DE19627741A1

DE19627741A1 - Druckhalteeinrichtung

Info

Publication number: DE19627741A1
Application number: DE19627741A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rumpf
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-15
Also published as: US20010003282A1; AU721472B2; AU2159697A; WO1998001664A1; EP0910736A1; JP2000514153A; US6279544B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckhalteeinrichtung für eine Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem mit einer Versorgungslei tung zwischen einer Kraftstoffpumpe und der Brennkraftma schine zu verbindenden, eine Druckkammer aufweisenden Druckspeicher, welcher eine zur Begrenzung eines in der Druckkammer befindlichen Volumens von Kraftstoff vorge spannte, bewegliche Wand und Mittel zur Erfassung der Stellung der beweglichen Wand hat, wobei die Kraftstoff pumpe in Abhängigkeit von der Stellung der beweglichen Wand mittels einer Regeleinrichtung regelbar ist.

Solche Kraftstoffversorgungsanlagen werden bereits ver suchsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt und sind damit bekannt. Der Druckspeicher dient zum Zwischenspeichern von Kraftstoff und ermöglicht einen getakteten Betrieb der Kraftstoffpumpe. Der Druckspeicher hat zwei den Hub weg der beweglichen Wand begrenzende Endschalter. Sobald die Druckkammer gefüllt ist, schaltet die Regeleinrich tung die Kraftstoffpumpe ab. Die Brennkraftmaschine wird anschließend von dem Druckspeicher mit Kraftstoff ver sorgt. Nach einer nahezu vollständigen Entleerung der Druckkammer wird die Kraftstoffpumpe erneut eingeschaltet und versorgt die Brennkraftmaschine mit Kraftstoff. Die Druckhalteeinrichtung wird insbesondere anstelle einer zur Rückführung überflüssigen Kraftstoffs von der Brenn kraftmaschine in einen Kraftstoffbehälter vorgesehenen Rücklaufleitung eingesetzt. Die Druckhalteeinrichtung hat im Vergleich zu einer Kraftstoffversorgungsanlage mit ei ner Rücklaufleitung den Vorteil, daß sich die Leistungs aufnahme der Kraftstoffpumpe um bis zu 95% reduzieren läßt. Dies führt insbesondere im Stadtverkehr zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeu ges.

Nachteilig bei der bekannten Druckhalteeinrichtung ist, daß in der Kraftstoffversorgungsanlage während des Be triebes der Kraftstoffpumpe ein höherer Druck herrscht, als wenn die Brennkraftmaschine bei abgeschalteter Kraft stoffpumpe aus dem Druckspeicher versorgt wird. Diese Druckunterschiede haben ihre Ursache in über den Hubweg der beweglichen Wand veränderlichen Vorspannkräften und in dem Einfluß von Reibungskräften auf die Bewegung der beweglichen Wand. Hierdurch entstehen in der Kraftstoff versorgungsanlage Druckschwankungen, die von einem Druck regelventil ausgeglichen werden müssen. Dieses Druckre gelventil ist jedoch ein störanfälliges und sehr kosten intensives Bauteil.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Druckhal teeinrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie möglichst kostengünstig zu fertigen ist und mit ihr Druckschwankungen in der Kraftstoffversorgungsanlage weitgehend vermieden werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regeleinrichtung zum Erzeugen einer Mittelstellung der beweglichen Wand ausgebildet ist.

Durch diese Gestaltung werden Druckschwankungen in der Kraftstoffversorgungsanlage ohne Verwendung eines Druck regelventils weitgehend vermieden, da die Druckkammer zu nächst als Puffer kurzzeitig für zu wenig oder zu viel geförderten Kraftstoff dient. Die bewegliche Wand dient als Sensor für die Regeleinrichtung zur bedarfsgerechten Regelung der Kraftstoffpumpe. Die Druckhalteeinrichtung besteht durch die Einsparung des Druckregelventils aus wenigen Bauteilen, so daß sie besonders kostengünstig zu fertigen ist. Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungs anlage eignet sich für einen Einsatz in einer Kraftstoff versorgungsanlage mit einer Einspritzanlage oder mit ei nem Vergaser.

