EP1247977A1 - Kraftstoffsystem - Google Patents

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EP1247977A1
EP1247977A1 EP02006057A EP02006057A EP1247977A1 EP 1247977 A1 EP1247977 A1 EP 1247977A1 EP 02006057 A EP02006057 A EP 02006057A EP 02006057 A EP02006057 A EP 02006057A EP 1247977 A1 EP1247977 A1 EP 1247977A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
pressure
pump
fuel pump
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02006057A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Rembold
Mathias Schumacher
Uwe Mueller
Rainer Wilms
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1247977A1 publication Critical patent/EP1247977A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • 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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a fuel system for Supply of fuel for an internal combustion engine, with a reservoir, a first fuel pump, which is connected on the input side to the storage container, one second fuel pump, which on the input side via a Fuel connection with the first fuel pump is connected to a pressure setting device for the output side of the second fuel pump and with a Pressure damping device, which in the Fuel connection between the first and second Fuel pump is arranged.
  • Such a fuel system is from DE 195 39 885 A1 known.
  • the second fuel pump it is one of the internal combustion engine powered high pressure fuel pump.
  • This high pressure fuel pump promotes the fuel under very high Pressure in a fuel rail (also "rail” called).
  • the fuel gets at least an injector. This is the fuel finally injected into the combustion chamber.
  • the number of injectors is equal to the number of Cylinder of the internal combustion engine.
  • the fuel system can be built so that the fuel injector injected directly into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure in the fuel rail that is output pressure of the high pressure fuel pump set by a pressure setting device.
  • a pressure setting device that is output pressure of the high pressure fuel pump set by a pressure setting device.
  • a volume control valve whose Input side with the outlet of the high pressure fuel pump is connected, and its output side in turn with the High pressure fuel pump inlet is connected.
  • the fuel from Outlet of the high pressure fuel pump to its entrance conveyed back. So only a small amount or also no fuel at all to the fuel manifold.
  • a Pressure damper arranged, which is usually a piston comprises, which is biased by a spring. At a short-term pressure increase, the piston is against the Spring loading moves and thereby the Pressure vibration damped.
  • This task is the beginning of a fuel system mentioned kind in that in the Fuel connection between the first and second Fuel pump, close to the second fuel pump and seen in the direction of flow before a confluence of the Pressure setting device, a flow barrier arranged which is a flow only towards the second Allows fuel pump.
  • the cost of the Fuel system according to the invention to a significant extent depends on the quality of the components used. So far was essentially in the entire fuel system, so too in the area between the first fuel pump and the second Fuel pump, which is usually a lower one Fuel pressure (approx. 4 bar) prevails than in the area output side of the second fuel pump, the use of such components required which high pressures survive undamaged. This was because that care had to be taken to ensure that the Pressure damper fails due to a technical error.
  • the measure according to the invention now ensures that that even if the pressure damper fails, none or at least no such strong pressure pulsations starting from the second fuel pump in the between first fuel pump and second fuel pump lying area of the fuel system can.
  • the pressure pulsations always go with you short flow impulse, which from the second Fuel pump directed towards the first fuel pump is.
  • the flow barrier according to the invention prevents fuel from the second fuel pump can flow to the first fuel pump.
  • Fuel system includes the second fuel pump 1-cylinder piston pump.
  • a 1-cylinder piston pump is usually directly from the internal combustion engine driven.
  • the pressure pulsations generated are particularly pronounced.
  • the Measure according to the invention thus leads to a particularly high cost savings.
  • the flow barrier may include a check valve. This can be used, for example, as a ball check valve be trained. Such a check valve is one extremely inexpensive flow barrier.
  • a complete lock towards the second Fuel pump to the first fuel pump could be too a very heavy load on the "high pressure components" lead, i.e. those components which are downstream of the Flow barrier. These include, for example second fuel pump itself, the pressure setting device etc. Also a possibly existing pressure damper in such a case could be exposed to stress, that reduce its lifespan.
