EP3499017B1 - Pumpenanordnung zur förderung von kraftstoff - Google Patents

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EP3499017B1
EP3499017B1 EP18205565.7A EP18205565A EP3499017B1 EP 3499017 B1 EP3499017 B1 EP 3499017B1 EP 18205565 A EP18205565 A EP 18205565A EP 3499017 B1 EP3499017 B1 EP 3499017B1
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EP
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pressure
pump
low
valve
fuel
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EP18205565.7A
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EP3499017A1 (de
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Stefan Detterbeck
Johannes Geiger
Thomas Scheuer
Tobias Holzinger
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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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 pump arrangement for delivering fuel.
  • the invention relates in particular to a pump arrangement with which fuel can be provided under very high pressure for a rail system, for example a common rail system of an internal combustion engine.
  • Rail systems or common rail systems of this type are used, in particular in diesel internal combustion engines, to supply fuel to the combustion chamber of the internal combustion engine under very high pressure. Due to the very high pressure, a very fine atomization of the fuel can be achieved. In particular, this enables very complete and clean combustion of the fuel.
  • the chemical energy contained in the fuel is converted particularly well. There are particularly low thermal losses and particularly few pollutants are produced during combustion.
  • Pump arrangements for providing fuel under very high pressures are therefore usually used for common rail systems, which have a low-pressure pump and a high-pressure pump.
  • the low pressure pump is usually operated electrically.
  • the high pressure pump is normally connected to an internal combustion engine via a shaft, so that mechanical energy from the internal combustion engine can be used directly to operate the pump. In this way, conversion losses between mechanical energy and electrical energy can be avoided.
  • electrical energy is normally only available to a limited extent in a motor vehicle because (as already described) this electrical energy must first be obtained by converting mechanical energy of the internal combustion engine into electrical energy and components for generating electrical energy (generators or the like) for weight reasons , for reasons of space and also for cost reasons, should not be unnecessarily large.
  • the DE 10 2015 108 112 A1 relates to special operating modes of fuel pumps in which zero delivery takes place and lubrication of the fuel pump pump should nevertheless be guaranteed.
  • the DE 10 2013 213 924 A1 discloses a method of controlling a fuel metering system having a low pressure area and a high pressure area and a valve disposed therebetween.
  • a pump that is activated depending on the status of the valve.
  • This dependence of the control on the state of the valve is used to generate a counter-pulse to a pressure fluctuation that occurs as a result of the closing movement of the valve.
  • the detection of a closing time of the valve is based on the detection of a pressure peak in the low-pressure system.
  • the WO 2017/157736 A1 relates to the control of a low-pressure pump in a fuel supply system consisting of a high-pressure accumulator, high-pressure pump and low-pressure pump and quantity control valve.
  • a setpoint value for controlling the low-pressure pump is generated, this setpoint value being generated taking into account a control value for the control current of the low-pressure pump which is detected when the delivery rate of the high pressure pump drops.
  • the DE 10 2015 120 577 A1 discloses a method for operating an arrangement comprising a high-pressure pump and a low-pressure pump arranged in front of it, the low-pressure pump being operated in a pulsed manner when the pressure in a high-pressure fuel distributor connected to the high-pressure pump falls below a threshold value.
  • the DE 10 2015 121 059 A1 relates to a method in which a solenoid overflow valve of a direct injection fuel pump is activated in response to the fact that fuel vapor is detected at an inlet of the direct injection fuel pump. Fuel vapor can be detected based on fuel capacity as measured by a fuel composition sensor.
  • a pump arrangement for delivering fuel with a high-pressure pump for providing fuel under high pressure and a low-pressure pump for supplying the high-pressure pump with fuel is to be described here, the low-pressure pump being designed to take fuel from a tank and the fuel from the high-pressure pump with a Supply pressure and the high-pressure pump has a pump chamber with a low-pressure valve on a low-pressure side and a high-pressure valve on the high-pressure side, the low-pressure valve having an electrically controllable magnetic valve drive and being opened when de-energized, closed when energized, and closed when a pressure difference between the pump chamber and the low-pressure side is greater is as a threshold value, the low-pressure valve having a state sensor with which an opening state of the low-pressure valve can be monitored, the state sensor and the low-pressure p umpe are connected to one another via a pump control device and the pump control device is set up to adapt the supply pressure as a function of the opening state of the low-pressure valve.
  • the pump arrangement can be used to supply any internal combustion engine with fuel.
  • the high pressure with which the high-pressure pump supplies fuel to the pump arrangement is, for example, a pressure of more than 500 bar, preferably more than 1000 bar and particularly preferably even more than 1500 bar.
