EP1042607B1 - Kraftstoffversorgungsanlage einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1042607B1
EP1042607B1 EP99931007A EP99931007A EP1042607B1 EP 1042607 B1 EP1042607 B1 EP 1042607B1 EP 99931007 A EP99931007 A EP 99931007A EP 99931007 A EP99931007 A EP 99931007A EP 1042607 B1 EP1042607 B1 EP 1042607B1
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EP
European Patent Office
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fuel
valve
electromagnet
pump
pressure
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EP99931007A
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EP1042607A1 (de
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Helmut Rembold
Werner-Karl Marquardt
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2044—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using pre-magnetisation or post-magnetisation of the coils

Definitions

  • the invention is based on a fuel supply system for supplying fuel for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the second fuel pump in turn feeds the fuel into a pressure line on the at least one fuel valve is connected.
  • the number of fuel valves is usually the same the number of cylinders of the internal combustion engine.
  • the fuel supply system can be built so that the fuel valve the fuel directly into a combustion chamber Internal combustion engine splashes. When operating this fuel supply system is a high pressure in the fuel valve leading pressure line required.
  • the second fuel pump is usually directly from the Internal combustion engine mechanically driven.
  • the second fuel pump usually has one in a pump room forth pump body, the frequency of the Pump body rigid to the speed of the internal combustion engine is coupled. So despite the rigid coupling of the Pump body to the speed of the internal combustion engine Delivery rate of the second fuel pump can be controlled can, can between the first fuel pump and the second fuel pump controls the flow rate Control valve to be provided during a pressure stroke part of the fuel from the pump body Pump chamber in the fuel connection between the first Flow back the fuel pump and the second fuel pump leaves. So inside the fuel containing If there are no vapor bubbles in rooms, it is important that the Control valve has a sufficiently large flow cross-section having.
  • Another disadvantage is that because of the size of the control valve it has been a relatively long time before the Flow cross section of the control valve completely is closed or completely open, so that in this Transition time for switching the control valve part the fuel from the pump chamber of the second Fuel pump into the fuel link under relative high pressure flows back, causing a dissipation and thus unwanted loss of energy and heating of the fuel means.
  • DE-A-37 00 356 shows a solenoid valve for controlling amounts of liquid for Injection systems, which are interposed between a feed pump and a pump nozzle is, with the solenoid valve that is delivered by the feed pump to the pump nozzle Liquid volume can be controlled.
  • the fuel supply system according to the invention with the characteristic Features of claim 1 offers the special feature that the electromagnet of the Actuator adjusting valve member while the control valve is in the initial position is located, d. H. certain time before the valve member is adjusted by the actuator is to be energized with an intermediate value, the intermediate value of the Current supply in the amount between the first intended for the starting position Value and the second value provided for the end position is energized.
  • valve member of the control valve still remains up to the intended one Switching point in the starting position, but then to turn the valve member off
  • a slight change of the Energization of the electromagnet can be caused, which takes extremely short time can happen so that the valve member and thus the control valve advantageously can be switched extremely quickly into the new intended end position.
  • the invention executed control valve can be particularly fast and be closed or opened at the right time.
  • control valve is designed as a so-called seat valve, then can with relatively little adjustment of the valve member advantageously a relatively large flow cross section controlled or opened and closed.
  • the fuel supply system Metering of fuel for an internal combustion engine can be used different types of internal combustion engines are used become.
  • a petrol is preferably used as the fuel, especially gasoline used.
  • the internal combustion engine is for example a gasoline engine with an external or internal one Mixture formation and spark ignition, the engine with a reciprocating pistons (reciprocating piston engine) or with a rotatably mounted pistons (Wankel piston engine) can.
  • the fuel-air mixture ignites usually with a spark plug.
  • the internal combustion engine is for example a hybrid engine. With this engine Charge stratification becomes the fuel-air mixture in the combustion chamber enriched in the area of the spark plug so that a safe ignition is guaranteed, the combustion in the Medium but takes place with a heavily emaciated mixture.
  • the gas change in the combustion chamber of the internal combustion engine can for example, according to the four-stroke process or Two-stroke procedures take place.
  • the combustion chamber of the internal combustion engine can be in a known manner Gas exchange valves (intake valves and exhaust valves) are provided his.
  • the internal combustion engine can be designed that at least one fuel valve directly in the fuel spraying the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the control the performance of the internal combustion engine depends on the operating mode by controlling the supply to the combustion chamber Amount of fuel. But there is also an operating mode in which the combustion chamber for the combustion of the fuel supplied air is controlled with a throttle valve.
  • the position of the throttle valve can also change from the Internal combustion engine output to be controlled.
  • the internal combustion engine has a cylinder, for example with a piston, or it can be with multiple cylinders and be provided with a corresponding number of pistons.
  • a fuel valve is preferably provided for each cylinder.
  • the four Fuel valves the fuel usually gasoline, Inject directly into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel in the combustion chamber is ignited via a Spark plug.
  • the performance of the Internal combustion engine by controlling the amount of fuel injected or by throttling the incoming air to be controlled.
  • the mixture is outside this range around the spark plug very lean.
  • full load or upper Part load becomes a homogeneous distribution between fuel and air in the entire combustion chamber.
  • FIG. 1 shows a fuel tank 2, a Suction line 4, a first fuel pump 6, an electric motor 8, a filter 9, a fuel connection 10, a second fuel pump 12, a pressure line 14, four fuel valves 16, a power supply unit 18 and one electrical or electronic control device 20.
  • Die Fuel valves 16 are often referred to in specialist circles Injectors or injectors called.
  • the first fuel pump 6 has a pressure side 6h and a suction side 6n.
  • the second fuel pump 12 has one High pressure side 12h and a low pressure side 12n.
  • the fuel connection 10 leads from the printing side 6h of the first Fuel pump 6 to the low pressure side 12n of the second Fuel pump 12. Branches out of fuel connection 10 a fuel line 22. Via the fuel line 22 can fuel from the fuel link 10 directly in the fuel tank 2 are returned.
  • a pressure control valve or Pressure control valve 26 is provided in the fuel line 22 .
  • the pressure control valve 26 works like a pressure relief valve or as a Differential pressure valve; it ensures that in the fuel connection 10 a largely constant feed pressure prevails, no matter how much fuel from the second fuel pump 12 from the fuel connection 10 is removed.
  • the pressure control valve 26 controls the Feed pressure, for example, to 3 bar, which is 300 kPa correspond.
  • the first fuel pump 6 is driven by the electric motor 8.
  • the first fuel pump 6, the electric motor 8 and the pressure control valve 26 are in the range of Fuel tank 2. These parts are preferred arranged or located on the outside of the fuel tank 2 itself inside the fuel tank 2 what symbolically represented by a dash-dotted line is.
  • the second is via a mechanical transmission means 12m Fuel pump 12 mechanically with a not shown Output shaft of the internal combustion engine coupled. Since the second fuel pump 12 mechanically rigid to the output shaft the internal combustion engine is coupled, the works second fuel pump 12 purely proportional to the speed of the Output shaft of the internal combustion engine. The speed of the Output shaft is, depending on the current operating condition the internal combustion engine, very different. at the output shaft is, for example, a Camshaft of the internal combustion engine.
  • the second fuel pump 12 has a pump chamber 28 the fuel connection 10, on the low pressure side 12n the second fuel pump 12 is located on the input side a control valve 30 from the pump chamber 28.
  • the control valve 30 is mainly used to control the second Amount of fuel to be delivered, which is why the control valve 30 is also used as a quantity control valve can be designated. This will be discussed in more detail below explained.
  • an output side Check valve 32 is provided in the pressure line 14, on the high pressure side 12h of the second fuel pump 12.
  • the second fuel pump 12 is located within one with symbolically indicated housing with dash-dotted lines 12g.
  • the check valve 32 can also be located within of the housing 12g.
  • the control valve 30 has a Valve housing 30g.
  • the valve housing 30g is on the housing 12g flanged or integrated in the housing 12g.
  • the Control valve 30 can also be installed directly in the housing 12g his.
  • That from the second fuel pump 12 to the fuel valves 16 leading pressure line 14 can be simplified are divided into a line section 42, a Storage space 44 and in distribution lines 46.
  • the fuel valves 16 are each via a distribution line 46 on the Storage space 44 connected.
  • a pressure sensor 48 is connected to the Storage space 44 connected and senses the respective Pressure of the fuel in the pressure line 14. Correspondingly the pressure sensor 48 gives an electrical signal to this pressure to the control device 20.
  • the fuel supply system further comprises a sensor 54 or more sensors 54 and an accelerator pedal sensor 56.
  • the sensors 54, 56 sense the operating condition, under who works the internal combustion engine.
  • the operating condition for the internal combustion engine can result from several individual operating conditions put together.
  • the individual operating conditions are for example: temperature and / or pressure of the fuel in the fuel connection 10, temperature and / or pressure of the fuel in the pressure line 14, air temperature, Cooling water temperature, oil temperature, engine speed the internal combustion engine or the speed of the output shaft of the internal combustion engine, composition of the exhaust gas of the Internal combustion engine, injection time of fuel valves 16 etc.
  • the accelerator pedal sensor 56 is in the range of Accelerator pedal and recorded as a further single operating condition, the position of the accelerator pedal and thus the position desired by the driver Speed.
  • the electric motor 8, the fuel valves 16, the pressure sensor 48 and sensors 54, 56 are electrical Lines 58 connected to the control device 20.
  • the electrical line 58 between the fuel valves 16 and the control device 20 is designed so that the Control device 20 of each of the fuel valves 16 can control separately.
  • electrical lines 58 shown in dashed lines For better distinction compared to the other non-electrical lines electrical lines 58 shown in dashed lines.
  • the first fuel pump 6 is, for example a robust, easy to manufacture positive displacement pump, which is essentially a certain constant amount of fuel promotes.
  • the pressure of the fuel in the fuel connection 10 is on the pressure side 6h of the first fuel pump 6 is called Feed pressure designated.
  • Feed pressure is on the pressure side 6h of the first fuel pump 6 .
  • the pressure control valve 26 den Feed pressure in the fuel connection 10.
  • the second fuel pump 12 delivers the fuel from the Fuel connection 10, through the control valve 30 in the Pump chamber 28 and from the pump chamber 28 through the output side Check valve 32 in the pressure line 14.
  • the pressure in the pressure line 14 can during normal Operating condition, for example, around 100 bar, which Corresponds to 10 MPa. So it's important to make sure that the second fuel pump 12 is exactly the instantaneous pumps the required amount of fuel into the pressure line 14, so that as little fuel as possible from the pressure line 14 in the low pressure area of the fuel supply system must be returned, which is very undesirable, unnecessary would mean dissipation.
  • the control valve 30 shown symbolically in FIG. 1 is in a first valve position 30.1, in a second Valve position 30.2 and in a third valve position 30.3 switchable.
  • the valve positions shown symbolically 30.1, 30.2, 30.3 are only for better clarity because of different sizes.
