EP1124054A2 - Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1124054A2
EP1124054A2 EP01101901A EP01101901A EP1124054A2 EP 1124054 A2 EP1124054 A2 EP 1124054A2 EP 01101901 A EP01101901 A EP 01101901A EP 01101901 A EP01101901 A EP 01101901A EP 1124054 A2 EP1124054 A2 EP 1124054A2
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EP
European Patent Office
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pressure
fuel
pump
line
combustion engine
Prior art date
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EP01101901A
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French (fr)
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EP1124054B1 (de
EP1124054A3 (de
Inventor
Christian Treml
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Publication of EP1124054A3 publication Critical patent/EP1124054A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0047—Layout or arrangement of systems for feeding fuel
    • F02M37/0052—Details on the fuel return circuit; Arrangement of pressure regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M37/0076—Details of the fuel feeding system related to the fuel tank
    • F02M37/0088—Multiple separate fuel tanks or tanks being at least partially partitioned
    • F02M37/0094—Saddle tanks; Tanks having partition walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/18—Feeding by means of driven pumps characterised by provision of main and auxiliary pumps

Definitions

  • the invention relates to a fuel supply system for an internal combustion engine with the fuel from a tank via a delivery line to the internal combustion engine pumping fuel pump and with a pressure regulator, of the fuel pressure relevant for the internal combustion engine optionally adjusted to different pressure levels.
  • a fuel supply system for an internal combustion engine with the fuel from a tank via a delivery line to the internal combustion engine pumping fuel pump and with a pressure regulator, of the fuel pressure relevant for the internal combustion engine optionally adjusted to different pressure levels.
  • the hot start problem described could be the rest also in hot operation with low fuel consumption of the internal combustion engine (for example, in stop-and-go operation of the engine driven motor vehicle) can occur by using a corresponding more powerful fuel pump - usually come for this electrically driven fuel pumps for use - solve, but is this is undesirable from the point of view of economy and efficiency.
  • a so-called Internal combustion engine relevant fuel pressure of 3.5 bar sufficient while for the hot start and possibly also for the hot operation with regard to the described vapor bubble formation a "relevant" fuel pressure of e.g. 6 bar would be desirable.
  • a cold start of an internal combustion engine can also be carried out represent a critical operating state because despite possibly reduced electrical voltage to operate the fuel pump sufficiently high fuel pressure level must be provided.
  • the pressure level of 6 bar can be generated if one is usually present Pressure regulator that meets the pressure level of 3.5 that is usually required bar (e.g.), suitably detuned.
  • this pressure regulator is in one of the delivery line Return line branching off from the fuel pump and opening into the fuel tank arranged.
  • this return line is downstream of the pressure regulator cordoned off or at least throttled, this leads due to the lower amount of fuel returned to the tank inevitably becomes one Pressure build-up or to a pressure increase in the delivery line, see above that at least in these clearly limited operating states an excessive fuel pressure of, for example, 6 bar can be provided.
  • the described start and / or hot operation problem arises otherwise also in internal combustion engines working with direct fuel injection in which, on the one hand, with the (electrical) Fuel pump provided fuel pressure started the internal combustion engine and on the other hand at or near the internal combustion engine (and thus in the possibly very hot engine compartment of a motor vehicle) High-pressure fuel pump is arranged, for which the previously mentioned and quasi arranged fuel pump upstream of said pressure regulator represents a pre-feed pump.
  • the so-called relevant for the internal combustion engine Fuel pressure is then the one on the suction side of the High pressure fuel pump applied fuel pressure. This pressure too should, for example, under normal operating conditions of the internal combustion engine of the order of 3.5 bar, in the critical start and / or hot operation conditions again in the range of 6 bar.
  • the reference number 1 denotes the fuel tank of a motor vehicle, in which an electric fuel pump 2 is arranged, which has a Delivery line 3 of a high-pressure fuel pump 4 from one, not shown Internal combustion engine provides the required fuel.
  • high-pressure pump mechanically driven by the internal combustion engine 4 promotes that provided by the electric fuel pump 2
  • Fuel under very high pressure e.g. in the order of 130 bar
  • an injection bar 5 provided on the internal combustion engine, from which the assigned to the individual internal combustion engine cylinders, only symbolically represented fuel injection valves 6 supplied become.
  • a shut-off valve 9 from a leakage line 10, which in a in the tank 1 leading return line 11 opens, and the low fuel leakage the high pressure pump 4 are discharged.
  • a pressure regulator 12 is located in the delivery line 3 upstream of the high-pressure pump 4 arranged, one of which ends in the return line 11 already mentioned Diverter line 22 branches off, so that the pressure regulator 12 is only one such amount of fuel via the delivery line 3 of the high pressure pump 4 for Provides that under normal operating conditions there, i.e. on whose suction side, the so-called pressure of the internal combustion engine e.g. 6 bar (measured as a differential pressure in relation to the environment). The excess of, required to achieve this relevant pressure the fuel pump 2 delivered and therefore not required amount of fuel is from the pressure regulator 12 via the control line 22 and the return line 11 returned to tank 1.