  • the low-pressure pump is particularly preferably an electrically operated pump, for example an electrically operated piston pump.
  • the high-pressure pump is particularly preferably a mechanically operated pump, for example a pump that has a shaft on which a mechanical drive force can be introduced into the pump.
  • the high pressure pump is preferably also a piston pump in which a piston of the high pressure pump is moved up and down by the shaft described. This can be realized by a cam drive which is connected to the shaft.
  • the low-pressure pump is preferably capable of suction. That means it can suck fuel from a tank. Alternatively, it is also possible for the fuel to be pushed into the tank so that it can then be delivered by the low-pressure pump. Design variants are also possible in which the low-pressure pump is formed by a pressure system which presses a tank in which the fuel is located, so that the pressure ensures that the high-pressure pump is supplied with fuel. The low-pressure pump is then, for example, an air pump that delivers compressed air into the tank. A line preferably exists to connect the low-pressure pump and the high-pressure pump. A low-pressure side of the high-pressure pump can also be referred to as the suction side of the high-pressure pump, the term "sucking" being understood here accordingly. In fact, on the low-pressure side of the high-pressure pump, there is already pressure generated by the low-pressure pump, which makes it unnecessary to generate a suction pressure below atmospheric pressure.
  • the supply pressure with which the high-pressure pump is supplied is, for example, a pressure in a range below 10 bar, particularly preferably below 8 bar and in particular in a range between 4 bar and 7 bar.
  • the high-pressure pump preferably has a pump chamber which is regularly enlarged and reduced in size in order to bring about fuel. This can be ensured by the piston described above, which is driven by a cam drive.
  • the pump chamber preferably has valves which specify a direction of flow or a direction of delivery of fuel through the pump.
  • valves which specify a direction of flow or a direction of delivery of fuel through the pump.
  • a low-pressure valve on a low-pressure side which can also be referred to as an inlet valve.
  • a high pressure valve on a high pressure side which can also be referred to as an outlet valve.
  • the valves are preferably designed so that they are able to switch the pressures occurring on the low-pressure side or on the high-pressure side of the pump.
  • the valve on the high pressure side is preferably suitable for switching the high pressures already described above 500 bar and more.
  • the low-pressure valve of the high-pressure pump of the pump arrangement is a valve which has an electrically controllable, magnetic valve drive.
  • the low-pressure valve has, for example, a movable, magnetic valve body and an externally arranged, fixedly positioned electrical coil, wherein magnetic valve bodies can be controlled in a targeted manner by an electrical current that is applied to the coil.
  • the current that is sent to the electrical coil of the electrically controllable, magnetic valve drive is connected, is also called "closing current".
  • a valve with such an electrically controllable magnetic valve drive usually has a certain pressure range in which it can be switched.
  • pressure range refers to differential pressures between one side of the valve and the other side of the valve and not to absolute pressures on one side or the other of the valve.
  • pressure range refers here to the pressures at which it is possible to open and / or close the valve with the aid of an electrical control signal. If pressures outside the pressure range occur, it is possible that an active selection whether the valve is open or closed is no longer possible with the control signal.
  • the low-pressure valve used here is characterized in that it has two different switching positions (open and closed), with one switching position (closed) both specifically by energizing the electrically controllable magnetic valve drive or by a pressure difference acting on the valve (a pressure difference between the pump chamber and Low pressure side) can be reached and maintained.
  • This special characteristic of the low-pressure valve enables the low-pressure valve to be open in a state in which there is no pressure difference across the low-pressure valve when no current is applied to the electrically controllable magnetic valve drive.
  • the low-pressure valve can then be applied an electric current can be transferred from the open position to the closed position to the electrically controllable magnetic valve drive.
  • a pressure difference can develop because the pressures from both sides of the valve can develop independently of one another and pressure equalization through the valve is no longer possible.
  • the valve is designed in such a way that it remains in the closed position even if the current at the electrically controllable magnetic valve drive (control current) is lost, provided that an applied pressure difference is greater than a threshold value (also threshold pressure difference).
  • This threshold value is, for example, between 2 and 10 bar, in particular between 4 bar and 8 bar and particularly preferably in the range around 6 bar.
  • Such a valve type has the advantage that electrical energy is only required to drive the valve in a relatively short phase in order to establish the closed state of the valve. As soon as sufficient pressure has developed in the pump chamber, the closed state is maintained by the pressure difference that has developed and the valve remains closed regardless of the current flow.