Die Kraftstoffpumpe könnte wie bei der bekannten Druck halteeinrichtung von Schaltern an- und abgeschaltet wer den. Diese Schalter müßten hierfür nahe an der Mittel stellung der beweglichen Wand angeordnet sein. Dies führt jedoch zu einem häufigen Schalten der Kraftstoffpumpe. Die Druckhalteeinrichtung erfordert jedoch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kein häufiges Schalten der Kraftstoffpumpe, wenn die Stellung der be weglichen Wand von einem mit der Regeleinrichtung verbun denen, elektrischen Wegstreckenzähler ermittelbar und die Förderleistung der Kraftstoffpumpe von der Regeleinrich tung regelbar ist. Hierdurch hat die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage eine bedarfsabhängige Rege lung der Kraftstoffpumpe, während der Druckspeicher zum Ausgleich von beispielsweise durch Lastwechsel der Brenn kraftmaschine hervorgerufenen Druckschwankungen dient.

Die Förderleistung der Kraftstoffpumpe läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach regeln, wenn die Drehzahl der Kraftstoffpumpe von der Regeleinrichtung veränderbar ist. Hierbei ist es vor teilhaft, wenn die Kraftstoffpumpe eine flache Pumpen kennlinie (Q = f_(u) bei p = const.) hat.

Die Druckkammer des Druckspeichers könnte beispielsweise über eine Stichleitung an einer zwischen der Kraftstoff pumpe und der Brennkraftmaschine angeordneten Versor gungsleitung angeschlossen werden. Hierdurch reagiert die Kraftstoffversorgungsanlage wegen dem in der Stichleitung befindlichen Kraftstoff jedoch sehr träge auf Druck schwankungen in der Kraftstoffversorgungsanlage. Die Druckhalteeinrichtung reagiert besonders schnell auf Druckschwankungen, wenn die Druckkammer einen Einlaß zu ihrer Verbindung mit der Kraftstoffpumpe und einen Auslaß zu ihrer Verbindung mit der Brennkraftmaschine hat. Hier durch wird die Druckkammer bei einem Betrieb der Kraft stoffpumpe ständig von dem Kraftstoff durchströmt. Dies führt sogar bei einem taktenden Betrieb der Kraftstoff pumpe nur zu unwesentlichen Druckschwankungen in der Kraftstoffversorgungsanlage. Durch den Wegfall der Stichleitung wird zudem die Montage der Druckhalteein richtung weiter vereinfacht.

Die bewegliche Wand könnte beispielsweise den oberen Be reich der Druckkammer begrenzen und mit ihrem Gewicht den vorgesehenen Druck in der Druckkammer erzeugen. Alterna tiv dazu könnte die bewegliche Wand auch als Schwimmer ausgebildet sein. Der in der Kraftstoffversorgungsanlage vorgesehene Druck würde dann von der Kraftstoffsäule er zeugt werden. Dies führt jedoch zu einem hohen Einfluß von Erschütterungen auf die Stelleinrichtung. Man könnte auch daran denken, den vorgesehenen Druck mittels eines in dem Druckspeicher befindlichen Luftkissens zu erzeu gen. Ein solches Luftkissen hat jedoch den Nachteil, tem peraturabhängig zu sein und große Abmessungen des Druck speichers zu erfordern. Die Druckhalteeinrichtung gestal tet sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung besonders kompakt, wenn die beweg liche Wand von einem Federelement vorgespannt ist. Da Er schütterungen hierbei nur einen geringen Einfluß auf die bewegliche Wand haben, wird durch das Federelement in der Mittelstellung der beweglichen Wand ein besonders kon stanter Druck erzeugt. Für einen möglichst konstanten Druck über den Hubweg der beweglichen Wand in der Druck kammer ist es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung vorteilhaft, wenn das Federelement eine besonders flache Federkennlinie hat.