  • the pressure regulator 12 is a fuel filter 13 upstream, but this is immaterial.
  • a check valve (not shown) is provided in the fuel pump 2 and the filter 13, so that it is only when the engine is turned off is necessary to simultaneously close the shut-off valve 9 already mentioned, to ensure that even when the internal combustion engine is at a standstill at least for a certain period upstream of the high pressure pump 4 the so-called fuel pressure relevant for the internal combustion engine (from 6 bar as differential pressure) is maintained or remains.
  • the object of the present invention to show improvements.
  • the pressure regulator is arranged in the delivery line and that the fuel pump is formed from two pump units which, depending on the regulated pressure level, deliver in parallel or in series.
  • the fuel pump at least two pump stages has or consists of two individual pumps at all - (both mentioned Variants should be under the chosen term "Pump units" fall) - which flow in different ways can be switched to each other.
  • the pump units are connected in series, it is on the suction side of the downstream pump unit already has an increased fuel Pressure level, namely that of the upstream Pump unit is provided.
  • each of the pump units able to generate a delivery pressure of 3 bar, so that the fuel pressure on the pressure side of the unit is 3 bar above that lie on the suction side of the unit.
  • the pump units are connected in parallel, only a pressure level of 3 bar is set on their common pressure side, which is fluidically linked by parallel connection or side-by-side arrangement, but it can then advantageously (again viewed in simplified terms) promote or provide twice the amount of fuel be as if the two pump sets are connected in series.
  • the particular advantage of a fuel supply system according to the invention is that the required amount of fuel can be provided at a favorable pressure level for different operating states of the internal combustion engine with relatively little effort and at the same time as being optimally efficient and without having to accept the disadvantages that have arisen in the prior art . If a large quantity of fuel is requested by the internal combustion engine, a lower fuel pressure level is completely sufficient, while if a high pressure level is required, an at least slightly reduced quantity of fuel is requested.
  • the proposed fuel supply system can meet these requirements fully meet.
  • Most favorable pressure level for the pressure relevant for the internal combustion engine can be set. Since usually two different pressure levels, namely a higher one (for example 6 bar overpressure compared to atmosphere) as well as a lower (for example, 3.5 bar overpressure) are sufficient with regard to a particularly simple and safe structure of such a variable pressure regulator in the delivery line in series two pressure regulators be arranged with different pressure control values, which are optional by connecting their diverter line to one that ends in the tank Return line can be activated.
  • the Pump units of the fuel pump are either connected in series, whereby simply provide a higher pressure with a lower flow rate can be, or the pump units are connected in parallel to each other, which makes it easier and more efficient to use a higher one at a lower delivery pressure Flow rate can be offered.
  • the two pump assemblies of the fuel pump according to the invention can be connected in series or in parallel by means of a changeover valve or automatically by means of a pressure relief valve provided in a suitably arranged line connection, depending on the pressure value set by the pressure regulator, as well as from the two preferred exemplary embodiments of the two explained below Invention emerges.
  • a changeover valve or automatically by means of a pressure relief valve provided in a suitably arranged line connection, depending on the pressure value set by the pressure regulator, as well as from the two preferred exemplary embodiments of the two explained below Invention emerges.
  • a pressure relief valve provided in a suitably arranged line connection, depending on the pressure value set by the pressure regulator, as well as from the two preferred exemplary embodiments of the two explained below Invention emerges.
  • FIGS. 1 and 2 fuel supply systems according to the invention are shown, based on the already explained prior art illustration according to FIG. 3, the same reference numbers being used for the same elements.
  • the pressure regulator 12 arranged in the delivery line 3 is composed, as it were, of two pressure regulators 12a, 12b connected in series with different pressure control values, with a control line 22a and 22b branching off each pressure regulator 12a, one of which can optionally be connected to the return line 11 leading to the tank 1 via a 3/2-way valve 20, which is preferably designed as an electromagnetic valve.
  • the two pressure regulators 12a, 12b are mechanical pressure regulators which are customary per se and which, by controlling a certain amount of fluid or, in this case, fuel in the return line 11 in the delivery line 3, set a certain pressure level. This pressure level is usually defined in relation to the atmospheric pressure, ie a conventional pressure regulator receives the atmospheric pressure as the so-called input control pressure, so that the regulated fluid pressure in the delivery line 3 is determined as the differential pressure in relation to the atmospheric pressure.
  • the pressure regulator 12a provided here directly downstream of the filter 13 For example, a pressure level of 3.5 bar when its drain line 22a the 3/2-way valve 20 is connected to the return line 11. Is this Connection interrupted by switching over the 3/2-way valve 20, so this first pressure regulator 12a is not active. Then at the same time Connection between the control line 22b of the second pressure regulator 12b and the return line 11, so that the latter pressure regulator 12b is activated or is in the delivery line 3 compared to the Pressure regulator 12a sets a higher pressure level of, for example, 6 bar.
  • this associated switching position of the 3/2-way valve is otherwise under the reference number 20 'shown, this position especially for the start the internal combustion engine and in hot operation of the same is selected while the switching position shown under the reference number 20 and this resulting lower pressure level of 3.5 bar in normal operation of the Internal combustion engine should be relevant.
