EP3014103B1 - Hochdruckpumpe und kraftstoffeinspritzanlage mit einer hochdruckpumpe - Google Patents

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EP3014103B1
EP3014103B1 EP14730155.0A EP14730155A EP3014103B1 EP 3014103 B1 EP3014103 B1 EP 3014103B1 EP 14730155 A EP14730155 A EP 14730155A EP 3014103 B1 EP3014103 B1 EP 3014103B1
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    • F02M2700/1317—Fuel pumpo for internal combustion engines
    • F02M2700/1358—Fuel pump with control of fuel inlet to the pumping chamber

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a high-pressure pump, in particular a radial or in-line piston pump, in a fuel injection system and a method for operating a fuel injection system with a high-pressure pump.
  • the invention relates to the field of fuel pumps for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.
  • a high pressure pump for a fuel injection system of air-compressing, self-igniting internal combustion engines has two pump assemblies and a drive shaft, the drive shaft having at least one cam assigned to the pump assembly.
  • a first inlet valve is provided for a pump workspace of a first pump assembly and a second inlet valve is provided for a pump workspace of a second pump assembly.
  • Both intake valves are designed as controlled intake valves and a control unit is provided for controlling the two intake valves.
  • a control unit of the fuel injection system at least essentially interrupts fuel delivery through one of the two pump assemblies through the respective inlet valve. As a result, the load on the components of the high-pressure pump can be reduced in a part-load operating mode of the internal combustion engine.
  • the inventive method for operating a high pressure pump of a fuel injection system with the features of claim 1 and the method for operating a fuel injection system with a high pressure pump with the features of Claim 8 has the advantage that an improved mode of operation is achieved with a cylinder deactivation and a load on the components of the high-pressure pump can be further reduced.
  • an injection behavior can also be improved.
  • at least essentially the fuel that is removed from the internal combustion engine can be delivered.
  • the pressure wave load and pressure wave generation which arise from the pump delivery strokes in a fuel rail or the like, decrease in the high-pressure system and a malfunction of the injection-synchronous injection strokes is avoided. This supports the cylinder deactivation function for the internal combustion engine.
  • the first inlet valve is designed as an electrically operated suction valve. It is also advantageous that the second inlet valve is designed as an electrically operated suction valve. If further inlet valves are provided for further pump assemblies, the control unit can also serve to control such further inlet valves, which can also be configured as electrically operated suction valves.
  • the drive shaft has a cam that serves to drive the first pump assembly and to drive the second pump assembly.
  • the two pump assemblies can thus be driven by a single cam of the drive shaft.
  • one or more further cams can also be provided, which are used to drive additional pump assemblies.
  • the first pump assembly and the second pump assembly can, however, also be driven by a first cam and a second cam of the drive shaft.
  • the second inlet valve is designed as a controlled second inlet valve and that in the partial-load operating mode, when the cylinder is switched off, fuel delivery by the second pump assembly can be at least essentially interrupted by the second inlet valve.
  • the fuel delivery through the first pump assembly or the fuel delivery through the second pump assembly can be interrupted. This enables a reduced load both on the components in the area of the first pump assembly and on the components in the area of the second pump assembly. For this they can Interruptions take place alternately at the intake valves. This enables an even distribution between the pump assemblies over the service life.
  • control unit in the partial-load operating mode when the cylinder is switched off activates the first inlet valve and, if appropriate, activates the second inlet valve in a timing arrangement with an actuation of an electric pre-feed pump that delivers fuel to the first inlet valve and the second inlet valve. performs.
  • the pre-feed pump can be designed as an electric fuel pump.
  • the cylinder deactivation of the internal combustion engine can be carried out uniformly and synchronously with the high-pressure pump and a regulation or control of the pre-feed pump.
  • a different pre-feed pump can also be used instead of an electric fuel pump (electric fuel pump).
  • the high-pressure pump can deliver the fuel to a fuel rail, in particular a fuel rail.
  • the high-pressure pump preferably delivers injection-synchronously and timed to the firing order of the combustion chambers of the internal combustion engine in the fuel distributor and thus to the fuel injection valves. This can be achieved in the full load range as well as in the low and partial load range with cylinder deactivation.
  • a temporary, load-dependent shutdown of at least one pump assembly of the high-pressure pump is thus possible.
  • the load-dependent deactivation of at least one pump assembly takes place in the low and partial load range when the cylinder is switched off via a correspondingly designed system function.
  • Such a system function can be implemented within the control unit and, if necessary, adapted to the respective application. This system function makes it possible to switch off the pump assemblies by controlling the assigned inlet valves in the sense of zero delivery.
  • the cylinder deactivation can be carried out systematically and synchronously with the high-pressure pump and the regulation or control of the electrical pre-feed pump (electric fuel pump).
  • the electrical pre-feed pump electrical fuel pump
  • a reduction in the power consumption and thus a reduction in the carbon dioxide generated can be achieved.
  • the frictional heat generated can also be reduced. The frictional heat can occur between a roller and the associated roller shoe, a slide bearing and the drive shaft and between a tappet body and a housing wall.
  • the reduced frictional heat results when the pump assembly is switched off to a certain extent. This also reduces the amount of cooling and lubrication. It also reduces the production of carbon dioxide.
  • the improved functionality and the reduction in energy consumption is also made possible by reducing the required drive torque.
