EP1124054B1 - Fuel supply system for a combustion engine - Google Patents
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- EP1124054B1 EP1124054B1 EP01101901A EP01101901A EP1124054B1 EP 1124054 B1 EP1124054 B1 EP 1124054B1 EP 01101901 A EP01101901 A EP 01101901A EP 01101901 A EP01101901 A EP 01101901A EP 1124054 B1 EP1124054 B1 EP 1124054B1
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- 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
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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
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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 a fuel pump from a tank via a feed line to the engine promoting fuel pump and a pressure regulator, which adjusts the fuel pressure relevant for the internal combustion engine optionally to different pressure levels.
- a fuel supply system for an internal combustion engine with a fuel pump from a tank via a feed line to the engine promoting fuel pump and a pressure regulator, which adjusts the fuel pressure relevant for the internal combustion engine optionally to different pressure levels.
- the described hot start problem which can also occur in hot operation with low fuel requirements of the internal combustion engine (ie, for example.
- a so-called fuel pressure of 3.5 bar is sufficient for the internal combustion engine, 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, for example. 6 bar would be desirable.
- a cold start of an internal combustion engine can also represent a critical operating state since, despite possibly reduced electrical voltage for operating the fuel pump, a sufficiently high fuel pressure level must be provided.
- the pressure level of 6 bar can be generated in a relatively simple manner with a lower performance fuel pump, if a commonly existing pressure regulator, the usually required pressure level of 3.5 bar (eg) adjusts, is properly detuned.
- this pressure regulator is arranged in a branching off from the delivery line of the fuel pump and opening into the fuel tank return line. If now this return line downstream of the pressure regulator shut off or at least throttled, this inevitably leads to a pressure build-up or pressure increase in the delivery line due to the smaller amount of fuel pumped back into the tank, so that at least in these temporally clearly limited operating conditions an excessive fuel pressure of For example, 6 bar can be provided.
- the described start and / or hot operation problem arises, moreover, even in working with direct fuel injection internal combustion engines, in which on the one hand started with the provided by said (electric) fuel pump fuel pressure, the internal combustion engine is on the other hand, at or near the internal combustion engine (and thus in possibly again very hot engine compartment of a motor vehicle) a high-pressure fuel pump is arranged, for which the previously mentioned and upstream of said pressure regulator arranged fuel pump is virtually a prefeed pump.
- relevant fuel pressure is then applied to the suction side of the high pressure fuel pump fuel pressure.
- this pressure should be under the usual operating conditions of the internal combustion engine, for example, in the order of 3.5 bar, in the mentioned critical start and / or hot operating conditions, but again in the range of 6 bar.
- the technically simplest solution for achieving a sufficiently high pressure levels while ensuring the required fuel flow rate could thus be a correspondingly powerful fuel pump in addition to a pressure regulator, which always adjusts the fuel pressure relevant to the internal combustion engine to an elevated pressure level of, for example, 6 bar.
- a fuel supply system is shown as at least internal prior art in the attached Figure 3 and is explained below:
- the reference numeral 1 the fuel tank of a motor vehicle is referred to, in which an electric fuel pump 2 is arranged, which provides via a delivery line 3 of a high-pressure fuel pump 4, the fuel required by an internal combustion engine, not shown.
- the example Mechanically driven by the internal combustion engine high-pressure pump 4 thereby promotes the fuel provided by the electric fuel pump 2 under very high pressure (eg.
- a pressure regulator 12 is disposed upstream of the high-pressure pump 4, from which branches off in the already mentioned return line 11 Abêttechnisch 22 so that the pressure regulator 12 provides only such a quantity of fuel via the delivery line 3 of the high-pressure pump 4, that Under normal operating conditions there, ie at the suction side, the so-called.
- relevant pressure of, for example, 6 bar (measured as differential pressure relative to the environment) adjusts.
- the amount of fuel required for achieving this relevant pressure which is conveyed by the fuel pump 2 and therefore not required, is returned by the pressure regulator 12 via the discharge line 22 and the return line 11 into the tank 1.
- the pressure regulator 12 is preceded by a fuel filter 13, but this is negligible.
- a check valve (not shown) is provided between the fuel pump 2 and the filter 13, so that it is only necessary at a shutdown of the internal combustion engine, at the same time to close the already mentioned shut-off valve 9, to ensure that even at a standstill of the internal combustion engine at least for a certain period upstream of the high-pressure pump 4, the so-called.
- relevant fuel pressure eg. 6 Bar as differential pressure
- a fuel supply system according to the preamble of claim 1 is known from the document DE 195 30 261 A1.
