Dies
ist bei herkömmlichen
Kraftstoffsystemen oft der Fall, da sich der im Versorgungsdruckbereich
des Kraftstoffsystems eingeschlossene Kraftstoff durch die heiße Brennkraftmaschine
erwärmt
und ausdehnt. Ein solcher aus dem Injektor ausgetretener und sich
beispielsweise in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine sammelnder
Kraftstoff kann jedoch beim Wiederanlassen der Brennkraftmaschine
zu einem unzulässigen
Emissionswert führen.
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Wenn jedoch, wie dies erfindungsgemäß vorgeschlagen
wird, der Druck im Versorgungsdruckbereich bei abgeschalteter Brennkraftmaschine
oder im Schubbetrieb auf einen geringeren als den maximalen Betriebsdruck
abgesenkt wird, tritt aus den Injektoren kein Kraftstoff aus, oder
es tritt zumindest keine wesentliche Kraftstoffmenge aus. Daher
sind die Emissionswerte bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sehr günstig.
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Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aber auch ein zuverlässigeres Starten
der Brennkraftmaschine ermöglicht:
Auf Grund des ungewollt aus dem Injektor austretenden Kraftstoffs
während
einer Betriebsruhe des Injektors kann es nämlich beim Wiederanlassen der
Brennkraftmaschine zu einem überfetten
Gemisch kommen, welches den Start der Brennkraftmaschine verzögert oder
im schlimmsten Falle unmöglich
macht. Dadurch, dass das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend verhindert,
dass bei abgeschalteter Brennkraftmaschine Kraftstoff aus den Injektoren austritt,
wird dieses Problem vermieden und ein zuverlässiger Start der Brennkraftmaschine
ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorgeschlagen, dass die Ventileinrichtung den Druck in dem
Versorgungsdruckbereich abhängig
von einem Signal eines Drucksensors einstellt, der den Druck in
dem Versorgungsdruckbereich erfasst. Auf diese Weise kann ein geschlossener
Regelkreis gebildet werden, der eine optimale situationsabhängige Anpassung des
Drucks im Versorgungsdruckbereich ermöglicht. Dabei ist auch denkbar,
zusätzlich
auch die Signale eines Temperatursensors zu berücksichtigen. Abhängig vom
Signal des Drucksensors kann auch die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe
angesteuert werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn der
Druck im Versorgungsdruckbereich nach einem bestimmten Zeitablauf
in etwa auf Umgebungsdruck abgesenkt wird. Ein über Umgebungsdruck erhöhter Druck
im Versorgungsdruckbereich ist nämlich
nur erforderlich, um die Bildung von Dampfblasen zu vermeiden. Diese
treten jedoch vor allem bei warmer Brennkraftmaschine auf. Bei einer
abgekühlten
Brennkraftmaschine kann daher der Druck im Versorgungsdruckbereich
abgesenkt werden, was das Risiko eines Kraftstoffaustritts aus einem
der Injektoren weiter reduziert.
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Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, dass der Betriebszustand der Ventileinrichtung
unmittelbar von einer Ansteuerleistung der elektrisch angetriebenen
Kraftstoffpumpe abhängt.
Die Ansteuerleistung der Kraftstoffpumpe hängt wiederum vom Betriebszustand
der Brennkraftmaschine ab. So ist es beispielsweise möglich, dass
in einem ersten Leistungsbereich der elektrisch angesteuerten Kraftstoffpumpe
die Ventileinrichtung offen ist und so einen bestimmten Kraftstoffstrom
aus dem Versorgungsdruckbereich abführt, wohingegen sie in einem
zweiten Leistungsbereich der Kraftstoffpumpe, in dem diese eine
höhere
Leistung erbringt als im ersten Leistungsbereich, geschlossen ist.
Dieses Verfahren ist technisch einfach zu realisieren.