  • each pump unit 2a, 2b is a suction line 23a, 23b assigned, one in the latter towards the pump unit 2b opening check valve 27b is provided.
  • the pressure line 24b of the second pump unit 2b opens directly into the delivery line 3, while the pressure line 24a of the first pump unit 2a branches into two sub-branches 24a ', 24a " can.
  • the first sub-branch 24a 'of the pressure line 24a of the first pump unit 2a opens into the delivery line 3 while passing a check valve 27a, while the second sub-branch 24a'', in which a pressure relief valve 25 is arranged, in the suction line 23b of the second pump unit 2b
  • the pressure limiting valve 25 is designed for the lower pressure control value of the pressure regulator 12, ie here for the pressure value of 3.5 bar of the pressure regulator 12a.
  • the pressure regulator 12a is active, it is positioned in the delivery line 3 a pressure of 3.5 bar, due to the pressure relief valve 25 the branch 24a "blocked so that the first pump unit 2a the Feeds fuel via the branch 24a 'into the delivery line 3. As a result the first pump unit 2a is then the second pump unit 2b connected in parallel in terms of flow.
  • the pressure line 24a of the first pump unit 2a opens into a 3/2-way valve 26, which is preferably designed as an electromagnetic valve, or generally a changeover valve 26, from which optionally the first branch 24a ', which opens into the delivery line 3, or the second branch 24a "opening in the suction line 23b of the second pump unit 2b can be activated.
  • a 3/2-way valve 26 which is preferably designed as an electromagnetic valve, or generally a changeover valve 26, from which optionally the first branch 24a ', which opens into the delivery line 3, or the second branch 24a "opening in the suction line 23b of the second pump unit 2b can be activated.
  • the pressure regulator 12a is active and is thus positioned in the delivery line 3 a pressure of 3.5 bar, the changeover valve 26 or the latter 3/2-way valve 26 switched such that the first Pump unit 2a the fuel via the branch 24a 'in the delivery line 3 promotes. As a result, the first pump unit 2a is then the second pump unit 2b connected in parallel in terms of flow.
  • the switch valve becomes at the same time 26 switched such that the first pump unit 2a the fuel via the branch 24a "to the suction side of the second pump unit 2b and thus in the suction line 23 b promotes. So that's the first Pump unit 2a with the second pump unit 2b in terms of flow connected in series, making it simple and efficient The required increased pressure level of 6 bar can be generated.
  • the associated switching position of the changeover valve designed as a 3/2-way valve 26 is otherwise shown at reference number 26 '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff aus einem Tank über eine Förderleitung zur Brennkraftmaschine fördernden Kraftstoffpumpe sowie mit einem Druckregler, der den für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruck wahlweise auf unterschiedliche Druckniveaus einstellt. Um Heißstartprobleme oder generell Betriebsprobleme durch Dampfbalsenbildung einfach und sicher zu vermeiden, ist der Druckregler in der Förderleitung angeordnet und die Kraftstoffpumpe aus zwei Pumpenaggregaten gebildet, die in Abhängigkeit vom eingeregelten Druckniveau parallel oder in Reihe geschaltet fördern. Bevorzugt sind in der Förderleitung in Reihe zwei Druckregler mit unterschiedlichen Druck-Regelwerten angeordnet, die wahlweise durch Verbindung von deren Absteuerleitung mit einer im Tank mündenden Rückführleitung aktivierbar sind. Die beiden Pumpenaggregate können mittels eines Umschaltventiles oder selbsttätig mittels eines in einer geeignet angeordneten Leitungsverbindung vorgesehenen Druckbegrenzungsventiles in Abhängigkeit vom jeweils seitens des Druckreglers eingestellten Druckwert in Reihe oder parallel fördernd geschaltet werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff aus einem Tank über eine Förderleitung zur Brennkraftmaschine fördernden Kraftstoffpumpe sowie mit einem Druckregler, der den für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruck wahlweise auf unterschiedliche Druckniveaus einstellt. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 44 43 836 A1 verwiesen.
Generell, insbesondere jedoch bei in Kraftfahrzeugen eingebauten Brennkraftmaschinen, besteht das Problem, daß bei einem sog. Heißstart der Brennkraftmaschine eine ausreichende Menge von flüssigem Kraftstoff zur Verfügung gestellt werden muß, und zwar auch dann, wenn die sich beim vorhergehenden Abstellen und dem darauffolgenden Stillstand der Brennkraftmaschine in deren Umgebung (d.h. insbesondere im Bereich des Kraftfahrzeug-Motorraumes) befindende Kraftstoffmenge aufgrund der hohen Umgebungstemperatur zumindest teilweise in den dampfförmigen Zustand übergegangen ist, so daß sich im der Brennkraftmaschine nahen Kraftstoffzuführsystem Dampfblasen bilden. Um dennoch einen sicheren Heißstart der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, kann der Kraftstoffdruck unter diesen Umständen zumindest kurzzeitig erhöht werden, so wie dies in der eingangs genannten Schrift vorgeschlagen und beschrieben ist.