  • a fuel system as a whole carries that Reference number 10. It comprises a low-pressure region 12 and a high pressure area 14.
  • the low pressure region 12 comprises a storage container 16, in which fuel 18 is stored.
  • the fuel 18 is from the reservoir 16 by a first Fuel pump 20 promoted. This is about an electric fuel pump.
  • the electrical Fuel pump 20 delivers into a low pressure fuel line 22. In this is near the Electric fuel pump 20, a filter 24 is arranged.
  • Branch line 26 which leads to the reservoir 16 returns.
  • a Pressure relief valve 28 arranged in the branch line 26.
  • the low pressure fuel line 22 leads to a second one Fuel pump 30. This will not be discussed here explained way of the camshaft one Internal combustion engine (not shown) driven. Upstream of the high pressure pump 30 are in the Low-pressure fuel line 22 still has a pressure damper 32 and a check valve 34 is arranged.
  • the high-pressure pump 30 pumps into a Fuel line 36, which via a check valve 38 leads to a fuel rail 40.
  • a fuel rail 40 This will also referred to as "rail".
  • fuel injection valves 42 are connected, which the fuel in a not shown Inject the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure in the fuel rail 40 is from a pressure sensor 44 recorded.
  • a pressure relief valve 46 is provided to overpressure in the fuel rail 40 to avoid which the Functionality of the injection valves 42 is at the fuel rail 40 . This is fluidly in turn with the low pressure fuel line 22 connected.
  • the pressure in the fuel line 36 and the fuel rail 40, that is in the high pressure region 14 of the Fuel system 10 is a quantity control valve 48th controlled.
  • the quantity control valve 48 connects the High pressure area 14 before the check valve 38 with the between the check valve 34 and the pressure damper 32 area of the low-pressure fuel line 22.
  • From the high pressure pump 30 leads to a leakage line 50
  • Branch line 52 which in turn leads to reservoir 16 leads.
  • branch line 52 is over the pressure regulator 54, which the pressure in the low pressure range 12 of the fuel system 10 at a desired value holds constant with the low pressure fuel line 22nd connected.
  • a flow barrier 56 arranged by the pressure damper 32 is designed as a check valve.
  • the Check valve 56 only allows flow in the direction of the electric fuel pump 20 to the high pressure pump 30 towards.
  • Parallel to the check valve 56 is one Bypass line 58 is provided, in turn a Flow throttle 60 is arranged.
  • the high pressure pump 30 is a 1-piston pump. Their basic structure is in Figs. 2a - 2c (for reasons of clarity, the Fig. 2b and 2c not all reference numerals entered). She includes a piston 62 which is one of the Internal combustion engine driven camshaft 64 in axial Direction is moved. The piston 62 is in one Pump housing 66 performed. Above the piston 62 is in Pump housing 66 a pump chamber 68 available.
  • the pump chamber 68 On the inlet side, the pump chamber 68 is over the Check valve 34 with the low pressure fuel line 22 connected.
  • the high-pressure pump 30 delivers on the output side via the check valve 38 into the high-pressure fuel line 36.
  • the pump room 68 is also about that Flow control valve 48 with the low pressure fuel line 22 connectable.
  • the quantity control valve 48 is concerned is a solenoid valve, the magnet 70 on an armature 72 acts against the force via a piston rod 74 a spring 76 a valve member 78 on a valve seat 80 can press.
  • FIG. 2a shows the high pressure pump 30 during a suction stroke.
  • the piston 62 moves downward, so that the Pump chamber 68 via the check valve 34 from the Low pressure fuel line 22 filled with fuel becomes.
  • Fig. 3a shows the volume control valve 48.
  • the piston 62 moves again above (see also Fig. 3b). This is called the delivery stroke referred to (Fig. 2b).
  • the check valve 34 is also as the volume control valve 48 still closed.
  • the one located in the pump chamber 68 Compressed fuel and via the check valve 38 in the high pressure fuel line 36 ejected.