  • by increasing the hydraulic efficiency in the partial-load operation of the high-pressure pump since the ratio of the liquid volume to be compressed to the dead volume in the active pump assembly becomes more favorable than a partial partial delivery of both pump assemblies, which is in particular divided between two pump assemblies.
  • the single, active pump assembly has a better effect than a hydraulic spring.
  • operating principle and constructive implementation of at least one electric suction valve noise can also be reduced. In particular, this can eliminate a sound that can be described as a water hammer, and it does not require opening and closing the inlet valve and an outlet valve of the inactive pump assembly when the internal combustion engine is operating in low-part-load operation.
  • Another advantage is the increase in robustness and an associated increase in the service life.
  • a reduced load on the components, in particular the drive components, of the high-pressure pump can advantageously be achieved.
  • the pump assemblies can also be switched off alternately in a targeted manner in order to distribute the load or the relief of the affected individual components, in particular valves, sealing seats, drive rollers and tappet bodies, evenly between the pump assemblies and the assigned elements over the service life and to reduce the stress cycles.
  • This also reduces the Hertzian pressure in the area between the roller and the cam of the switched-off pump assembly.
  • Fig. 1 shows a fuel injection system 1 with a high pressure pump 2 and an internal combustion engine 3 in a partial, schematic representation according to an embodiment.
  • the high-pressure pump 2 can in particular be designed as a radial or in-line piston pump.
  • the fuel injection system can be used in particular for air-compressing, self-igniting internal combustion engines 3.
  • the high-pressure pump 2 has a pump housing 4 in which an engine room 5 is configured.
  • a drive shaft 6 with a cam 7 is mounted in the pump housing 4.
  • the cam 7 is designed as a double cam 7.
  • the cam 7 can be designed as a multiple cam according to the respective configuration.
  • the term cam also includes one Design of the cam 7, in which the drive shaft 6 has an eccentric section or the like.
  • the high-pressure pump 2 has a first pump assembly 8 and a second pump assembly 9, which can be driven by the cam 7 of the drive shaft 6.
  • a first inlet valve 10 is assigned to the first pump assembly 8.
  • fuel can be fed into a pump work chamber 11 of the first pump assembly 8 via the first inlet valve 10.
  • the fuel in the pump work chamber 11 is compressed by the first pump assembly 8 and conveyed under high pressure via a first outlet valve 12 into a fuel distributor 13.
  • the fuel rail 13 can be configured in particular as a fuel rail 13.
  • a second inlet valve 14 is provided, via which fuel can be fed into a pump work space 15 of the second pump assembly 9.
  • the fuel in the pump work chamber 15 can then be compressed by the second pump assembly 9 and fed into the fuel distributor 13 via a second outlet valve 16.
  • the fuel reaches the inlet valves 10, 14 via the engine compartment 5.
  • the fuel is sucked in by a pre-feed pump 17 from a tank 19 via a filter 18 and fed into the engine compartment 5.
  • the prefeed pump 17 is designed as an electric fuel pump (electric fuel pump) 17.
  • a pressure relief valve 20 is provided, via which, if necessary, fuel from fuel distributor 13 returns to tank 19 when a predetermined maximum pressure of the fuel in fuel distributor 13 is exceeded.
  • the fuel injection system 1 has a control unit 25, which is connected via a signal line 26 to an electrical actuator 27 of the first inlet valve 10.
  • the electrical actuator 27 can be an electromagnet, for example.
  • the first inlet valve 10 also has a valve element 28 which is acted upon by a spring in the closing direction.
  • the control unit 25 is connected to an electrical actuator 30 of the second inlet valve 14 via a signal line 29.
  • the second inlet valve 14 also has a valve element 31 which is acted upon by a spring in the closing direction.
  • the control unit 25 is also connected to the electric feed pump 17 and to fuel injection valves 32 to 35 of the fuel injection system. By actuating the fuel injection valves 32 to 35, fuel can be injected from the fuel distributor 13 into the associated combustion chambers 36 to 39 of the internal combustion engine 3.
  • the controlled first inlet valve 10 is thus provided for the first pump assembly 8. And for the second pump assembly 9, the second controlled inlet valve 14 is provided. If the internal combustion engine works in particular in full load operation, then fuel is delivered to the fuel distributor 13 via the pump assemblies 8, 9. It is possible here that fuel is conveyed into the fuel distributor 13 via the pump assemblies 8, 9 in synchronization with the fuel injection valves 32 to 35.
  • fuel delivery through the first pump assembly 8 through the first inlet valve 10 can be interrupted by actuating the actuator 27 and opening the valve element 28.
  • fuel delivery by the second pump assembly 9 can also be interrupted by the second inlet valve 14 by actuating the actuator 30 and opening the valve element 31.
  • two cylinders of the internal combustion engine 3 can be switched off in the partial load operating mode when the cylinders are switched off, so that, for example, the fuel injection valves 34, 35 are no longer actuated. Then, on the one hand, the amount of fuel is reduced over the entire injection cycle of the injection valves 32 to 35.
  • injection-synchronous delivery is advantageous. This is achieved by switching off the fuel delivery via the first pump assembly 8 or the second pump assembly 9. Because then the amount of fuel is reduced accordingly and injection-synchronous delivery can be achieved.