- the pressure regulator is arranged in the delivery line and that the fuel pump is formed from two pump units, which promote parallel or in series depending on the adjusted pressure level.
- the delivery characteristics of the fuel pump can be adapted to the respectively required or adjusted by the pressure regulator pressure level. This can be achieved simply and in a particularly advantageous manner by the fuel pump having at least two pump stages or even consists of two individual pumps - (both variants are to fall under the chosen term of a "pump unit") -, which can be switched in different ways fluidically to each other.
- the pump units are connected in parallel, only their pressure level is set to 3 bar on their common pressure side connected by parallel connection or side-by-side arrangement, however, twice the fuel quantity can then advantageously be conveyed or provided (again simplified) as if the two pump sets are connected in series.
- the particular advantage of a fuel system according to the invention lies in the fact that, with relatively little effort and efficiency and without the disadvantages of the prior art, it has to be accepted for different operating states of the internal combustion engine the required fuel quantity can be provided at a favorable pressure level , Will namely by the When a large quantity of fuel is demanded from the internal combustion engine, a lower fuel pressure level is perfectly adequate, whereas when a high pressure level is required, an at least slightly reduced fuel quantity is demanded.
- the pressure level adjusting pressure regulator By means of the pressure level adjusting pressure regulator, the most favorable pressure level for the respective operating state can be set for the pressure relevant to the internal combustion engine. Since usually two different pressure levels, namely a higher (of eg 6 bar overpressure compared to the atmosphere) and a lower (of eg 3.5 bar overpressure) are sufficient, with regard to a particularly simple and yet safe construction of such a variable pressure regulator be arranged in the delivery line in series two pressure regulator with different pressure control values, which can be selectively activated by connecting their Ab Kunststofftechnisch with an opening in the tank return line.
- the pump units of the fuel pump are then connected either in series, whereby simply a higher pressure can be provided at a lower flow rate, or the pump units are connected in parallel, which efficiently and simply offers a higher flow rate at lower delivery pressure can.
- the two pump units of the inventive fuel pump by means of a switching valve or automatically by means provided in a suitably arranged line connection pressure relief valve in response to each set by the pressure regulator pressure value in series or parallel can be switched promotional, such as also apparent from the two explained below preferred embodiments of the invention.
- fuel supply systems according to the invention are shown, and in the process of the already explained prior art representation of Figure 3, wherein the same reference numerals are used for the same elements.
- the pressure regulator 12 arranged in the delivery line 3 is quasi composed of two pressure regulators 12a, 12b connected in series with different pressure control values, wherein a discharge line 22a or 22b branches off from each pressure regulator 12a, 12b. of which either a preferably designed as a solenoid valve 3/2-way valve 20 with the leading to the tank 1 return line 11 is connectable.
- these are conventional mechanical pressure regulators that set a specific pressure level by controlling a certain amount of fluid or fuel quantity in the return line 11 in the delivery line 3.
- this pressure level is defined against the atmospheric pressure, i. a conventional pressure regulator receives the so-called.
- Input control pressure the atmospheric pressure, so that the adjusted fluid pressure in the delivery line 3 is determined as a differential pressure to the atmospheric pressure.
- the pressure regulator 12a provided here directly downstream of the filter 13 sets, for example, a pressure level of 3.5 bar when its diversion line 22a is connected to the return line 11 via the 3/2-way valve 20. However, this connection is interrupted by switching the 3/2-way valve 20, so this first pressure regulator 12a is not active. At the same time then the connection between the Abêttechnisch 22 b of the second pressure regulator 12 b and the return line 11 is made, so that the latter pressure regulator 12b is activated or is, which sets in the delivery line 3 a relation to the pressure regulator 12a higher pressure level of, for example, 6 bar.
- the associated switching position of the 3/2-way valve is otherwise shown by the reference numeral 20 ', this position is selected in particular for the start of the engine and in hot operation thereof, while the switching position shown under the reference numeral 20 and the resulting lower pressure level 3.5 bar in normal operation of the internal combustion engine should be relevant.
- the fuel pump 2 consists of two electrically driven pump units 2a, 2b, depending on the adjusted pressure level, the fuel from the tank 1 can promote either parallel or connected in series.
- Each pump unit 2a, 2b is associated with a suction line 23a, 23b, wherein in the latter a to 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 can branch or branch into two sub-branches 24a ', 24a ".