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Möglich
ist aber auch, dass der Betriebszustand der Ventileinrichtung unmittelbar
von der aktuellen Last der Brennkraftmaschine abhängt. Dies
ermöglicht
eine noch schnellere Einstellung des optimalen Drucks im Versorgungsdruckbereich.
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Auf eine zusätzliche Verkabelung zur Ansteuerung
der Ventileinrichtung kann verzichtet werden, wenn der Betriebszustand
der Ventileinrichtung unmittelbar vom Magnetfeld der elektrisch
angetriebenen Kraftstoffpumpe beeinflusst wird.
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Robust und zuverlässig arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren
dann, wenn der Betriebszustand der Ventileinrichtung hydraulisch
beeinflusst wird.
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Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
wird besonders bevorzugt, wenn sie einen Drucksensor umfasst, der
zusammen mit der Ventileinrichtung Teil eines geschlossenen Regelkreises ist.
Dies ermöglicht
eine besonders genaue und gegebenenfalls auch stufenlose Einstellung
des Drucks im Versorgungsdruckbereich.
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Alternativ hierzu ist es möglich, dass
die Ventileinrichtung eine Schalteinrichtung aufweist, welche durch
das Magnetfeld der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe beeinflusst
wird. Auch hier kann eine spezielle Verkabelung zur Ansteuerung
der Ventileinrichtung entfallen.
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Besonders robust baut die Brennkraftmaschine,
wenn die Ventileinrichtung hydraulisch gesteuert wird.
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In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass
die Ventileinrichtung ein Druckentlastungsventil mit einem federbeaufschlagten
Kolben mit mindestens zwei separaten und gleichwirkenden Druckflächen umfasst,
dass zwischen Versorgungsdruckbereich und Kraftstoffpumpe ein Rückschlagventil
vorhanden ist, und dass an einer Druckfläche der Förderdruck der Kraftstoffpumpe
und an der anderen Druckfläche
der Druck im Versorgungsdruckbereich anliegt.
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Auf diese Weise wird ein Druckentlastungsventil
geschaffen, welches bei fördernder
Kraftstoffpumpe bei einem vergleichsweise niedrigen Druck öffnet, welches
bei einem Ende der Kraftstoffförderung
jedoch bei einem vergleichsweise hohen Druck schließt (der Öffnungsdruck
und der Schließdruck sind
also unterschiedlich). Die erfindungsgemäßen Vorteile werden auf diese
Weise ohne elektrische Ansteuerung erreicht, so dass eine entsprechende
Verkabelung entfallen kann.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung im Detail erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem mit einer elektrisch
angetriebenen Kraftstoffpumpe und einem Druckentlastungsventil;
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2 ein
Diagramm, in dem verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine
von 1 über der
Zeit aufgetragen sind;
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3 ein
Diagramm, in dem der Kraftstoffdruck in einem Versorgungsdruckbereich
des Kraftstoffsystems von 1 über der
Zeit aufgetragen ist;
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4 eine
Darstellung ähnlich 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Brennkraftmaschine;
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5 ein
Diagramm, in dem die Förderleistung
der Kraftstoffpumpe von 4 über einer
Ansteuerleistung aufgetragen ist;
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6 ein
Diagramm, in dem die Schaltstellung eines Druckentlastungsventils
von 4 über der
Ansteuerleistung der Kraftstoffpumpe aufgetragen ist;
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7 eine
schematische Prinzipdarstellung ähnlich
den 1 und 4 eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Brennkraftmaschine;
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8 ein
Diagramm, in dem der Förderdruck einer
Kraftstoffpumpe von 7 über der
Zeit aufgetragen ist;
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9 ein
Diagramm, in dem der Druck in einem Versorgungsdruckbereich des
Kraftstoffsystems von 7 über der
Zeit aufgetragen ist;
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10 ein
Diagramm, in dem die Schaltstellung eines Druckentlastungsventils
des Kraftstoffsystems von 7 über der
Zeit aufgetragen ist;
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11 eine
schematische Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
einer Brennkraftmaschine, ähnlich
den 1,4 und 7;
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12 ein
Diagramm, in dem die Förderleistung
einer Kraftstoffpumpe von 11 über der Drehzahl
aufgetragen ist; und
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13 ein
Diagramm, in dem die Schaltstellung eines Druckentlastungsventils
eines Kraftstoffsystems von 11 über der
Drehzahl aufgetragen ist.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt ein Kraftstoffsystem
insgesamt das Bezugszeichen 10. Es ist Teil einer Brennkraftmaschine 11,
welche beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienen kann.