  • control unit 25 can control the first intake valve 10 and the second intake valve 14 over the service life in the partial-load operating mode when the cylinder is switched off, such that the interruption of fuel delivery by the first pump assembly 8 by the first intake valve 10 and the interruption of the fuel delivery by the second Pump assembly 9 by the second inlet valve 14 at least approximately in equal proportions.
  • the pump assemblies 8, 9 can be relieved evenly.
  • control unit 25 can actuate the first inlet valve 10 and the second inlet valve 14 in the partial load operating mode in the case of cylinder deactivation in such a way that the interruption of the fuel delivery by the first pump assembly 8 and the interruption of the fuel delivery by the second pump assembly 9 take place alternately.
  • the control unit 25 can coordinate the timing with the injection.
  • control unit 25 thus activates the first intake valve 10 and the second intake valve 14 in synchronization with the cylinder deactivation for the internal combustion engine 3.
  • control unit 25 can also control the first inlet valve 10 and the second inlet valve 14 in the part-load operating mode in timing with a control of the electric prefeed pump 17, which conveys the fuel to the inlet valves 10, 14.
  • control unit 25 switches off a part of the fuel injection valves 32 to 35 during a cylinder deactivation for the internal combustion engine 3 in order to interrupt an injection of fuel via the switched off part of the fuel injection valves 32 to 35, this advantageously results in a reduction in the required fuel quantity and at the same time an injection-synchronous delivery of the fuel is realized. This results in improved functionality and a reduction in energy requirements. In addition, an increase in robustness and an increase in service life are achieved at the same time.
  • the first inlet valve 10 can advantageously be configured as an electrically operated suction valve 10, the fuel being fed into the pump working chamber 11 via the opened valve element 28 during a suction stroke of the first pump assembly 8.
  • the second inlet valve 14 can advantageously be used as an electrically operated suction valve 14 be designed.
  • the fuel can be fed into the pump work space 15 via the opened valve element 31.
  • the respective actuator 27 or 30 does not need to be controlled by the control unit 25, since the respective valve element 28 or 31 due to the pressure difference between the inlet from the fuel pump 17 and the pump work chamber 11 or 15 is open against the spring force. If the inlet valve 10 or 14 is to be opened during the delivery stroke of the respective pump assembly 8 or 9 in order to interrupt fuel delivery, the respective actuator 27 or 30 is controlled by the control unit 25.
  • Fig. 2 shows the drive shaft 6 with the cam 7 of the in Fig. 1 shown high pressure pump 2 of the embodiment to explain the operation of the embodiment.
  • a possible direction of rotation 40 of the drive shaft 6 is illustrated by an arrow 40.
  • areas 42, 43 are shown as examples on a track 41 of the cam 7.
  • the area 42 lies within the area 43 and is also significantly smaller than the area 43.
  • the pump assemblies 8, 9 If the delivery via the two pump assemblies 8, 9 is maintained in a conventional manner during partial load operation of the internal combustion engine 3, in which the cylinder is deactivated and some of the fuel injection valves 32 to 35 are deactivated, then the following situation is conceivable. Due to the reduced fuel requirement, the pump assemblies 8, 9 only provide partial delivery during the delivery stroke, since the inlet valves 10 and 14 remain open during part of the delivery stroke, so that no fuel delivery takes place and are only closed during part of the delivery stroke, so that there is only partial funding. As a result, the area 42 is overrun twice by the two pump assemblies 8, 9 during one revolution of the drive shaft 6 under load. The load is concentrated on the smaller area 42.
  • one of the pump assemblies 8, 9 is deactivated.
  • only one of the pump assemblies 8, 9 delivers with a correspondingly increased degree of filling. Partial filling is thus avoided despite the reduced fuel requirement.
  • the area 43 is thus rolled over once under load during one revolution of the drive shaft 6, the load being distributed over the larger area 43. At the same time, there is a gentler pressure build-up and a more uniform load on the raceway 41 Pump assemblies 8, 9 provided rollers 44, 45 are thus also loaded more evenly.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe, insbesondere einer Radial- oder Reihenkolbenpumpe, in einer Kraftstoffeinspritzanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Kraftstoffpumpen für Kraftstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
  • Aus der EP 1 927 744 A2 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen bekannt. Die bekannte Hochdruckpumpe weist zwei Pumpenbaugruppen und eine Antriebswelle auf, wobei die Antriebswelle zumindest einen der Pumpenbaugruppe zugeordneten Nocken aufweist. Für einen Pumpenarbeitsraum einer ersten Pumpenbaugruppe ist ein erstes Einlassventil vorgesehen und für einen Pumpenarbeitsraum einer zweiten Pumpenbaugruppe ist ein zweites Einlassventil vorgesehen. Beide Einlassventile sind als gesteuerte Einlassventile ausgestaltet und für die Ansteuerung der beiden Einlassventile ist eine Steuereinheit vorgesehen. Beim Verfahren zum Betrieb der Hochdruckpumpe in einer Teillast-Betriebsart der Brennkraftmaschine wird durch eine Steuereinheit der Kraftstoffeinspritzanlage eine Kraftstoffförderung durch eine der beiden Pumpenbaugruppen durch das jeweilige Einlassventil zumindest im Wesentlichen unterbrochen. Hierdurch kann die Belastung der Komponenten der Hochdruckpumpe in einer Teillast-Betriebsart der Brennkraftmaschine verringert werden.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Verfahrens zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Funktionsweise bei einer Zylinderabschaltung erreicht ist und eine Belastung der Komponenten der Hochdruckpumpe weiter verringert werden kann. Speziell kann auch ein Einspritzverhalten verbessert werden. Somit kann zumindest im Wesentlichen der Kraftstoff gefördert werden, der von der Brennkraftmaschine abgenommen wird. Dadurch nehmen die Druckwellenbelastung und Druckwellenentstehung, die durch die Pumpenförderhübe in eine Kraftstoffverteilerleiste oder dergleichen entstehen, im Hochdrucksystem ab und eine Störung der einspritzsynchronen Einspritzhübe wird vermieden. Dadurch wird die Zylinderabschaltfunktion für die Brennkraftmaschine unterstützt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
  • Vorteilhaft ist es, dass das erste Einlassventil als elektrisch betätigtes Saugventil ausgestaltet ist. Vorteilhaft ist es auch, dass das zweite Einlassventil als elektrisch betätigtes Saugventil ausgestaltet ist. Sofern weitere Einlassventile für weitere Pumpenbaugruppen vorgesehen sind, kann die Steuereinheit auch zum Ansteuern solcher weiteren Einlassventile dienen, die ebenfalls als elektrisch betätigte Saugventile ausgestaltet sein können.