  • This particular characteristic of the low-pressure valve can be implemented in that a preloading element is arranged in the valve, which element can be formed, for example, by a spring. If the valve is to be closed by activating the electrically controllable magnetic valve drive, then the electrically controllable magnetic valve drive must exert a drive force on a closing body of the valve which is so great that the force acting on the biasing element is exceeded. As soon as the one arranged on the pump chamber side The effective area of the pressure applied to the valve or the applied pressure difference is sufficiently large to also overcome the prestressing force of the prestressing element (alone, without electrical support from the valve drive), the energization of the valve drive can be terminated.
  • Such a valve drive and such a type of low pressure valve can provide a pump arrangement that can be operated in a particularly energy-efficient manner.
  • the status sensor is preferably designed as a component of the electrically controllable magnetic valve drive. This is preferably implemented in that a coil of the electrically controllable magnetic valve drive is used to determine a position and / or a movement (change in position) of the valve body by induction. A current flows through this coil of the electrically controllable valve drive in order to control the valve. An electric current is also induced in this coil as soon as a valve body of the low-pressure valve moves and this induced electric current occurs regardless of or in addition to whether or not there is a current supply to open or close the valve.
  • This induced current is superimposed on the control current applied to the electrically controllable magnetic valve drive.
  • This induced current can be measured. This can be done with a Current sensor or a voltage sensor which measures a voltage occurring as a result of the current.
  • a state sensor for determining the open state of the low-pressure valve can preferably comprise a voltage sensor or a current sensor which monitors these induced currents under the voltages resulting therefrom on the electrically controllable magnetic valve drive.
  • the state sensor can, however, also be implemented in any other way, for example with a mechanical element that enables the opening state of the low-pressure valve to be determined or with an optical sensor or any other measurement method with which the opening state of the valve can be detected.
  • Another variant of the status sensor is an additional coil for detecting an induction as a result of a movement of the valve body, which is independent of the valve drive.
  • Condition sensors are also possible which include pressure sensors and which are attached to the low-pressure side and / or to the pump chamber of the pump and which register pressure fluctuations.
  • the state sensor provides information with regard to the open state of the low-pressure valve of the high-pressure pump of the pump arrangement.
  • the condition sensor is connected to a pump control unit.
  • the pump control device can be any control device. It can also be a control device which also has other functions in a larger overall network in which the pump arrangement is used takes over.
  • the control device can also be part of an engine control device of a motor vehicle.
  • connection between the pump control device and the status sensor is preferably implemented with a line for transmitting electrical signals, in particular with a data line.
  • Information regarding the status of the low-pressure valve of the high-pressure pump can be transmitted from the status sensor to the pump control device via the connection.
  • the pump control device is also connected to the low-pressure pump of the pump arrangement described above. This is also preferably implemented with a line for the transmission of electrical signals, in particular with a data line.
  • the low-pressure pump is in particular an electric pump. By controlling the electric drive of the low-pressure pump, the delivery rate of the low-pressure pump can be changed, so that a supply pressure with which the low-pressure pump supplies the high-pressure pump can be adjusted.
  • the low-pressure pump can be controlled with the pump control unit by connecting the pump control unit to the low-pressure pump.
  • the pump control device is set up to adapt the supply pressure with the low-pressure pump as a function of the opening state of the low-pressure valve.
  • the high-pressure pump is preferably designed so that the pump speed or a clock frequency with which the pump chamber periodically increases and decreases can not or only with difficulty be influenced, or depends on other variables that are not or only partially with the delivery rate of the pump Related.
  • the pump speed or the said clock frequency are related to the engine speed of the internal combustion engine if the pump is driven directly by the internal combustion engine via a shaft. Often, however, there is little or no relationship between the speed of the shaft of the internal combustion engine and the fuel requirement of the internal combustion engine. An extreme case in this regard is idling at high speed, in which there is no need for fuel but a very high speed exists.
  • the possibility of specifically monitoring the opening state of the low-pressure valve of the high-pressure pump of the pump arrangement makes it possible to at least partially compensate for this lack of intervention in the operation of the high-pressure pump and thus ensure particularly efficient, energy-saving operation of the pump arrangement.
  • the opening state of the low-pressure valve By influencing the opening state of the low-pressure valve, the amount of fuel made available to the high-pressure pump is set in a targeted manner.
  • the high-pressure pump only delivers the exact amount of fuel that is made available to it by closing the low-pressure valve.
  • the pump control device is designed to achieve a delivery rate of the pump arrangement by shifting a closing time of the low-pressure valve, the closing time being shifted forward in time to increase the delivery rate and the closing time being shifted backwards in time to reduce the delivery rate.
