EP1124055B1 - Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1124055B1
EP1124055B1 EP01100782A EP01100782A EP1124055B1 EP 1124055 B1 EP1124055 B1 EP 1124055B1 EP 01100782 A EP01100782 A EP 01100782A EP 01100782 A EP01100782 A EP 01100782A EP 1124055 B1 EP1124055 B1 EP 1124055B1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
fuel
pressure regulator
regulator
supply system
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01100782A
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English (en)
French (fr)
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EP1124055A2 (de
EP1124055A3 (de
Inventor
Simon Lösch
Christian Treml
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1124055A2 publication Critical patent/EP1124055A2/de
Publication of EP1124055A3 publication Critical patent/EP1124055A3/de
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Publication of EP1124055B1 publication Critical patent/EP1124055B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F02D41/3854—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped with elements in the low pressure part, e.g. low pressure pump
    • 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
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/08—Feeding by means of driven pumps electrically driven
    • F02M37/10—Feeding by means of driven pumps electrically driven submerged in fuel, e.g. in reservoir
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    • 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
    • F02M37/20—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 characterised by means for preventing vapour lock
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/02—Fuel evaporation in fuel rails, e.g. in common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel supply system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a fuel supply system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such is, for example, from DE 196 12 412 A known.
  • the described hot start problem which may 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 corresponding Solve more powerful fuel pump, but this is undesirable in terms of efficiency and efficiency aspects.
  • 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.
  • the described hot start and / or hot operation problem arises, moreover, even in working with direct fuel injection internal combustion engines, in which 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 represents the previously mentioned and upstream of the said pressure regulator arranged fuel pump quasi a prefeed pump.
  • a high-pressure fuel pump is arranged for which represents the previously mentioned and upstream of the said pressure regulator arranged fuel pump quasi a prefeed pump.
  • Fuel pressure is then the pressure 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 hot start and / or hot operating conditions, but again in the range of 6 bar, and at a cold start of the engine in the order from 5 bar.
  • the reference numeral 1 denotes the fuel tank of a motor vehicle in which a fuel pump 2 is arranged, which provides the fuel required by an internal combustion engine, not shown, via a delivery line 3 of a high-pressure fuel pump 4.
  • a fuel pump 2 which provides the fuel required by an internal combustion engine, not shown, via a delivery line 3 of a high-pressure fuel pump 4.
  • Mechanically driven by the internal combustion engine high-pressure pump 4 thereby promotes the fuel provided by the fuel pump 2 under very high pressure (eg. In the order of 130 bar) in a provided on the internal combustion engine injection rail 5, from which the individual Brennkraftmaschinen- Cylinders associated, only symbolically represented fuel injectors 6 are supplied.
  • a pressure relief valve 7 acting as a safety valve is arranged, which in an error case recirculates excess amount of fuel via a discharge line 8 to the suction side of the high-pressure pump 4.
  • a Abspenventiles 9 a leakage line 10, which in a in the Tank 1 leading return line 11 opens, and be discharged via the low fuel leakage rates of the high-pressure pump 4.
  • a pressure regulator 12 is disposed upstream of the high-pressure pump 4, from which the aforementioned return line 11 branches off, so that the pressure regulator 12 provides only such an amount of fuel via the delivery line 3 of the high-pressure pump 4 that under normal operating conditions there, ie At the suction side of the so-called.
  • relevant pressure for example, 3.5 bar (measured as differential pressure relative to the environment) adjusts. The for the achievement of this relevant pressure excess, funded by the fuel pump 2 and therefore not required amount of fuel is returned by the pressure regulator 12 via the return line 11 into the tank 1.
  • the pressure regulator 12 is preceded by a fuel filter 13, but this is negligible. Further, a check valve (not shown) is provided between the fuel pump 2 and the filter 13, so that it is only necessary when stopping the engine, at the same time 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 of time upstream of the high-pressure pump 4, the so-called.
  • relevant fuel pressure is maintained (for example, 3.5 bar as a differential pressure) or remains.