Eine in der Druckkammer befindliche Kraftstoffsäule wirkt der Federkraft gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung entgegen, wenn die bewegliche Wand im Bodenbereich der Druckkammer angeordnet ist.

Eine in der Druckkammer befindliche Kraftstoffsäule hat gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er findung keinen Einfluß auf den in der Kraftstoffversor gungsanlage erzeugten Druck, wenn die bewegliche Wand in einem Seitenbereich der Druckkammer angeordnet ist.

Die bewegliche Wand ist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig her stellbar, wenn die bewegliche Wand einen Kolben hat.

Eine an der beweglichen Wand vorbeiströmende Leckage von Kraftstoff läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vermeiden, wenn die bewegliche Wand mittels einer Membran mit der Druck kammer verbunden ist.

Die Membran hat gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung eine besonders hohe Festigkeit, wenn die Membran eine armierte Gummimembran ist.

Die Membran kann gemäß einer anderen vorteilhaften Wei terbildung der Erfindung den vorgesehenen Druck in der Druckkammer ohne zusätzlich zu montierendes Federelement erzeugen, wenn die Membran aus balgartig geformtem Blech gefertigt ist.

Für einen kraftstoffsparenden Betrieb der Brennkraftma schine ist es erforderlich, daß zwischen einem Saugrohr und dem Kraftstoff in einer in das Saugrohr hineinragen den Einspritzdüse ein konstanter Relativdruck herrscht. Dieser Relativdruck wird gemäß einer anderen vorteilhaf ten Weiterbildung der Erfindung einfach dadurch erzeugt, daß der Druckspeicher auf seiner der Druckkammer abge wandten Seite der beweglichen Wand eine Druckausgleichs dose hat, welche eine Verbindung mit einem Saugrohr der Brennkraftmaschine aufweist.

Der Wegstreckenzähler gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv be sonders einfach, wenn er einen Potentiometer hat. Alter nativ dazu kann der Wegstreckenzähler eine in Abhängig keit von der Stellung der beweglichen Wand veränderliche Induktivität oder Kapazität aufweisen. Die Auswahl des geeigneten Wegstreckenzählers ist abhängig von der einge setzten Regeleinrichtung.

Die Stellung der beweglichen Wand läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung berüh rungslos ermitteln, wenn die Stellung der beweglichen Wand von einem optischen Sensorelement ermittelbar ist. Hierdurch arbeitet der Wegstreckenzähler verschleißfrei.

Die Stellung der Membran läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders ko stengünstig ermitteln, wenn der Wegstreckenzähler einen auf dem Federelement oder der Membran angeordneten Dehn meßstreifen hat.

Das Regeln der Kraftstoffpumpe und eine über den Hubweg der beweglichen Wand veränderliche Federkraft des Feder elementes könnten Druckschwankungen an der Einspritzlei ste der Einspritzanlage hervorrufen. Diese Druckschwan kungen führen gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung nicht zu einer Änderung der Ein spritzmenge an den Einspritzdüsen, wenn die Einspritzzei ten von den Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine von ei ner Zentralelektronik in Abhängigkeit von den Signalen des Wegstreckenzählers steuerbar sind.

Eine Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Kraftstoffil ter besteht gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil dung der Erfindung aus besonders wenigen Bauteilen, wenn der Kraftstoffilter in der Druckkammer angeordnet ist.

Bei einem getakteten Betrieb der Kraftstoffpumpe wird ein Zurückfließen des Kraftstoffs von der Druckkammer in den Kraftstoffbehälter einfach dadurch vermieden, daß in dem Einlaß der Druckkammer ein bei einem Abschalten der Pumpe schließendes Rückschlagventil angeordnet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraft stoffversorgungsanlage mit einer erfindungs gemäßen Druckhalteeinrichtung,

Fig. 2, 3 zwei Ausführungsformen eines Druck speichers.