  • the quantity control valve 48 is based on that of the pressure sensor 44 delivered pressure signals from a not shown Control and regulation unit controlled so that in the Fuel rail 40 there is a desired pressure. This happens because towards the end of the production stroke Volume control valve 48 is opened. This is in Fig. 2c shown.
  • the fuel compressed in the pump chamber 68 can abruptly into the Low pressure fuel line 22 escape. This leads to the low pressure fuel line 22 to a pressure surge, which is also referred to as a "tax surge". In accordingly, it also comes in during the suction stroke the low pressure fuel line 22 to a certain Pressure reduction.
  • the pressure difference in the low pressure fuel line 22 between the minimum pressure during the suction stroke of the High pressure pump 30 and the maximum pressure at one Tax surge can be up to 15 bar. With yourself in Normally, the piston 62 moves quickly up and down High-pressure pump 30 therefore occurs in the inlet area of the High pressure pump 30 for high pressure pulsations Pressure gradient. These are usually handled by the Pressure damper 32 caught. When interpreting the However, fuel system 10 is too take into account that the pressure damper 32 due to a Error no longer the required pressure damping Can provide. However, in order to Low pressure area 12 of the fuel system 10 located Components safe from the pressure pulsations To protect the high pressures caused are on the one hand check valve 56 and, on the other hand, throttle 60 intended.
  • check valves 56 and flow restrictor 60 preferably as close as possible arranged the high pressure pump 30. Not in one illustrated embodiment, they are directly in the Connection piece of the high pressure pump 30 integrated.
  • the oversight the bypass line 58 with the throttle 60 thus protects in Normal operation the pressure damper 32 and reduced at one Failure of the pressure damper 32 the load on the High pressure pump 30, without the other hand, the Low pressure area 12 arranged components of the Expose the fuel system to high pressure pulsations.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem (10) zum Zuliefern von Kraftstoff (18) für eine Brennkraftmaschine. Es umfasst einen Vorratsbehälter (16) und eine erste Kraftstoffpumpe (20), welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist. Ferner ist eine zweite Kraftstoffpumpe (30) vorgesehen, welche eingangsseitig über eine Kraftstoffverbindung (22) mit der ersten Kraftstoffpumpe (20) verbunden ist. Das Kraftstoffsystem (10) umfasst außerdem eine Druckeinstelleinrichtung (48) für die Ausgangsseite (36) der zweiten Kraftstoffpumpe (30). Auch eine Druckdämpfungseinrichtung (32) ist vorgesehen, welche in der Kraftstoffverbindung (22) zwischen erster Kraftstoffpumpe (20) und zweiter Kraftstoffpumpe (30) angeordnet ist. Um das Kraftstoffsystem (10) preiswerter herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass in der Kraftstoffverbindung (22) zwischen erster Kraftstoffpumpe (20) und zweiter Kraftstoffpumpe (30), nahe bei der zweiten Kraftstoffpumpe (30) und in Strömungsrichtung gesehen vor einer Einmündung der Druckeinstelleinrichtung (48), eine Strömungssperre (56) angeordnet ist, welche eine Strömung nur in Richtung zur zweiten Kraftstoffpumpe (30) hin zulässt. (Fig. 1) <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, mit einem Vorratsbehälter, einer ersten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, einer zweiten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig über eine Kraftstoffverbindung mit der ersten Kraftstoffpumpe verbunden ist, mit einer Druckeinstellungseinrichtung für die Ausgangsseite der zweiten Kraftstoffpumpe und mit einer Druckdämpfungseinrichtung, welche in der Kraftstoffverbindung zwischen erster und zweiter Kraftstoffpumpe angeordnet ist.
