DE19753072A1 - Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines KraftfahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem für
eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
mit einem Druckspeicher und einer Pumpe, mit der dem
Druckspeicher Kraftstoff zuführbar ist. Des weiteren
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines
Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von
einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt wird.
An eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines
Kraftfahrzeugs werden immer höhere Anforderungen im
Hinblick auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und
der erzeugten Abgase bei einer gleichzeitig erwünschten
erhöhten Leistung gestellt. Zu diesem Zweck sind moderne
Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffversorgungssystem
versehen, bei dem die Zuführung von Kraftstoff in den
Brennraum der Brennkraftmaschine elektronisch, insbesondere
mit einem rechnergestützten Steuergerät, gesteuert und/oder
geregelt wird. Dabei ist es möglich, den Kraftstoff in ein
Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine oder direkt in den
Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Insbesondere bei der zuletzt genannten Art, der sogenannten
Direkteinspritzung, ist es erforderlich, daß der Kraftstoff
unter Druck in den Brennraum eingespritzt wird. Zu diesem
Zweck ist ein Druckspeicher vorgesehen, in den der
Kraftstoff mittels einer Pumpe gepumpt und unter einen
hohen Druck gesetzt wird. Von dort wird der Kraftstoff dann
über Einspritzventile in die Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt.
Unter anderem durch die Einspritzungen von Kraftstoff in
die Brennräume der Brennkraftmaschine ist es möglich, daß
in dem Druckspeicher des Kraftstoffversorgungssystems
Schwingungen entstehen. Dies bedeutet, daß der auf den
Kraftstoff im Druckspeicher einwirkende Druck nicht überall
konstant ist, sondern sich aufgrund der Schwingungen
ortsabhängig verändert. Damit besteht die Möglichkeit, daß
von unterschiedlichen Einspritzventilen der Kraftstoff mit
unterschiedlichem Druck eingespritzt wird, ohne daß dies
von dem Steuergerät erkannt und beeinflußt werden könnte.
Besonders schwerwiegend ist der Fall, wenn sogenannte
stehende Wellen in dem Druckspeicher entstehen. Dies hat
zur Folge, daß die beschriebenen unterschiedlichen Drücke
über mehrere Einspritzungen unverändert erhalten bleiben,
so daß in diesem Fall eine Mehrzahl aufeinanderfolgender
fehlerhafter Einspritzungen entstehen. Dies kann zu einem
unruhigen Lauf der Brennkraftmaschine oder gar zu
Aussetzern führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine zu
schaffen, mit dem ein fehlerfreier und ruhiger Lauf der
Brennkraftmaschine erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffversorgungssystem
bzw. einem Verfahren zum Betreiben des
Kraftstoffversorgungssystems der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zur Dämpfung von
in dem Druckspeicher auftretenden Schwingungen vorgesehen
sind.
Es wird also gewährleistet, daß keine Schwingungen in dem
Druckspeicher entstehen, bzw. daß bereits entstandene
Schwingungen gedämpft werden. Auf diese Weise wird
erreicht, daß der auf den Kraftstoff einwirkende Druck in
dem Druckspeicher überall konstant ist. Der Druck, mit dem
die einzelnen Einspritzventile den Kraftstoff in die
Brennräume einspritzen, ist somit ebenfalls gleich. Dieser
Druck kann von einem Drucksensor an einer beliebigen Stelle
des Druckspeichers gemessen und von dem Steuergerät dann
weiterverarbeitet werden.
Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist ein Zusatzspeicher vorgesehen, der insbesondere über
ein Ventil mit dem Druckspeicher koppelbar ist.
Wird der Zusatzspeicher dem Druckspeicher zugeschaltet, so
wird dadurch das Volumen des gespeicherten und unter Druck
stehenden Kraftstoffs wesentlich vergrößert. Dies hat zur
Folge, daß die Wahrscheinlichkeit für das Entstehen von
Schwingungen aufgrund des großen Volumens wesentlich
geringer ist, bzw. daß bereits entstandene Schwingungen
durch das große Volumen schnell wieder gedämpft und damit
unterbunden werden.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Zusatzspeicher
während der Startphase von dem Druckspeicher abgekoppelt
wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das den
Zusatzspeicher und den Druckspeicher verbindende Ventil von
dem Steuergerät entsprechend angesteuert wird.
Auf diese Weise wird erreicht, daß während der Startphase
nur das geringere Volumen des Druckspeichers vorhanden ist.