  • the control valve 30 In the first valve position 30.1 there is a flow cross section 74 between the fuel connection 10 and the Pump chamber 28 locked. In the second valve position 30.2 the control valve 30 has the flow cross section 74 only opened somewhat, and the fuel can be throttled with some out of the pump chamber 28 back into the fuel connection 10 stream. In the third valve position 30.3 the control valve 30 has the flow cross section 74 wide opened, and the fuel can be largely unthrottled flow out of the fuel connection 10 into the pump chamber 28.
  • the second fuel pump 12 is constructed so that the Pump chamber 28 alternately enlarged and reduced, while the internal combustion engine via the transmission medium 12m drives the second fuel pump 12.
  • the pump room 28 increases or decreases, for example, that a pump body 72 mounted in the housing 12g (FIG. 2) from the internal combustion engine via the mechanical transmission means 12m to axially back and forth movement is driven.
  • a suction stroke of the second fuel pump 12 d. H. when the pump body 72 is down (referred to FIG. 2) moves, the pump room increases 28.
  • a print stroke i. H. if the pump body 72 is pressed upwards (based on FIG. 2), then the pump chamber 28 is reduced.
  • control valve 30 in the Valve position 30.2 presses the second fuel pump 12 the fuel from the pump chamber 28 through the Control valve 30 back into fuel connection 10.
  • the control device calculates 20 the time at which the flow cross section 74 of the Control valve 30 is to be closed. To close the Flow cross section 74, the electromagnet 62 is energized, and the control valve 30 is in its first valve position 30.1 switched.
  • FIG. 2 shows a section of the first exemplary embodiment in exemplary form.
  • the parts not shown in FIG. 2 correspond to those shown in the other figures.
  • Figure 2 shows essentially a longitudinal section through the control valve 30, which is in the unactuated switching position 30.2.
  • Switch position 30.2 can also be referred to as the starting position.
  • the actuator 60 includes in addition to the electromagnet 62 and the spring 64 an actuator 76.
  • the actuator 76 is composed of an anchor 76a and one with the anchor 76a firmly connected plunger 76b.
  • the electromagnet 62 presses the spring 64 into the actuating body 76 downwards (based on FIG. 2) into the starting position, until the armature 76a on a lower, on the valve housing 30g provided stop disk 78u comes to rest. at is sufficiently strong energization of the electromagnet 62 the actuator 76 upward (Fig. 2) against the force of Spring 64 actuated into an end position until the armature 76a on an upper stop disc provided on the valve housing 30g 78o is present.
  • a valve seat 80 is provided on the valve housing 30g. at when the electromagnet 62 is not energized, it is between the Valve seat 80 and the valve member 66 extending flow cross-section 74 opened as wide as in FIG. 2 is shown.
  • FIG. 2 shows the control valve 30 in the second valve position 30.2 or in the starting position. The distance is in the second valve position 30.2 between valve seat 80 and valve member 66 relative low, so that to switch to the first valve position 30.1 (Fig. 1) or in the end position of the actuating body 76 only very little can be moved upwards (based on FIG. 2) must until the valve member 66 to close the flow area 74 comes to rest on the valve seat 80. Thereby the flow cross section 74 can be closed quickly.
  • the closing of the flow cross section 74 is supported by increasing during the pressure stroke in the pump chamber 28 Print.
  • the pressure acts in the control room 10a, in which the substantially same feed pressure as in of the fuel connection 10 prevails, on the valve member 66 down in the opening direction, and the pressure in the control room 28a, in which the pressure is substantially the same as in that Pump chamber 28 prevails, acts on the valve member 66 above in the closing direction.
  • the pump body 72 moves during a suction stroke below (based on Fig. 2). This reduces the pressure of the Fuel in the pump chamber 28 under the feed pressure of the Fuel in the fuel connection 10. This pressure difference acts on the valve member 66 downward (Fig. 2) against the force of the contact spring 68. The force of the Contact spring 68 is quite small, so that already one small pressure difference between the fuel connection 10 and the pump chamber 28, the valve member 66 hydraulically presses down (Fig. 2). The valve member 66 lifts from the Adjustment body 76 of the actuator 60. By taking off is achieved that the pressure difference between the Pump chamber 28 and the fuel connection 10 hydraulically acted upon valve member 66 only a small total Moving mass has, which gives the advantage that the valve member 66 already has a small pressure difference adjusted.
  • valve member 66 adjusts the valve member 66 against the Force of the contact spring 68 downwards (FIG. 2) or upwards (Fig. 2) until the valve member 66 on the plunger 76b of the Adjusting body 76 or on the valve seat 80 comes to rest.
  • the valve member 66 can from the valve seat 80 or from the actuator 76 so far until the valve member 66 on one provided on the valve housing 30g valve member stop 82 for Facility is coming.
  • FIG. 3 shows the exemplary embodiment when the electromagnet 62 is not energized, so that the control valve 30 is in the first valve position 30.1, in which the flow cross section 74 is closed.
  • FIG. 4 shows the second exemplary embodiment with the electromagnet 62 fully energized, as a result of which the control valve 30 is in the second valve position 30.2.
  • valve member 66 Because at the beginning of the printing stroke the valve member 66 abuts the actuator body 76 and between the valve seat 80 and the valve member 66 only one there is a small distance, the valve member 66 to Closing the flow area 74 only a short distance cover so that the closing of the flow area 74 can happen very quickly. Can during the printing stroke the flow cross section 74 may be significantly smaller than during the suction stroke.
  • the control device determines on the basis of calculations 20 the time at which the current supply during the printing stroke of the electromagnet 62 is turned off, whereby the adjusting body 76 upwards (based on FIGS. 3 and 4) is moved, and the valve member 66 closes by contact the flow cross-section 74 at valve seat 80.
  • the adjusting body 76 upwards (based on FIGS. 3 and 4) is moved, and the valve member 66 closes by contact the flow cross-section 74 at valve seat 80.
  • the fuel supply system has one below Emergency function described: If with the in Figures 3 and 4 shown embodiment of the electromagnet 62nd should fail due to a defect, or his Power supply is interrupted, then there is Valve member 66 during the entire pressure stroke in the in the Figure 3 shown position in which the flow cross section 74 is closed, so that the entire from the Pump chamber 28 displaced amount of fuel during the pressure stroke through the outlet side check valve 32 in the pressure line 14 is pumped. Can during the suction stroke the valve member 66 even if the electromagnet 62 fails, Lift off valve seat 80 as previously described. at Failure of the electromagnet 62 of the actuator 60 can Pump the second fuel pump 12 anyway, but without the possibility of an exact dosage in the pressure line 14 Amount of fuel pumped.
  • the one from the fuel valves 16 not needed and therefore not removed excess portion of fuel leads thereby to an increase in pressure in the pressure line 14 until the Pressure relief valve 53 (Fig. 1) responds and not required fuel from the pressure line 14 through the Return line 52 back into the fuel connection 10 or, in a modified version, back into the fuel tank 2 is performed. If the electromagnet fails 62 can the internal combustion engine with an emergency function continue working. As soon as the control device 20 determines that the pressure sensor 48 senses a pressure that is higher than the pressure resulting from the activation of the control valve 30 should result, recognizes the Control device 20 that the emergency function has occurred is. Because an exact dosage of the amount of fuel delivered to the pressure line 14 is not is possible, the control device is proposed Train 20 so that a corresponding error message Advertisement is brought.
  • the switching period required for switching the control valve 30 can be described by the following Procedure when energizing the actuator 60 essential be shortened. So with that shown in Figures 1 and 2 Embodiment with all occurring Operating conditions, d. H. at all occurring pressures in the fuel connection 10 and in the pump chamber 28 and at all flow rates of the fuel through the Flow cross section 74, the spring 64, the valve member 66 in the second valve position 30.2 shown in FIG. 2 operate and hold there, the spring 64 must accordingly be dimensioned sufficiently strong. There are but operating conditions in which to hold the valve member 66 in the second valve position 30.2 not the full one Force of the spring 64 is required.
  • valve member 66 close the flow cross-section 74 switching from the starting position to the end position can happen even faster, it is suggested that as long as the valve member 66 is still in the second Valve position 30.2, which is referred to as the starting position can remain, the electromagnet 62 so far is energized that the force of the spring 64 minus the Magnetic force of the electromagnet 62 is just sufficient to To hold valve member 66 securely in the starting position. is then the time has come when the flow cross-section 74 should be closed, it is sufficient to switch from the Starting position in the end position a relatively low additional energization of the electromagnet 62. This slight additional energization of the electromagnet 62 can be done in a much shorter time than if the Electromagnet 62 starting from the completely de-energized Condition should be energized.
  • a major influence on the force required to Holding the valve member 66 in the second valve position 30.2 is the pressure of the fuel in the pump chamber 28 at Pushing the fuel back from the pump chamber 28 into the Fuel connection 10.
  • This is in the pump room 28 essentially by a dynamic pressure.
  • the dynamic pressure is mainly determined by the flow velocity with which is the fuel during the pressure stroke from the pump room 28 is ousted.
  • the dynamic pressure is essentially that Pressure difference between the pressure on the side of the inflowing fuel and the pressure on the side of the outflowing fuel of the valve member 66.
  • the dynamic pressure in essentially the pressure difference between the pressure in the Control room 28a and the pressure in the control room 10a.
  • the Flow rate depends on the speed of the upward moving pump body 72.
  • the speed of the pump body 72 is determined by the pump speed, with which the fuel pump 12 is driven by the camshaft becomes. It is therefore suggested for energization of the electromagnet 62 an intermediate value in Dependence on the dynamic pressure acting on the valve member 66 to choose only a small additional one Apply current to switch to the end position have to. Because the dynamic pressure depends on the speed of the depends pump body 72 traveling, which in turn the Corresponds to pump speed, it is suggested the intermediate value to be determined depending on the pump speed. Because the movement of the pump body 72 mechanically to the Movement of the camshaft of the internal combustion engine coupled the pump speed is directly dependent on the Engine speed of the internal combustion engine. The engine speed is usually measured for other reasons. To the To keep the overall measurement effort as low as possible suggested instead of measuring the back pressure directly, instead the back pressure indirectly via the without noteworthy effort possible detection of engine speed to investigate.
  • the control valve 30 in the second valve position 30.2 is and the flow cross section 74 is open, then is at low pump speed the one acting on the valve member 66 in the closing direction effective back pressure less than at high pump speed.
  • To hold the valve member 66 in the second Valve position 30.2 must therefore be the force of the actuator 60 in the opening direction at high pump speed essential be greater than at a low pump speed.
  • To everyone Pump speeds to get the shortest possible closing time is suggested some time before the intended Switching from the second valve position 30.2 (Fig. 2), i.e. H. from the starting position to the first Valve position 30.1, d. H. in the end position, the electromagnet 62 in advance with an intermediate value energize, and the stronger, the lower the pump speed is.
  • Electromagnets 62 are somewhat less strong in advance energize and the less, the lower the pump speed is.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment in symbolic form.
  • a control valve 30 ' is used instead of the control valve 30 (FIG. 1). Except for the differences mentioned below, the control valve 30 'is constructed essentially the same as the control valve 30.
  • the control valve 30' has a first valve position 30.1 'and a second valve position 30.2'. In the first valve position 30.1 ', no fuel can flow back from the pump chamber 28 into the fuel connection 10. In the second valve position 30.2 ', the flow cross section 74 is opened, so that the pump chamber 28 is connected to the fuel connection 10.