  • the pump arrangement is preferably designed such that the delivery quantity of fuel which is provided by the pump arrangement is (only) regulated via the opening time of the low-pressure valve of the high-pressure pump. If no fuel is to be delivered, but the high-pressure pump nevertheless continuously carries out a delivery movement at a certain clock frequency or speed, then the low-pressure valve remains open permanently. As a result of the pumping movement and the regular enlargement and reduction of the pump chamber, fuel is repeatedly drawn into the pump chamber through the low-pressure valve and then pushed out of the pump chamber again through the same low-pressure valve, counter to the usual direction of flow. The high pressure valve on the high pressure side of the high pressure pump is then permanently closed.
  • the very high pressure of more than 500 bar described above is normally present in the high pressure side.
  • the pump chamber (as long as the low-pressure valve is open), no pressures whatsoever can develop which are sufficient to deliver fuel from the pump chamber into the high-pressure side or through the high-pressure valve.
  • the low-pressure valve is controlled electrically and closed in a targeted manner.
  • the low-pressure valve is closed and opened once per delivery movement of the pump. This means that the low-pressure valve is closed and opened once per enlargement and reduction of the pump chamber. If a maximum delivery rate is to be achieved, the low-pressure valve is closed when the pump chamber has the maximum volume. Then the fuel in the pump chamber is first brought to a very high pressure and as soon as the pressure in the pump chamber exceeds the pressure on the high pressure side of the high pressure pump, the fuel is pushed through the high pressure valve out of the pump chamber into the rail.
  • the closing time of the low-pressure valve of the high-pressure pump In order to regulate the amount of fuel delivered between a maximum delivery amount and a zero amount, the closing time of the low-pressure valve of the high-pressure pump, starting from the closing time for a maximum delivery amount (at top dead center or at maximum pump volume), moves backwards in time during the reduction phase of the pump chamber postponed. The later the low-pressure valve closes, the lower the delivery rate. The earlier the closing time, the greater the delivery rate.
  • the pump arrangement is also advantageous if the pump control device is set up to receive a pressure value from a pressure sensor in connection with a high pressure side of the high pressure pump and to regulate the delivery rate of the pump arrangement as a function of this pressure value.
  • a pressure on the high-pressure side is preferably fixed. This can be, for example, the high pressure of at least 500 bar described above. Depending on how much fuel is consumed on the high pressure side, a corresponding subsequent delivery of fuel with the pump arrangement is necessary in order to maintain this predetermined high pressure.
  • the pressure sensor in connection with the high pressure side is set up so that it can measure the pressure on the high pressure side exactly. As soon as there is a reduction in pressure due to fuel being transported away from the high pressure side to a consumer, the pump arrangement receives a request to replenish a delivery rate in order to regulate the pressure value again to the desired high pressure.
  • This type of pump control can be referred to as pressure control or pressure control.
  • the pump control device is set up to recognize gas in the pump chamber of the high-pressure pump based on the open state of the low-pressure valve and to increase the supply pressure when there is gas in the pump chamber.
  • gas in the pump chamber is extremely disadvantageous because gas in the pump chamber can significantly impair the delivery rate of the pump.
  • Gas in the pump chamber ensures that a desired discharge of fuel no longer occurs at the high-pressure valve on the high-pressure side of the pump chamber.
  • Gas bubbles in the pump can, under unfavorable circumstances, completely prevent delivery with the high-pressure pump, because the pressure required to eject fuel on the high-pressure side through the high-pressure valve can no longer be built up by enlarging or reducing the pump chamber. To avoid such conditions, it is beneficial to recognize this. It has been found that by monitoring the open state of the low-pressure valve, it can be determined in a particularly advantageous manner whether there is gas in the pump chamber.
  • the low-pressure valve opens at times at which it cannot normally be expected that it will open, then this is a sign that the necessary pressures could not be built up in the pump chamber. For example, it is an unusual, unforeseen opening event when the low-pressure valve opens immediately when the electrical control current for controlling the low-pressure valve is no longer available. It must then be assumed that the low-pressure valve is not able to remain closed when it is de-energized. Then there is insufficient pressure in the pump chamber. It can be assumed that this occurs as a result of a gas bubble in the pump chamber.
  • a suitable response to gas in the pump chamber is to increase the supply pressure to the high pressure pump.
  • Gas bubbles usually occur as a result of fuel vaporization.
  • the pressures at which fuel vaporizes are usually temperature dependent. The higher the Temperature, the higher the pressures are necessary to ensure that the fuel remains in a liquid state.
  • gas in the pump chamber is recognized on the basis of the phenomena occurring as a result of the gas (unwanted, unplanned opening of the low-pressure valve).
