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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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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