  • a check valve is hydraulically parallel to the control valve 30 ' 86 provided. Through the check valve 86 can also get fuel under during a suction stroke Bypassing the control valve 30 'from the fuel connection 10 in the pump chamber 28 of the second fuel pump 12 hineinströmen.
  • FIG. 6 shows a section of the exemplary embodiment shown in FIG. 5. A longitudinal section through the control valve 30 'is shown, which is in the first valve position 30.1'.
  • the pump body 72 moves during a suction stroke below (based on the illustration in FIG. 6). there fuel flows out of the fuel connection 10 through the Check valve 86 in the pump chamber 28.
  • the check valve 86 is dimensioned sufficiently large, and if a bias spring is present, it is so weak that the fuel even when the pump body is sucking quickly 72 largely unthrottled from the fuel connection 10 can flow into the pump chamber 28. In order to it is ensured that the pump chamber 28 during a Suction strokes without gas bubbles completely filled with fuel becomes.
  • the relatively weak spring 64 of the actuator 60 ensures that the valve member 66 already during the Suction strokes is actuated against the valve seat 80. So that is ensured that the control valve 30 'already at the beginning of the pressure stroke during which the pump body 72 goes up drives, is closed, so that the electromagnet 62 less has to work hard compared to an execution where the electromagnet the flow cross section of the control valve only has to close during a printing stroke.
  • the flow cross section is 74 closed.
  • the flow cross-section becomes during the pressure stroke 74 open.
  • the time at which the flow cross section 74 opened depends on the amount of fuel from which the second fuel pump 12 through the output side Promote check valve 32 in the pressure line 14 should.
  • the sum of the magnetic force of the electromagnet 62 and the Spring force of the spring 64 results in a closing force.
  • the Closing force must be just as great during the pressure stroke that the pressure of the fuel in the pump chamber 28 the valve member 66 cannot lift off the valve seat 80. So while of the pressure stroke the opening of the flow area 74 very much quickly and exactly to the one calculated by the control device 20 It can be suggested that the point in time Closing force depending on the pressure in the pump chamber 28 just set so much that the valve member 66 does not unintentionally lifts off valve seat 80.
  • the electromagnet 62 with an intermediate value to excite or energize just so strongly that the Valve member 66 does not lift off the valve seat 80, the Intermediate value depending on the level of pressure in the pump room 28 is less than the value of the current supply, which is necessary around valve member 66 at maximum pressure in pump chamber 28 to hold at the valve seat 80, which is also larger than that Value of the energization of the electromagnet 62, that for open Flow cross section 74 is required, with the embodiment shown in Figure 6 Value of the energization of the electromagnet 62 for open Flow area 74 is zero.
  • the pressure of the fuel in the Pressure chamber 28 is substantially the same as the pressure of the fuel in the pressure line 14 can Determination of the intermediate value of the current supply also that of Pressure sensor 48 output signal are used so that no additional pressure sensor is required.
  • FIG. 7 shows a further advantageous, preferably selected exemplary embodiment.
  • FIG. 7 acts shown embodiment, the spring 64 in the opening direction.
  • the embodiment of Figure 7 has the advantage that part of the fuel through the Flow cross section 74 of the control valve 30 'can flow, so that the check valve 86 is dimensioned less large have to be.
  • Figure 8 shows a further embodiment.
  • the spring 64 acts on it Valve member 66 in the closing direction.
  • the electromagnet 62 can operate the valve member 66 in the opening direction. Is the Electromagnet 62 is not energized, then the flow cross section 74 closed.
  • the spring force of the spring 64 must be so be dimensioned sufficiently that when not energized Electromagnet 62 of the flow cross section 74 among all Operating conditions is closed. Most of the occurring operating conditions would be a weaker force to close the control valve 30 'suffice.
  • Valve position 30.1, 30.1 ' in which the flow cross section 74 of the control valve 30, 30 'is closed as the starting position and that shown in Figures 2, 4 and 7 second valve position 30.2, 30.2 ', in which the flow cross section 74 is open, refer to the end position.
  • the electromagnet 62 should be straight are so energized that the valve member 66 to calculated changeover time just in the starting position remains.
  • the valve member 66 in the end position can be adjusted, which is because of the minor Change in the current and the minor Change in magnetic force can happen very quickly.
  • the control device 20 can also be designed such that it can learn while the internal combustion engine is operating and thereby the control of the internal combustion engine always getting better. For example, if the controller 20 when energizing the electromagnet 62 with the Intermediate value determines that the valve member 66 is not up to at the intended changeover time in the starting position remains, then the control device 20 at the next Stroke of the pump body 72 the intermediate value of the energization of the Modify the electromagnet 62 so that it is ensured that the valve member 66 just remains in the starting position. By approaching the optimal value for the Intermediate value of the energization of the electromagnet 62 can Control device 20 optimize itself so far that the shortest possible switching time to close or to Opening the control valve 30, 30 'is reached.

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Abstract

Bei Kraftstoffversorgungsanlagen mit zwei in Reihe geschalteten Kraftstoffpumpen war bisher eine zufriedenstellend genaue Regelung der von der zweiten Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffmenge trotz hohem Aufwand nicht zufriedenstellend möglich. Insbesondere war bisher die Umschaltzeit eines die Kraftstoffmenge steuernden Steuerventils ziemlich lang. Es wird ein Steuerventil (30') vorgeschlagen, bei dem der Elektromagnet (62) zum Halten des Ventilglieds (66) in der dargestellten Ausgangsstellung gerade so stark beströmt wird, daß das Ventilglied (66) gerade noch in dieser Stellung bleibt. Durch geringfügige Änderung der Bestromung des Elektromagneten (62) kann dann das Umschalten des Steuerventils (30') in die Endstellung innerhalb extrem kurzer Zeit erfolgen. Die Kraftstoffversorgungsanlage ist für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs vorgesehen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffversorgungsanlage zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bisher gab es Kraftstoffversorgungsanlagen, bei denen eine erste Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffvorratsbehälter Kraftstoff über eine Kraftstoffverbindung zu einer zweiten Kraftstoffpumpe fördert. Die zweite Kraftstoffpumpe ihrerseits fördert den Kraftstoff in eine Druckleitung, an der mindestens ein Kraftstoffventil angeschlossen ist. Üblicherweise ist die Anzahl der Kraftstoffventile gleich der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffversorgungsanlage kann so gebaut sein, daß das Kraftstoffventil den Kraftstoff direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine spritzt. Beim Betrieb dieser Kraftstoffversorgungsanlage ist ein hoher Druck in der zum Kraftstoffventil führenden Druckleitung erforderlich.
Die zweite Kraftstoffpumpe wird üblicherweise direkt von der Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben. Die zweite Kraftstoffpumpe hat üblicherweise einen in einem Pumpenraum hinund hergehenden Pumpenkörper, wobei die Frequenz des Pumpenkörpers starr an die Drehzahl der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Damit trotz der starren Kopplung des Pumpenkörpers an die Drehzahl der Brennkraftmaschine die Fördermenge der zweiten Kraftstoffpumpe gesteuert werden kann, kann zwischen der ersten Kraftstoffpumpe und der zweiten Kraftstoffpumpe ein die Fördermenge steuerndes Steuerventil vorgesehen werden, das während eines Druckhubs des Pumpenkörpers einen Teil des Kraftstoffs aus dem Pumpenraum in die Kraftstoffverbindung zwischen der ersten Kraftstoffpumpe und der zweiten Kraftstoffpumpe zurückströmen läßt. Damit innerhalb der Kraftstoff enthaltenden Räume keine Dampfblasen entstehen, ist es wichtig, daß das Steuerventil einen ausreichend großen Durchflußquerschnitt aufweist.
Weil der Durchflußquerschnitt relativ groß sein muß, war es bisher nicht möglich, das Steuerventil so zu bauen, daß es ausreichend schnell schaltet, um auch bei hoher Frequenz des Pumpenkörpers der zweiten Kraftstoffpumpe eine befriedigend genaue Steuerung bzw. Regelung des Drucks in der zu den Kraftstoffventilen führenden Druckleitung zu bekommen.
Ein weiterer Nachteil ist, daß wegen der Größe des Steuerventils bisher eine relativ lange Zeit vergeht, bis der Durchflußquerschnitt des Steuerventils vollkommen geschlossen bzw. vollkommen geöffnet ist, so daß in dieser Übergangszeit für das Umschalten des Steuerventils ein Teil des Kraftstoffs aus dem Pumpenraum der zweiten Kraftstoffpumpe in die Kraftstoffverbindung unter relativ hohem Druck zurückströmt, was eine Dissipation und somit unerwünschter Energieverlust und eine unerwünschte Erwärmung des Kraftstoffs bedeutet.
Trotz hohem Aufwand war es bisher nicht möglich, die von der zweiten Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffmenge auch bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine ausreichend genau zu regeln bzw. zu steuern und gleichzeitig dafür zu sorgen, daß in der zweiten Kraftstoffpumpe keine Gasblasen entstehen und dass die zweite Kraftstoffpumpe keine überschüssige Kraftstoffmenge fördert, was ebenfalls Dissipation und somit weiteren Energieverlust und Erwärmung des Kraftstoffs bedeutet.
Die DE-A-37 00 356 zeigt ein Magnetventil zur Steuerung von Flüssigkeitsmengen für Einspritzanlagen, das zwischen einer Förderpumpe und einer Pumpedüse zwischengeschaltet ist, wobei mit dem Magnetventil die von der Förderpumpe an die Pumpedüse geförderte Flüssigkeitsmenge gesteuert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bietet die Besonderheit, dass der Elektromagnet des das Ventilglied verstellenden Stellantriebs noch während sich das Steuerventil in der Ausgangsstellung befindet, d. h. gewisse Zeit bevor das Ventilglied vom Stellantrieb verstellt werden soll, mit einem Zwischenwert bestromt wird, wobei der Zwischenwert der Bestromung in seiner Höhe zwischen dem für die Ausgangsstellung vorgesehenen ersten Wert und dem für die Endstellung vorgesehenen zweiten Wert bestromt wird. Dadurch verbleibt das Ventilglied des Steuerventils zwar noch bis zum vorgesehenen Umschaltzeitpunkt in der Ausgangsstellung, aber anschließend, um das Ventilglied aus der Ausgangsstellung zu verstellen, muss nur noch eine geringfügige Änderung der Bestromung des Elektromagneten veranlasst werden, was innerhalb extrem kurzer Zeit geschehen kann, so dass das Ventilglied und damit das Steuerventil vorteilhafterweise extrem schnell in die neue vorgesehene Endstellung umgeschaltet werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Kraftstoffversorgungsanlage nach dem Anspruch 1 möglich.