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Das Kraftstoffsystem 10 umfasst
einen Kraftstoffbehälter 12,
aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff
fördert.
Die elektrische Kraftstoffpumpe 14 wird von einem Elektromotor 16 angetrieben.
Auslassseitig ist die elektrische Kraftstoffpumpe 14 über ein
Rückschlagventil 18 und
einen Kraftstofffilter 20 mittels einer Kraftstoffleitung 21 an eine
Kraftstoff-Sammelleitung 22 angeschlossen. In dieser ist
der Kraftstoff gespeichert. An die Kraftstoff-Sammelleitung 22 sind
Injektoren 24 angeschlossen, welche den Kraftstoff in ihnen
jeweils zugeordnete und in 1 nur
symbolisch dargestellte Saugrohre 26 einspritzen. Die Saugrohre 26 führen über nicht
dargestellte Einlassventile zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine 11.
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Der Bereich stromabwärts vom
Rückschlagventil 18 wird
auch als Versorgungsdruckbereich bezeichnet, er trägt in 1 das Bezugszeichen 28. Der
Druck im Versorgungsdruckbereich 28 wird von einem Drucksensor 30 erfasst.
Von der Kraftstoffleitung 21 zweigt eine Zweigleitung 32 ab,
in der ein Druckentlastungsventil 34 angeordnet ist. Dieses wird
von einer elektromagnetischen Steuereinheit 36 betätigt. Die
Zweigleitung 32 führt
zum Kraftstoffbehälter 12 zurück.
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Das Kraftstoffsystem 10 umfasst
auch ein Steuer- und Regelgerät 38,
welches Signale vom Drucksensor 30 erhält und über Leitungen 37 und 39 die
elektromagnetische Steuereinheit 36 sowie den Motor 16 der
elektrischen Kraftstoffpumpe 14 in gewünschter Weise ansteuert.
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Das in 1 dargestellte
Kraftstoffsystem 10 arbeitet folgendermaßen:
Wie
aus den 2 und 3 ersichtlich ist, wird durch die
Ansteuerung des Antriebsmotors 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 einerseits
und durch die Ansteuerung der elektromagnetischen Steuereinheit 36 des
Druckentlastungsventils 34 andererseits auf der Basis der Signale
des Drucksensors 30 ein für den jeweiligen Betriebszustand
der Brennkraftmaschine optimaler Druck PVD im Versorgungsdruckbereich 28 des
Kraftstoffsystems 10 ermöglicht.
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Wie aus den 2 und 3 insbesondere
ersichtlich ist, wird im Leerlauf ein vergleichsweise geringer Druck
i1Ti Versorgungsdruckbereich 28 eingestellt, wohingegen
bei geringer Leistung der Brennkraftmaschine ein etwas höherer Druck
eingestellt wird. Hierzu wird üblicherweise
das Druckentlastungsventil 34 dauerhaft leicht oder in
bestimmten Zeitabständen
für kurze
Zeit vollständig
geöffnet sein.
Bei hoher Leistung der Brennkraftmaschine wird ein relativ hoher
Druck im Versorgungsdruckbereich 28 eingestellt. Dieser
kann ungefähr
6 bar betragen. Hierzu wird das Druckentlastungsventil 34 über die
elektromagnetische Steuereinheit 36 weitgehend geschlossen.