  • Vorteilhaft ist es, dass die Antriebswelle einen Nocken aufweist, der zum Antreiben der ersten Pumpenbaugruppe und zum Antreiben der zweiten Pumpenbaugruppe dient. Somit können die beiden Pumpenbaugruppen von einem einzelnen Nocken der Antriebswelle angetrieben werden. Hierbei können auch ein oder mehrere weitere Nocken vorgesehen sein, die zum Antreiben von zusätzlichen Pumpenbaugruppen dienen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung können die erste Pumpenbaugruppe und die zweite Pumpenbaugruppe allerdings auch von einem ersten Nocken und einem zweiten Nocken der Antriebswelle angetrieben werden.
  • Vorteilhaft ist es außerdem, dass das zweite Einlassventil als gesteuertes zweites Einlassventil ausgestaltet ist und dass in der Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung eine Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe durch das zweite Einlassventil zumindest im Wesentlichen unterbrechbar ist. Auf diese Weise kann wahlweise die Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe oder die Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe unterbrochen werden. Hierdurch ist eine reduzierte Belastung sowohl der Komponenten im Bereich der ersten Pumpenbaugruppe als auch der Komponenten im Bereich der zweiten Pumpenbaugruppe möglich. Hierfür können die Unterbrechungen gezielt abwechselnd an den Einlassventilen erfolgen. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung zwischen den Pumpenbaugruppen über die Lebensdauer möglich.
  • Vorteilhaft ist es auch, dass die Steuereinheit in der Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung eine Ansteuerung des ersten Einlassventils und gegebenenfalls eine Ansteuerung des zweiten Einlassventils in einer zeitlichen Abstimmung mit einer Ansteuerung einer elektrischen Vorförderpumpe, die Kraftstoff zu dem ersten Einlassventil und dem zweiten Einlassventil fördert, ausführt. Die Vorförderpumpe kann hierbei als elektrische Kraftstoffpumpe ausgestaltet sein. Hierdurch kann beispielsweise die Zylinderabschaltung der Brennkraftmaschine systemseitig einheitlich und synchron mit der Hochdruckpumpe und einer Regelung oder Steuerung der Vorförderpumpe erfolgen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann allerdings auch anstelle einer elektrischen Kraftstoffpumpe (Elektrokraftstoffpumpe) eine andere Vorförderpumpe zum Einsatz kommen.
  • Somit ist es möglich, dass im Volllastbereich der Brennkraftmaschine über alle Pumpenbaugruppen der Hochdruckpumpe Kraftstoff gefördert wird, während in einem Niedrig- und Teillastbereich der Brennkraftmaschine bei Zylinderabschaltung nur über einen Teil der Pumpenbaugruppen Kraftstoff zur Brennkraftmaschine gefördert wird. Die Hochdruckpumpe kann den Kraftstoff hierbei in einen Kraftstoffverteiler, insbesondere eine Kraftstoffverteilerleiste, fördern. Die Hochdruckpumpe fördert hierbei vorzugsweise einspritzsynchron und zeitlich abgestimmt auf die Zündfolge der Brennräume der Brennkraftmaschine in den Kraftstoffverteiler und somit zu den Kraftstoffeinspritzventilen. Dies kann dabei sowohl im Volllastbereich als auch im Niedrig- und Teillastbereich bei einer Zylinderabschaltung, erzielt werden.
  • Somit ist eine temporäre, lastabhängige Abschaltung zumindest einer Pumpenbaugruppe der Hochdruckpumpe möglich. Die lastabhängige Deaktivierung zumindest einer Pumpenbaugruppe erfolgt hierbei im Niedrig- und Teillastbereich bei Zylinderabschaltung über eine entsprechend ausgestaltete Systemfunktion. Solch eine Systemfunktion kann innerhalb der Steuereinheit realisiert werden und gegebenenfalls an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Durch diese Systemfunktion ist es möglich, die Pumpenbaugruppen durch die entsprechende Ansteuerung der zugeordneten Einlassventile im Sinne einer Nullförderung abzuschalten.
  • Somit können auch der Energiebedarf der Hochdruckpumpe, die Wärmeerzeugung und die Geräuschbildung abgesenkt sowie die Robustheit der Hochdruckpumpe gesteigert werden.