Ein derartiges Kraftstoffsystem ist aus der DE 195 39 885 A1 bekannt. Diese zeigt ein Kraftstoffsystem, bei dem eine erste Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung zu einer zweiten Kraftstoffpumpe fördert. Bei der zweiten Kraftstoffpumpe handelt es sich um eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe fördert den Kraftstoff unter sehr hohem Druck in eine Kraftstoff-Sammelleitung (auch "Rail" genannt). Von dort gelangt der Kraftstoff zu mindestens einem Einspritzventil. Über dieses wird der Kraftstoff schließlich in den Brennraum eingespritzt. Üblicherweise ist die Anzahl der Einspritzventile gleich der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffsystem kann so gebaut sein, dass das Einspritzventil den Kraftstoff direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine spritzt.
Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung, also der ausgangsseitige Druck der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, wird durch eine Druckeinstelleinrichtung eingestellt. Bei dieser kann es sich z.B. um ein Mengensteuerventil handeln, dessen Eingangsseite mit dem Auslass der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verbunden ist, und dessen Ausgangsseite wiederum mit dem Einlass der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verbunden ist. Bei geöffnetem Mengensteuerventil wird der Kraftstoff vom Auslass der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu deren Eingang zurückgefördert. Somit gelangt nur eine kleinere Menge oder auch überhaupt kein Kraftstoff zur Kraftstoff-Sammelleitung. In der Kraftstoffverbindung zwischen erster Kraftstoffpumpe und Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist ein Druckdämpfer angeordnet, welcher normalerweise einen Kolben umfasst, der von einer Feder vorgespannt wird. Bei einer kurzfristigen Druckerhöhung wird der Kolben gegen die Federbeaufschlagung bewegt und hierdurch die Druckschwingung gedämpft.
Das bekannte Kraftstoffsystem arbeitet bereits sehr zufriedenstellend. Wünschenswert ist jedoch, dass es noch preiswerter und einfacher hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in der Kraftstoffverbindung zwischen erster und zweiter Kraftstoffpumpe, nahe bei der zweiten Kraftstoffpumpe und in Strömungsrichtung gesehen vor einer Einmündung der Druckeinstelleinrichtung, eine Strömungssperre angeordnet ist, welche eine Strömung nur in Richtung zur zweiten Kraftstoffpumpe hin zulässt.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kosten für das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem in erheblichem Umfang von der Qualität der verwendeten Komponenten abhängt. Bisher war im Wesentlichen im gesamten Kraftstoffsystem, also auch in dem Bereich zwischen erster Kraftstoffpumpe und zweiter Kraftstoffpumpe, in dem normalerweise ein niedrigerer Kraftstoffdruck (ca. 4 bar) herrscht als in dem Bereich ausgangsseitig der zweiten Kraftstoffpumpe, die Verwendung von solchen Komponenten erforderlich, welche hohe Drücke unbeschadet überstehen können. Dies hing damit zusammen, dass für jenen Fall vorgesorgt werden musste, dass der Druckdämpfer aufgrund eines technischen Fehlers ausfällt.
In diesem Fall kann es nämlich aufgrund der Förderstrompulsationen am Einlass der zweiten Kraftstoffpumpe sowie aufgrund der Absteuerstöße nach dem jeweiligen Förderende der zweiten Kraftstoffpumpe zu erheblichen Druckpulsationen (bis ca. 15 bar) auch in dem zwischen erster und zweiter Kraftstoffpumpe gelegenen Bereich des Kraftstoffsystems kommen. Um eine Zerstörung der in diesem Bereich liegenden Komponenten und Verbindungselemente in einem solchen Fall zu vermeiden, musste bisher hier eine relativ anspruchsvolle, d.h. teure, Anschlusstechnik zum Einsatz kommen.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird nun dafür gesorgt, dass auch beim Ausfall des Druckdämpfers keine oder wenigstens keine derartig starken Druckpulsationen ausgehend von der zweiten Kraftstoffpumpe in den zwischen erster Kraftstoffpumpe und zweiter Kraftstoffpumpe liegenden Bereich des Kraftstoffsystems eingeleitet werden können. Die Druckpulsationen gehen nämlich immer mit einem kurzen Strömungsimpuls einher, welcher von der zweiten Kraftstoffpumpe hin zur ersten Kraftstoffpumpe gerichtet ist. Durch die erfindungsgemäße Strömungssperre wird verhindert, dass Kraftstoff von der zweiten Kraftstoffpumpe zur ersten Kraftstoffpumpe hin strömen kann.