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In einem Schubbetrieb 40 der
Brennkraftmaschine 11, in dem die Injektoren 24 keinen
Kraftstoff in die ihnen zugeordneten Saugrohre 26 einspritzen, wird
der Druck im Versorgungsdruckbereich 28 wieder abgesenkt,
indem das Druckentlastungsventil 34 entsprechend geöffnet wird.
Wird die Brennkraftmaschine 11 ausgeschaltet (Bezugszeichen 42),
wird der Druck ebenfalls abgesenkt, beispielsweise auf ungefähr 3 Bar.
Bei einem derartigen Druck ist sichergestellt, dass aus den Injektoren 24 auf
Grund von Leckage kein Kraftstoff in die Saugrohre 26 gelangt, was
beim Wiederanlassen der Brennkraftmaschine zu einem ungünstigen
Emissions- und im schlechtesten Fall auch zu einem ungünstigen
Startverhalten führen
kann.
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Der Druck im Versorgungsdruckbereich 28 wird
vom Drucksensor 30 auch im ausgeschalteten Zustand der
Brennkraftmaschine 11 für
einen bestimmten Zeitraum 44 nach dem Ausschalten überwacht.
Er dauert üblicherweise
ungefähr
30 Minuten nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 11. Während dieses
Zeitraums kommt es auf Grund von Wärmeleitung zu einer Erwärmung des
sich im Versorgungsdruckbereich 28 befindenden Kraftstoffes. Trotz
dieser Erwärmung
kommt es bei dem Kraftstoffsystem 10 zu keiner Druckerhöhung im
Versorgungsdruckbereich 28, da der Druck vom Drucksensor 30 überwacht
und das Druckentlastungsventil 34 über die elektromagnetische
Steuereinheit 36 vom Steuer- und Regelgerät 38 so
eingestellt wird, dass der gewünschte
Ruhedruck in Höhe
von ungefähr
3 bar beibehalten wird.
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Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass
das oben beschriebene Verfahren in Form eines Computerprogramms
in einem Speicher des Steuer- und Regelgeräts 38 abgelegt ist.
Man erkennt, dass das Druckentlastungsventil 34 in beliebiger
und für
die jeweilige Situation optimaler Weise angesteuert werden kann.
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In 4 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Kraftstoffsystems dargestellt. Dabei tragen solche Elemente und
Bereiche, welche äquivalente Funktionen
zu Elementen und Bereichen des in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im
Detail erläutert.
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Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
wird die elektromagnetische Steuereinheit 36, mit der das
Druckentlastungsventil 34 betätigt wird, mit dem gleichen
Signal vom Steuer- und Regelgerät 38 angesteuert,
mit dem auch der Antriebsmotor 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 angesteuert
wird. Üblicherweise
wird der Antriebsmotor 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 durch
ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert. Ein solches Signal
kann auch für
die Ansteuerung der elektromagnetischen Steuereinheit 36 verwendet werden.
In diesem Falle kann auf eine vollkommen separate Steuerleitung
vom Steuer- und Regelgerät 38 zur
elektromagnetischen Steuereinheit 36 verzichtet werden.
Bei dem Druckentlastungsventil 34 kann, was aus der Figur
nicht hervorgeht, ein federbelastetes Ventilglied mit einem elektromagnetisch geschalteten
Ventilglied in Reihe geschaltet sein.
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Wie aus den 5 und 6 ersichtlich
ist, ist die elektromagnetische Steuereinheit 36 so ausgelegt,
dass das Druckentlastungsventil 34 bei einem Tastverhältnis PEKP
zwischen 0 und 20% geöffnet ist,
wohingegen es bei einem Tastverhältnis
oberhalb von 20%, also bei einer relativ hohen Förderleistung der elektrischen
Kraftstoffpumpe 14, geschlossen ist (Schaltzustand VS in 5). Hierdurch wird erreicht, dass
beispielsweise in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 11 die
Regelung eines Systemdrucks bei einem Druck möglich ist, der unterhalb des Druckes
liegt, der nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 11 maximal
im System gehalten werden kann.