Grundsätzlich ließe sich die beschriebene Heißstart-Problematik, die im übrigen auch im Heißbetrieb bei geringem Kraftstoff-Bedarf der Brennkraftmaschine (also bspw. im Stop-and-Go-Betrieb des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges) auftreten kann, durch Einsatz einer entsprechend leistungsstärkeren Kraftstoffpumpe - üblicherweise kommen hierfür elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpen zum Einsatz - lösen, jedoch ist dies unter Wirtschaftlichkeits- und Wirkungsgrad-Aspekten unerwünscht. Bei hohem Kraftstoff-Bedarf der Brennkraftmaschine ist bspw. ein sog. für die Brennkraftmaschine relevanter Kraftstoffdruck von 3,5 bar ausreichend, während für den Heißstart und ggf. auch für den Heißbetrieb im Hinblick auf die beschriebene Dampfblasenbildung ein "relevanter" Kraftstoffdruck von bspw. 6 bar erwünscht wäre. Im übrigen kann auch ein Kaltstart einer Brennkraftmaschine einen kritischen Betriebszustand darstellen, da trotz möglicherweise reduzierter elektrischer Spannung zum Betrieb der Kraftstoffpumpe ein ausreichend hohes Kraftstoffdruck-Niveau bereitgestellt werden muß.
Wenn unter diesen genannten kritischen Betriebszuständen die von der Brennkraftmaschine benötigte Kraftstoffmenge relativ gering ist, kann auf relativ einfache Weise auch mit einer leistungsschwächeren Kraftstoffpumpe das Druckniveau von 6 bar erzeugt werden, wenn ein üblicherweise vorhandener Druckregler, der das üblicherweise geforderte Druckniveau von 3,5 bar (bspw.) einstellt, geeignet verstimmt wird. In der bereits genannten DE 44 43 836 A1 ist dieser Druckregler in einer von der Förderleitung der Kraftstoffpumpe abzweigenden und im Kraftstofftank mündenden Rücklaufleitung angeordnet. Wird nun diese Rücklaufleitung stromab des Druckreglers abgesperrt oder zumindest gedrosselt, so führt dies aufgrund der geringeren in den Tank zurück geförderten Kraftstoffmenge zwangsläufig zu einem Druckaufbau bzw. zu einer Drucküberhöhung in der Förderleitung, so daß zumindest in diesen zeitlich deutlich beschränkten Betriebszuständen ein überhöhter Kraftstoffdruck von bspw. 6 bar bereitgestellt werden kann.
Die geschilderte Start- und/oder Heißbetrieb-Problematik stellt sich im übrigen auch bei mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschinen ein, bei denen einerseits mit dem von der genannten (elektrischen) Kraftstoffpumpe bereitgestellten Kraftstoffdruck die Brennkraftmaschine gestartet wird und andererseits an oder nahe der Brennkraftmaschine (und somit im ggf. abermals sehr heißen Motorraum eines Kraftfahrzeuges) eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe angeordnet ist, für welche die bislang genannte und stromauf des besagten Druckreglers angeordnete Kraftstoffpumpe quasi eine Vorförderpumpe darstellt. Beim sog. für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruck handelt es sich dann um den an der Saugseite der Kraftstoff-Hochdruckpumpe anliegenden Kraftstoffdruck. Auch dieser Druck sollte unter üblichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bspw. in der Größenordnung von 3,5 bar liegen, in den genannten kritischen Start- und/oder Heißbetrieb-Bedingungen jedoch abermals im Bereich von 6 bar.
Dabei ist hier jedoch das aus der bereits mehrfach genannten DE 44 43 836 A1 bekannte Prinzip zur Erhöhung des für die Brennkraftmaschine relevanten bzw. an der Saugseite einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe anliegenden Druckniveaus praktisch nicht umsetzbar, da die Förderleistung der bisher üblichen Kraftstoffpumpe hierfür nicht ausreichend ist, d.h. eine bisher übliche Kraftstoffpumpe, die in ausreichender Menge Kraftstoff unter einem Druckniveau von bspw. 3,5 bar (gemessen gegenüber Atmosphärendruck) bereitstellen kann, ist nicht der Lage, die benötigte Kraftstoffmenge auch unter einem Druckniveau von 6 bar sicher zur Verfügung zu stellen.
Die technisch einfachste Lösung zur Erzielung eines ausreichend hohen Druckniveaus bei Sicherstellung der geforderten Kraftstoff-Fördermenge könnte somit neben einem Druckregler, der den für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruck stets auf ein erhöhtes Druckniveau von bspw. 6 bar einstellt, eine entsprechend leistungsstarke Kraftstoffpumpe sein. Eine derartige Kraftstoffversorgungsanlage ist als zumindest interner Stand der Technik in der beigefügten Figur 3 dargestellt und wird im folgenden erläutert:
Mit der Bezugsziffer 1 ist der Kraftstoff-Tank eines Kraftfahrzeuges bezeichnet, in welchem eine Elektro-Kraftstoffpumpe 2 angeordnet ist, die über eine Förderleitung 3 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 den von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine benötigten Kraftstoff zur Verfügung stellt. Die bspw. mechanisch von der Brennkraftmaschine angetriebene Hochdruckpumpe 4 fördert dabei den von der elektrischen Kraftstoffpumpe 2 bereitgestellten Kraftstoff unter sehr hohem Druck (bspw. in der Größenordnung von 130 bar) in eine an der Brennkraftmaschine vorgesehene Einspritzleiste 5, von welcher aus die den einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylindern zugeordneten, lediglich symbolisch dargestellten Kraftstoff-Einspritzventile 6 versorgt werden. Von der Hochdruckpumpe 4 zweigt ferner unter Zwischenschaltung eines Absperrventiles 9 eine Leckageleitung 10 ab, die in einer in den Tank 1 führenden Rückführleitung 11 mündet, und über die geringe Kraftstoff-Leckmengen der Hochdruckpumpe 4 abgeführt werden.