Wird der Elektromagnet des das Ventilglied verstellenden Stellantriebs noch während sich das Ventilglied in der Ausgangsstellung befindet, d. h. gewisse Zeit bevor das Steuerventil verstellt werden soll, in Abhängigkeit einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit eines Drucks innerhalb der Kraftstoffversorgungsanlage, insbesondere in Abhängigkeit eines an dem Ventilglied angreifenden Staudrucks und/oder in Abhängigkeit der Zeit, insbesondere in Abhängigkeit der augenblicklichen Position des Pumpenkörpers und/oder in Abhängigkeit einer Pumpendrehzahl mit dem entsprechend unterschiedlich angepaßten Zwischenwert bestromt, dann erhält man dadurch den Vorteil, daß der Elektromagnet situationsgerecht gerade so viel Kraft aufbaut, daß das Ventilglied noch in seiner Ausgangsstellung verbleibt, aber anschließend, um das Ventilglied aus der Ausgangsstellung zu verstellen, muß nur noch eine geringfügige Änderung der Bestromung veranlaßt werden, was innerhalb extrem kurzer Zeit geschehen kann, so daß das Steuerventil extrem schnell in die Endstellung umgeschaltet werden kann.
Durch das Schließen des Durchflußquerschnitts in Abhängigkeit einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine kann die von der zweiten Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffmenge auf sehr einfache Weise und mit geringer Dissipation sehr genau gesteuert bzw. geregelt werden. Das erfindungsgemäß ausgeführte Steuerventil kann besonders schnell und zeitgenau geschlossen bzw. geöffnet werden.
Mit dem hydraulisch parallel zum Steuerventil Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung in den Pumpenraum der zweiten Kraftstoffpumpe führenden Rückschlagventil kann während eines Saughubs Kraftstoff zusätzlich aus der Kraftstoffverbindung unter Umgehung des Steuerventils in den Pumpenraum gelangen. Dies bietet den Vorteil, daß der Durchflußquerschnitt des Steuerventils kleiner ausgeführt sein kann, ohne daß befürchtet werden muß, daß während eines Saughubs der Druck im Pumpenraum zu stark absinkt und damit die Gefahr von Gasblasen entsteht.
Wird das Steuerventil als sogenanntes Sitzventil ausgebildet, dann kann mit relativ wenig Verstellweg des Ventilglieds vorteilhafterweise ein relativ großer Durchflußquerschnitt gesteuert bzw. geöffnet und geschlossen werden.
Zeichnung
Ausgewählte, besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 in symbolhafter Form ein bevorzugt ausgewähltes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, die Figur 2 eine Einzelheit des Ausführungsbeispiels, die Figuren 3 und 4 eine Einzelheit eines weiteren Ausführungsbeispiels, die Figur 5 in symbolhafter Form ein weiteres besonders vorteilhaft ausgeführtes Ausführungsbeispiel, die Figur 6 eine Einzelheit des Ausführungsbeispiels nach Figur 5 und die Figuren 7 und 8 Einzelheiten abgewandelter Ausführungsbeispiele der Kraftstoffversorgungsanlage.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage zum Zumessen von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine kann bei verschiedenen Arten von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Als Kraftstoff wird vorzugsweise ein Ottokraftstoff, insbesondere Benzin, verwendet. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Ottomotor mit äußerer oder innerer Gemischbildung und Fremdzündung, wobei der Motor mit einem hin- und hergehenden Kolben (Hubkolbenmotor) oder mit einem drehbar gelagerten Kolben (Wankel-Kolbenmotor) versehen sein kann. Die Zündung des Kraftstoff-Luftgemischs geschieht üblicherweise mit einer Zündkerze. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Hybridmotor. Bei diesem Motor mit Ladungsschichtung wird das Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum im Bereich der Zündkerze so weit angereichert, daß eine sichere Entflammung garantiert ist, die Verbrennung im Mittel aber bei stark abgemagertem Gemisch stattfindet.
Der Gaswechsel im Brennraum der Brennkraftmaschine kann beispielsweise nach dem Viertaktverfahren oder nach dem Zweitaktverfahren erfolgen. Zur Steuerung des Gaswechsels im Brennraum der Brennkraftmaschine können in bekannter Weise Gaswechselventile (Einlaßventile und Auslaßventile) vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine kann so ausgebildet sein, daß mindestens ein Kraftstoffventil den Kraftstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine spritzt. Die Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine erfolgt je nach Betriebsmodus durch Steuerung der dem Brennraum zugeführten Menge an Kraftstoff. Es gibt aber auch einen Betriebsmodus, bei dem die für die Verbrennung des Kraftstoffs dem Brennraum zugeführte Luft mit einer Drosselklappe gesteuert wird. Auch über die Stellung der Drosselklappe kann die von der Brennkraftmaschine abzugebende Leistung gesteuert werden.
Die Brennkraftmaschine besitzt beispielsweise einen Zylinder mit einem Kolben, oder sie kann mit mehreren Zylindern und mit einer dementsprechenden Anzahl Kolben versehen sein. Vorzugsweise ist je Zylinder je ein Kraftstoffventil vorgesehen.
Um den Umfang der Beschreibung nicht unnötig umfangreich ausfallen zu lassen, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele auf einen Hubkolbenmotor mit vier Zylindern als Brennkraftmaschine, wobei die vier Kraftstoffventile den Kraftstoff, üblicherweise Benzin, direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen. Die Zündung des Kraftstoffs im Brennraum erfolgt über eine Zündkerze. Je nach Betriebsmodus kann die Leistung der Brennkraftmaschine über Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge oder über eine Drosselung der einströmenden Luft gesteuert werden. Bei Leerlauf und unterer Teillast erfolgt eine Ladungsschichtung mit Kraftstoffanreicherung im Bereich der Zündkerze. Dabei ist das Gemisch außerhalb dieses Bereichs um die Zündkerze sehr mager. Bei Vollast bzw. oberer Teillast wird eine homogene Verteilung zwischen Kraftstoff und Luft im gesamten Brennraum angestrebt.
Die Figur 1 zeigt einen Kraftstoffvorratsbehälter 2, eine Saugleitung 4, eine erste Kraftstoffpumpe 6, einen Elektromotor 8, einen Filter 9, eine Kraftstoffverbindung 10, eine zweite Kraftstoffpumpe 12, eine Druckleitung 14, vier Kraftstoffventile 16, eine Energieversorgungseinheit 18 und eine elektrische bzw. elektronische Steuerungseinrichtung 20. Die Kraftstoffventile 16 werden in Fachkreisen häufig als Einspritzventile oder Injektoren bezeichnet.
Die erste Kraftstoffpumpe 6 besitzt eine Druckseite 6h und eine Saugseite 6n. Die zweite Kraftstoffpumpe 12 hat eine Hochdruckseite 12h und eine Niederdruckseite 12n. Die Kraftstoffverbindung 10 führt von der Druckseite 6h der ersten Kraftstoffpumpe 6 zur Niederdruckseite 12n der zweiten Kraftstoffpumpe 12. Aus der Kraftstoffverbindung 10 zweigt eine Kraftstoffleitung 22 ab. Über die Kraftstoffleitung 22 kann Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung 10 direkt in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 zurückgeleitet werden. In der Kraftstoffleitung 22 ist ein Druckregelventil bzw. Drucksteuerventil 26 vorgesehen. Das Drucksteuerventil 26 arbeitet wie ein Druckbegrenzungsventil bzw. wie ein Differenzdruckventil; es sorgt dafür, daß in der Kraftstoffverbindung 10 ein weitgehend konstanter Speisedruck herrscht, unabhängig davon, wieviel Kraftstoff von der zweiten Kraftstoffpumpe 12 aus der Kraftstoffverbindung 10 abgenommen wird. Das Drucksteuerventil 26 regelt den Speisedruck beispielsweise auf 3 bar, was 300 kPa entsprechen.
Die erste Kraftstoffpumpe 6 wird von dem Elektromotor 8 angetrieben. Die erste Kraftstoffpumpe 6, der Elektromotor 8 und das Drucksteuerventil 26 befinden sich im Bereich des Kraftstoffvorratsbehälters 2. Diese Teile sind vorzugsweise außen am Kraftstoffvorratsbehälter 2 angeordnet oder befinden sich innerhalb des Kraftstoffvorratsbehälters 2, was durch eine strichpunktierte Linie symbolhaft dargestellt ist.
Über ein mechanisches Übertragungsmittel 12m ist die zweite Kraftstoffpumpe 12 mechanisch mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt. Da die zweite Kraftstoffpumpe 12 mechanisch starr an die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, arbeitet die zweite Kraftstoffpumpe 12 rein proportional zur Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine. Die Drehzahl der Abtriebswelle ist, je nach augenblicklicher Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine, sehr unterschiedlich. Bei der Abtriebswelle handelt es sich beispielsweise um eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine.
Die zweite Kraftstoffpumpe 12 hat einen Pumpenraum 28. In der Kraftstoffverbindung 10, auf der Niederdruckseite 12n der zweiten Kraftstoffpumpe 12, befindet sich eingangsseitig von dem Pumpenraum 28 ein Steuerventil 30. Das Steuerventil 30 dient im wesentlichen zum Steuern der von der zweiten Kraftstoffpumpe 12 zu fördernden Menge an Kraftstoff, weshalb das Steuerventil 30 auch als Mengensteuerventil bezeichnet werden kann. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert. In der Druckleitung 14, auf der Hochdruckseite 12h der zweiten Kraftstoffpumpe 12, ist ein ausgangsseitiges Rückschlagventil 32 vorgesehen.
Die zweite Kraftstoffpumpe 12 befindet sich innerhalb eines mit strichpunktierten Linien symbolhaft angedeuteten Gehäuses 12g. Auch das Rückschlagventil 32 kann sich innerhalb des Gehäuses 12g befinden. Das Steuerventil 30 hat ein Ventilgehäuse 30g. Das Ventilgehäuse 30g ist an das Gehäuse 12g angeflanscht oder in das Gehäuse 12g integriert. Das Steuerventil 30 kann auch direkt im Gehäuse 12g eingebaut sein.
Die von der zweiten Kraftstoffpumpe 12 zu den Kraftstoffventilen 16 führende Druckleitung 14 kann vereinfachend unterteilt werden in einen Leitungsabschnitt 42, einen Speicherraum 44 und in Verteilleitungen 46. Die Kraftstoffventile 16 sind über je eine Verteilleitung 46 an dem Speicherraum 44 angeschlossen. Ein Drucksensor 48 ist an den Speicherraum 44 angeschlossen und sensiert den jeweiligen Druck des Kraftstoffs in der Druckleitung 14. Entsprechend diesem Druck gibt der Drucksensor 48 ein elektrisches Signal an die Steuerungseinrichtung 20.
Ist der Druck des Kraftstoffs in der Druckleitung 14 zu hoch, dann wird Kraftstoff aus der Druckleitung 14 über eine Rückleitung 52 in die Kraftstoffverbindung 10 geleitet. In der Rückleitung 52 gibt es ein Überdruckventil 53. Das Überdruckventil 53 sorgt dafür, daß der Druck des Kraftstoffs in der Druckleitung 14 einen bestimmten maximalen Wert nicht überschreiten kann, auch dann, wenn infolge irgendeines Defekts die zweite Kraftstoffpumpe 12 unerwünscht viel Kraftstoff in die Druckleitung 14 pumpt.