  • Somit ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Funktionalität sowie der Reduktion des Energiebedarfs und der damit verbundenen Entstehung von Kohlendioxid. Dies wird durch eine ideale Einspritzsynchronität ohne störende Druckwellen in Kombination mit einer möglichen Zylinderabschaltung der Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Zylinderabschaltung kann hierbei systemseitig einheitlich und synchron mit der Hochdruckpumpe und der Regelung oder Steuerung der elektrischen Vorförderpumpe (Elektrokraftstoffpumpe) erfolgen. Je nach Ausgestaltung der Einlassventile, insbesondere der elektrischen Saugventile, kann eine Reduzierung der Leistungsaufnahme und somit eine Reduzierung des erzeugten Kohlendioxids erzielt werden. Außerdem kann die entstehende Reibwärme reduziert werden. Die Reibwärme kann hierbei zwischen einer Rolle und dem zugeordneten Rollenschuh, einem Gleitlager und der Antriebswelle sowie zwischen einem Stößelkörper und einer Gehäusewand auftreten. Die reduzierte Reibwärme ergibt sich bei der gewissermaßen abgeschalteten Pumpenbaugruppe. Somit wird auch die Kühl- und Schmiermenge reduziert. Ferner wird dadurch die Erzeugung von Kohlendioxid reduziert. Die verbesserte Funktionalität und die Reduktion des Energiebedarfs wird auch durch eine Reduzierung des erforderlichen Antriebsmoments ermöglicht. Ferner durch eine Steigerung der hydraulischen Effizienz im Teillastbetrieb der Hochdruckpumpe, da das Verhältnis von zu komprimierenden Flüssigkeitsvolumen zum Totvolumen in der aktiven Pumpenbaugruppe günstiger wird als eine insbesondere auf zwei Pumpenbaugruppen aufgeteilte, jeweils geringere Teilförderung beider Pumpenbaugruppen. Die einzelne, aktive Pumpenbaugruppe wirkt hierbei gewissermaßen besser als hydraulische Feder. Ferner kann je nach Regelstrategie, Wirkprinzip und konstruktiver Umsetzung zumindest eines elektrischen Saugventils eine Geräuschsenkung erzielt werden. Insbesondere kann hierdurch ein als Wasserschlag beschreibbares Geräusch entfallen und das Öffnen und Schließen des Einlassventils und eines Auslassventils der inaktiven Pumpenbaugruppe entfällt, wenn die Brennkraftmaschine im Niedrig-Teillastbetrieb arbeitet.
  • Ein weiterer Vorteil besteht in der Robustheitssteigerung und einer damit verbundenen Erhöhung der Lebensdauer. In vorteilhafter Weise kann eine reduzierte Belastung der Komponenten, insbesondere der Antriebskomponenten, der Hochdruckpumpe erzielt werden. Hierbei können die Pumpenbaugruppen auch gezielt abwechselnd abgeschaltet werden, um die Belastung beziehungsweise die Entlastung der betroffenen Einzelkomponenten, insbesondere Ventile, Dichtsitze, Antriebsrollen und Stößelkörper, über die Lebensdauer gleichmäßig zwischen den Pumpenbaugruppen und den zugeordneten Elementen zu verteilen und die Beanspruchungszyklen zu reduzieren. Hierbei kommt es im Bereich zwischen der Rolle und dem Nocken der abgeschalteten Pumpenbaugruppe auch zu einer Reduzierung der Hertzschen Pressung. Ferner ergibt sich eine reduzierte Materialbelastung der Laufbahn am Nocken, da die Anzahl der Überrollungen unter Last sinkt. Ferner ergibt sich eine gleichmäßigere und über einen größeren Kurbelwinkel verteilte Rollenbelastung auf dem Nocken der Antriebswelle aufgrund der höheren Einzelfördermenge der nicht abgeschalteten Pumpenbaugruppe, was ebenfalls eine reduzierte Materialbelastung der Laufbahn zur Folge hat. Die Lebensdauergrenzen der Wälzfestigkeit sowie eine Materialermüdung der Laufbahn und der Rolle werden potentiell erhöht. Außerdem kommt es zu einer Verschleißreduktion im Bereich der Ventilkomponenten und Ventildichtsitze. Außerdem kann ein geringeres Wellentaumeln erreicht werden, was eine reduzierte Belastung des Wellendichtrings oder dergleichen zur Folge hat. Außerdem kann die Anzahl der Durchbiegungen der Antriebswelle reduziert werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und eine Brennkraftmaschine in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
    • Fig. 2 eine Antriebswelle mit einem Nocken der in Fig. 1 dargestellten Hochdruckpumpe des Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 mit einer Hochdruckpumpe 2 und eine Brennkraftmaschine 3 in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Die Hochdruckpumpe 2 kann insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. Die Kraftstoffeinspritzanlage kann insbesondere für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen 3 dienen.
  • Die Hochdruckpumpe 2 weist ein Pumpengehäuse 4 auf, in dem ein Triebswerkraum 5 ausgestaltet ist. In dem Pumpengehäuse 4 ist eine Antriebswelle 6 mit einem Nocken 7 gelagert. Der Nocken 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Zweifachnocken 7 ausgestaltet. Hierbei kann der Nocken 7 entsprechend der jeweiligen Ausgestaltung als Mehrfachnocken ausgestaltet sein. Ferner fällt unter den Begriff des Nockens auch eine Ausgestaltung des Nockens 7, bei der die Antriebswelle 6 einen exzentrischen Abschnitt oder dergleichen aufweist.