Ist somit der Druck in dem Druckspeicher während des
Startens der Brennkraftmaschine noch nicht auf seinen
normalen Betriebsdruck aufgebaut worden, so kann dieser
Druckanstieg aufgrund des geringeren Volumens des
Druckspeichers schnell erreicht werden. Das während der
Startphase unter Umständen einen schnellen Druckaufbau
verhindernde große Volumen des Zusatzspeichers wird also
abgekoppelt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist als
Ventil ein Überdruckventil vorgesehen. Der Zusatzspeicher
wird somit druckabhängig zu- und abgeschaltet.
Ist der Druck im Druckspeicher z. B. nach einem Stillstand
der Brennkraftmaschine auf einen geringen Wert abgefallen,
so schließt das Druckventil. Der Zusatzspeicher ist somit
abgekoppelt. Wird danach die Brennkraftmaschine gestartet,
so kommt automatisch nur das Volumen des Druckspeichers zur
Wirkung, nicht jedoch das Volumen des Zusatzspeichers. Der
Druck in dem Druckspeicher kann aufgrund des geringeren
Volumens schnell aufgebaut und damit der normale
Betriebsdruck der Brennkraftmaschine schnell erreicht
werden.
Übersteigt dann der Druck in dem Druckspeicher einen
vorgegebenen Wert, so öffnet das Druckventil und der
Zusatzspeicher wird zugeschaltet. Dies hat zur Folge, daß
das gesamte Volumen des Druckspeichers und des
Zusatzspeichers nunmehr zur Wirkung kommt und auf die
bereits beschriebene Weise die Entstehung von Schwingungen
verhindert bzw. entstandene Schwingungen dämpft.
Bei einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird in dem Druckspeicher eine gegenläufige Schwingung
erzeugt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß ein
Aktuator, insbesondere ein Piezokristall, innerhalb des
Druckspeichers vorgesehen ist.
Entsteht in dem Druckspeicher eine Schwingung, verändert
sich also der Druck innerhalb des Druckspeichers auf eine
mehr oder weniger periodische Art und Weise, so wird mit
Hilfe des Aktuators eine gegenläufige Schwingung erzeugt,
die den Druckschwankungen innerhalb des Druckspeichers
entgegenwirkt und diesen letztlich auslöscht. Damit
entsteht ein im wesentlichen konstanter Druck innerhalb des
Druckspeichers.
Es ist nun möglich, daß das Steuergerät mittels eines
Drucksensors die Druckschwankungen in dem Druckspeicher
erfaßt und in Abhängigkeit davon den Aktuator elektrisch
derart ansteuert, daß die genannten gegenläufigen
Schwingungen entstehen und damit die Druckschwankungen
verschwinden. Die Druckschwankungen in dem Druckspeicher
stellen in diesem Fall für das Steuergerät eine Regelgröße
dar, die mittels des ansteuerbaren Aktuators auf Null
geregelt wird.
Ebenfalls ist es möglich, einen Aktuator zu verwenden, der
automatisch, also ohne Einwirkung des Steuergerät zu
Schwingungen angeregt wird. In diesem Fall entstehen die
gegenläufigen Schwingungen automatisch aufgrund der
Druckschwankungen in dem Druckspeicher.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der
Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen
oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren
Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw.
Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems.
In der Figur ist ein Kraftstoffversorgungssystem 1
dargestellt, das für die Verwendung bei einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei
dem Kraftstoffversorgungssystem 1 handelt es sich um ein
sogenanntes Common-Rail-System, das insbesondere bei einer
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zur Anwendung
kommt.
Das Kraftstoffversorgungssystem 1 weist einen Druckspeicher
2 auf, der mit einem Drucksensor 3 und einem
Drucksteuerventil 4 versehen ist. Der Druckspeicher 2 ist
über eine Druckleitung 5 mit einer Hochdruckpumpe 6
verbunden. Die Hochdruckpumpe 6 ist über eine Druckleitung
8 an das Drucksteuerventil 4 angeschlossen ist. Über eine
Druckleitung 9 und ein Filter ist das Drucksteuerventil 4
und damit auch die Hochdruckpumpe 6 mit einer
Kraftstoffpumpe 10 verbunden, die dazu geeignet ist,
Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 11 anzusaugen.