Die Fig. 1 zeigt eine in einer Kraftstoffversorgungsan lage angeordnete Druckhalteeinrichtung mit einer eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoff aus einem Kraftstoff behälter 2 versorgenden Kraftstoffpumpe 3. Die Kraft stoffpumpe 3 ist in einem Schwalltopf 4 angeordnet und fördert den Kraftstoff zunächst zu einem Druckspeicher 5. Der Druckspeicher 5 ist in einer zu einer Einspritzleiste 6 der Brennkraftmaschine 1 führenden Versorgungsleitung 7 angeordnet. Von der Einspritzleiste 7 gelangt der Kraft stoff zu einer in einem Saugrohr 8 angeordneten Ein spritzdüse 9. Das Saugrohr 8 hat eine Verbindung 10 mit dem Druckspeicher 5. Die Einspritzdüse 9 wird von einer Zentralelektronik 11 gesteuert. Neben dem Druckspeicher 5 ist eine die Kraftstoffpumpe 3 regelnde Regeleinrichtung 12 angeordnet.

Der Druckspeicher 5 hat eine Druckkammer 13, die von ei ner beweglichen Wand 14 begrenzt ist. Die bewegliche Wand 14 befindet sich hier in einer Mittelstellung. Über einen Einlaß 15 strömt Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 3 in die Druckkammer 13 hinein. Der Kraftstoff verläßt die Druckkammer 13 über einen Auslaß 16 in Richtung Ein spritzleiste 6. Die bewegliche Wand 14 hat eine Membran 17, bei der es sich beispielsweise um eine armierte Gum mimembran handelt. Die Stellung der Membran 17 und damit das Volumen der Druckkammer 13 wird von einem Wegstrec kenzähler 18 erfaßt und an die Zentralelektronik 11 und die Regeleinrichtung 12 weitergeleitet. Die Membran 17 ist von einer Druckfeder 19 zur Druckkammer 13 hin vorge spannt. In der Druckkammer 13 ist ein Kraftstoffilter 20 angeordnet. Der der Druckkammer 13 abgewandte Bereich des Druckspeichers 5 ist als Druckausgleichsdose 21 ausgebil det, an der die Verbindung 10 zu dem Saugrohr 8 ange schlossen ist.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 fördert die Kraftstoffpumpe 3 Kraftstoff über die Druckkammer 13 zu der Einspritzleiste 6. Die Druckfeder 19 der bewegli chen Wand 14 ist für einen in der Versorgungsleitung 7 vorgesehenen Druck bemessen. Die bewegliche Wand 14 be wegt sich beispielsweise bei einem Druckanstieg in der Versorgungsleitung 7 nach links und vergrößert so das Vo lumen der Druckkammer 13. Hierbei erzeugt der Wegstrec kenzähler 18 in Abhängigkeit von der Stellung der beweg lichen Wand 14 ein elektrisches Signal und leitet es an die Regeleinrichtung 12 und die Zentralelektronik 11 wei ter. Die Regeleinrichtung 12 verringert anschließend die Drehzahl der Kraftstoffpumpe 3 bis sich die bewegliche Wand 14 wieder in die Mittelstellung zurückbewegt. Mögli che Druckschwankungen innerhalb der Kraftstoffversor gungsanlage werden von der Zentralelektronik 11 an der Einspritzdüse 9 beispielsweise über die Einspritzdauer ausgeglichen.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Druckspeichers 22, bei dem eine bewegliche Wand 23 einen von einer Druckfeder 24 vorgespannten Kolben 25 hat. Der Kolben 25 ist verschiebbar in dem Druckspeicher 22 ange ordnet und vermag dadurch das Volumen einer Druckkammer 26 zu verändern. Der von der Druckkammer 26 durch den Kolben 25 abgegrenzte Bereich des Druckspeichers 22 hat eine Entlüftungsbohrung 27. Die Stellung des Kolbens 25 wird von einem Wegstreckenzähler 28 mit einem Potentiome ter 29 erfaßt.