Die Kraftstoffversorgungsanlage umfaßt ferner einen Sensor 54 oder mehrere Sensoren 54 und einen Fahrpedalsensor 56. Die Sensoren 54, 56 sensieren die Betriebsbedingung, unter der die Brennkraftmaschine arbeitet. Die Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine kann sich aus mehreren Einzel-Betriebsbedingungen zusammensetzen. Die Einzel-Betriebsbedingungen sind beispielsweise: Temperatur und/oder Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffverbindung 10, Temperatur und/oder Druck des Kraftstoffs in der Druckleitung 14, Lufttemperatur, Kühlwassertemperatur, Öltemperatur, Motordrehzahl der Brennkraftmaschine bzw. Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, Zusammensetzung des Abgases der Brennkraftmaschine, Einspritzzeit der Kraftstoffventile 16 usw. Der Fahrpedalsensor 56 befindet sich im Bereich des Fahrpedals und erfaßt, als weitere Einzel-Betriebsbedingung, die Stellung des Fahrpedals und damit die vom Fahrer gewünschte Geschwindigkeit.
Der Elektromotor 8, die Kraftstoffventile 16, der Drucksensor 48 und die Sensoren 54, 56 sind über elektrische Leitungen 58 mit der Steuerungseinrichtung 20 verbunden. Die elektrische Leitung 58 zwischen den Kraftstoffventilen 16 und der Steuerungseinrichtung 20 ist so ausgeführt, daß die Steuerungseinrichtung 20 jedes der Kraftstoffventile 16 separat ansteuern kann. Zwecks besserer Unterscheidung gegenüber den anderen nichtelektrischen Leitungen sind die elektrischen Leitungen 58 gestrichelt dargestellt.
Bei der ersten Kraftstoffpumpe 6 handelt es sich beispielsweise um eine robuste, einfach herstellbare Verdrängerpumpe, die im wesentlichen eine bestimmte konstante Menge Kraftstoff fördert.
Der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffverbindung 10 auf der Druckseite 6h der ersten Kraftstoffpumpe 6 wird als Speisedruck bezeichnet. Bei der vorgeschlagenen Kraftstoffversorgungsanlage bestimmt das Drucksteuerventil 26 den Speisedruck in der Kraftstoffverbindung 10.
Die zweite Kraftstoffpumpe 12 fördert den Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung 10, durch das Steuerventil 30 in den Pumpenraum 28 und aus dem Pumpenraum 28 durch das ausgangsseitige Rückschlagventil 32 in die Druckleitung 14.
Der Druck in der Druckleitung 14 kann während des normalen Betriebszustands beispielsweise um die 100 bar betragen, was 10 MPa entspricht. Deshalb ist es wichtig, dafür zu sorgen, daß die zweite Kraftstoffpumpe 12 genau die augenblicklich benötigte Kraftstoffmenge in die Druckleitung 14 pumpt, damit möglichst kein Kraftstoff aus der Druckleitung 14 in den Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zurückgeleitet werden muß, was sehr unerwünschte, unnötige Dissipation bedeuten würde.
Das in der Figur 1 symbolhaft dargestellte Steuerventil 30 ist in eine erste Ventilstellung 30.1, in eine zweite Ventilstellung 30.2 und in eine dritte Ventilstellung 30.3 schaltbar. Die symbolhaft dargestellten Ventilstellungen 30.1, 30.2, 30.3 sind nur der besseren Übersichtlichkeit wegen unterschiedlich groß dargestellt.
Das Steuerventil 30 hat einen Stellantrieb 60. Der Stellantrieb 60 umfaßt im wesentlichen einen Elektromagneten 62 und eine der Magnetkraft des Elektromagneten 62 entgegenwirkende Feder 64. Durch Bestromen bzw. Nichtbestromen des Elektromagneten 62 wird das Steuerventil 30 in die erste Ventilstellung 30.1 bzw. in die zweite Ventilstellung 30.2 geschaltet. Das Steuerventil 30 hat ein Ventilglied 66 (Fig. 2). Das Ventilglied 66 ist von der durch das Steuerventil 30 hindurchfließenden Strömung des Kraftstoffs gegen die Kraft einer Anlegefeder 68 betätigbar. Bei Strömung des Kraftstoffs aus der Kraftstoffverbindung 10 in den Pumpenraum 28 der zweiten Kraftstoffpumpe 12, wenn also der Druck in der Kraftstoffverbindung 10 größer ist als der Druck im Pumpenraum 28, wird das Ventilglied 66 (Fig. 2) von der Strömung des Kraftstoffs gegen die Kraft der Anlegefeder 68 so verstellt, daß sich das Steuerventil 30 in der in der Figur 1 symbolhaft dargestellten dritten Ventilstellung 30.3 befindet. Ist der Druck im Pumpenraum 28 größer als in der Kraftstoffverbindung 10, dann strömt der Kraftstoff vom Pumpenraum 28 zurück in die Kraftstoffverbindung 10 und das Ventilglied 66 wird so verstellt, daß sich das Steuerventil 30 in der in der Figur 1 symbolhaft dargestellten zweiten Ventilstellung 30.2 befindet. Die Anlegefeder 68 sorgt auch dafür, daß das Ventilglied 66 (Fig. 2) der durch den Stellantrieb 60 vorgenommenen Stellbewegung folgen kann und das Steuerventil 30 in die erste Ventilstellung 30.1 gelangen kann. Um bildhaft zu zeigen, daß das Steuerventil 30 zwischen den beiden Ventilstellungen 30.2 und 30.3 druckabhängig umschaltbar ist, sind in der Figur 1 symbolhaft zwei Steuerleitungen bzw. Steuerräume 10a und 28a eingezeichnet.
In der ersten Ventilstellung 30.1 ist ein Durchflußquerschnitt 74 zwischen der Kraftstoffverbindung 10 und dem Pumpenraum 28 gesperrt. In der zweiten Ventilstellung 30.2 hat das Steuerventil 30 den Durchflußquerschnitt 74 nur etwas geöffnet, und der Kraftstoff kann mit gewisser Androsselung aus dem Pumpenraum 28 zurück in die Kraftstoffverbindung 10 strömen. In der dritten Ventilstellung 30.3 hat das Steuerventil 30 den Durchflußquerschnitt 74 weit geöffnet, und der Kraftstoff kann weitgehend ungedrosselt aus der Kraftstoffverbindung 10 in den Pumpenraum 28 hineinströmen.
Die zweite Kraftstoffpumpe 12 ist so gebaut, daß sich der Pumpenraum 28 abwechselnd vergrößert und verkleinert, während die Brennkraftmaschine über das Übertragungsmittel 12m die zweite Kraftstoffpumpe 12 antreibt. Der Pumpenraum 28 vergrößert bzw. verkleinert sich beispielsweise dadurch, daß ein im Gehäuse 12g gelagerter Pumpenkörper 72 (Fig. 2) von der Brennkraftmaschine über das mechanische Übertragungsmittel 12m zu axial hin- und hergehender Bewegung angetrieben wird. Während eines Saughubs der zweiten Kraftstoffpumpe 12, d. h. wenn der Pumpenkörper 72 nach unten (bezogen auf die Fig. 2) fährt, vergrößert sich der Pumpenraum 28. Während eines Druckhubs, d. h. wenn der Pumpenkörper 72 nach oben (bezogen auf die Fig. 2) gedrückt wird, dann wird der Pumpenraum 28 verkleinert.
Während eines Saughubs, während sich der Pumpenraum 28 vergrößert, ist der Elektromagnet 62 nicht bestromt und der aus der Kraftstoffverbindung 10 in den Pumpenraum 28 einströmende Kraftstoff verstellt das Ventilglied 66 (Fig. 2), so daß sich das Steuerventil 30 in der dritten Ventilstellung 30.3 (Fig. 1) befindet, wodurch der Durchflußquerschnitt 74 des Steuerventils 30 weit geöffnet ist und der Kraftstoff weitgehend ungedrosselt aus der Kraftstoffverbindung 10 in den Pumpenraum 28 strömen kann. Bei durchschnittlicher Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine ist im anschließenden Druckhub, während sich der Pumpenraum 28 verkleinert, der Elektromagnet 62 zunächst unbestromt, und das Steuerventil 30 befindet sich in seiner zweiten Ventilstellung 30.2. Solange sich das Steuerventil 30 in der Ventilstellung 30.2 befindet, drückt die zweite Kraftstoffpumpe 12 den Kraftstoff aus dem Pumpenraum 28 durch das Steuerventil 30 zurück in die Kraftstoffverbindung 10. Abhängig von der augenblicklichen Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig davon, welchen Druck der Drucksensor 48 in der Druckleitung 14 sensiert und abhängig davon, wieviel Kraftstoff die Kraftstoffventile 16 augenblicklich in die Brennräume der Brennkraftmaschine hineinspritzen sollen, berechnet die Steuerungseinrichtung 20 den Zeitpunkt, zu dem der Durchflußquerschnitt 74 des Steuerventils 30 geschlossen werden soll. Zum Schließen des Durchflußquerschnitts 74 wird der Elektromagnet 62 bestromt, und das Steuerventil 30 wird in seine erste Ventilstellung 30.1 geschaltet. Weil sich das Steuerventil 30 davor in seiner zweiten Ventilstellung 30.2 befunden hat, in der der Durchflußquerschnitt 74 nicht maximal geöffnet ist, ist der Weg, den das Ventilglied 66 (Fig. 2) zum Schließen des Durchflußquerschnitts 74 zurücklegen muß, nur relativ kurz, so daß bereits dadurch das Schließen des Durchflußquerschnitts 74 relativ rasch geschehen kann. Insbesondere um eine sehr genaue Regelung des Drucks in der Druckleitung 14 erreichen zu können, ist es wichtig, daß der Durchflußquerschnitt 74 sehr schnell geschlossen bzw. sehr schnell geöffnet werden kann. Dadurch ist es möglich, auch eine sehr schnell arbeitende zweite Kraftstoffpumpe 12 zu verwenden, bei der der Pumpenkörper 72 sehr schnell hin- und herbewegt wird, so daß sich der Pumpenraum 28 sehr schnell vergrößert bzw. verkleinert. Weil bei schnell arbeitendem Pumpenkörper 72 (Fig. 2) die Zeiten für den Saughub und den Druckhub sehr kurz sind, ist es wichtig, daß das Steuerventil 30 schnell und präzise den Durchflußquerschnitt 74 öffnet bzw. schließt. Durch Wahl des Zeitpunkts, zu dem während eines Druckhubs das Steuerventil 30 von der zweiten Ventilstellung 30.2 in die erste Ventilstellung 30.1 umgeschaltet wird, kann die Menge an Kraftstoff, die die zweite Kraftstoffpumpe je Druckhub aus der Kraftstoffverbindung 10 in die Druckleitung 14 fördert, bestimmt werden.
Die Figur 2 zeigt in beispielhafter Form einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels. Die nicht in der Figur 2 dargestellten Teile entsprechen dem in den übrigen Figuren Dargestellten. Die Figur 2 zeigt im wesentlichen einen Längsschnitt durch das Steuerventil 30, das sich in der unbetätigten Schaltstellung 30.2 befindet. Die Schaltstellung 30.2 kann auch als Ausgangsstellung bezeichnet werden.