  • this pressure level of, for example, 3.5 bar in critical operating conditions, so for example when starting or hot operation of the engine may not be high enough to counteract a possible formation of vapor bubbles on the suction side of the high-pressure pump 4. If now in these operating conditions of the internal combustion engine, possibly a much smaller amount of fuel is needed than the fuel pump 2 is able to promote, so may in these operating conditions the pressure level prevailing downstream of the pressure regulator 12 in the delivery line 3 is at least briefly increased by the fact that the amount of fuel diverted from the pressure regulator 12 into the return line 11 is considerably reduced.
  • the pressure regulator 12 is designed as a fully variable controllable electronic pressure control valve with integrated pressure sensor.
  • a pressure control valve allows, as required, the setting of different pressure levels in the delivery line 3 in front of the suction side of the high-pressure pump 4, i. generally different values of the relevant for the internal combustion engine fuel pressure.
  • this pressure regulator 12 or this electronic pressure control valve (12) is arranged directly in the delivery line 3, the default delay is kept as low as possible.
  • this pressure regulator 12 is connected via a clock module 14 with a also the entire electronic engine control übemehmenden electronic control unit 15, so that depending on the respective existing boundary conditions for each possible operating state selectively set the optimal fuel pressure in the delivery line 3 downstream of this pressure regulator 12 can be.
  • the pressure regulator 12 is arranged in the delivery line 3 and a throttle 16 is provided in a return line 11 leading from the pressure regulator 12 to the tank 1.
  • pressure regulator 12 is a conventional mechanical pressure regulator, which sets by controlling a certain fluid or fuel quantity here in the return line 11 in the delivery line 3 downstream of this pressure regulator 12, a certain pressure level.
  • this pressure level is defined relative to the atmospheric pressure, ie a conventional pressure regulator receives the so-called. Input control pressure, the atmospheric pressure, so that the adjusted fluid pressure downstream of the Pressure regulator is determined as a differential pressure to the atmospheric pressure.
  • the control pressure of the pressure regulator 12 is at 3.5 bar, ie when atmospheric pressure is applied to the pressure regulator 12 (as an input control pressure), it sets an overpressure of 3.5 bar in the delivery line 3. If, instead of the atmospheric pressure, an overpressure of, for example, 2.5 bar is applied to the pressure regulator 12 as the input control pressure, this regulates the excess fuel pressure in the delivery line 3 to approximately 6 bar.
  • this pressure increase quasi automatically takes place precisely in those operating conditions or under those boundary conditions in which this pressure increase is required.
  • said pressure increase is only required when relatively small amounts of fuel are required by the internal combustion engine, since only then there is the risk of vapor bubble formation. And only in this case is diverted by the pressure regulator 12, a larger amount of fuel in the return line 11, so that there is a significant overpressure due to the throttle 16, which causes the pressure regulator 12 via said branch line 17 as an input control pressure, in the delivery line. 3 upstream of the high-pressure pump 4 or upstream of the internal combustion engine to set an increased fuel pressure. On the other hand, if there is a relatively high fuel flow rate through the pressure regulator 12, i.
  • the pressure regulator 12 can then also set there no excessive pressure level, since at most small amounts of fuel are diverted into the return line 11, so that there barely affects the throttle 16 and thus there is no higher pressure, as compared to the atmospheric pressure significantly increased Input control pressure for the pressure regulator 12 could be used.
  • a switchable pressure relief valve 18 is provided with a lying at least at the level of the upper desired pressure level of the fuel pressure relevant to the internal combustion engine limit, whereby the already mentioned leakage line 10 of the fuel high pressure pump. 4 upstream of this pressure relief valve 18 opens into the return line 11.
  • This switchable pressure relief valve 18 ensures that at each startup and when the internal combustion engine upstream of the throttle 16, an increased pressure, whereupon - as already explained - via the pressure regulator 12 upstream of the high-pressure pump 4, the desired higher pressure of, for example, 6 bar is set.