Hierdurch wird auch beim Ausfall des üblicherweise vorgesehenen Druckdämpfers sichergestellt, dass stromaufwärts der Strömungssperre keine Druckpulsationen oder wenigstens keine starken Druckpulsationen spürbar sind (die Begriffe "stromabwärts" bzw. "stromaufwärts" beziehen sich auf die übliche globale Strömungsrichtung, welche von der ersten Kraftstoffpumpe zur zweiten Kraftstoffpumpe hin gerichtet ist.
Nachdem durch die erfindungsgemäße Maßnahme sichergestellt ist, dass in dem stromaufwärts der Strömungssperre gelegenen Bereich des Kraftstoffsystems keine oder nur geringe Druckpulsationen auftreten können, können in diesem Bereich, in dem ein global relativ niedriger Druck herrscht, preiswertere Komponenten verwendet werden. Hierdurch werden die Kosten für das gesamte Kraftstoffsystem erheblich gesenkt. Am effektivsten ist die erfindungsgemäße Maßnahme, wenn die Strömungssperre in die zweite Kraftstoffpumpe integriert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems umfasst die zweite Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe. Eine solche 1-Zylinder-Kolbenpumpe wird üblicherweise von der Brennkraftmaschine direkt angetrieben. Bei einer solchen 1-Zylinder-Kolbenpumpe sind die erzeugten Druckpulsationen besonders ausgeprägt. Die erfindungsgemäße Maßnahme führt hier also zu einer besonders hohen Kosteneinsparung.
Die Strömungssperre kann ein Rückschlagventil umfassen. Dieses kann beispielsweise als Kugel-Rückschlagventil ausgebildet sein. Ein solches Rückschlagventil ist eine äußerst preiswerte Strömungssperre.
Besonders bevorzugt ist jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems, bei der eine Bypass-Kraftstoffverbindung vorgesehen ist, welche an der Strömungssperre vorbeiführt, wobei in der Bypass-Kraftstoffverbindung ein hydraulischer Widerstand, insbesondere eine Strömungsdrossel, angeordnet ist. Diese Weiterbildung basiert auf folgender Überlegung:
Eine vollständige Sperrung in Richtung von der zweiten Kraftstoffpumpe zur ersten Kraftstoffpumpe hin könnte zu einer sehr starken Belastung der "Hochdruckkomponenten" führen, also jener Komponenten, welche stromabwärts der Strömungssperre liegen. Hierzu gehören beispielsweise die zweite Kraftstoffpumpe selbst, die Druckeinstelleinrichtung usw.. Auch ein gegebenenfalls vorhandener Druckdämpfer könnte in einem solchen Fall Belastungen ausgesetzt sein, die seine Lebensdauer herabsetzen.
Durch die in der Weiterbildung vorgesehene Strömungsdrossel wird insgesamt eine Strömung von der zweiten Kraftstoffpumpe zur ersten Kraftstoffpumpe hin nicht vollständig unterbunden, sondern stark gedämpft. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Druckpulsationen nur in stark gedämpfter Form in den stromaufwärts von der Strömungssperre bzw. der Strömungsdrossel gelegenen Bereich des Kraftstoffsystems gelangen. Auf der anderen Seite wird durch die Drossel sichergestellt, dass beim Kaltstart der Kraftstoff nahezu ohne Druckverlust über die Drossel strömen kann.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1:
ein schematisiertes Blockschaltbild eines Kraftstoffsystems mit einem Mengensteuerventil;
Figuren 2a - 2c:
eine schematische Schnittdarstellung des Mengensteuerventils von Fig. 1 in unterschiedlichen Betriebszuständen;
Figur 3a:
ein Diagramm, in dem der Öffnungszustand des Mengensteuerventils aus Fig. 2 über der Zeit aufgetragen ist; und
Figur 3b:
ein Diagramm, in dem das Fördervolumen des Mengensteuerventils von Fig. 2 über der Zeit aufgetragen ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Niederdruckbereich 12 und einen Hochdruckbereich 14.