In der Förderleitung 3 ist stromauf der Hochdruckpumpe 4 ein Druckregler 12 angeordnet, von dem eine in der bereits genannten Rückführleitung 11 mündende Absteuerleitung 22 abzweigt, so daß der Druckregler 12 lediglich eine solche Kraftstoffmenge über die Förderleitung 3 der Hochdruckpumpe 4 zur Verfügung stellt, daß sich unter normalen Betriebsbedingungen dort, d.h. an deren Saugseite, der sog. für die Brennkraftmaschine relevante Druck von bspw. 6 bar (gemessen als Differenzdruck gegenüber der Umgebung) einstellt. Die für die Erreichung dieses relevanten Druckes überschüssige, von der Kraftstoffpumpe 2 geförderte und daher nicht benötigte Kraftstoffmenge wird vom Druckregler 12 über die Absteuerleitung 22 sowie die Rückführleitung 11 in den Tank 1 zurückgeführt. Dem Druckregler 12 ist ein Kraftstoff-Filter 13 vorgeschaltet, jedoch ist dies unwesentlich. Ferner ist zwischen der Kraftstoffpumpe 2 und dem Filter 13 ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) vorgesehen, so daß es bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine nurmehr erforderlich ist, gleichzeitig das bereits genannte Absperrventil 9 zu schließen, um sicherzustellen, daß auch bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine zumindest für einen gewissen Zeitraum stromauf der Hochdruckpumpe 4 der sog. für die Brennkraftmaschine relevante Kraftstoffdruck (von bspw. 6 bar als Differenzdruck) aufrecht erhalten wird bzw. bleibt.
Der soweit bekannte Stand der Technik ist insofern unbefriedigend, als eine entsprechend leistungsstarke Kraftstoffpumpe 2 eingesetzt werden muß, die in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine die benötigte Kraftstoffmenge unter dem relativ hohen Druckniveau von bspw. 6 bar bereitstellen kann. Diese üblicherweise elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe benötigt nicht nur unerwünscht viel Energie, sondern verursacht eine verstärkte Erwärmung im Kraftstoffsystem, d.h. es wird grundsätzlich eine größere Kraftstoffmenge umgewälzt, die sich dabei erwärmt. Ferner verursachen leistungsstärkere Kraftstoffpumpen höhere Geräusche und sind teuerer, was im übrigen auch für eine alternative Ausbildung mit einer hinsichtlich ihrer Förderleistung bevorzugt elektronisch bedarfsgeregelten Elektro-Kraftstoffpumpe gilt.
Demgegenüber Verbesserungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Druckregler in der Förderleitung angeordnet ist und daß die Kraftstoffpumpe aus zwei Pumpenaggregaten gebildet ist, die in Abhängigkeit vom eingeregelten Druckniveau parallel oder in Reihe geschaltet fördern. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß kann die Fördercharakteristik der Kraftstoffpumpe an das jeweils geforderte bzw. durch den Druckregler eingestellte Druckniveau angepaßt werden. Dies ist einfach und auf besonders vorteilhafte Weise dadurch erreichbar, daß die Kraftstoffpumpe zumindest zwei Pumpenstufen aufweist oder überhaupt aus zwei einzelnen Pumpen besteht - (beide genannten Varianten sollen unter den gewählten Begriff eines "Pumpenaggregates" fallen)- , die in unterschiedlicher Weise strömungstechnisch zueinander geschaltet werden können.
Sind die Pumpenaggregate in Reihe geschaltet, so liegt an der Saugseite des nachgeschalteten Pumpenaggregates bereits Kraftstoff mit einem erhöhten Druckniveau vor, nämlich demjenigen, das vom vorgeschalteten Pumpenaggregat bereitgestellt wird. Beispielsweise sei jedes der Pumpenaggregate in der Lage, einen Förderdruck von 3 bar zu erzeugen, so daß der Kraftstoffdruck auf der Druckseite des Aggregates um 3 bar über demjenigen auf der Saugseite des Aggregates liege. Sind die Pumpenaggregate dann in Reihe geschaltet, so kann (unter vereinfachter Betrachtungsweise) ausgehend von der Saugseite des vorgeschalteten Pumpenaggregates auf der Druckseite des nachgeschalteten Pumpenaggregates ein Druckniveau von 6 bar (= 3 bar + 3 bar) erzeugt werden.