  • the necessary supply pressure can be identified very precisely, which is necessary to ensure that no gas is formed in the pump chamber and that safe and reliable operation of the pump chamber is possible.
  • the low pressure pump is usually an electric pump. By providing a minimum supply pressure, which is just as high that no gas bubbles form, it can be achieved that particularly little electrical energy is required to operate the low-pressure pump.
  • a pressure accumulator is arranged on the low-pressure side, which forms a pressure reservoir for the supply pressure.
  • Such a pressure accumulator can be formed, for example, by a spring-loaded cylinder with a membrane, which ensures that even when fuel is consumed by drawing fuel into the high-pressure pump, the supply pressure is approximately maintained.
  • a pressure accumulator represents a reservoir for fuel that is under the supply pressure.
  • Such a pressure accumulator acts like a damping element which keeps pressure fluctuations in the supply pressure between the low-pressure pump and the high-pressure pump low.
  • a particularly safe and reliable operation of the pump arrangement can be achieved by means of such a pressure accumulator.
  • such a pressure accumulator can also be formed by a flexible line section which expands as a function of pressure.
  • the pump arrangement is also advantageous if the low-pressure pump is set up to maintain a supply pressure in a pressure range between 3 and 10 bar on the low-pressure side.
  • supply pressures in the pressure range of 3 and 10 bar are suitable for achieving at all conceivable temperatures at the pump arrangement that gaseous fuel never occurs, but that an adjustment of the supply pressure is always possible, which ensures that no gas occurs .
  • the required (minimum) supply pressure is specifically set within the pressure range between 3 and 10 bar.
  • a pump drive for the high-pressure pump is formed by an eccentric which is connected to a shaft of an internal combustion engine.
  • the shaft of the internal combustion engine normally rotates at a speed which is (largely) independent of the amount of fuel required.
  • Driving a high pressure pump via an eccentric connected to a shaft of the internal combustion engine is a particularly efficient drive for the high pressure pump. This is crucial for the energy efficiency of the pump arrangement, because the pressing of the fuel to very high pressures of, for example, more than 500, more than 1000 or even more than 1500 bar results in high energy consumption.
  • an injection system comprising a rail for supplying at least one injector for injecting fuel into an internal combustion engine and a pump arrangement, as described here, for supplying the rail with fuel.
  • Such a rail is, for example, a so-called common rail, which is used in particular in modern diesel internal combustion engines to supply the injectors of the internal combustion engine with fuel.
  • This rail represents a pressure reservoir from which injectors can be supplied with an amount of fuel (any amount in an operating range). The actual metering of the injection quantity for metering the fuel that is injected into the internal combustion engine takes place via the opening time of the injectors. When dosing, it is assumed that the injectors always receive the desired supply pressure via the rail.
  • the aim here is also to describe a motor vehicle having an internal combustion engine with a described injection system for supplying the internal combustion engine with fuel.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 39 with an internal combustion engine 38 which has an injection insert 37 which is supplied with fuel by a pump arrangement 19 described here.
  • the injection system 37 has a rail 13 which is adjacent to injectors 14 with which the internal combustion engine 38 is supplied with fuel.
  • the pump arrangement 19 takes fuel from a tank 7 via a suction line 8 with a low-pressure pump 6.
  • the pump arrangement 19 also has a high-pressure pump 1, which is connected to the low-pressure pump 6 on a low-pressure side 3 and which has a High pressure side 5 is connected to the rail 13.
  • the low-pressure side 5 of the high-pressure pump 1 is delimited from a pump chamber 10 of the high-pressure pump 1 with a low-pressure valve 3.
  • the high pressure side 5 of the high pressure pump 1 is delimited from a pump chamber 10 of the high pressure pump 1 with a high pressure valve 4.
  • a pressure accumulator 9 On the low-pressure side 3 of the high-pressure pump 1, a pressure accumulator 9 is connected, which ensures a constancy of the supply pressure with which the high-pressure pump 1 is supplied with fuel.
  • This pressure accumulator 9 is, however, only an optional further development.
  • the pressure accumulator 9 can also be implemented by a flexibility of a supply line to the high pressure pump 1.
  • the low-pressure valve 2 of the high-pressure pump 1 has an electrically controllable magnetic valve drive 18 with which the low-pressure valve 4 can be closed against the force of a biasing element 21. As soon as there is sufficient pressure in the pump chamber 10 of the high-pressure pump 1, the pressure in the pump chamber 10 keeps the low-pressure valve 6 closed. This happens regardless of whether an opening current is applied to the electrically controllable magnetic valve drive 18 or not.