Der Niederdruckbereich 12 umfasst einen Vorratsbehälter 16, in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18 wird aus dem Vorratsbehälter 16 von einer ersten Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es sich um eine elektrische Kraftstoffpumpe. Die elektrische Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 22. In dieser ist in der Nähe der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 ein Filter 24 angeordnet.
Zwischen elektrischer Kraftstoffpumpe 20 und Filter 24 zweigt von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine Zweigleitung 26 ab, welche zum Vorratsbehälter 16 zurückführt. In der Zweigleitung 26 ist ein Druckbegrenzungsventil 28 angeordnet.
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 führt zu einer zweiten Kraftstoffpumpe 30. Diese wird auf hier nicht näher erläuterte Weise von der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angetrieben. Stromaufwärts von der Hochdruckpumpe 30 sind in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 noch ein Druckdämpfer 32 und ein Rückschlagventil 34 angeordnet.
Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe 30 in eine Kraftstoffleitung 36, welche über ein Rückschlagventil 38 zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 40 führt. Diese wird auch als "Rail" bezeichnet. An die Kraftstoff-Sammelleitung 40 sind wiederum Kraftstoff-Einspritzventile 42 angeschlossen, welche den Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 40 wird von einem Drucksensor 44 erfasst. Um einen Überdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung 40 zu vermeiden, welcher die Funktionstüchtigkeit der Einspritzventile 42 beeinträchtigen könnte, ist an der Kraftstoff-Sammelleitung 40 ein Druckbegrenzungsventil 46 vorgesehen. Dieses ist fluidisch wiederum mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 verbunden.
Der Druck in der Kraftstoffleitung 36 und der Kraftstoff-Sammelleitung 40, also im Hochdruckbereich 14 des Krafttoffsystems 10, wird über ein Mengensteuerventil 48 gesteuert. Das Mengensteuerventil 48 verbindet den Hochdruckbereich 14 vor dem Rückschlagventil 38 mit dem zwischen dem Rückschlagventil 34 und dem Druckdämpfer 32 gelegenen Bereich der Niederdruck-Krafttoffleitung 22. Von der Hochdruckpumpe 30 führt eine Leckageleitung 50 zu einer Zweigleitung 52, welche wiederum zum Vorratsbehälter 16 führt. An ihrem anderen Ende ist die Zweigleitung 52 über den Druckregler 54, welcher den Druck im Niederdruckbereich 12 des Kraftstoffsystems 10 auf einem gewünschten Wert konstant hält, mit der Niederdruckkraftstoffleitung 22 verbunden.
In der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 ist stromaufwärts vom Druckdämpfer 32 eine Strömungssperre 56 angeordnet, die vorliegend als Rückschlagventil ausgebildet ist. Das Rückschlagventil 56 lässt eine Strömung nur in Richtung von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 zur Hochdruckpumpe 30 hin zu. Parallel zum Rückschlagventil 56 ist eine Bypassleitung 58 vorgesehen, in der wiederum eine Strömungsdrossel 60 angeordnet ist.
Bei der Hochdruckpumpe 30 handelt es sich um eine 1-Kolben-Pumpe. Ihr prinzipieller Aufbau ist in den Fig. 2a - 2c dargestellt (aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Fig. 2b und 2c nicht alle Bezugszeichen eingetragen). Sie umfasst einen Kolben 62, welcher von einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle 64 in axialer Richtung bewegt wird. Der Kolben 62 ist in einem Pumpengehäuse 66 geführt. Oberhalb des Kolbens 62 ist im Pumpengehäuse 66 ein Pumpenraum 68 vorhanden.