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In 7 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Brennkraftmaschine 11 dargestellt. Auch hier tragen solche
Elemente und Bereiche, welche äquivalente
Funktionen zu Elementen und Bereichen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im
Detail erläutert.
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Bei dem in 7 dargestellten Kraftstoffsystem 10 ist
eine elektromagnetische Steuereinheit des Druckentlastungsventils 34 nicht
vorhanden. Stattdessen wird das Druckentlastungsventil 34 hydraulisch
gesteuert.
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Hierzu ist das Druckentlastungsventil 34 folgendermaßen aufgebaut:
Innerhalb eines Gehäuses 44 ist
ein topfförmiger
Kolben 46 beweglich aufgenommen. Er ist gegenüber dem
Gehäuse 44 über einen
Dichtring 48 abgedichtet. Zwischen einem Boden 50 des
Kolbens 46 und dem Gehäuse 44 ist
eine Feder 52 verspannt. In der dem Boden 50 des
Kolbens 46 gegenüberliegenden
Stirnseite 54 des Gehäuses 44 ist
ein ringförmiger
und zum Boden 50 des Kolbens 46 weisender Kragen 56 ausgebildet,
der einen Dichtsitz für
den Boden 50 des Kolbens 46 bildet. Innerhalb
des Kragens 56 ist im Gehäuse 44 eine Bohrung 58 vorhanden,
welche über
eine Leitung 60 mit dem stromaufwärts vom Rückschlagventil 18 gelegenen
Bereich der Kraftstoffleitung 21 verbunden ist. In der
Leitung 60 ist eine Strömungsdrossel 62 angeordnet.
In einer Umfangswand 64 des Gehäuses 44 ist ebenfalls
eine Öffnung 66 vorhanden,
welche über
eine Leitung 68 mit dem stromabwärts vom Rückschlagventil 18 gelegenen
Bereich (Versorgungsdruckbereich 28) der Kraftstoffleitung 21 kommuniziert.
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Das hydraulisch gesteuerte Entlastungsventil 34 arbeitet
folgendermaßen:
Durch den ringförmigen
Dichtsitz 56 sind auf der Außenseite des Bodens 50 des
Kolbens 46 zwei zueinander konzentrische und in der gleichen
Richtung wirkende Druckflächen vorhanden:
Zum einen eine radial außerhalb
des Kragens 56 liegende Druckfläche 70, und zum anderen eine
radial vom Kragen 56 innenliegende Druckfläche 72.
Es wird nun der Fall angenommen, dass die Brennkraftmaschine zunächst ausgeschaltet
ist und im gesamten Kraftstoffsystem 10 Umgebungsdruck herrscht.
Somit liegt auch an den Druckflächen 70 und 72 und
an einer inneren Druckfläche 74 jeweils Umgebungsdruck
an. Der Kolben 46 wird daher von der Feder 52 gegen
den Kragen 56 gedrückt.
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Wird nun die Brennkraftmaschine 11 eingeschaltet,
beginnt auch die elektrische Kraftstoffpumpe 14 zu fördern. Hierdurch
steigt der Druck PEKP (vergleiche 8)
stromaufwärts
des Rückschlagventils 18 und
auch der Druck PVD (vergleiche 9)
stromabwärts
vom Rückschlagventil 18.
Entsprechend steigen auch die an den Druckflächen 70 und 72 anliegenden
Drücke.
Die Steifigkeit der Feder 52 und die Flächenverhältnisse der Druckflächen 70 und 72 sind
so aufeinander abgestimmt, dass bei Erreichen eines Drucks von PEKP
und PVD von ungefähr
2 bar der Boden 50 des Kolbens 46 vom Kragen 56 abhebt.