  • a demand-controlled (especially electric motor driven and therefore preferably electronically controlled) fuel pump 2 can be used, as this relatively accurate a desired pressure value in the system can be adjusted.
  • the first pressure regulator 12 in the delivery line 3 of the fuel pump 2 connected upstream of the fuel pressure in the return line 11 is preceded by a second pressure regulator 19 whose pressure control value is approximately twice as high as that of the first pressure regulator 12 Acting with atmospheric pressure as the control pressure is.
  • This second pressure regulator 19 is with the atmospheric pressure acted as input control pressure.
  • a solenoid valve 3/2-way valve 20 by means of which either the first pressure regulator 12 or the second pressure regulator 19 with the return line 11 upstream of the throttle 16 is connectable.
  • this 3/2-way valve is shown in that switching position, which is relevant when the internal combustion engine.
  • this switching position essentially leads to the arrangement explained in FIG. 1, since the second pressure regulator 19 is not effective due to its blocked discharge line, ie not connected to the return line 11.
  • the function according to the invention is not affected, namely that the pressure regulator 12 can be acted upon with an increased input control pressure (of the order of a maximum of 1.5 bar), in that the branch line 17 branches off from the return line 11 at a somewhat different location, because this branch continues upstream of the throttle 16. Due to the reduced input control pressure, the leakage line 10 of the high-pressure pump 4 can already open into the return line 11 upstream of the throttle 16.
  • the reference numeral 20 'in FIG. 2 shows the 312-way valve in that switching position which is relevant when the internal combustion engine is switched off and at its start. For these operating conditions, ie for a restart of the internal combustion engine is thus due to the then active second pressure regulator 19, which can regulate, for example, to a pressure level in the order of 6 bar, a completely safe engine start guaranteed.
  • the fuel high-pressure pump 4 is a second one in a purge line 21 opening into the return line 11
  • Pressure regulator 19 is provided, whose pressure control value is approximately twice as large as that of the first pressure regulator 12 when exposed to atmospheric pressure as the control pressure, wherein alternatively the first pressure regulator 12 or the second pressure regulator 19 is connectable to the return line 11.
  • a 3/2-way valve 20 in the return line 11 both downstream of the spill line of the first pressure regulator 12 and downstream of the second pressure regulator 19
  • said 3/2 -Wege valve not only can work electromagnetically, but, for example, with the aid of the thermo-bimetal effect can also be controlled thermally.
  • This exemplary embodiment is thus relatively similar to that according to FIG. 2 already explained, with quasi complementarily the already mentioned flushing line 21 being integrated or provided, with the aid of which the high-pressure pump 4 can be flushed with fuel conveyed from the fuel tank 1 for heat removal.
  • reference numeral 20 indicates the 3/2-way valve in its usual shift position, i. is shown with the internal combustion engine, is shown under the reference numeral 20 ', the switching position of this 3/2-way valve at the start of the internal combustion engine, in which case the high-pressure fuel pump 4 is additionally flushed through the purge line 21.
  • flushing line can also be provided in a suitable manner in the other exemplary embodiments, as a large number of details, in particular of a constructive nature, can certainly be designed quite differently from the exemplary embodiments shown, without departing from the content of the patent claims.
  • a fuel supply system which is characterized even with high ambient temperatures and thus at the risk of vapor bubbles in the fuel system with relatively simple means by highest reliability.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche ist bspw. aus der DE 196 12 412 A bekannt.
  • 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 DE 44 43 836 A1 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 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.
  • In der Erkenntnis, daß unter diesen genannten kritischen Betriebszuständen die von der Brennkraftmaschine benötigte Kraftstoffmenge zumeist relativ gering ist, kann daher auf relativ einfache Weise auch mit einer leistungsschwächeren Kraftstoffpumpe das Druckniveau von 6 bar erzeugt werden, wenn ein üblicherweise vorhandener Druckregler, der das übtichenrveise 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 mit dieser einfachen Maßnahme in diesen zeitlich deutlich beschränkten Betriebszuständen ein überhöhter Kraftstoffdruck von bspw. 6 bar bereitgestellt werden kann.