Einlassseitig ist der Pumpenraum 68 über das Rückschlagventil 34 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 verbunden. Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe 30 über das Rückschlagventil 38 in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 36. Der Pumpenraum 68 ist auch über das Mengensteuerventil 48 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 verbindbar. Bei dem Mengensteuerventil 48 handelt es sich um ein Magnetventil, dessen Magnet 70 auf einen Anker 72 wirkt, der über eine Kolbenstange 74 gegen die Kraft einer Feder 76 ein Ventilglied 78 auf einen Ventilsitz 80 drücken kann.
Fig. 2a zeigt die Hochdruckpumpe 30 während eines Saughubs. In diesem bewegt sich der Kolben 62 nach unten, so dass der Pumpenraum 68 über das Rückschlagventil 34 aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 mit Kraftstoff gefüllt wird. Wie aus Fig. 3a erichtlich ist, ist während dieses Saughubs das Mengensteuerventil 48 geschlossen. Nach dem Ende des Saughubs bewegt sich der Kolben 62 wieder nach oben (vgl. auch Fig. 3b). Dies wird als Förderhub bezeichnet (Fig. 2b). Das Rückschlagventil 34 ist ebenso wie das Mengensteuerventil 48 weiterhin geschlossen. Hierdurch wird der sich im Pumpenraum 68 befindliche Kraftstoff komprimiert und über das Rückschlagventil 38 in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 36 ausgestoßen.
Das Mengensteuerventil 48 wird aufgrund der vom Drucksensor 44 gelieferten Drucksignale von einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinheit so angesteuert, dass in der Kraftstoff-Sammelleitung 40 ein gewünschter Druck herrscht. Dies geschieht dadurch, dass gegen Ende des Förderhubs das Mengensteuerventil 48 geöffnet wird. Dies ist in Fig. 2c dargestellt. Der im Pumpenraum 68 komprimierte Kraftstoff kann über das Mengensteuerventil 48 schlagartig in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 entweichen. Dies führt in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 zu einem Druckstoß, welcher auch als "Absteuerstoß" bezeichnet wird. In entsprechender Weise kommt es auch während des Saughubs in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 zu einer gewissen Druckabsenkung.
Die Druckdifferenz in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 zwischen dem minimalen Druck während des Saughubs der Hochdruckpumpe 30 und dem maximalen Druck bei einem Absteuerstoß kann bis zu 15 bar betragen. Bei sich im Normalfall schnell auf und ab bewegendem Kolben 62 der Hochdruckpumpe 30 kommt es also im Einlassbereich der Hochdruckpumpe 30 zu Druckpulsationen mit hohen Druckgradienten. Diese werden üblicherweise durch den Druckdämpfer 32 aufgefangen. Bei der Auslegung des Kraftstoffsystems 10 ist jedoch der Fall zu berücksichtigen, dass der Druckdämpfer 32 aufgrund eines Fehlers die erforderliche Druckdämpfung nicht mehr zur Verfügung stellen kann. Um dennoch die sich im Niederdruckbereich 12 des Kraftstoffsystems 10 befindlichen Komponenten sicher vor den durch die Druckpulsationen hervorgerufenen hohen Drücken zu schützen, sind einerseits das Rückschlagventil 56 und andererseits die Drossel 60 vorgesehen.
Durch das Rückschlagventil 56 ist der normale Durchgang für die Druckschwingungen in Richtung elektrischer Kraftstoffpumpe 20 blockiert. Die Druckschwingungen können sich somit nur durch die Bypassleitung 58 und die in dieser angeordnete Drossel 60 fortsetzen. In der Drossel 60 werden die Druckschwingungen allerdings gedämpft. Auf diese Weise gelangen nur gedämpfte Druckpulsationen von der Hochdruckpumpe 30 hin zu den im Niederdruckbereich vorhandenen Komponenten, beispielsweise dem Filter 24, dem Niederdruckregler 54 und der elektrischen Kraftstoffpumpe 20. Die besagten Komponenten müssen daher nicht für die den Druckpulsationen entsprechenden hohen Drücke ausgelegt sein und können somit preiswerter hergestellt werden.