Sind hingegen die Pumpenaggregate parallel geschaltet, so stellt sich auf deren gemeinsamer, strömungstechnisch durch Parallelschaltung bzw. Nebeneinander-Anordnung miteinander verknüpfter Druckseite zwar lediglich ein Druckniveau von 3 bar ein, jedoch kann dann vorteilhafterweise (abermals vereinfacht betrachtet) die doppelte Kraftstoffmenge gefördert bzw. bereitgestellt werden, als wenn die beiden Pumpenaggregate in Reihe geschaltet sind.
Der besondere Vorteil einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage liegt nun darin, daß mit relativ geringem Aufwand und dabei wirkungsgradoptimal und ohne die im bisherigen Stand der Technik auftretenden Nacheile in Kauf nehmen zu müssen, für unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine jeweils die geforderte Kraftstoffmenge unter einem günstigen Druckniveau bereitgestellt werden kann. Wird nämlich seitens der Brennkraftmaschine eine große Kraftstoffmenge nachgefragt, so ist ein niedrigeres Kraftstoff-Druckniveau vollkommen ausreichend, während dann, wenn ein hohes Druckniveau erforderlich ist, eine zumindest geringfügig verringerte Kraftstoffmenge nachgefragt wird.
Diesen Anforderungen kann die vorgeschlagene Kraftstoffversorgungsanlage vollständig gerecht werden. Mittels des unterschiedliche Druckniveaus einstellenden Druckreglers kann das für den jeweiligen Betriebszustand günstigste Druckniveau für den für die Brennkraftmaschine relevanten Druck eingestellt werden. Da zumeist zwei unterschiedliche Druckniveaus, nämlich ein höheres (von bspw. 6 bar Überdruck gegenüber Atmosphäre) sowie ein niedrigeres (von bspw. 3,5 bar Überdruck) ausreichend sind, können im Hinblick auf einen besonders einfachen und dabei sicheren Aufbau eines derartigen variablen Druckreglers in der Förderleitung in Reihe zwei Druckregler mit unterschiedlichen Druck-Regelwerten angeordnet sein, die wahlweise durch Verbindung von deren Absteuerleitung mit einer im Tank mündenden Rückführleitung aktivierbar sind.
In Abhängigkeit vom jeweils gewünschten Druckniveau werden dann die Pumpenaggregate der Kraftstoffpumpe entweder in Reihe geschaltet, wodurch einfach ein höherer Druck bei geringerer Fördermenge bereitgestellt werden kann, oder es werden die Pumpenaggregate parallel zueinander geschaltet, wodurch bei niedrigerem Förderdruck effizient und einfach eine höhere Fördermenge angeboten werden kann.
Dabei können die beiden Pumpenaggregate der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe mittels eines Umschaltventiles oder selbsttätig mittels eines in einer geeignet angeordneten Leitungsverbindung vorgesehenen Druckbegrenzungsventiles in Abhängigkeit vom jeweils seitens des Druckreglers eingestellten Druckwert in Reihe oder parallel fördernd geschaltet werden, wie auch aus den beiden im folgenden erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung hervorgeht. In den beigefügten Figuren 1 und 2 sind dabei erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlagen dargestellt, und zwar anknüpfend an die bereits erläuterte Stand-der-Technik-Darstellung nach Figur 3, wobei für gleiche Elemente jeweils gleiche Bezugsziffern verwendet sind.
Bei beiden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1, 2 ist der in der Förderleitung 3 angeordnete Druckregler 12 quasi aus zwei in Reihe geschalteten Druckreglern 12a, 12b mit unterschiedlichen Druck-Regelwerten zusammengesetzt, wobei von jedem Druckregler 12a, 12b eine Absteuerleitung 22a bzw. 22b abzweigt, von denen wahlweise eine über ein bevorzugt als Elektromagnetventil ausgebildetes 3/2-Wege-Ventil 20 mit der zum Tank 1 führenden Rückführleitung 11 verbindbar ist. Bei den beiden Druckreglern 12a, 12b handelt es sich dabei um an sich übliche mechanische Druckregler, die durch Absteuerung einer gewissen Fluid- bzw. hier Kraftstoffmenge in die Rückführleitung 11 in der Förderleitung 3 ein bestimmtes Druckniveau einstellen. Üblicherweise wird dieses Druckniveau gegenüber dem Atmosphärendruck definiert, d.h. ein üblicher Druckregler erhält als sog. Eingangs-Steuerdruck den Atmosphärendruck, so daß der eingeregelte Fluid-Druck in der Förderleitung 3 als Differenzdruck gegenüber dem Atmosphärendruck bestimmt ist.