  • Die Hochdruckpumpe 2 weist eine erste Pumpenbaugruppe 8 und eine zweite Pumpenbaugruppe 9 auf, die von dem Nocken 7 der Antriebswelle 6 antreibbar sind. Der ersten Pumpenbaugruppe 8 ist ein erstes Einlassventil 10 zugeordnet. Über das erste Einlassventil 10 kann im Betrieb Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum 11 der ersten Pumpenbaugruppe 8 geführt werden. Nach einer Ansaugphase wird der Kraftstoff im Pumpenarbeitsraum 11 von der ersten Pumpenbaugruppe 8 verdichtet und unter hohem Druck über ein erstes Auslassventil 12 in einen Kraftstoffverteiler 13 gefördert. Der Kraftstoffverteiler 13 kann insbesondere als Kraftstoffverteilerleiste 13 ausgestaltet sein.
  • Ferner ist ein zweites Einlassventil 14 vorgesehen, über das Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum 15 der zweiten Pumpenbaugruppe 9 führbar ist. Durch die zweite Pumpenbaugruppe 9 kann der Kraftstoff im Pumpenarbeitsraum 15 dann verdichtet und über ein zweites Auslassventil 16 in den Kraftstoffverteiler 13 gefördert werden.
  • Im Betrieb befindet sich somit im Kraftstoffverteiler 13 unter hohem Druck stehender Kraftstoff.
  • In diesem Ausführungsbeispiel gelangt der Kraftstoff über den Triebwerksraum 5 zu den Einlassventilen 10, 14. Der Kraftstoff wird hierbei von einer Vorförderpumpe 17 über ein Filter 18 aus einem Tank 19 angesaugt und in den Triebwerksraum 5 gefördert. Die Vorförderpumpe 17 ist als elektrische Kraftstoffpumpe (Elektrokraftstoffpumpe) 17 ausgestaltet.
  • Ferner ist ein Druckbegrenzungsventil 20 vorgesehen, über das gegebenenfalls Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler 13 zurück in den Tank 19 gelangt, wenn ein vorgegebener Maximaldruck von dem Kraftstoff im Kraftstoffverteiler 13 überschritten wird.
  • Die Kraftstoffeinspritzanlage 1 weist eine Steuereinheit 25 auf, die über eine Signalleitung 26 mit einem elektrischen Aktor 27 des ersten Einlassventils 10 verbunden ist. Der elektrische Aktor 27 kann beispielsweise ein Elektromagnet sein. Das erste Einlassventil 10 weist außerdem ein Ventilelement 28 auf, das durch eine Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist. Ferner ist die Steuereinheit 25 über eine Signalleitung 29 mit einem elektrischen Aktor 30 des zweiten Einlassventils 14 verbunden. Das zweite Einlassventil 14 weist außerdem ein Ventilelement 31 auf, das durch eine Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist. Durch Ansteuern des Aktors 27 oder des Aktors 30 kann das Ventilelement 28 des ersten Einlassventils 10 oder das Ventilelement 31 des zweiten Einlassventils 14 gegen die jeweilige Feder geöffnet werden und somit eine Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe 8 beziehungsweise die zweite Pumpenbaugruppe 9 unterbrochen werden. Das jeweilige Ventilelement 28 bzw. 31 bleibt dabei auch während des Förderhubs der jeweiligen Pumpenbaugruppe 8 bzw. 9 geöffnet. Dadurch kann im Betrieb gewissermaßen ein Abschalten der jeweiligen Pumpenbaugruppe 8, 9 erzielt werden.
  • Die Steuereinheit 25 ist außerdem mit der elektrischen Vorförderpumpe 17 und mit Kraftstoffeinspritzventilen 32 bis 35 der Kraftstoffeinspritzanlage verbunden. Durch Ansteuern der Kraftstoffeinspritzventile 32 bis 35 kann Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler 13 in die zugeordneten Brennräume 36 bis 39 der Brennkraftmaschine 3 eingespritzt werden.
  • Somit ist für die erste Pumpenbaugruppe 8 das gesteuerte erste Einlassventil 10 vorgesehen. Und für die zweite Pumpenbaugruppe 9 ist das zweite gesteuerte Einlassventil 14 vorgesehen. Wenn die Brennkraftmaschine insbesondere im Volllastbetrieb arbeitet, dann wird Kraftstoff über die Pumpenbaugruppen 8, 9 zu dem Kraftstoffverteiler 13 gefördert. Hierbei ist es möglich, dass einspritzsynchron zu den Kraftstoffeinspritzventilen 32 bis 35 Kraftstoff über die Pumpenbaugruppen 8, 9 in den Kraftstoffverteiler 13 gefördert wird.
  • In einer Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung kann eine Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe 8 durch das erste Einlassventil 10 unterbrochen werden, indem der Aktor 27 angesteuert und das Ventilelement 28 geöffnet wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann in der Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung auch eine Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe 9 durch das zweite Einlassventil 14 unterbrochen werden, indem der Aktor 30 angesteuert und das Ventilelement 31 geöffnet wird.