Das Kraftstoffversorgungssystem 1 weist vier
Einspritzventile 13 auf, die über Druckleitungen 14 mit dem
Druckspeicher 2 verbunden sind. Die Einspritzventile 13
sind dazu geeignet, Kraftstoff in entsprechende Brennräume
der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Mittels einer Signalleitung 15 ist der Drucksensor 3 mit
einem Steuergerät 16 verbunden, an das des weiteren eine
Mehrzahl anderer Signalleitungen als Eingangsleitungen
angeschlossen sind. Mittels einer Signalleitung 17 ist die
Kraftstoffpumpe 10 und über eine Signalleitung 18 ist das
Drucksteuerventil 4 mit dem Steuergerät 16 verbunden. Des
weiteren sind die Einspritzventile 13 mittels
Signalleitungen 19 an das Steuergerät 16 angeschlossen.
Der Druckspeicher 2 ist über ein steuerbares Ventil 21 mit
einem Zusatzspeicher 22 verbunden. Das Ventil 21 weist
vorzugsweise einen großen Öffnungsquerschnitt auf. Das
Ventil 21 ist über eine Signalleitung 23 an das Steuergerät
16 angeschlossen.
Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffpumpe 10 aus dem
Kraftstoffbehälter 11 zu der Hochdruckpumpe 6 gepumpt. Mit
Hilfe der Hochdruckpumpe 6 wird in dem Druckspeicher 2 und
bei geöffnetem Ventil 21 auch in dem Zusatzspeicher 22 ein
Druck erzeugt, der von dem Drucksensor 3 gemessen wird und
durch eine entsprechende Betätigung des Drucksteuerventils
4 und/oder Steuerung der Kraftstoffpumpe 10 auf einen
gewünschten Wert eingestellt werden kann. Über die
Einspritzventile 13 wird dann der Kraftstoff in den
Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Für die Bemessung der in den Brennraum eingespritzten
Kraftstoffmenge ist unter anderem der Druck in dem
Druckspeicher 2 wesentlich. Je größer der Druck in dem
Druckspeicher 2 ist, desto mehr Kraftstoff wird während
derselben Einspritzzeit in den Brennraum eingespritzt.
Insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine ist
der genannte hohe Druck in dem Druckspeicher 2 eine
wichtige Voraussetzung.
Aufgrund der aufeinanderfolgenden Einspritzungen von
Kraftstoff über die Einspritzventile 13 ist es möglich, daß
in dem Druckspeicher 2 Schwingungen entstehen. Derartige
Schwingungen würden bedeuten, daß der auf den Kraftstoff
einwirkende Druck sich etwa periodisch verändert. Dies
würde zur Folge haben, daß der von dem Drucksensor 3
gemessene Druck nicht konstant in dem gesamten
Druckspeicher 2 vorhanden ist, sondern sich örtlich
andauernd verändert.
Damit die Entstehung derartiger Schwingungen verhindert
wird, bzw. damit bereits entstandene Schwingungen schnell
wieder gedämpft werden, wird von dem Steuergerät 16 über
die Signalleitung 23 das Ventil 21 geöffnet und damit der
Zusatzspeicher 22 zugeschaltet. Auf diese Weise wird das
Volumen des unter Druck stehenden Kraftstoff wesentlich
vergrößert, mit der Folge, daß die Wahrscheinlichkeit für
das Entstehen von Schwingungen wesentlich kleiner ist als
bei abgekoppeltem Zusatzspeicher 22. Ebenfalls hat das
vergrößerte Volumen eine stark dämpfende Wirkung auf in dem
Druckspeicher 2 bereits vorhandene Schwingungen.
Während eines Stillstands der Brennkraftmaschine vermindert
sich der Druck in dem Druckspeicher 2 und dem
Zusatzspeicher 22 langsam. Damit bei einem nachfolgenden
Starten ein möglichst schneller Druckaufbau auf den
normalen Betriebsdruck in dem Druckspeicher 2 möglich ist,
wird das Ventil 21 von dem Steuergerät 16 während der
Startphase geschlossen und damit der Zusatzspeicher 22
während der Startphase abgekoppelt. Erst wenn ein über den
Drucksensor 3 meßbarer, vorgebbarer Druck in dem
Druckspeicher 2 erreicht ist, wird das Ventil 21 geöffnet
und damit der Zusatzspeicher 22 zugeschaltet.
Bei einer Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels
ist als Ventil 21 ein Überdruckventil vorgesehen. In diesem
Fall ist die Signalleitung 23 nicht vorhanden.