  • Die geschilderte Heißstart- und/oder Heißbetrieb-Problematik stellt sich im übrigen auch bei mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschinen ein, bei denen 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 Heißstart- und/oder Heißbetrieb-Bedingungen jedoch abermals im Bereich von 6 bar, und bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in der Größenordnung von 5 bar.
  • Eine mögliche Ausbildung einer Kraftstoffversorgungsanlage für einen derartigen Anwendungsfall, an welcher 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 in deutlich abgewandelter Weise umgesetzt ist, ist in der beigefügten Figur 4 dargestellt und wird im folgenden erläutert:
  • Mit der Bezugsziffer 1 ist der Kraftstoff-Tank eines Kraftfahrzeuges bezeichnet, in welchem eine 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 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.
  • In der Einspritzleiste 5 ist ein als Sicherheitsventil wirkendes Druckbegrenzungsventil 7 angeordnet, das in einem Fehlerfall überschüssige Kraftstoffmenge über eine Absteuerleitung 8 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 4 zurückführt. Von der Hochdruckpumpe 4 zweigt ferner unter Zwischenschaltung eines Abspenventiles 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 die bereits genannte Rückführleitung 11 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. 3,5 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 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. 3,5 bar als Differenzdruck) aufrecht erhalten wird bzw. bleibt.
  • Wie eingangs bereits erläutert, kann dieses Druckniveau von bspw. 3,5 bar in kritischen Betriebszuständen, so bspw. beim Starten oder auch im Heißbetrieb der Brennkraftmaschine nicht ausreichend hoch sein, um einer möglichen Dampfblasenbildung auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 4 entgegen zu wirken. Wenn nun in diesen Betriebszuständen von der Brennkraftmaschine eine ggf. erheblich geringere Kraftstoffmenge benötigt wird, als die Kraftstoffpumpe 2 zu fördern in der Lage ist, so kann in diesen Betriebszuständen das stromab des Druckreglers 12 in der Förderleitung 3 herrschende Druckniveau zumindest kurzzeitig dadurch erhöht werden, daß die vom Druckregler 12 in die Rückführleitung 11 abgezweigte Kraftstoffmenge erheblich reduziert wird.
  • Zur Umsetzung dieses Prinzips ist in der bereits mehrfach genannten DE 44 43 836 A1 vorgeschlagen, in der (dortigen) Rückführleitung ein Sperrventil und parallel hierzu einen gedrosselten Bypass vorzusehen, wobei dort der Druckregler in der Rückführleitung selbst stromauf dieses Sperrventiles mit Bypass angeordnet ist. Dieser bekannte Stand der Technik ist jedoch insofern unbefriedigend, als praktisch nur zwei konkrete unterschiedliche Druckniveaus einstellbar sind. Neben dem für die laufende Brennkraftmaschine geltenden Druckniveau ist somit nur noch ein weiteres für einen Heißstart der Brennkraftmaschine relevantes Druckniveau einstellbar.
  • Günstiger ist es demgegenüber, wenn der Druckregler 12 als vollständig variabel ansteuerbares elektronisches Druckregelventil mit integriertem Drucksensor ausgebildet ist. Ein derartiges Druckregelventil erlaubt bedarfsabhängig die Einstellung unterschiedlicher Druckniveaus in der Förderleitung 3 vor der Saugseite der Hochdruckpumpe 4, d.h. allgemein unterschiedlichster Werte des für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruckes. Indem dieser Druckregler 12 bzw. dieses elektronische Druckregelventil (12) direkt in der Förderleitung 3 angeordnet ist, wird der Regelverzug so gering als möglich gehalten.
  • Elektronisch ist dieser Druckregler 12 über ein Taktmodul 14 mit einem auch die gesamte elektronische Brennkraftmaschinen-Steuerung übemehmenden elektronischen Steuergerät 15 verbunden, so daß in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden Randbedingungen für jeden möglichen Betriebszustand gezielt der optimale Kraftstoffdruck in der Förderleitung 3 stromab dieses Druckreglers 12 eingestellt werden kann.