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Somit kann Kraftstoff von dem stromabwärts vom
Rückschlagventil 18 gelegenen
Bereich 28 der Kraftstoffleitung 21 über das
Druckentlastungsventil 34 in den stromaufwärts vom
Rückschlagventil 18 gelegenen
Bereich abströmen.
Durch die Drossel 62 wird dabei sichergestellt, dass eine
maximale Strömungsrate
nicht überschritten
wird. Das Abheben des Kolbens 46 vom Dichtsitz 56 ist in 10 durch den Wechsel des
Schaltzustandes VS des Druckentlastungsventils 34 von "zu" auf "auf" gekennzeichnet. Eine
weitere Druckerhöhung über das
Niveau von 2 bar hinaus wird durch eine entsprechende Ansteuerung
des Antriebsmotors 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 bewirkt.
Dabei wird ein höherer
Druck dann eingestellt, wenn eine hohe Last von der Brennkraftmaschine
gefordert wird, wenn also vergleichsweise große Kraftstoffmengen von den
Injektoren 24 in die Saugrohre 26 eingespritzt
werden sollen. Der bei hoher Last maximal erzielbare Betriebsdruck kann
dabei bis zu 6 bar betragen.
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Unter bestimmten Umständen wird
jedoch von den Injektoren 24 kein Kraftstoff in die Saugrohre 26 eingespritzt.
Dies ist zum einen dann der Fall, wenn die Brennkraftmaschine 11 ausgeschaltet
ist, kann aber auch der Fall sein, wenn die Brennkraftmaschine 11 zwar
an sich in Betrieb ist, sie aber in einem Schubbetrieb arbeitet.
Um Kraftstoff zu sparen, wird bei modernen Brennkraftmaschinen 11 in
diesem Fall die Einspritzung von Kraftstoff durch die Injektoren 24 unterbrochen.
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Um zu verhindern, dass während einer
solchen "Betriebsruhe" der Injektoren 24 Kraftstoff
ungewollt in die Saugrohre 26 gelangt, was bei der Rückkehr zum
Normalbetrieb unter anderem zu Emissionsproblemen führen könnte, wird
der Druck im Versorgungsdruckbereich 28 auf ein Druckniveau abgesenkt,
welches unterhalb des im Normalbetrieb maximal auftretenden Betriebsdruckes
liegt. Das während
einer Betriebsruhe der Injektoren 24 im Versorgungsdruckbereich 28 herrschende
Druckniveau wird dabei so gewählt,
dass einerseits keine Dampfblasen im Versorgungsdruckbereich auftreten,
dass andererseits aber auch keine oder zumindest keine wesentliche
Leckage von Kraftstoff bei den Injektoren 24 auftritt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird als optimaler Druck im Versorgungsdruckbereich 28 während einer
Betriebsruhe der Injektoren 24 ein Druck von ungefähr 3 bar
angesehen. Bei Beginn einer Betriebsruhe der Injektoren 24 wird
der Antriebsmotor 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 vom Steuer-
und Regelgerät 38 so
angesteuert, dass dieser nur noch mit einer Drehzahl und einem Drehmoment
arbeitet, bei dem so gut wie kein Kraftstoff mehr von der elektrischen
Kraftstoffpumpe 14 gefördert wird.
Der Druck PEKP in der Kraftstoffleitung 21 stromaufwärts vom
Rückschlagventil 18 sinkt
somit sehr schnell auf Umgebungsdruck ab (vergleiche 8). Auch der Druck PVD in
der Kraftstoffleitung 21 stromabwärts vom Rückschlagventil 18 sinkt
auf Grund der bestehenden Rücklaufverbindung über das
Druckentlastungsventil 34 ab (vergleiche 9).
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Da nun jedoch an der radial inneren
Druckfläche 72 des
Kolbens 46 nur noch Umgebungsdruck anliegt, wird der Kolben 46 von
der Feder 52 bereits bei einem Druck von ungefähr 3 bar
wieder in Anlage an den Dichtsitz 56 gebracht. Somit kann
der Druck in der Versorgungsdruck-Kraftstoffleitung 21 stromabwärts vom
Rückschlagventil 18 nicht
unter einen Druck von ungefähr
3 bar absinken (vergleiche 9).