- the first sub-branch 24a 'of the pressure line 24a of the first pump unit 2a flows while passing a check valve 27a in the delivery line 3, while the second sub-branch 24a "in which a pressure-limiting valve 25 is arranged in the suction line 23b of the second pump unit 2b, the pressure limiting valve 25 is at the lower pressure control value of the pressure regulator 12th out, ie here approximately to the pressure of 3.5 bar of the pressure regulator 12a.
- the partial branch 24a "is blocked due to the pressure limiting valve 25, so that the first pump unit 2a injects the fuel via the partial branch 24a 'into the As a result, the first pump unit 2a is then connected in parallel to the second pump unit 2b in terms of flow technology.
- the pressure regulator 12b is active and thus a pressure of 6 bar is set in the delivery line 3, then the pressure limiting valve 25 and thus the partial branch 24a "are opened, so that the first pumping unit 2a transfers the fuel virtually completely via the partial branch 24a" into a Area lower pressure, namely the suction side of the second pump unit 2b and thus in the suction line 23 b promotes. Accordingly, the first pump unit 2a is then fluidly connected in series with the second pump unit 2b, whereby the required increased pressure level of 6 bar can be generated in a simple and efficiency-optimal manner.
- the pressure line 24a of the first pump unit 2a opens into a preferably designed as a solenoid valve 3/2-way valve 26 or general switching valve 26, from which optionally the first sub-branch 24a ', which opens into the feed line 3, or the second in the suction line 23b of the second pump unit 2b opening partial branch 24a "can be activated.
- the pressure regulator 12a active and thus arises in the delivery line 3 a pressure of 3.5 bar, so at the same time the switching valve 26 and the latter 3/2-way valve 26 is switched such that the first pump unit 2 a promotes the fuel via the sub-branch 24 a 'in the delivery line 3. As a result, the first pump unit 2a is then connected in parallel to the second pump unit 2b in terms of flow.
- the pressure regulator 12b active and thus sets in the delivery line 3, a pressure of 6 bar, so the switching valve 26 is simultaneously switched such that the first pump unit 2a Accordingly, the first pump unit 2a is then fluidly connected in series with the second pump unit 2b, whereby the required increased pressure level of .1 in a simple and efficient manner
- the associated switching position of the switching valve 26 designed as a 3/2-way valve is otherwise indicated by the reference numeral 26 '.
- the individual electrically driven pump units 2a, 2b differ in terms of their capacity to exploit the potential for improvement even more, ie a pressure-stable fuel pumping station with relatively low flow and thus even better efficiency both at start and while the internal combustion engine achieve.
- said pressure regulator can also work electronically, ie, the desired fuel pressure can be adjusted electronically, but also a single mechanically operating pressure regulator can be provided, the demand depends on different Poloregelnde Pressure levels is adjustable.
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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.The invention relates to a fuel supply system for an internal combustion engine with a fuel pump from a tank via a feed line to the engine promoting fuel pump and a pressure regulator, which adjusts the fuel pressure relevant for the internal combustion engine optionally to different pressure levels. For technical reasons, reference is made, for example, to DE 44 43 836 A1.
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.In general, but especially in motor vehicles installed in internal combustion engines, there is the problem that in a so-called. Hot start the engine, a sufficient amount of liquid fuel must be provided, even if the previous shutdown and the subsequent shutdown of Internal combustion engine in whose environment (ie in particular in the area of the motor vehicle engine compartment) located fuel quantity has at least partially passed into the vapor state due to the high ambient temperature, so that form vapor bubbles in the internal combustion engine near fuel supply system. In order nevertheless to enable a safe hot start of the internal combustion engine, the fuel pressure can be increased under these circumstances, at least briefly, as proposed and described in the above-mentioned document.
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.In principle, the described hot start problem, which can also occur in hot operation with low fuel requirements of the internal combustion engine (ie, for example. In the stop-and-go operation of the motor vehicle driven by the internal combustion engine), by using a correspondingly powerful fuel pump - usually come for this electrically driven fuel pumps are used - solve, but this is undesirable in terms of efficiency and efficiency aspects. In the case of a high fuel requirement of the internal combustion engine, for example, a so-called fuel pressure of 3.5 bar is sufficient for the internal combustion engine, 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, for example. 6 bar would be desirable. Moreover, a cold start of an internal combustion engine can also represent a critical operating state since, despite possibly reduced electrical voltage for operating the fuel pump, a sufficiently high fuel pressure level must be provided.