  • Da jedoch ein solches elektronisches Druckregelventil mit integriertem Drucksensor trotz seiner Vorteile aufwändig und daher teuer ist, soll hiermit eine demgegenüber vereinfachte Lösung aufgezeigt werden, die einen solche ohne ohne nennenswerte Funktionseinbußen ersetzen kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung)
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Kraftstoffversorgungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der in der Rückführleitung stromauf der Drossel herrschende Kraftstoffdruck anstelle des bislang üblichen Atmosphärendrucks als Eingangs-Steuerdruck für den Druckregler herangezogen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen hierzu sind Inhalt der Unteransprüche 2 bis 7.
  • Diese Ausgestaltungen, die Inhalt der Patentansprüche 1 bis 7 sind, werden im folgenden anhand der Figuren 1-3 näher erläutert, in welchen drei verschiedene Ausführungsbeispiele jeweils einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage in einer Prinzipdarstellung analog Figur 4 dargestellt sind und wobei gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • Beim sämtlichen dieser Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 - 3 ist der Druckregler 12 in der Förderleitung 3 angeordnet und es ist in einer vom Druckregler 12 zum Tank 1 führenden Rückführleitung 11 eine Drossel 16 vorgesehen. Beim Druckregler 12 handelt es sich dabei um einen an sich üblichen mechanischen Druckregler, der durch Absteuerung einer gewissen Fluid- bzw. hier Kraftstoffmenge in die Rückführleitung 11 in der Förderleitung 3 stromab dieses Druckreglers 12 ein bestimmtes Druckniveau einstellt. 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 stromab des Druckreglers als Differenzdruck gegenüber dem Atmosphärendruck bestimmt ist.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage nach den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 - 3 kann nun jedoch der in der Rückführleitung 11 stromauf der Drossel 16 herrschende Kraftstoffdruck anstelle des bislang üblichen Atmosphärendrucks als Eingangs-Steuerdruck für den Druckregler 12 herangezogen werden. Sobald also vom Druckregler 12 eine Teilmenge der über die Förderleitung 3 herangeführten Kraftstoffmenge in die Rückführleitung 11 abgezweigt wird, wird sich in dieser aufgrund der Drossel 16, die einen gegenüber den anderen Leitungsquerschnitten erheblich verengten Strömungsquerschnitt aufweist, Überdruck, d.h. ein gegenüber der Atmosphäre erheblich erhöhter Druck einstellen. Dieser erhöhte Druck wird über eine von der Rückführleitung 11 stromauf der Drossel 16 abzweigenden Zweigleitung 17 dem Druckregler 12 als Eingangs-Steuerdruck zur Verfügung gestellt, wonach dieser auf seiner Ausgangsseite, d.h. in der Förderleitung 3 stromab des Druckreglers 12 bzw. stromauf der Hochdruckpumpe 4 ein dementsprechend höheres Druckniveau einstellt.
  • Beispielsweise liege der Regeldruck des Druckreglers 12 bei 3,5 bar, d.h. bei Anliegen von Atmosphärendruck am Druckregler 12 (als Eingangs-Steuerdruck) stelle dieser in der Förderleitung 3 einen Überdruck von 3,5 bar ein. Wird nun anstelle des Atmosphärendruckes ein Überdruck von bspw. 2,5 bar als Eingangs-Steuerdruck an den Druckregler 12 angelegt, so regelt dieser den Kraftstoff-Überdruck in der Förderleitung 3 auf ca. 6 bar. Mit dieser äußerst einfachen Maßnahme, nämlich im wesentlichen nur der Zweigleitung 17 bei Anordnung des Druckreglers 12 in der Förderleitung 3 kann somit der Kraftstoff-Druck stromab des Druckreglers 12 bzw. stromauf der Brennkraftmaschine, genauer hier der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4, wie gewünscht erhöht werden.