  • the low-pressure valve 2 also forms a sealing seat 21 in which a closing body rests in the closed state of the low-pressure valve 2 in order to close the low-pressure valve 2.
  • the high pressure pump is driven by an eccentric 12, which is preferably connected to an internal combustion engine 38 for driving purposes is. A corresponding connection between the eccentric 12 and the internal combustion engine 38 is not shown separately here.
  • the eccentric 12 forms a pump drive 20 of the high pressure pump 1.
  • the eccentric 12 regularly moves a piston 11 up and down, which increases and decreases the size of the pump chamber 10.
  • the movement of the pump piston 11 has a top dead center and a bottom dead center, between which the pump piston 11 always moves back and forth.
  • the pump arrangement 19 also has a pump control device 15, which can be part of an engine control device 16.
  • a pump control device 15 which can be part of an engine control device 16.
  • the pump control device 15 is connected to a state sensor 23 with which an opening state of the low-pressure valve 6 can be determined.
  • the pump control device 15 is also connected to a pressure sensor 17, with which a pressure in the rail 13 can be monitored, the pump control device 15 is also connected to the low-pressure pump 6, which can be specifically controlled by the pump control device 15 in the sense described here.
  • FIG. 2 and 3 The mode of operation of the pump arrangement described here is illustrated below with reference to FIG Figs. 2 and 3 explained.
  • the diagrams shown are each plotted pressures and currents, the horizontal axis is a time axis.
  • Figs. 2 and 3 each shows an operating mode in which the pump has a reduced flow rate compared to a maximum Delivery rate promotes. It can be seen that the closing time 31 is in each case far behind a bottom dead center 34. If a maximum delivery rate of the pump arrangement were to be achieved, the closing time 31 would take place immediately at bottom dead center 34 of the enlargement and reduction of the pump chamber.
  • a constant supply pressure 36 can be seen, which is present in both Figs. 2 and 3 is constant in each case.
  • An (electrical) valve current 29 can also be seen, with which an electrical valve drive is energized, or which occurs in the electrical valve drive. On the basis of the valve flow 29 it can also be recognized in which state the low-pressure valve is currently located.
  • a closing current 26, which occurs suddenly at a closing time 31, can initially be seen along the time axis.
  • a closing current 26 which represents a strong increase in the current through the valve drive with which the valve is closed.
  • a shift 35 of the closing time 31 is indicated with an arrow.
  • the delivery rate of the pump arrangement can be adapted. If the closing time 31 is moved forward, the delivery rate of the pump increases, if the closing time 31 is shifted backwards by the closing flow 26 or by a later occurrence of the closing flow 26, the delivery rate of the pump arrangement decreases. It can be seen that the closing current 26 ends suddenly.
  • a first induced signal 27 then arises in the valve flow 29. This first The induced signal 27 arises from the fact that an electric field in the drive of the low-pressure valve is reduced.
  • Fig. 2 shows operation without gas bubbles in the pump chamber.
  • a second induced signal 28 occurs later, which is induced by the fact that the valve opens again. This happens because the valve body of the low-pressure valve moves and this movement induces an electrical current.
  • the second induced signal 28 occurs late and in particular after a point in time of a top dead center 33 of a reduction in the size of the pump chamber. This is an indication that sufficient pressure has been ensured in the pump chamber, because a drop in pressure does not occur until the pump chamber enlarges again.
  • the second induced signal occurs before top dead center 33. This is a sign that gas exists in the pump chamber because now the pressure in the pump chamber is not maintained, but immediately or shortly after the closing current 26 has dropped and the first induced signal 27 occurs, the second induced signal 28 occurs and the valve opens again. The pressure built up in the pump chamber is unable to keep the low-pressure valve closed. Both also result in the pressure curves for the rail pressure 24 and the pump chamber pressure 25, which behave accordingly.
  • the described pump arrangement enables particularly efficient operation of the fuel supply of an internal combustion engine. This represents a considerable advantage over the prior art pump arrangements.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Förderung von Kraftstoff. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Pumpenanordnung, mit welcher Kraftstoff unter sehr hohem Druck für ein Railsystem, beispielsweise ein Commonrail-System einer Verbrennungskraftmaschine, bereitgestellt werden kann. Derartige Railsysteme bzw. Commonrail-Systeme werden eingesetzt, um insbesondere bei Dieselverbrennungskraftmaschinen Kraftstoff unter sehr hohem Druck dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen. Durch den sehr hohen Druck kann eine sehr feine Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht werden. Dies ermöglicht insbesondere eine sehr vollständige und saubere Verbrennung des Kraftstoffs. Dabei wird die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie besonders gut umgesetzt. Es treten besonders geringe thermische Verluste auf und es entstehen bei der Verbrennung besonders wenig Schadstoffe.