  • Beispielsweise kann in der Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung eine Abschaltung von zwei Zylindern der Brennkraftmaschine 3 erfolgen, so dass beispielsweise die Kraftstoffeinspritzventile 34, 35 nicht mehr betätigt werden. Dann ist zum einen die Kraftstoffmenge über den gesamten Einspritzzyklus der Einspritzventile 32 bis 35 reduziert. Zum anderen ist eine einspritzsynchrone Förderung vorteilhaft. Dies wird durch Abschalten der Kraftstoffförderung über die erste Pumpenbaugruppe 8 oder die zweite Pumpenbaugruppe 9 erzielt. Denn dann ist die Kraftstoffmenge entsprechend reduziert und es kann eine einspritzsynchrone Förderung erzielt werden.
  • Hierbei kann die Steuereinheit 25 in der Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung das erste Einlassventil 10 und das zweite Einlassventil 14 über die Lebensdauer so ansteuern, dass die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe 8 durch das erste Einlassventil 10 und die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe 9 durch das zweite Einlassventil 14 zumindest näherungsweise zu gleichen Anteilen erfolgt. Somit können die Pumpenbaugruppen 8, 9 gleichmäßig entlastet werden.
  • Speziell kann die Steuereinheit 25 in der Teillast-Betriebsart bei Zylinderabschaltung das erste Einlassventil 10 und das zweite Einlassventil 14 so ansteuern, dass die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe 8 und die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe 9 abwechselnd erfolgt. Die Steuereinheit 25 kann hierbei jeweils die zeitliche Abstimmung mit der Einspritzung koordinieren.
  • Somit führt die Steuereinheit 25 in der Teillast-Betriebsart eine Ansteuerung des ersten Einlassventils 10 und des zweiten Einlassventils 14 in zeitlicher Abstimmung mit der Zylinderabschaltung für die Brennkraftmaschine 3 aus.
  • Zusätzlich kann die Steuereinheit 25 in der Teillast-Betriebsart auch eine Ansteuerung des ersten Einlassventils 10 und des zweiten Einlassventils 14 in einer zeitlichen Abstimmung mit einer Ansteuerung der elektrischen Vorförderpumpe 17, die den Kraftstoff zu den Einlassventilen 10, 14 fördert, ausführen.
  • Wenn die Steuereinheit 25 bei einer Zylinderabschaltung für die Brennkraftmaschine 3 einen Teil der Kraftstoffeinspritzventile 32 bis 35 abschaltet, um eine Einspritzung von Kraftstoff über den abgeschalteten Teil der Kraftstoffeinspritzventile 32 bis 35 zu unterbrechen, dann wird somit in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der benötigten Kraftstoffmenge und gleichzeitig eine einspritzsynchrone Förderung des Kraftstoffs realisiert. Somit ergeben sich eine verbesserte Funktionalität und eine Reduktion des Energiebedarfs. Außerdem werden dadurch zugleich eine Robustheitssteigerung und eine Lebensdauererhöhung erzielt.
  • Das erste Einlassventil 10 kann in vorteilhafter Weise als elektrisch betätigtes Saugventil 10 ausgestaltet sein, wobei der Kraftstoff bei einem Saughub der ersten Pumpenbaugruppe 8 über das geöffnete Ventilelement 28 in den Pumpenarbeitsraum 11 geführt wird. Ferner kann das zweite Einlassventil 14 in vorteilhafter Weise als elektrisch betätigtes Saugventil 14 ausgestaltet sein. Der Kraftstoff kann hierbei bei einem Saughub der zweiten Pumpenbaugruppe 9 über das geöffnete Ventilelement 31 in den Pumpenarbeitsraum 15 geführt werden. Beim Saughub der Pumpenbaugruppen 8 und 9 braucht der jeweilige Aktor 27 bzw. 30 durch die Steuereinheit 25 nicht angesteuert zu werden, da das jeweilige Ventilelement 28 bzw. 31 infolge der Druckdifferenz zwischen dem Zulauf von der Kraftstoffpumpe 17 her und dem Pumpenarbeitsraum 11 bzw. 15 gegen die Federkraft geöffnet ist. Wenn das Einlassventil 10 bzw. 14 während des Förderhubs der jeweiligen Pumpenbaugruppe 8 bzw. 9 geöffnet sein soll, um eine Kraftstoffförderung zu unterbrechen, so wird der jeweilige Aktor 27 bzw. 30 durch die Steuereinheit 25 angesteuert.
  • Fig. 2 zeigt die Antriebswelle 6 mit dem Nocken 7 der in Fig. 1 dargestellten Hochdruckpumpe 2 des Ausführungsbeispiels zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels. Hierbei ist eine mögliche Drehrichtung 40 der Antriebswelle 6 durch einen Pfeil 40 veranschaulicht. Zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung sind auf einer Laufbahn 41 des Nockens 7 exemplarisch Bereiche 42, 43 dargestellt. Der Bereich 42 liegt hierbei innerhalb des Bereichs 43 und ist zudem deutlich kleiner als der Bereich 43.