Der hier direkt stromab des Filters 13 vorgesehene Druckregler 12a stelle bspw. ein Druckniveau von 3,5 bar ein, wenn seine Absteuerleitung 22a über das 3/2-Wege-Ventil 20 mit der Rückführleitung 11 verbunden ist. Ist diese Verbindung durch Umschaltung des 3/2-Wege-Ventiles 20 jedoch unterbrochen, so ist dieser erste Druckregler 12a nicht aktiv. Gleichzeitig ist dann die Verbindung zwischen der Absteuerleitung 22b des zweiten Druckreglers 12b und der Rückführleitung 11 hergestellt, so daß der letztgenannte Druckregler 12b aktiviert wird bzw. ist, der in der Förderleitung 3 ein gegenüber dem Druckregler 12a höheres Druckniveau von bspw. 6 bar einstellt. Die hierfür zugehörige Schaltposition des 3/2-Wegeventiles ist im übrigen unter der Bezugsziffer 20' dargestellt, wobei diese Position insbesondere für den Start der Brennkraftmaschine sowie im Heißbetrieb derselben gewählt wird, während die unter der Bezugsziffer 20 dargestellte Schaltposition und das hieraus resultierende niedrigere Druckniveau von 3,5 bar im üblichen Betrieb der Brennkraftmaschine relevant sein soll.
Nun gilt es, die Fördercharakteristik der Elektro-Kraftstoffpumpe 2 an das jeweils gewählte Druckniveau in der Förderleitung 3 anzupassen. Dabei besteht die Kraftstoffpumpe 2 aus zwei elektrisch angetriebenen Pumpenaggregaten 2a, 2b, die in Abhängigkeit vom eingeregelten Druckniveau den Kraftstoff aus dem Tank 1 entweder parallel oder in Reihe geschaltet fördern können. Jedem Pumpenaggregat 2a, 2b ist dabei eine Saugleitung 23a, 23b zugeordnet, wobei in der letztgenannten ein zum Pumpenaggregat 2b hin öffnendes Rückschlagventil 27b vorgesehen ist.
Die Druckleitung 24b des zweiten Pumpenaggregates 2b mündet direkt in der Förderleitung 3, während sich die Druckleitung 24a des ersten Pumpenaggregates 2a in zwei Teilzweige 24a', 24a" verzweigt bzw. verzweigen kann.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mündet der erste Teilzweig 24a' der Druckleitung 24a des ersten Pumpenaggregates 2a unter Passieren eines Rückschlagventiles 27a in der Förderleitung 3, während der zweite Teilzweig 24a", in dem ein Druckbegrenzungsventil 25 angeordnet ist, in der Saugleitung 23b des zweiten Pumpenaggregates 2b mündet. Das Druckbegrenzungsventil 25 ist auf den niedrigeren Druckregelwert des Druckreglers 12 hin ausgelegt, d.h. hier in etwa auf den Druckwert von 3,5 bar des Druckreglers 12a.
Ist also der Druckregler 12a aktiv und stellt sich somit in der Förderleitung 3 ein Druck von 3,5 bar ein, so ist aufgrund des Druckbegrenzungsventiles 25 der Teilzweig 24a" gesperrt, so daß das erste Pumpenaggregat 2a den Kraftstoff über den Teilzweig 24a' in die Förderleitung 3 fördert. Demzufolge ist dann das erste Pumpenaggregat 2a dem zweiten Pumpenaggregat 2b strömungstechnisch parallel geschaltet.
Ist hingegen der Druckregler 12b aktiv und ist somit in der Förderleitung 3 ein Druck von 6 bar eingestellt, so wird das Druckbegrenzungsventil 25 und somit der Teilzweig 24a" geöffnet, so daß das erste Pumpenaggregat 2a den Kraftstoff praktisch vollständig über den Teilzweig 24a" in einen Bereich niedrigeren Druckes, nämlich zur Saugseite des zweiten Pumpenaggregates 2b und somit in dessen Saugleitung 23 b fördert. Demzufolge ist dann das erste Pumpenaggregat 2a mit dem zweiten Pumpenaggregat 2b strömungstechnisch in Reihe geschaltet, wodurch auf einfache und wirkungsgradoptimale Weise das geforderte erhöhte Druckniveau von 6 bar erzeugt werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 mündet die Druckleitung 24a des ersten Pumpenaggregates 2a in einem bevorzugt als Elektromagnetventil ausgebildeten 3/2-Wege-Ventil 26 bzw. allgemein Umschaltventil 26, von dem aus wahlweise der erste Teilzweig 24a', der in der Förderleitung 3 mündet, oder der zweite in der Saugleitung 23b des zweiten Pumpenaggregates 2b mündende Teilzweig 24a" aktivierbar ist.
Ist durch entsprechende Ansteuerung des weiter oben genannten 3/2-Wege-Ventiles 20 der Druckregler 12a aktiv und stellt sich somit in der Förderleitung 3 ein Druck von 3,5 bar ein, so wird gleichzeitig das Umschaltventil 26 bzw. letztgenannte 3/2-Wege-Ventil 26 derart geschaltet, daß das erste Pumpenaggregat 2a den Kraftstoff über den Teilzweig 24a' in die Förderleitung 3 fördert. Demzufolge ist dann das erste Pumpenaggregat 2a dem zweiten Pumpenaggregat 2b strömungstechnisch parallel geschaltet.