In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Sofern nichts Gegenteiliges erwähnt bzw. in der Zeichnung dargestellt ist, gilt das anhand eines der Figuren Erwähnte und Dargestellte auch bei den anderen Ausführungsbeispielen. Sofern sich aus den Erläuterungen nichts anderes ergibt, sind die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar.
Der Stellantrieb 60 umfaßt neben dem Elektromagneten 62 und der Feder 64 einen Stellkörper 76. Der Stellkörper 76 ist zusammengesetzt aus einem Anker 76a und einem mit dem Anker 76a fest verbundenen Stößel 76b. Bei nicht bestromtem Elektromagneten 62 drückt die Feder 64 den Stellkörper 76 nach unten (bezogen auf die Fig. 2) in die Ausgangsstellung, bis der Anker 76a an einer unteren, am Ventilgehäuse 30g vorgesehenen Anschlagscheibe 78u zur Anlage kommt. Bei ausreichend starker Bestromung des Elektromagneten 62 wird der Stellkörper 76 nach oben (Fig. 2) gegen die Kraft der Feder 64 in eine Endstellung betätigt, bis der Anker 76a an einer oberen, am Ventilgehäuse 30g vorgesehenen Anschlagscheibe 78o anliegt.
Am Ventilgehäuse 30g ist ein Ventilsitz 80 vorgesehen. Bei nicht bestromtem Elektromagneten 62 ist der zwischen dem Ventilsitz 80 und dem Ventilglied 66 verlaufende Durchflußquerschnitt 74 so weit geöffnet, wie es in der Figur 2 dargestellt ist. Die Figur 2 zeigt das Steuerventil 30 in der zweiten Ventilstellung 30.2 bzw. in der Ausgangsstellung. In der zweiten Ventilstellung 30.2 ist der Abstand zwischen dem Ventilsitz 80 und dem Ventilglied 66 relativ gering, so daß zum Umschalten in die erste Ventilstellung 30.1 (Fig. 1) bzw. in die Endstellung der Stellkörper 76 nur sehr wenig nach oben (bezogen auf die Fig. 2) bewegt werden muß, bis das Ventilglied 66 zum Schließen des Durchflußquerschnitts 74 an dem Ventilsitz 80 zur Anlage kommt. Dadurch kann der Durchflußquerschnitt 74 rasch geschlossen werden. Unterstützt wird das Schließen des Durchflußquerschnitts 74 durch den während des Druckhubs im Pumpenraum 28 zunehmenden Druck. Wie die Figur 2 zeigt, wirkt der Druck im Steuerraum 10a, in dem der im wesentlichen gleiche Speisedruck wie in der Kraftstoffverbindung 10 herrscht, auf das Ventilglied 66 nach unten in Öffnungsrichtung, und der Druck im Steuerraum 28a, in dem der im wesentlichen gleiche Druck wie in dem Pumpenraum 28 herrscht, wirkt auf das Ventilglied 66 nach oben in Schließrichtung.
Während eines Saughubs bewegt sich der Pumpenkörper 72 nach unten (bezogen auf die Fig. 2). Dadurch sinkt der Druck des Kraftstoffs im Pumpenraum 28 unter den Speisedruck des Kraftstoffs in der Kraftstoffverbindung 10. Dieser Druckunterschied beaufschlagt das Ventilglied 66 nach unten (Fig. 2) gegen die Kraft der Anlegefeder 68. Die Kraft der Anlegefeder 68 ist ziemlich klein, so daß bereits ein kleiner Druckunterschied zwischen der Kraftstoffverbindung 10 und dem Pumpenraum 28 das Ventilglied 66 hydraulisch nach unten (Fig. 2) drückt. Dabei hebt das Ventilglied 66 von dem Stellkörper 76 des Stellantriebs 60 ab. Durch das Abheben wird erreicht, daß das von dem Druckunterschied zwischen dem Pumpenraum 28 und der Kraftstoffverbindung 10 hydraulisch beaufschlagte Ventilglied 66 insgesamt nur eine kleine zu bewegende Masse aufweist, was den Vorteil ergibt, daß bereits ein kleiner Druckunterschied das Ventilglied 66 verstellt. Mit anderen Worten, bereits ein kleiner Druckunterschied verstellt das Ventilglied 66 gegen die Kraft der Anlegefeder 68 nach unten (Fig. 2) bzw. nach oben (Fig. 2), bis das Ventilglied 66 an dem Stößel 76b des Stellkörpers 76 oder an dem Ventilsitz 80 zur Anlage kommt. Das Ventilglied 66 kann vom Ventilsitz 80 bzw. vom Stellkörper 76 so weit abheben, bis das Ventilglied 66 an einem am Ventilgehäuse 30g vorgesehenen Ventilgliedanschlag 82 zur Anlage kommt.
Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Steuerventil 30 durch Bestromen des Elektromagneten 62 in die erste Ventilstellung 30.1 (Fig. 1) verstellt, in der der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen ist. Im Unterschied dazu wird bei dem nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten Ausführungsbeispiel beim Bestromen des Elektromagneten 62 der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet. Im Vergleich zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind bei dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel die Richtungen der Magnetkraft des Elektromagneten 62 und der Federkraft der Feder 64 des Stellantriebs 60 vertauscht.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein weiteres bevorzugt ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Die Figur 3 zeigt das Ausführungsbeispiel bei nicht bestromtem Elektromagneten 62, so daß sich das Steuerventil 30 in der ersten Ventilstellung 30.1 befindet, in der der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen ist. Die Figur 4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel bei vollständig bestromtem Elektromagneten 62, wodurch sich das Steuerventil 30 in der zweiten Ventilstellung 30.2 befindet.
Wenn sich der Pumpenraum 28 bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel während eines Saughubs vergrößert, dann sinkt der Druck im Pumpenraum 28, und der Kraftstoff strömt aus der Kraftstoffverbindung 10 durch den Durchflußquerschnitt 74 in den Pumpenraum 28, wobei der durchströmende Kraftstoff das Ventilglied 66 vom Ventilsitz 80 abhebt. Dabei kann sich der Durchflußquerschnitt 74 voll öffnen, so daß der Kraftstoff mit sehr geringem Druckverlust in den Pumpenraum 28 hineinströmen kann.
Während des Saughubs ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Elektromagnet 62 bestromt ist. Es wird jedoch vorgeschlagen, zumindest gegen Ende des Saughubs, spätestens kurz vor Beginn des Druckhubs, den Elektromagneten 62 zu bestromen, so daß der Stellkörper 76 nach unten in die in der Figur 4 dargestellte Ventilstellung 30.2 verstellt wird. Damit ist sichergestellt, daß zu Beginn des Druckhubs der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet ist, so daß der nicht in der Druckleitung 14 benötigte Kraftstoff in die Kraftstoffverbindung 10 zurückströmen kann. Weil zu Beginn des Druckhubs das Ventilglied 66 am Stellkörper 76 anliegt und zwischen dem Ventilsitz 80 und dem Ventilglied 66 nur ein kleiner Abstand besteht, muß das Ventilglied 66 zum Schließen des Durchflußquerschnitts 74 nur einen kurzen Weg zurücklegen, so daß das Schließen des Durchflußquerschnitts 74 sehr schnell geschehen kann. Während des Druckhubs kann der Durchflußquerschnitt 74 wesentlich kleiner sein als während des Saughubs.
Aufgrund von Berechnungen bestimmt die Steuerungseinrichtung 20 den Zeitpunkt, zu dem während des Druckhubs die Bestromung des Elektromagneten 62 abgeschaltet wird, wodurch der Stellkörper 76 nach oben (bezogen auf die Fig. 3 und 4) bewegt wird, und das Ventilglied 66 verschließt durch Anlage am Ventilsitz 80 den Durchflußquerschnitt 74. Durch Abschalten der Bestromung des Elektromagneten 62 des Stellantriebs 60 kann das Steuerventil 30 während eines Druckhubs von der in der Figur 4 gezeigten zweiten Ventilstellung 30.2 in die in der Figur 3 dargestellte erste Ventilstellung 30.1 sehr schnell umgeschaltet werden. Nach dem Umschalten in die erste Ventilstellung 30.1 drückt der Pumpenkörper 72 den Kraftstoff aus dem Pumpenraum 28 durch das ausgangsseitige Rückschlagventil 32 in die Druckleitung 14. Durch Variation des Zeitpunkts des Umschaltens des Steuerventils 30 kann die jeweils benötigte Menge an Kraftstoff mit hoher Dosiergenauigkeit in die Druckleitung 14 gepumpt werden.
Die Kraftstoffversorgungsanlage hat eine nachfolgend beschriebene Notfunktion: Wenn bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Elektromagnet 62 infolge eines Defekts ausfallen sollte, oder seine Stromversorgung ist unterbrochen, dann befindet sich das Ventilglied 66 während des gesamten Druckhubs in der in der Figur 3 dargestellten Position, in der der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen ist, so daß die gesamte aus dem Pumpenraum 28 während des Druckhubs verdrängte Kraftstoffmenge durch das auslaßseitige Rückschlagventil 32 in die Druckleitung 14 gepumpt wird. Während des Saughubs kann das Ventilglied 66 auch bei Ausfall des Elektromagneten 62, wie zuvor beschrieben, vom Ventilsitz 80 abheben. Bei Ausfall des Elektromagneten 62 des Stellantriebs 60 kann die zweite Kraftstoffpumpe 12 trotzdem pumpen, allerdings ohne die Möglichkeit einer genauen Dosierung der in die Druckleitung 14 gepumpten Kraftstoffmenge. Die von den Kraftstoffventilen 16 nicht benötigte und deshalb nicht abgenommene überschüssige Teilmenge an Kraftstoff führt dabei zu einem Druckanstieg in der Druckleitung 14, bis das Überdruckventil 53 (Fig. 1) anspricht und der nicht benötigte Kraftstoff aus der Druckleitung 14 durch die Rückleitung 52 zurück in die Kraftstoffverbindung 10 oder, bei abgewandelter Ausführung, zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 geführt wird. Bei Ausfall des Elektromagneten 62 kann die Brennkraftmaschine mit einer Notfunktion weiterarbeiten. Sobald die Steuerungseinrichtung 20 feststellt, daß der Drucksensor 48 einen Druck sensiert, der höher ist als der Druck, der sich aufgrund der Ansteuerung des Steuerventils 30 ergeben müßte, erkennt die Steuerungseinrichtung 20, daß die Notfunktion eingetreten ist. Weil während der Notfunktion eine genaue Dosierung der in die Druckleitung 14 geförderten Kraftstoffmenge nicht möglich ist, wird vorgeschlagen, die Steuerungseinrichtung 20 so auszubilden, daß eine entsprechende Fehlermeldung zur Anzeige gebracht wird.