  • Vorteilhafterweise erfolgt diese Druckerhöhung quasi selbsttätig genau in denjenigen Betriebszuständen bzw. unter denjenigen Randbedingungen, bei denen diese Druckerhöhung erforderlich ist. Wie eingangs erläutert wurde, ist diese besagte Druckerhöhung nur dann erforderlich, wenn relativ geringe Kraftstoffmengen von der Brennkraftmaschine angefordert werden, da nur dann die Gefahr der Dampfblasenbildung besteht. Und nur in diesem Fall wird vom Druckregler 12 eine größere Kraftstoffmenge in die Rückführleitung 11 abgezweigt, so daß sich dort aufgrund der Drossel 16 ein nennenswerter Überdruck einstellt, der über die besagte Zweigleitung 17 als Eingangs-Steuerdruck den Druckregler 12 veranlaßt, in der Förderleitung 3 stromauf der Hochdruckpumpe 4 bzw. stromauf der Brennkraftmaschine einen erhöhten Kraftstoff-Druck einzustellen. Liegt hingegen ein relativ hoher Kraftstoff-Durchsatz durch den Druckregler 12 vor, d.h. benötigt die Brennkraftmaschine eine relativ große Kraftstoffmenge, so besteht zum einen keine Gefahr durch Dampfblasenbildung, so daß stromauf der Hochdruckpumpe 4 kein erhöhtes Druckniveau benötigt wird. Zum anderen kann der Druckregler 12 dann dort auch kein überhöhtes Druckniveau einstellen, da allenfalls geringe Kraftstoffmengen in die Rückführleitung 11 abgesteuert werden, so daß sich dort die Drossel 16 kaum auswirkt und sich somit dort kein höherer Druck einstellt, der als gegenüber dem Atmosphärendruck nennenswert erhöhter Eingangs-Steuerdruck für den Druckregler 12 herangezogen werden könnte.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist in der Rückführleitung 11 stromab der Drossel 16 ein schaltbares Druckbegrenzungsventil 18 mit einem zumindest in der Höhe des oberen gewünschten Druckniveaus des für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruckes liegenden Grenzwertes vorgesehen, wobei auch die bereits genannte Leckageleitung 10 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 stromauf dieses Druckbegrenzungsventiles 18 in der Rückführleitung 11 mündet. Dieses schaltbare Druckbegrenzungsventil 18 stellt sicher, daß sich bei jedem Startvorgang und bei stillstehender Brennkraftmaschine stromauf der Drossel 16 ein erhöhter Druck einstellt, worauf - wie bereits erläutert - über den Druckregler 12 stromauf der Hochdruckpumpe 4 der gewünschte höhere Druck von bspw. 6 bar eingestellt wird.
  • Als besonderer Vorteil zu erwähnen ist, daß bei den beiden bislang beschriebenen Kraftstoffversorgungsanlagen an die Kraftstoffpumpe 2 keine besonders erhöhten Anforderungen gestellt werden, auch wenn zeitweise das Druckniveau stromab des Druckreglers 12 auf erhöhte Werte angehoben wird. Tatsächlich sind die Betriebszeiten, in denen dieses erhöhte Druckniveau zur Sicherstellung der Funktion der Kraftstoffversorgungsanlage benötigt wird, derart gering, daß eine übliche Kraftstoffpumpe 2, die normalerweise nur gegen das niedrigere Druckniveau (von bspw. 3,5 bar) fordern muß, auch den erhöhten für die Brennkraftmaschine bzw. für die Hochdruckpumpe 4 relevanten Druckwert (von bspw. 6 bar) problemlos bereitstellen kann, insbesondere da - wie bereits erwähnt - bei Nachfrage nach diesem erhöhtem Druckwert lediglich relativ geringe Kraftstoffmengen bereitgestellt werden müssen.