Ist hingegen durch entsprechende Ansteuerung des weiter oben genannten 3/2-Wege-Ventiles 20 der Druckregler 12b aktiv und stellt sich somit in der Förderleitung 3 ein Druck von 6 bar ein, so wird gleichzeitig das Umschaltventil 26 derart geschaltet, daß das erste Pumpenaggregat 2a den Kraftstoff über den Teilzweig 24a" zur Saugseite des zweiten Pumpenaggregates 2b und somit in dessen Saugleitung 23 b fördert. Demzufolge ist dann das erste Pumpenaggregat 2a mit dem zweiten Pumpenaggregat 2b strömungstechnisch in Reihe geschaltet, wodurch auf einfache und wirkungsgradoptimale Weise das geforderte erhöhte Druckniveau von 6 bar erzeugt werden kann. Die zugehörige Schaltposition des als 3/2-Wege-Ventil ausgebildeten Umschaltventiles 26 ist im übrigen unter der Bezugsziffer 26' dargestellt.
Selbstverständlich kann eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So können sich die einzelnen elektrisch angetriebenen Pumpenaggregate 2a, 2b hinsichtlich ihrer Förderleistung unterscheiden, um das mögliche Verbesserungspotenzial noch stärker ausnutzen zu können, d.h. ein druckstabileres Kraftstoff-Pumpwerk mit relativ geringer Fördermenge und damit noch besserem Wirkungsgrad sowohl beim Start als auch bei laufender Brennkraftmaschine zu erzielen. Dabei kann der genannte Druckregeler auch elektronisch arbeiten, d.h. der gewünschte Kraftstoffdruck kann auf elektronischem Wege eingeregelt werden, wobei aber auch ein einziger mechanisch arbeitender Druckregler vorgesehen sein kann, der bedarfsabhängig auf unterschiedliche einzuregelnde Druckniveaus einstellbar ist. Stets erhält man mit den relevanten Merkmalen eine Kraftstoffversorgungsanlage, die sich auch bei hohen Umgebungstemperaturen und somit bei der Gefahr von Dampfblasenbildung im Kraftstoffsystem mit relativ einfachen Mitteln durch höchste Funktionssicherheit auszeichnet. Ziel der beschriebenen Umschaltung der Elektro-Kraftstoffpumpen ist es, die höheren für einen Start der Brennkraftmaschine benötigten Kraftstoff-Druckwerte realisieren zu können, ohne die Kraftstoffpumpe derart stark auslegen zu müssen, daß sie im üblichen Betriebszustand bei laufender Brennkraftmaschine mit zu hoher Leistungs- bzw. Stromaufnahme arbeitet, was im übrigen auch durch eine elektronische Leistungs-Regelung der Kraftstoffpumpe vermieden werden kann, allerdings auf aufwendigere Weise als mit der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste:
1
Kraftstoff-Tank
2
Kraftstoffpumpe
2a,b
Pumpenaggregat
3
Förderleitung
4
(Kraftstoff-) Hochdruckpumpe
5
Einspritzleiste
6
Kraftstoff-Einspritzventil
7
Druckbegrenzungsventil (in 5)
8
Absteuerleitung
9
Absperrventil
10
Leckageleitung
11
Rückführleitung
12,a,b
Druckregler
13
Kraftstoff-Filter
20
3/2-Wege-Ventil
20'
andere Schaltposition von 20
22,a,b
Absteuerleitung
23a,b
Saugleitung
24a,b
Druckleitung
24a',a"
Teilzweig von 24a
25
Druckbegrenzungsventil
26
Umschaltventil
27a,b
Rückschlagventil

Claims (4)

  1. Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff aus einem Tank (1) über eine Förderleitung (3) zur Brennkraftmaschine fördernden Kraftstoffpumpe (2) sowie mit einem Druckregler (12), der den für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruck wahlweise auf unterschiedliche Druckniveaus einstellt, wobei der Druckregler (12) in der Förderleitung (3) angeordnet ist und die Kraftstoffpumpe (2) aus zwei Pumpenaggregaten (2a, 2b) gebildet ist, die in Abhängigkeit vom eingeregelten Druckniveau parallel oder in Reihe geschaltet fördern.
  2. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpenaggregate (2a, 2b) mittels eines Umschaltventiles (26) oder selbsttätig mittels eines in einer geeignet angeordneten Leitungsverbindung vorgesehenen Druckbegrenzungsventiles (25) in Abhängigkeit vom jeweils seitens des Druckreglers (12) eingestellten Druckwert in Reihe oder parallel fördernd geschaltet werden.
  3. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei in der Förderleitung (3) in Reihe zwei Druckregler (12a, 12b) mit unterschiedlichen Druck-Regelwerten angeordnet sind, die wahlweise durch Verbindung von deren Absteuerleitung (22a, 22b) mit einer im Tank (1) mündenden Rückführleitung (11) aktivierbar sind.
  4. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (3) stromab des Druckreglers (12) an der Saugseite einer für die KraftstoffDirekteinspritzung vorgesehenen Hochdruckpumpe (4) mündet und an dieser Stelle Kraftstoff unter dem für die Brennkraftmaschine relevanten Druck bereitstellt und daß eine von der Hochdruckpumpe (4) wegführende Leckageleitung (10) in der vom Druckregler (12) abzweigenden Rückführleitung (11) mündet.
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