  • Wenn bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 3, bei dem eine Zylinderabschaltung erfolgt und ein Teil der Kraftstoffeinspritzventile 32 bis 35 abgeschaltet ist, die Förderung über die beiden Pumpenbaugruppen 8, 9 in herkömmlicher Weise beibehalten wird, dann ist folgende Situation denkbar. Aufgrund des reduzierten Kraftstoffbedarfs erfolgt durch die Pumpenbaugruppen 8, 9 nur noch eine Teilförderung während des Förderhubs, da die Einlassventile 10 und 14 während eines Teils des Förderhubs geöffnet bleiben, so dass keine Kraftstoffförderung erfolgt, und nur während eines Teils des Förderhubs geschlossen sind, so dass nur eine Teilförderung erfolgt. Hierdurch wird beispielsweise der Bereich 42 von den beiden Pumpenbaugruppen 8, 9 bei einer Umdrehung der Antriebswelle 6 zweimal unter Last überrollt. Die Belastung konzentriert sich hierbei auf den kleineren Bereich 42.
  • Beim Verfahren zum Betrieb der Hochdruckpumpe 2 der Kraftstoffeinspritzanlage 1 entsprechend dem Ausführungsbeispiel erfolgt im Unterschied dazu eine Deaktivierung einer der Pumpenbaugruppen 8, 9. Somit fördert nur noch eine der Pumpenbaugruppen 8, 9 mit einem entsprechend erhöhten Befüllungsgrad. Eine Teilbefüllung wird somit trotz des reduzierten Kraftstoffbedarfs vermieden. Somit wird der Bereich 43 bei einer Umdrehung der Antriebswelle 6 einmal unter Last überrollt, wobei sich die Belastung über den größeren Bereich 43 verteilt. Hierbei kommt es gleichzeitig zu einem sanfter stattfindenden Druckaufbau und zu einer gleichmäßigeren Belastung der Laufbahn 41. An den Pumpenbaugruppen 8, 9 vorgesehene Rollen 44, 45 werden somit ebenfalls gleichmäßiger belastet.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe (2), insbesondere Radial- oder Reihenkolbenpumpe in Kraftstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen (3), wobei die Hochdruckpumpe (2) eine erste Pumpenbaugruppe (8), zumindest eine zweite Pumpenbaugruppe (9) und eine Antriebswelle (6) aufweist, die zum Antreiben der ersten Pumpenbaugruppe (8) und der zweiten Pumpenbaugruppe (9) dient, wobei ein erstes Einlassventil (10) für einen Pumpenarbeitsraum (11) der ersten Pumpenbaugruppe (8) und zumindest ein zweites Einlassventil (14) für einen Pumpenarbeitsraum (15) der zweiten Pumpenbaugruppe (9) vorgesehen sind, wobei zumindest das erste Einlassventil (10) als gesteuertes Einlassventil (10) ausgestaltet ist und wobei in einer Teillast-Betriebsart eine Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe (8) durch das erste Einlassventil (10) zumindest im Wesentlichen unterbrechbar ist und wobei zur Ansteuerung des ersten Einlassventils (10) eine Steuereinheit (25) der Kraftstoffeinspritzanlage vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit (25) in der Teillast-Betriebsart bei einer Zylinderabschaltung der Brennkraftmaschine (3) eine Ansteuerung zumindest des ersten Einlassventils (10) in einer zeitlichen Abstimmung mit der Zylinderabschaltung ausführt, um die Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe (8) zu unterbrechen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Einlassventil (10) als elektrisch betätigtes Saugventil (10) ausgestaltet ist und/oder dass das zweite Einlassventil (14) als elektrisch betätigtes Saugventil (14) ausgestaltet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Antriebswelle (6) einen Nocken (7) aufweist, der zum Antreiben der ersten Pumpenbaugruppe (8) und zum Antreiben der zweiten Pumpenbaugruppe (9) dient.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Einlassventil (14) als gesteuertes zweites Einlassventil (14) ausgestaltet ist und dass in der Teillast-Betriebsart eine Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe (9) durch das zweite Einlassventil (14) zumindest im Wesentlichen unterbrechbar ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit (25) in der Teillast-Betriebsart bei einer Zylinderabschaltung das erste Einlassventil (10) und das zweite Einlassventil (14) über die Lebensdauer so ansteuert, dass die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe (8) durch das erste Einlassventil (10) und die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe (9) durch das zweite Einlassventil (14) zumindest näherungsweise zu gleichen Anteilen erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit (25) in der Teillast-Betriebsart bei einer Zylinderabschaltung das erste Einlassventil (10) und das zweite Einlassventil (14) so ansteuert, dass die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die erste Pumpenbaugruppe (8) durch das erste Einlassventil (10) und die Unterbrechung der Kraftstoffförderung durch die zweite Pumpenbaugruppe (9) durch das zweite Einlassventil (11) abwechselnd erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit (25) in der Teillast-Betriebsart bei einer Zylinderabschaltung eine Ansteuerung zumindest des ersten Einlassventils (10) in einer zeitlichen Abstimmung mit einer Ansteuerung einer elektrischen Vorförderpumpe (17), die Kraftstoff zu dem ersten Einlassventil (10) und dem zweiten Einlassventil (14) fördert, ausführt.
  8. Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage eine Vorförderpumpe (17) aufweist, über die Kraftstoff zu dem ersten Einlassventil (10) und dem zweiten Einlassventil (14) förderbar ist, und wobei die Kraftstoffeinspritzanlage mehrere Einspritzventile (32 - 35) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit (25) bei einer Zylinderabschaltung für die Brennkraftmaschine (3) für einen Teil der Einspritzventile (32 - 35) eine Einspritzung von Kraftstoff in zugeordnete Brennräume (36 - 39) der Brennkraftmaschine (3) unterbricht.
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