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.If under these mentioned critical operating conditions, the fuel required by the engine fuel quantity is relatively low, the pressure level of 6 bar can be generated in a relatively simple manner with a lower performance fuel pump, if a commonly existing pressure regulator, the usually required pressure level of 3.5 bar (eg) adjusts, is properly detuned. In the already mentioned DE 44 43 836 A1 this pressure regulator is arranged in a branching off from the delivery line of the fuel pump and opening into the fuel tank return line. If now this return line downstream of the pressure regulator shut off or at least throttled, this inevitably leads to a pressure build-up or pressure increase in the delivery line due to the smaller amount of fuel pumped back into the tank, so that at least in these temporally clearly limited operating conditions an excessive fuel pressure of For example, 6 bar can be provided.
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.The described start and / or hot operation problem arises, moreover, even in working with direct fuel injection internal combustion engines, in which on the one hand started with the provided by said (electric) fuel pump fuel pressure, the internal combustion engine is on the other hand, at or near the internal combustion engine (and thus in possibly again very hot engine compartment of a motor vehicle) a high-pressure fuel pump is arranged, for which the previously mentioned and upstream of said pressure regulator arranged fuel pump is virtually a prefeed pump. When so-called. For the internal combustion engine relevant fuel pressure is then applied to the suction side of the high pressure fuel pump fuel pressure. Also, this pressure should be under the usual operating conditions of the internal combustion engine, for example, in the order of 3.5 bar, in the mentioned critical start and / or hot operating conditions, but again in the range of 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.Here, however, the well-known from the already repeatedly mentioned DE 44 43 836 A1 principle for increasing the relevant for the internal combustion engine or on the suction side of a high-pressure fuel pump pressure levels is practically unworkable because the flow rate of the usual fuel pump is not sufficient for this ie a hitherto conventional fuel pump, which can provide fuel in sufficient quantity at a pressure level of, for example, 3.5 bar (measured with respect to atmospheric pressure), is not able to safely provide the required amount of fuel even at a pressure level of 6 bar.
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.The technically simplest solution for achieving a sufficiently high pressure levels while ensuring the required fuel flow rate could thus be a correspondingly powerful fuel pump in addition to a pressure regulator, which always adjusts the fuel pressure relevant to the internal combustion engine to an elevated pressure level of, for example, 6 bar. Such a fuel supply system is shown as at least internal prior art in the attached Figure 3 and is explained below:
The
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.In the
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.The far known state of the art is unsatisfactory insofar as a correspondingly
Eine Kraftstoffversorgungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift DE 195 30 261 A1 bekannt.A fuel supply system according to the preamble of
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.On the other hand, to show improvements is the object of the present invention.
To solve this problem it is proposed that the pressure regulator is arranged in the delivery line and that the fuel pump is formed from two pump units, which promote parallel or in series depending on the adjusted pressure level. Advantageous developments are content of the dependent claims.
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.According to the invention, the delivery characteristics of the fuel pump can be adapted to the respectively required or adjusted by the pressure regulator pressure level. This can be achieved simply and in a particularly advantageous manner by the fuel pump having at least two pump stages or even consists of two individual pumps - (both variants are to fall under the chosen term of a "pump unit") -, which can be switched in different ways fluidically to each other.
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.If the pump units are connected in series, fuel is already present at the suction side of the downstream pump unit at an elevated pressure level, namely that which is provided by the upstream pump unit. For example, each of the pump units is able to produce a delivery pressure of 3 bar, so that the fuel pressure on the pressure side of the unit is 3 bar above that on the suction side of the unit. If the pump units are then connected in series, then a pressure level of 6 bar (= 3 bar + 3 bar) can be generated (from a simplified perspective) starting from the suction side of the upstream pump unit on the pressure side of the downstream pump unit.
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 efindungsgemäßen 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.If, on the other hand, the pump units are connected in parallel, only their pressure level is set to 3 bar on their common pressure side connected by parallel connection or side-by-side arrangement, however, twice the fuel quantity can then advantageously be conveyed or provided (again simplified) as if the two pump sets are connected in series.
The particular advantage of a fuel system according to the invention lies in the fact that, with relatively little effort and efficiency and without the disadvantages of the prior art, it has to be accepted for different operating states of the internal combustion engine the required fuel quantity can be provided at a favorable pressure level , Will namely by the When a large quantity of fuel is demanded from the internal combustion engine, a lower fuel pressure level is perfectly adequate, whereas when a high pressure level is required, an at least slightly reduced fuel quantity is demanded.