Ist der Druck in dem Druckspeicher 2 gering und liegt unter
einem Schwellwert, dann ist das Überdruckventil
geschlossen. Dieser geringe Wert liegt beispielsweise vor,
wenn die Brennkraftmaschine nach einem Stillstand wieder
gestartet wird. In diesem Fall ist also der Zusatzspeicher
22 abgekoppelt. Während der Startphase kommt also nur der
Druckspeicher 2 zur Wirkung, in dem aufgrund seines
geringeren Volumens schnell der normale Betriebsdruck
aufgebaut werden kann.
Sobald der Schwellwert überschritten wird, öffnet das
Überdruckventil und der Zusatzspeicher 22 wird dadurch mit
dem Druckspeicher 2 verbunden. Nunmehr ist das gesamte
Volumen vorhanden und kann möglichen Schwingungen
entgegenwirken.
Der Schwellwert, bei dem das Überdruckventil öffnet bzw.
schließt entspricht etwa demjenigen vorgebbaren Druck, bei
dem in dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel das
Steuergerät 16 das Ventil 21 öffnet bzw. schließt.
Bei einer anderen Abwandlung der beschriebenen
Ausführungsbeispiele ist weder das Ventil 21, noch der
Zusatzspeicher 22, noch die Signalleitung 23 vorhanden.
Statt dessen ist in dem Druckspeicher 2 ein Aktuator 25
vorgesehen, beispielsweise ein Piezokristall. Dies ist in
der Figur gestrichelt angedeutet.
Dabei ist es möglich, daß der Aktuator 25 über eine
Signalleitung mit dem Steuergerät 16 verbunden ist und von
diesem zu Schwingungen angeregt werden kann. Werden von dem
Steuergerät 16 mittels des Drucksensors 3 Druckschwankungen
in dem Druckspeicher 2 erkannt, so steuert das Steuergerät
16 den Aktuator 25 derart an, daß dieser Schwingungen in
dem Druckspeicher 2 erzeugt, die den genannten
Druckschwankungen gegenläufig sind. Das Steuergerät 15
regelt also die von dem Drucksensor 3 erfaßten
Druckschwankungen über den Aktuator 25 auf Null.
Ebenfalls ist es möglich, daß der Aktuator 25 unabhängig
ist von dem Steuergerät 16. Der Aktuator 25 ist dann derart
ausgestaltet, daß er durch Druckschwankungen in dem
Druckspeicher unmittelbar zu Schwingungen angeregt wird,
die den genannten Druckschwankungen gegenläufig sind.
In beiden Fällen haben die von dem Aktuator 25 erzeugten
gegenläufigen Schwingungen zur Folge, daß die
Druckschwankungen in dem Druckspeicher 2, die letztlich
Schwingungen in dem Druckspeicher 2 darstellen, zumindest
gedämpft oder gar ausgelöscht werden.
Claims (11)
1. Kraftstoffversorgungssystem (1) für eine
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
mit einem Druckspeicher (2) und einer Pumpe (6, 10),
mit der dem Druckspeicher (2) Kraftstoff zuführbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (21, 22, 23;
25) zur Dämpfung von in dem Druckspeicher (2)
auftretenden Schwingungen vorgesehen sind.
2. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzspeicher (22)
vorgesehen ist, der insbesondere über ein Ventil (21)
mit dem Druckspeicher (2) koppelbar ist.
3. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß als Ventil (21) ein
Überdruckventil vorgesehen ist.
4. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktuator (25),
insbesondere ein Piezokristall, innerhalb des
Druckspeichers (2) vorgesehen ist.
5. Verfahren zum Betreiben eines
Kraftstoffversorgungssystems (1) für eine
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
bei dem Kraftstoff von einer Pumpe (6, 10) in einen
Druckspeicher (2) gepumpt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Druckspeicher (2)
auftretende Schwingungen gedämpft werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Druckspeicher (2) ein Zusatzspeicher (22)
zugeschaltet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zusatzspeicher (22) während der Startphase von dem
Druckspeicher (2) abgekoppelt wird.
8. Verfahren nach 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zusatzspeicher (22) druckabhängig zu- und
abgeschaltet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Druckspeicher (2) eine gegenläufige Schwingung
erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck in dem Druckspeicher (2) gemessen und in
Abhängigkeit davon ein Aktuator (25) angesteuert wird.
11. Elektrisches Speichermedium, insbesondere Read-Only-
Memory, für ein Steuergerät (16) einer
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem
Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor,
ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach
einem der Ansprüche 5 bis 10 geeignet ist.
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