  • Die Bereitstellung von Kraftstoff unter sehr hohen Drücken muss auf eine energetisch effiziente Weise erfolgen, um die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen. Die Druckerhöhung benötigt nämlich Mengen an Energie, die durchaus erheblich sind. Üblicherweise werden daher Pumpenanordnungen zur Bereitstellung von Kraftstoff unter sehr hohen Drücken für Commonrail-Systeme verwendet, welche eine Niederdruckpumpe und eine Hochdruckpumpe aufweisen. Die Niederdruckpumpe wird normalerweise elektrisch betrieben. Die Hochdruckpumpe wird normalerweise über eine Welle an eine Verbrennungskraftmaschine angeschlossen, so dass mechanische Energie von der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar zum Betrieb der Pumpe verwendet werden kann. Hierdurch können Umsetzungsverluste zwischen mechanischer Energie und elektrischer Energie vermieden werden. Elektrische Energie ist in einem Kraftfahrzeug darüber hinaus normalerweise nur begrenzt verfügbar, weil (wie bereits beschrieben) diese elektrische Energie zunächst durch Umwandlung von mechanischer Energie der Verbrennungskraftmaschine in elektrische Energie gewonnen werden muss und Komponenten zur Erzeugung von elektrischer Energie (Generatoren oder Ähnliches) aus Gewichtsgründen, aus Platzgründen und auch aus Kostengründen nicht unnötig stark dimensioniert sein sollten.
  • Aus diesem Grunde bestehen grundsätzlich Bestrebungen, einen Vordruck, welchen eine Niederdruckpumpe erzeugt, möglichst gering zu halten und die hauptsächliche Druckerhöhung auf den hohen Druck für das Rail mit der Hochdruckpumpe zu erreichen. Dabei besteht allerdings das Problem, dass Kraftstoff bei niedrigen Drücken und hohen Temperaturen sehr schnell verdampft. So können sich bei niedrigen Vordrücken im Bereich zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe Gasblasen bilden. Im üblichen Betrieb eines Kraftfahrzeugs reichen beispielsweise 6 bar, die von der Niederdruckpumpe bereitgestellt werden, in einzelnen Betriebssituationen (insbesondere bei hohen Temperaturen in der Umgebung der Pumpenanordnung) nicht aus, um sicherzustellen, dass sich auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe (zwischen Niederdruckpumpe und Hochdruckpumpe) immer nur flüssiger Kraftstoff befindet.
  • Wenn sich auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe gasförmiger Kraftstoff, Luft oder Dampf befinden, dann kann dies die Förderung von Kraftstoff mit der Hochdruckpumpe erheblich beeinflussen. Insbesondere ist es möglich, dass eine notwendige Druckerhöhung, um Kraftstoff in das Rail zu fördern, nicht mehr erzeugt werden kann.
  • Die DE 10 2015 108 112 A1 betrifft besondere Betriebsmodi von Kraftstoffpumpen in welchen eine Nullförderung stattfindet und trotzdem eine Schmierung der Pumpe der Kraftstoffpumpe gewährleistet werden soll.
  • Die DE 10 2013 213 924 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich und einem dazwischen angeordneten Ventil. Zur Versorgung des Niederdrucksbereichs mit unter Druck stehendem Kraftstoff existiert eine Pumpe, die in Abhängigkeit des Zustandes des Ventils angesteuert wird. Diese Abhängigkeit der Ansteuerung von Zustand des Ventils dient zur Erzeugung eines Gegenimpulses zu einer Druckschwankung, die in Folge der Schließbewegung des Ventils auftritt. Die Erkennung eines Schließzeitpunktes des Ventils erfolgt anhand der Erkennung einer Druckspitze im Niederdrucksystem.
  • Die WO 2017/157736 A1 betrifft die Ansteuerung einer Niederdruckpumpe in einem Kraftstoffversorgungssystem bestehend aus Hochdruckspeicher, Hochdruckpumpe und Niederdruckpumpe und Mengensteuerventil. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren wird ein Sollwert zur Ansteuerung der Niederdruckpumpe erzeugt, wobei dieser Sollwert unter Berücksichtigung eines Ansteuerwertes für den Ansteuerstrom der Niederdruckpumpe erzeugt wird, der bei einem Einbruch der Fördermenge der Hochdruckpumpe erkannt wird.