Gleichzeitig muss jedoch sichergestellt sein, dass beim Kaltstart eine ausreichende Kraftstoffmenge von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 zu den Einspritzventilen 52 hin gefördert werden kann. Dies wird durch eine entsprechende Auslegung der Drossel 60 ermöglicht. Diese ist so gewählt, dass die erforderliche Kraftstoffmenge nahezu ohne Druckverlust über die Drossel 60 von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 zu den Einspritzventilen 42 hin strömen kann.
Um möglichst den gesamten Niederdruckbereich 12 des Kraftstoffsystems 10 vor den bei fehlerhaftem Druckdämpfer 32 durch die Hochdruckpumpe 30 verursachten Druckpulsationen schützen zu können, sind Rückschlagventil 56 und Strömungsdrossel 60 vorzugsweise möglichst nahe an der Hochdruckpumpe 30 angeordnet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind sie direkt in den Anschlussstutzen der Hochdruckpumpe 30 integriert.
Grundsätzlich gilt, dass ein Schutz der im Niederdruckbereich 12 des Kraftstoffsystems 10 vorhandenen Komponenten vor zu hohen Druckpulsationen auch nur durch das Rückschlagventil 56 alleine bewirkt werden könnte. Im Normalbetrieb würde dies jedoch den Druckdämpfer 32 sehr stark belasten, da in einem solchen Fall überhaupt kein Kraftstoff durch die Druckpulsationen in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 zurückgeschoben werden könnte. Fällt der Druckdämpfer 32 vollständig aus, würde wiederum dann, wenn nur das Rückschlagventil 56 vorgesehen wäre, die Hochdruckpumpe 30 durch die hohen auftretenden Druckamplituden sehr stark belastet werden, was deren Lebensdauer nachteilig beeinflussen könnte. Das Versehen der Bypassleitung 58 mit der Drossel 60 schont somit im Normalbetrieb den Druckdämpfer 32 und verringert bei einem Ausfall des Druckdämpfers 32 die Belastung der Hochdruckpumpe 30, ohne andererseits die im Niederdruckbereich 12 angeordneten Komponenten des Kraftstoffsystems zu hohen Druckpulsationen auszusetzen.

Claims (4)

  1. Kraftstoffsystem (10) zum Zuliefern von Kraftstoff (18) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Vorratsbehälter (16), einer ersten Kraftstoffpumpe (20), welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, einer zweiten Kraftstoffpumpe (30), welche eingangsseitig über eine Kraftstoffverbindung (22) mit der ersten Kraftstoffpumpe (20) verbunden ist, mit einer Druckeinstelleinrichtung (48) für die Ausgangsseite der zweiten Kraftstoffpumpe (30) und mit einer Druckdämpfungseinrichtung (32), welche in der Kraftstoffverbindung (22) zwischen erster (20) und zweiter Kraftstoffpumpe (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kraftstoffverbindung (22) zwischen erster (20) und zweiter Kraftstoffpumpe (30), nahe bei der zweiten Kraftstoffpumpe (30) und in Strömungsrichtung gesehen vor einer Einmündung der Druckeinstelleinrichtung (48), eine Strömungssperre (56) angeordnet ist, welche eine Strömung nur in Richtung zur zweiten Kraftstoffpumpe (30) hin zulässt.
  2. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe (30) umfasst.
  3. Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungssperre ein Rückschlagventil (56) umfasst.
  4. Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypass-Kraftstoffverbindung (58) vorgesehen ist, welche an der Strömungssperre (56) vorbeiführt, wobei in der Bypass-Kraftstoffverbindung (58) ein hydraulischer Widerstand, insbesondere eine Strömungsdrossel (60), angeordnet ist.
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