Die für das Umschalten des Steuerventils 30 benötigte Umschaltzeitspanne kann durch das nachfolgend beschriebene Vorgehen beim Bestromen des Stellantriebs 60 wesentlich verkürzt werden. Damit bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei allen auftretenden Betriebsbedingungen, d. h. bei allen auftretenden Drücken in der Kraftstoffverbindung 10 und im Pumpenraum 28 und bei allen Strömungsgeschwindigkeiten des Kraftstoffs durch den Durchflußquerschnitt 74, die Feder 64 das Ventilglied 66 in die in der Figur 2 gezeigte zweite Ventilstellung 30.2 betätigen und dort halten kann, muß die Feder 64 entsprechend ausreichend kräftig dimensioniert sein. Es gibt aber Betriebsbedingungen, in denen zum Halten des Ventilglieds 66 in der zweiten Ventilstellung 30.2 nicht die volle Kraft der Feder 64 benötigt wird. Damit anschließend, wenn das Ventilglied 66 den Durchflußquerschnitt 74 verschließen soll, das Umschalten von der Ausgangsstellung in die Endstellung noch schneller geschehen kann, wird vorgeschlagen, daß bereits solange das Ventilglied 66 noch in der zweiten Ventilstellung 30.2, die als Ausgangsstellung bezeichnet werden kann, verbleiben soll, der Elektromagnet 62 so weit bestromt wird, daß die Kraft der Feder 64 abzüglich der Magnetkraft des Elektromagneten 62 gerade ausreicht, um das Ventilglied 66 sicher in der Ausgangsstellung zu halten. Ist dann der Zeitpunkt gekommen, zu dem der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen werden soll, so genügt zum Umschalten von der Ausgangsstellung in die Endstellung eine relativ geringe zusätzliche Bestromung des Elektromagneten 62. Diese geringfügige zusätzliche Bestromung des Elektromagneten 62 kann in wesentlich kürzerer Zeit erfolgen, als wenn der Elektromagnet 62 ausgehend vom vollkommen unbestromten Zustand bestromt werden müßte.
Es wird vorgeschlagen, vor dem Verstellen des Steuerventils 30 aus der Ausgangsstellung in die Endstellung den Elektromagneten mit einem Zwischenwert zu bestromen, wobei der Zwischenwert in seiner Höhe zwischen dem wert liegt, der für die Ausgangsstellung vorgesehen ist und dem Wert, der für die Endstellung vorgesehen ist.
Ein wesentlicher Einfluß auf die erforderliche Kraft zum Halten des Ventilglieds 66 in der zweiten Ventilstellung 30.2 ist der Druck des Kraftstoffs in dem Pumpenraum 28 beim Zurückschieben des Kraftstoffs aus dem Pumpenraum 28 in die Kraftstoffverbindung 10. Dabei handelt es sich im Pumpenraum 28 im wesentlichen um einen Staudruck. Der Staudruck wird hauptsächlich von der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt, mit der der Kraftstoff während des Druckhubs aus dem Pumpenraum 28 verdrängt wird. Der Staudruck ist im wesentlichen der Druckunterschied zwischen dem Druck auf der Seite des anströmenden Kraftstoffs und dem Druck auf der Seite des abströmenden Kraftstoffs des Ventilglieds 66. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Staudruck im wesentlichen der Druckunterschied zwischen dem Druck im Steuerraum 28a und dem Druck im Steuerraum 10a. Die Strömungsgeschwindigkeit hängt von der Geschwindigkeit des nach oben fahrenden Pumpenkörpers 72 ab. Die Geschwindigkeit des Pumpenkörpers 72 wird von der Pumpendrehzahl bestimmt, mit der die Kraftstoffpumpe 12 von der Nockenwelle angetrieben wird. Es wird deshalb vorgeschlagen, für die Bestromung des Elektromagneten 62 einen Zwischenwert in Abhängigkeit von dem am Ventilglied 66 angreifenden Staudruck zu wählen, um dann nur noch eine geringe zusätzliche Bestromung zum Umschalten in die Endstellung aufwenden zu müssen. Weil der Staudruck von der Geschwindigkeit des nach oben fahrenden Pumpenkörpers 72 abhängt, die ihrerseits der Pumpendrehzahl entspricht, wird vorgeschlagen, den Zwischenwert in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl zu bestimmen. Weil die Bewegung des Pumpenkörpers 72 mechanisch an die Bewegung der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, hängt die Pumpendrehzahl ihrerseits direkt von der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine ab. Die Motordrehzahl wird üblicherweise auch aus anderen Gründen gemessen. Um den Meßaufwand insgesamt möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, anstatt den Staudruck direkt zu messen, stattdessen den Staudruck indirekt über die ohne nennenswerten Aufwand mögliche Erfassung der Motordrehzahl zu ermitteln.
Wenn zu Beginn des Druckhubs das Steuerventil 30 in der zweiten Ventilstellung 30.2 steht und der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet ist, dann ist bei kleiner Pumpendrehzahl der am Ventilglied 66 angreifende, in Schließrichtung wirkende Staudruck geringer als bei großer Pumpendrehzahl. Zum Halten des Ventilglieds 66 in der zweiten Ventilstellung 30.2 muß also die Kraft des Stellantriebs 60 in Öffnungsrichtung bei großer Pumpendrehzahl wesentlich größer sein als bei kleiner Pumpendrehzahl. Um bei allen Pumpendrehzahlen eine möglichst kurze Schließzeit zu erhalten, wird vorgeschlagen, einige Zeit vor dem beabsichtigten Umschalten von der zweiten Ventilstellung 30.2 (Fig. 2), d. h. von der Ausgangsstellung, in die erste Ventilstellung 30.1, d. h. in die Endstellung, den Elektromagneten 62 bereits vorab mit einem Zwischenwert zu bestromen, und zwar um so stärker, je kleiner die Pumpendrehzahl ist.
Auch bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die für das Umschalten des Steuerventils 30 benötigte Umschaltzeitspanne zusätzlich wesentlich verkürzt werden. Hier muß der Elektromagnet 62 des Stellantriebs 60 so ausreichend kräftig dimensioniert sein, daß bei Bedarf unter allen Betriebsbedingungen der Elektromagnet 62 das Ventilglied 66 in der in der Figur 4 wiedergegebenen zweiten Ventilstellung 30.2 halten kann, in der der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet ist. Die erforderliche Magnetkraft des Elektromagneten 62 zum Halten des Ventilglieds 66 ist jedoch beim überwiegenden Teil der Betriebsbedingungen geringer. Zum Betrachten eines Umschaltvorgangs kann die Ventilstellung 30.2 als Ausgangsstellung und die Ventilstellung 30.1 als Endstellung bezeichnet werden. Es wird vorgeschlagen, daß bei den Betriebsbedingungen, bei denen eine geringere Magnetkraft des Elektromagneten 62 ausreicht, um das Ventilglied 66 in der Ausgangsstellung zu halten, der Elektromagnet 62 entsprechend geringer bestromt wird. Soll dann anschließend der Durchflußquerschnitt 74 vollständig geschlossen werden und wird dazu die Bestromung des Elektromagneten ausgeschaltet, so fällt die Magnetkraft des Elektromagneten 62 wesentlich schneller auf Null ab, und die Feder 64 kann den Stellkörper 76 wesentlich schneller nach oben (Fig. 4) in die Endstellung (Fig. 3) betätigen, als wenn in der Ausgangsstellung (Fig. 4) der Elektromagnet 62 maximal bestromt wäre.
Um bei allen Pumpendrehzahlen eine möglichst kurze Schließzeit zu erhalten, wird vorgeschlagen, einige Zeit vor dem beabsichtigten Umschalten von der zweiten Ventilstellung 30.2 (Fig. 4), der Ausgangsstellung, in die erste Ventilstellung 30.1 (Fig. 3), bzw. in die Endstellung, den Elektromagneten 62 bereits vorab etwas weniger stark zu bestromen und zwar um so weniger, je kleiner die Pumpendrehzahl ist.
Weil die Spannung der elektrischen Energieversorgungseinheit 18 (Fig. 1) üblicherweise begrenzt ist, dauert es vom Beginn des Einschaltens des Elektromagneten 62 eine gewisse Zeit, bis der Elektromagnet 62 mit seiner vollen maximalen Magnetkraft auf den Stellkörper 76 wirken kann. Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird beim Abschalten der Magnetkraft des Elektromagneten 62 der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen, wobei insbesondere das Schließen des Durchflußquerschnitts 74 besonders schnell, innerhalb kürzester Zeit, geschehen soll. Weil es möglich ist, die Steuerungseinrichtung 20 so auszubilden, daß das Abschalten der Magnetkraft schneller geschieht als das Einschalten der Magnetkraft, ergibt sich bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise eine besonders kurze Schließzeit beim Schließen des Durchflußquerschnitts 74, weil hier zum Schließen des Durchflußquerschnitts 74 die Magnetkraft des Elektromagneten 62 ausgeschaltet werden muß. Deshalb kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die von der zweiten Kraftstoffpumpe 12 geförderte Kraftstoffmenge noch etwas präziser gesteuert werden.
Die Figur 5 zeigt in symbolhafter Form ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier wird anstatt dem Steuerventil 30 (Fig. 1) ein Steuerventil 30' verwendet. Bis auf die nachfolgend genannten Unterschiede ist das Steuerventil 30' im wesentlichen gleich gebaut wie das Steuerventil 30. Das Steuerventil 30' hat eine erste Ventilstellung 30.1' und eine zweite Ventilstellung 30.2'. In der ersten Ventilstellung 30.1' kann kein Kraftstoff aus dem Pumpenraum 28 in die Kraftstoffverbindung 10 zurückströmen. In der zweiten Ventilstellung 30.2' ist der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet, so daß der Pumpenraum 28 mit der Kraftstoffverbindung 10 verbunden ist.
Hydraulisch parallel zum Steuerventil 30' ist ein Rückschlagventil 86 vorgesehen. Durch das Rückschlagventil 86 kann während eines Saughubs Kraftstoff zusätzlich unter Umgehung des Steuerventils 30' aus der Kraftstoffverbindung 10 in den Pumpenraum 28 der zweiten Kraftstoffpumpe 12 hineinströmen.
Die Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem in der Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist ein Längsschnitt durch das Steuerventil 30', das sich in der ersten Ventilstellung 30.1' befindet.
Während eines Saughubs bewegt sich der Pumpenkörper 72 nach unten (bezogen auf die Darstellung in der Figur 6). Dabei strömt Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung 10 durch das Rückschlagventil 86 in den Pumpenraum 28. Das Rückschlagventil 86 ist so ausreichend groß dimensioniert, und falls eine Vorspannfeder vorhanden ist, ist diese so schwach, daß der Kraftstoff auch bei schneller Saugbewegung des Pumpenkörpers 72 weitgehend ungedrosselt aus der Kraftstoffverbindung 10 in den Pumpenraum 28 hineinströmen kann. Damit ist sichergestellt, daß der Pumpenraum 28 während eines Saughubs ohne Gasblasen vollständig mit Kraftstoff gefüllt wird.
Weil der Kraftstoff während des Saughubs an dem Steuerventil 30' hydraulisch parallel vorbeiströmen kann, muß bei der Dimensionierung des Durchflußquerschnitts 74 des Steuerventils 30' keine Rücksicht auf den Saughub genommen werden, so daß der Durchflußquerschnitt 74 relativ klein dimensioniert sein kann, was eine schnelle Betätigbarkeit des Steuerventils 30' wesentlich erleichtert.