Diesen Anforderungen kann die vorgeschlagene Kraftstäffversorgungsanlage 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.These requirements can fully meet the proposed Kraftstäffversorgungsanlage. By means of the pressure level adjusting pressure regulator, the most favorable pressure level for the respective operating state can be set for the pressure relevant to the internal combustion engine. Since usually two different pressure levels, namely a higher (of
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.Depending on the pressure level desired in each case, the pump units of the fuel pump are then connected either in series, whereby simply a higher pressure can be provided at a lower flow rate, or the pump units are connected in parallel, which efficiently and simply offers a higher flow rate at lower delivery pressure can.
Dabei können die beiden Pumpenaggregate der efindungsgemäßen 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.In this case, the two pump units of the inventive fuel pump by means of a switching valve or automatically by means provided in a suitably arranged line connection pressure relief valve in response to each set by the pressure regulator pressure value in series or parallel can be switched promotional, such as also apparent from the two explained below preferred embodiments of the invention. In the accompanying figures 1 and 2 fuel supply systems according to the invention are shown, and in the process of the already explained prior art representation of Figure 3, wherein the same reference numerals are used for the same elements.
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.In both exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, the
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.The
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.It is now necessary to adapt the delivery characteristics of the
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.The pressure line 24b of the second pump unit 2b opens directly into the
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.In the embodiment according to FIG. 1, the
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.Thus, if the
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.If, on the other hand, the pressure regulator 12b is active and thus a pressure of 6 bar is set in the
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.In the embodiment according to FIG. 2, the
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.Is by appropriate control of the above-mentioned 3/2-
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.If, however, by appropriate control of the above-mentioned 3/2-
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.Of course, a variety of details, in particular of a constructive nature may well be designed differently from the embodiments shown, without departing from the content of the claims. Thus, the individual electrically driven
- 11
- Kraftstoff-TankFuel Tank
- 22
- KraftstoffpumpeFuel pump
- 2a,b2a, b
- Pumpenaggregatpump unit
- 33
- Förderleitungdelivery line
- 44
- (Kraftstoff-) Hochdruckpumpe(Fuel) high pressure pump
- 55
- EinspritzleisteFuel rail
- 66
- Kraftstoff-EinspritzventilFuel injection valve
- 77
- Druckbegrenzungsventil (in 5)Pressure relief valve (in 5)
- 88th
- Absteuerleitungdiversion line
- 99
- Absperrventilshut-off valve
- 1010
- Leckageleitungleakage line
- 1111
- RückführleitungReturn line
- 12,a,b12, a, b
- Druckreglerpressure regulator
- 1313
- Kraftstoff-FilterFuel filter
- 2020
- 3/2-Wege-Ventil3/2-way valve
- 20'20 '
- andere Schaltposition von 20other switching position of 20
- 22,a,b22, a, b
- Absteuerleitungdiversion line
- 23a,b23a, b
- Saugleitungsuction
- 24a,b24a, b
- Druckleitungpressure line
- 24a',a"24a ', a "
- Teilzweig von 24aSub branch of 24a
- 2525
- DruckbegrenzungsventilPressure relief valve
- 2626
- Umschaltventilswitching valve
- 27a,b27a, b
- Rückschlagventilcheck valve
Claims (4)
- A fuel supply system for an internal-combustion engine comprising a fuel pump (2) conveying the fuel from a tank (1) to the internal-combustion engine via a feed line (3) and a pressure regulator (12) which selectively sets the fuel pressure relevant to the internal-combustion engine to different pressure levels, wherein the pressure regulator (12) is arranged in the feed line (3), characterised in that the fuel pump (2) is formed from two pump units (2a, 2b) which feed, connected in parallel or in series, depending on the set pressure level.
- A fuel supply system according to claim 1, characterised in that the two pump units (2a, 2b) are connected to feed in series or in parallel by means of a change-over valve (26) or automatically by means of a pressure limitation valve (25) provided in a suitably arranged line connection, depending on the pressure value set, in each case, by the pressure regulator (12).
- A fuel supply system according to claim 1 or 2, wherein two pressure regulators (12a, 12b) with different pressure regulation values are arranged in series in the feed line (3) and can be activated selectively by connecting their diversion line (22a, 22b) to a return line (11) opening in the tank (1).
- A fuel supply system according to any one of the preceding claims, characterised in that the feed line (3) opens downstream from the pressure regulator (12) on the intake side of a high-pressure pump (4) provided for direct fuel injection and provides fuel at this point at the pressure relevant to the internal combustion engine and in that a leakage line (10) leading away from the high-pressure pump (4) opens in the return line (11) branching off from the pressure regulator (12).
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