Der Vollständigkeit
halber sei angemerkt, dass dann, wenn eine Betriebsruhe der Injektoren 24 eintritt,
wenn in der Versorgungsdruck-Kraftstoffleitung 21 ein Druck
PVD unterhalb von 3 bar herrscht, das Druckentlastungsventil 34 sofort
schließt,
so dass der zum Zeitpunkt des Eintritts der Betriebsruhe der Injektoren 24 herrschende
Druck PVD in der Versorgungsdruck-Kraftstoffleitung 21 stromabwärts vom
Rückschlagventil 18 gehalten
wird. Dies bedeutet, dass der minimale Systemdruck PVD 2 bar beträgt. Er kann
also unterhalb des Schließdrucks
von 3 bar liegen (der Öffnungsdruck
des Druckentlastungsventils 34 liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel
bei 2 bar, sein Schließdruck
bei 3 bar).
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In 11 ist
ein viertes Ausführungsbeispiel eines
Kraftstoffsystems 10 dargestellt. Auch bei 11 gilt, dass solche Elemente und Bereiche,
welche äquivalente
Funktionen zu Elementen und Bereichen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen tragen und üblicherweise
nicht nochmals im Detail erläutert
sind.
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Bei dem in 11 dargestellten Kraftstoffsystem 10 ist
wieder ein elektrisch schaltbares Druckentlastungsventil 34 vorhanden.
Die elektromagnetische Steuereinheit 36 ist allerdings
mit einem Induktionsschalter 76 verbunden. Dieser ist so
angeordnet, dass er vom elektromagnetischen Feld 78 des
Antriebsmotors 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 beeinflusst
werden kann. Auf diese Weise kann eine Betätigung des Druckentlastungsventils 34 erreicht
werden, ohne dass eine aufwendige Verkabelung erforderlich ist.
Bei dem Druckentlastungsventil 34 kann analog zu dem Ausführungsbeispiel von 4 ein federbelastetes Ventilglied
mit einem elektromagnetisch geschalteten Ventilglied in Reihe geschaltet
sein.
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Die entsprechenden Schaltstellungen
und auch Zwischenstellungen des Druckentlastungsventils 34 hängen allerdings
vom Magnetfeld, also letztendlich vom aktuellen Drehmoment beziehungsweise
der aktuellen Drehzahl des Antriebsmotors 16 der elektrischen
Kraftstoffpumpe 14 ab. Die Abhängigkeit der Förderrate
mQ der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 von der Drehzahl
nP der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 ist in 12 aufgetragen. Man sieht,
dass in einem ersten Drehzahlbereich links von der gestrichelten
Linie keine oder zumindest keine wesentliche Förderung durch die elektrische
Kraftstoffpumpe 14 erfolgt. Aus 13 ist ersichtlich, dass in diesem ersten
Drehzahlbereich, in dem die elektrische Kraftstoffpumpe 14 nicht
oder nicht wesentlich fördert,
das Druckentlastungsventil 34 geöffnet ist. Erst wenn die Drehzahl
des Antriebsmotors 16 der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 einen
Grenzwert nG überschreitet,
schaltet das Druckentlastungsventil 34 in seine geschlossene
Schaltstellung. Dabei versteht sich, dass bei geringer Drehzahl
nP auch das entsprechende Magnetfeld des Antriebsmotors 16 nur schwach
ausgebildet ist, was vom Induktionsschalter 76 erfasst
wird.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass
die oben beschriebenen Kraftstoffsysteme auch als Vorfördersystem
in einer Hochdruck-Kraftstoffanlage verwendet werden können, wie
sie beispielsweise bei Kraftstoff-Direkteinspritzung verwendet wird.