Die Fig. 3 zeigt einen Druckspeicher 30, bei dem eine bewegliche Wand 31 eine Membran 32 aus einem balgartig geformten Blech hat. Diese Membran 32 ist damit selbst federnd gestaltet und benötigt kein Federelement, um ei nen vorgesehenen Druck in einer Druckkammer 33 des Druck speichers 30 zu erzeugen. Ein Wegstreckenzähler 34 hat auf der Membran 32 einen Dehnmeßstreifen 35, der in Ab hängigkeit von der Form der Membran 32 und damit von dem Volumen der Druckkammer 33 elektrische Signale an eine Regeleinrichtung 36 leitet. In dem Einlaß 15 der Druck kammer 33 ist ein Rückschlagventil 37 angeordnet, welches bei ausgeschalteter Kraftstoffpumpe ein Zurückfließen des Kraftstoffs in den in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffbe hälter 2 verhindert.

Claims

1. Druckhalteeinrichtung für eine Kraftstoffversorgungs anlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem mit einer Versorgungsleitung zwischen einer Kraft stoffpumpe und der Brennkraftmaschine zu verbindenden, eine Druckkammer aufweisenden Druckspeicher, welcher eine zur Begrenzung eines in der Druckkammer befindlichen Vo lumens von Kraftstoff vorgespannte, bewegliche Wand und Mittel zur Erfassung der Stellung der beweglichen Wand hat, wobei die Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von der Stellung der beweglichen Wand mittels einer Regeleinrich tung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel einrichtung (12, 36) zum Erzeugen einer Mittelstellung der beweglichen Wand (14, 23, 31) ausgebildet ist.

2. Druckhalteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stellung der beweglichen Wand (14, 23, 31) von einem mit der Regeleinrichtung (12, 36) verbunde nen, elektrischen Wegstreckenzähler (18, 28, 34) ermit telbar und die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (3) von der Regeleinrichtung (12, 36) regelbar ist.

3. Druckhalteeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Kraftstoffpumpe (3) von der Regeleinrichtung (12, 36) veränderbar ist.

4. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (13, 26, 33) einen Einlaß (15) zu ihrer Ver bindung mit der Kraftstoffpumpe (3) und einen Auslaß (16) zu ihrer Verbindung mit der Brennkraftmaschine (1) hat.

5. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die be wegliche Wand (14, 23, 31) von einem Federelement (Druckfeder 19, 24, Membran 32) vorgespannt ist.

6. Druckhalteeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die bewegliche Wand (14, 23, 31) im Boden bereich der Druckkammer (13, 26, 33) angeordnet ist.

7. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die be wegliche Wand (14, 23, 31) in einem Seitenbereich der Druckkammer (13, 26, 33) angeordnet ist.

8. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die be wegliche Wand (23) einen Kolben (25) hat.

9. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die be wegliche Wand (14, 31) mittels einer Membran (17, 32) mit der Druckkammer (13, 33) verbunden ist.

10. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (17) eine armierte Gummimembran ist.

11. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (32) aus balgartig geformtem Blech gefertigt ist.

12. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (5, 22, 30) auf seiner der Druckkammer (13, 26, 33) abgewandten Seite der beweglichen Wand (14, 23, 31) eine Druckausgleichsdose (21) hat, welche eine Ver bindung (10) mit einem Saugrohr (8) der Brennkraftma schine (1) aufweist.

13. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegstreckenzähler (28) einen Potentiometer (29) hat.

14. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der beweglichen Wand (14, 23, 31) von einem op tischen Sensorelement ermittelbar ist.

15. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegstreckenzähler (34) einen auf dem Federelement oder der Membran (32) angeordneten Dehnmeßstreifen (35) hat.

16. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzzeiten der Einspritzdüsen (9) der Brennkraftma schine (1) von einer Zentralelektronik (11) in Abhängig keit von den Signalen des Wegstreckenzählers (18, 28, 34) steuerbar sind.

17. Druckhalteeinrichtung mit einem Kraftstoffilter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kraftstoffilter (20) in der Druck kammer (13, 26, 33) angeordnet ist.

18. Druckhalteeinrichtung nach zumindest einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einlaß (15) der Druckkammer (33) ein bei einem Abschalten der Kraftstoffpumpe (3) schließendes Rückschlagventil (37) angeordnet ist.