  • Im übrigen sei darauf hingewiesen, daß anstelle einer einfachen Kraftstoffpumpe 2 mit einer fixen Förderleistung im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung auch eine bedarfsgeregelte (insbesondere elektromotorisch angetriebene und demzufolge bevorzugt elektronisch geregelte) Kraftstoffpumpe 2 zum Einsatz kommen kann, da hiermit relativ exakt ein gewünschter Druckwert im System eingestellt werden kann.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist dem mit dem Kraftstoffdruck in der Rückführleitung 11 als Eingangs-Steuerdruck beaufschlagten ersten Druckregler 12 in der Förderleitung 3 der Kraftstoffpumpe 2 ein zweiter Druckregler 19 vorgeschaltet, dessen Druck-Regelwert annähernd doppelt so groß wie derjenige des ersten Druckreglers 12 bei Beaufschlagung mit Atmosphärendruck als Steuerdruck ist. Dieser zweite Druckregler 19 wird mit dem Atmosphärendruck als Eingangs-Steuerdruck beaufschlagt. Vorgesehen ist hier ein insbesondere als Elektromagnetventil ausgebildetes 3/2-Wege-Ventil 20, mit Hilfe dessen wahlweise der erste Druckregler 12 oder der zweite Druckregler 19 mit der Rückführleitung 11 stromauf der Drossel 16 verbindbar ist.
  • Unter der Bezugsziffer 20 ist dieses 3/2-Wege-Ventil dabei in derjenigen Schaltposition dargestellt, die bei laufender Brennkraftmaschine relevant ist. Wie aus einem Vergleich der Figur 2 mit der bereits erläuterten Figur 1 ersichtlich wird, führt diese Schaltposition im wesentlichen zu der in Figur 1 erläuterten Anordnung, da der zweite Druckregler 19 aufgrund seiner gesperrten, d.h. nicht mit der Rückführleitung 11 verbundenen Absteuerleitung nicht wirksam ist. Nicht beeinflußt wird die erfindungsgemäße Funktion, nämlich daß der Druckregler 12 mit einem erhöhten Eingangs-Steuerdruck (in der Größenordnung von maximal 1,5 bar) beaufschlagt werden kann, dadurch, daß die Zweigleitung 17 an einer etwas anderen Stelle von der Rückführleitung 11 abzweigt, da dieser Abzweig weiterhin stromauf der Drossel 16 liegt. Aufgrund des reduzierten Eingangs-Steuerdruckes kann hier die Leckageleitung 10 der Hochdruckpumpe 4 bereits stromauf der Drossel 16 in die Rückführleitung 11 münden.
  • Unter der Bezugsziffer 20' ist in Figur 2 das 312-Wege-Ventil in derjenigen Schaltposition dargestellt, die beim Abstellen der Brennkraftmaschine sowie bei deren Start relevant ist. Für diese Betriebszustände, d.h. für einen Neustart der Brennkraftmaschine ist somit aufgrund des dann aktiven zweiten Druckreglers 19, der bspw. auf ein Druckniveau in der Größenordnung von 6 bar regeln kann, ein absolut sicherer Brennkraftmaschinen-Start gewährleistet.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist in einer in der Rückführleitung 11 mündenden Spülleitung 21 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 ein zweiter Druckregler 19 vorgesehen, dessen Druck-Regelwert annähernd doppelt so groß wie derjenige des ersten Druckreglers 12 bei Beaufschlagung mit Atmosphärendruck als Steuerdruck ist, wobei alternativ der erste Druckregler 12 oder der zweite Druckregler 19 mit der Rückführleitung 11 verbindbar ist. Zur Realisierung dieser wahlweisen Verbindungsfunktion ist -analog Figur 2- ein 3/2-Wege-Ventil 20 in der Rückführleitung 11 (und zwar sowohl stromab der Absteuerleitung des ersten Druckreglers 12 als auch stromab des zweiten Druckreglers 19) vorgesehen, wobei dieses 3/2-Wege-Ventil nicht nur elektromagnetisch arbeiten kann, sondern bspw. unter Zuhilfenahme des Thermo-Bimetall-Effektes auch thermisch angesteuert werden kann.