Die relativ schwach ausgeführte Feder 64 des Stellantriebs 60 sorgt dafür, daß das Ventilglied 66 bereits während des Saughubs gegen den Ventilsitz 80 betätigt ist. Damit ist sichergestellt, daß das Steuerventil 30' bereits zu Beginn des Druckhubs, während dem der Pumpenkörper 72 nach oben fährt, geschlossen ist, so daß der Elektromagnet 62 weniger stark arbeiten muß, verglichen mit einer Ausführung, bei der der Elektromagnet den Durchflußquerschnitt des Steuerventils erst während eines Druckhubs schließen muß.
Zu Beginn eines Druckhubs ist der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen. Während des Druckhubs wird der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet. Der Zeitpunkt, zu dem der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet wird, hängt von der Kraftstoffmenge ab, die die zweite Kraftstoffpumpe 12 durch das ausgangsseitige Rückschlagventil 32 in die Druckleitung 14 fördern soll.
Die Summe aus der Magnetkraft des Elektromagneten 62 und der Federkraft der Feder 64 ergeben eine Schließkraft. Die Schließkraft muß während des Druckhubs gerade so groß sein, daß der Druck des Kraftstoffs im Pumpenraum 28 das Ventilglied 66 nicht vom Ventilsitz 80 abheben kann. Damit während des Druckhubs das Öffnen des Durchflußquerschnitts 74 sehr schnell und exakt zum von der Steuerungseinrichtung 20 berechneten Zeitpunkt geschehen kann, wird vorgeschlagen, die Schließkraft in Abhängigkeit vom Druck im Pumpenraum 28 gerade so stark einzustellen, daß das Ventilglied 66 nicht ungewollt vom Ventilsitz 80 abhebt. Es wird deshalb vorgeschlagen, den Elektromagneten 62 mit einem Zwischenwert gerade so stark zu erregen bzw. zu bestromen, daß das Ventilglied 66 nicht vom Ventilsitz 80 abhebt, wobei der Zwischenwert je nach Höhe des Drucks im Pumpenraum 28 kleiner ist als der Wert der Bestromung, der notwendig ist, um das Ventilglied 66 bei maximalem Druck im Pumpenraum 28 am Ventilsitz 80 zu halten, der aber auch größer ist als der Wert der Bestromung des Elektromagneten 62, der für geöffneten Durchflußquerschnitt 74 erforderlich ist, wobei bei dem in der Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Wert der Bestromung des Elektromagneten 62 für geöffneten Durchflußquerschnitt 74 null ist. Wenn man die in der Figur 6 dargestellte erste Ventilstellung 30.1' als Ausgangsstellung betrachtet, dann wird während des Druckhubs, solange der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen bleiben soll, der Elektromagnet 62 mit einem Zwischenwert bestromt, der zwischen der maximalen Bestromung des Elektromagneten 62 und der für die Endstellung erforderlichen minimalen Bestromung liegt.
Weil während des Druckhubs der Druck des Kraftstoffs im Druckraum 28 im wesentlichen ungefähr gleich hoch ist wie der Druck des Kraftstoffs in der Druckleitung 14, kann zur Bestimmung des Zwischenwerts der Bestromung auch das vom Drucksensor 48 abgegebene Signal verwendet werden, so daß kein zusätzlicher Drucksensor erforderlich ist.
Die Figur 7 zeigt ein weiteres vorteilhaftes, bevorzugt ausgewähltes Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zur Figur 6 wirkt bei dem in der Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel die Feder 64 in Öffnungsrichtung.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 hat den Vorteil, daß während des Saughubs ein Teil des Kraftstoffs durch den Durchflußquerschnitt 74 des Steuerventils 30' strömen kann, so daß das Rückschlagventil 86 weniger groß dimensioniert sein muß.
Die Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel beaufschlagt die Feder 64 das Ventilglied 66 in Schließrichtung. Der Elektromagnet 62 kann das Ventilglied 66 in Öffnungsrichtung betätigen. Ist der Elektromagnet 62 nicht bestromt, dann ist der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen. Die Federkraft der Feder 64 muß so ausreichend dimensioniert sein, daß bei nicht bestromtem Elektromagneten 62 der Durchflußquerschnitt 74 unter allen Betriebsbedingungen geschlossen ist. Bei einem Großteil der auftretenden Betriebsbedingungen würde eine schwächere Kraft zum Schließen des Steuerventils 30' genügen. Es wird deshalb vorgeschlagen, solange der Durchflußquerschnitt 74 noch geschlossen sein soll, zumindest aber kurz bevor der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet werden soll, den Elektromagneten 62 bereits so stark zu bestromen, daß die resultierende Schließkraft aus der Federkraft der Feder 64 abzüglich der Magnetkraft des Elektromagneten 62 bei augenblicklich im Pumpenraum 28 herrschenden Druck gerade noch ausreicht, um das Ventilglied 66 am Ventilsitz 80 zu halten.
Man kann die in den Figuren 3, 6 und 8 dargestellte erste Ventilstellung 30.1, 30.1', in der der Durchflußquerschnitt 74 des Steuerventils 30, 30' geschlossen ist, als Ausgangsstellung und die in den Figuren 2, 4 und 7 dargestellte zweite Ventilstellung 30.2, 30.2', in der der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet ist, als Endstellung bezeichnen. Damit das Umschalten des Steuerventils 30, 30' von der Ausgangsstellung (Fig. 3, 6, 8) in die Endstellung möglichst schnell vonstatten geht, sollte der Elektromagnet 62 gerade so stark bestromt werden, daß das Ventilglied 66 bis zum berechneten Umschaltzeitpunkt gerade noch in der Ausgangsstellung bleibt. Dann kann durch eine geringfügige Änderung der Bestromung des Elektromagneten 62 das Ventilglied 66 in die Endstellung verstellt werden, was wegen der geringfügigen Änderung der Bestromung und der geringfügigen Änderung der Magnetkraft sehr schnell geschehen kann.
Man kann aber auch die in den Figuren 2, 4 und 7 dargestellte zweite Ventilstellung 30.2, 30.2', bei der der Durchflußquerschnitt 74 geöffnet ist, als Ausgangsstellung und die in den Figuren 3, 6 und 8 gezeigte erste Ventilstellung 30.1, 30.1', bei der der Durchflußquerschnitt 74 geschlossen ist, als Endstellung bezeichnen. Damit auch hier das Umschalten des Ventilglieds 66 von der zweiten Ventilstellung 30.2, 30.2' in die erste Ventilstellung 30.1, 30.1' in kürzestmöglicher Zeit geschieht, wird vorgeschlagen, den Elektromagneten 62 in der Ausgangsstellung gerade so stark zu bestromen, daß das Ventilglied 66 in dieser Ausgangsstellung gerade noch bleibt, und zum vorgesehenen Zeitpunkt kann dann durch geringe Änderung der Bestromung des Elektromagneten 62 das Ventilglied 66 in die Endstellung umgeschaltet werden.
Man kann die Steuerungseinrichtung 20 auch so ausbilden, daß sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine lernen kann und dadurch die Steuerung der Brennkraftmaschine immer besser wird. Wenn die Steuerungseinrichtung 20 beispielsweise bei Bestromung des Elektromagneten 62 mit dem Zwischenwert feststellt, daß das Ventilglied 66 nicht bis zum vorgesehenen Umschaltzeitpunkt in der Ausgangsstellung bleibt, dann kann die Steuerungseinrichtung 20 beim nächsten Hub des Pumpenkörpers 72 den Zwischenwert der Bestromung des Elektromagneten 62 so abändern, daß sichergestellt ist, daß das Ventilglied 66 gerade noch in der Ausgangsstellung verbleibt. Durch Herantasten an den optimalen wert für den Zwischenwert der Bestromung des Elektromagneten 62 kann die Steuerungseinrichtung 20 sich selbst so weit optimieren, daß die kürzestmögliche Umschaltzeit zum Schließen bzw. zum Öffnen des Steuerventils 30, 30' erreicht wird.

Claims (14)

  1. Kraftstoffversorgungsanlage zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffvorratsbehälter, einer ersten Kraftstoffpumpe (6), einer zweiten Kraftstoffpumpe (12) und mit einer Druckleitung (14), an der mindestens ein Kraftstoffventil (16) angeschlossen ist, über das der Kraftstoff zumindest indirekt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen kann, wobei die erste Kraftstoffpumpe (6) den Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (2) in eine Kraftstoffverbindung (10) fördert, und die zweite Kraftstoffpumpe (12) einen Pumpenraum (28) hat und im wesentlichen den Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung (10) durch ein Steuerventil (30, 30') mit einem veränderbaren Durchflußquerschnitt (74) in den Pumpenraum (28) und aus dem Pumpenraum (28) in die Druckleitung (14) fördert, wobei das Steuerventil (30, 30') ein den Durchflußquerschnitt (74) beeinflussendes Ventilglied (66) und einen einen Elektromagneten (62) umfassenden, das Ventilglied (66) verstellenden Stellantrieb (60) umfaßt, wobei das Steuerventil (30, 30') durch eine Bestromung des Elektromagneten (62) mit einem ersten Wert in eine Ausgangsstellung und durch eine Bestromung des Elektromagneten (62) mit einem zweiten Wert in eine Endstellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Verstellung des Steuerventils (30, 30') von der Ausgangsstellung in die Endstellung der Elektromagnet (62) mit einem Zwischenwert bestromt wird, der zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegt, wobei das Ventilglied (66) in seiner Ausgangsstellung verbleibt.
  2. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Bestromung der Ausgangsstellung null ist.
  3. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (60) zum Verstellen des Stellkörpers (66) den Elektromagneten (62) und eine einer Magnetkraft des Elektromagneten (62) entgegenwirkende Feder (64) umfaßt, wobei die Feder (64) das Ventilglied (66) in die Ausgangsstellung stellt.
  4. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Bestromung der Endstellung null ist.
  5. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (60) zum Verstellen des Stellkörpers (66) den Elektromagneten (62) und eine einer Magnetkraft des Elektromagneten (62) entgegenwirkende Feder (64) umfaßt, wobei die Feder (64) das Ventilglied (66) in die Endstellung stellt.
  6. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert der Bestromung des Elektromagneten (62) von einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine abhängt.
  7. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert der Bestromung des Elektromagneten (62) von einem an dem Ventilglied (66) angreifenden Staudruck abhängt.
  8. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck durch eine Erfassung einer Motordrehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
  9. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert der Bestromung des Elektromagneten (62) von einem in dem Pumpenraum (28) herrschenden Druck abhängt.
  10. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert der Bestromung des Elektromagneten (62) von einem in der Druckleitung (14) herrschenden Druck abhängt.
  11. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert von einer bis zum Umschalten des Steuerventils (30) von der Ausgangsstellung in die Endstellung verbleibenden Restzeit abhängt
  12. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulisch parallel zum Steuerventil (30, 30') ein Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung (10) in den Pumpenraum (28) führendes Rückschlagventil (86) vorgesehen ist.
  13. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kraftstoffpumpe (12) einen antreibbaren Pumpenkörper (72) hat, wobei durch das Antreiben des Pumpenkörpers (72) der Pumpenkörper (72) den Pumpenraum (28) abwechselnd vergrößert und verkleinert.
  14. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30, 30') ein Sitzventil ist.
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