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist somit relativ ähnlich demjenigen nach der bereits erläuterten Figur 2, wobei quasi ergänzend die bereits genannte Spülleitung 21 integriert bzw. vorgesehen ist, mit Hilfe derer die Hochdruckpumpe 4 mit vom Kraftstoff-Tank 1 geförderten Kraftstoff zur Wärmeabfuhr gespült werden kann. Während somit unter der Bezugsziffer 20 das 3/2-Wege-Ventil in seiner üblichen Schaltposition, d.h. bei laufender Brennkraftmaschine, dargestellt ist, ist unter der Bezugsziffer 20' die Schaltposition dieses 3/2-Wege-Ventiles beim Start der Brennkraftmaschine gezeigt, wobei dann die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 zusätzlich über die Spülleitung 21 gespült wird.
  • Eine solche Spülleitung kann im übrigen in geeigneter Weise auch in den anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, wie überhaupt eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. 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.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Kraftstoff-Tank
    2
    Kraftstoffpumpe
    3
    Förderleitung
    4
    (Kraftstoff-) Hochdruckpumpe
    5
    Einspritzleiste
    6
    Kraftstoff-Einspritzventil
    7
    Druckbegrenzungsventil (in 5)
    8
    Absteuerleitung
    9
    Absperrventil
    10
    Leckageleitung
    11
    Rückführleitung
    12
    (erster) Druckregler
    13
    Kraftstoff Filter
    14
    Taktmodul
    15
    elektronisches Steuergerät
    16
    Drossel
    17
    Zweigleitung
    18
    Druckbegrenzungsventil
    19
    zweiter Druckregler
    20
    3/2-Wege-Ventil
    21
    Spülleitung

Claims (7)

  1. Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kraftstoff aus einem Tank (1) über eine Förderleitung (3) zur Brennkraftmaschine fördemden 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 in einer vom Druckregler (12) zum Tank (1) führenden Rückführleitung (11) eine Drossel (16) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der in der Rückführleitung (11) stromauf der Drossel (16) herrschende Kraftstoffdruck anstelle des Atmosphärendrucks als Eingangs-Steuerdruck für den Druckregler (12) herangezogen wird.
  2. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1,
    wobei die Förderleitung (3) stromab des Druckreglers (12) an der Saugseite einer für die Kraftstoff-Direkteinspritzung vorgesehenen Hochdruckpumpe (4) mündet und an dieser Stelle Kraftstoff unter dem für die Brennkraftmaschine relevanten Druck bereitstellt und eine von der Hochdruckpumpe (4) wegführende Leckageleitung (10) in der Rückführleitung (11) mündet.
  3. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (11) stromab der Drossel (16) ein schaltbares Druckbegrenzungsventil (18) mit einem zumindest in der Höhe des oberen gewünschten Druckniveaus des für die Brennkraftmaschine relevanten Kraftstoffdruckes liegenden Grenzwert vorgesehen ist.
  4. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageleitung (10) stromauf des Druckbegrenzungsventils (18) in der Rückführleitung (11) mündet.
  5. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass dem mit dem Kraftstoffdruck in der Rückführleitung (11) als Eingangs-Steuerdruck beaufschlagten ersten Druckregler (12) in der Förderleitung (3) ein zweiter Druckregler (19) vorgeschaltet ist, dessen Druck-Regelwert annähernd doppelt so groß wie derjenige des ersten Druckreglers (12) bei Beaufschlagung mit Atmosphärendruck als Steuerdruck ist.
  6. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass alternativ der erste Druckregler (12) oder der zweite Druckregler (19) mit der Rückführleitung (11) stromauf der Drossel (16) verbindbar ist.
  7. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einer in der Rückführleitung (11) mündenden Spülleitung (21) der Hochdruckpumpe (4) ein zweiter Druckregler (19) vorgesehen ist, dessen Druck-Regelwert annähernd doppelt so groß ist wie derjenige des ersten Druckreglers (12) bei Beaufschlagung mit Atmosphärendruck als Steuerdruck, wobei alternativ der erste Druckregler (12) oder der zweite Druckregler (19) mit der Rückführleitung (11) verbindbar ist.
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