  • Die DE 10 2015 120 577 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung bestehend aus einer Hochdruckpumpe und einer davor angeordneten Niederdruckpumpe , wobei die Niederdruckpumpe gepulst betrieben wird, wenn der Druck in einem an die Hochdruckpumpe angeschlossenen Hochdruck-Kraftstoffverteiler unter einen Schwellwert abnimmt.
  • Die DE 10 2015 121 059 A1 betrifft ein Verfahren bei welchem ein Magnetüberlaufventil einer Direkteinspritzkraftstoffpumpe als Antwort darauf angesteuert wird, dass Kraftstoffdampf an einem Einlass der Direkteinspritzkraftstoffpumpe detektiert wird. Kraftstoffdampf kann basierend auf der Kraftstoffkapazität detektiert werden, wie sie durch einen Kraftstoffzusammensetzungssensor gemessen wird.
  • Ausgehend hiervon soll im Folgenden eine Pumpenanordnung beschrieben werden, mit welcher ein besonders energieeffizienter und gleichzeitig hinsichtlich der Förderfähigkeit der Pumpenanordnung besonders sicherer Pumpenbetrieb möglich ist.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Pumpenanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Pumpenanordnung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen beschrieben. Die Erfindung ist auf die in den Ansprüchen beschrieben Ausführungsvarianten nicht beschränkt.
  • Hier beschrieben werden soll eine Pumpenanordnung zur Förderung von Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe zur Bereitstellung von Kraftstoff unter hohem Druck und einer Niederdruckpumpe zur Versorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff, wobei die Niederdruckpumpe dazu eingerichtet ist, Kraftstoff aus einem Tank zu entnehmen und den Kraftstoff der Hochdruckpumpe mit einem Versorgungsdruck zuzuführen und wobei die Hochdruckpumpe eine Pumpenkammer mit einem Niederdruckventil auf einer Niederdruckseite und einem Hochdruckventil auf der Hochdruckseite hat, wobei das Niederdruckventil einen elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb hat und stromlos geöffnet, bestromt geschlossen und stromlos geschlossen ist, wenn eine Druckdifferenz zwischen Pumpenkammer und Niederdruckseite größer ist als ein Schwellwert, wobei das Niederdruckventil einen Zustandssensor aufweist, mit welchem ein Öffnungszustand des Niederdruckventils überwacht werden kann, wobei der Zustandssensor und die Niederdruckpumpe über ein Pumpensteuergerät miteinander verbunden sind und das Pumpensteuergerät dazu eingerichtet ist, den Versorgungsdruck in Abhängigkeit des Öffnungszustandes des Niederdruckventils anzupassen.
  • Die Pumpenanordnung kann zur Versorgung jeder beliebigen Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff eingesetzt werden. Hoher Druck, mit welchem die Hochdruckpumpe der Pumpenanordnung Kraftstoff bereitstellt, ist beispielsweise ein Druck mehr als 500 bar, bevorzugt mehr als 1000 bar und besonders bevorzugt sogar mehr als 1500 bar.
  • Die Niederdruckpumpe ist besonders bevorzugt eine elektrisch betriebene Pumpe, beispielsweise eine elektrisch betriebene Kolbenpumpe.
  • Die Hochdruckpumpe ist besonders bevorzugt eine mechanisch betriebene Pumpe, beispielsweise eine Pumpe, welche eine Welle aufweist, an welcher eine mechanische Antriebskraft in die Pumpe eingebracht werden kann. Die Hochdruckpumpe ist bevorzugt ebenfalls eine Kolbenpumpe, bei welcher von der beschriebenen Welle ein Kolben der Hochdruckpumpe auf- und abbewegt wird. Dies kann durch einen Nockenantrieb realisiert sein, welcher mit der Welle verbunden ist.
  • Die Niederdruckpumpe ist bevorzugt saugfähig. Das heißt, sie kann Kraftstoff aus einem Tank ansaugen. Alternativ ist es auch möglich, dass der Kraftstoff in den Tank vorbedrückt werden wird, um dann von der Niederdruckpumpe gefördert werden zu können. Es sind auch Ausführungsvarianten möglich, in welchen die Niederdruckpumpe von einem Bedruckungssystem gebildet ist, welches einen Tank, in welchem sich der Kraftstoff befindet, bedrückt, so dass durch den Druck sichergestellt ist, dass die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt wird. Die Niederdruckpumpe ist dann beispielsweise eine Luftpumpe, die Druckluft in den Tank fördert. Zur Verbindung der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe existiert bevorzugt eine Leitung. Eine Niederdruckseite der Hochdruckpumpe kann auch als Saugseite der Hochdruckpumpe bezeichnet werden, wobei der Begriff "saugen" hier sinngemäß zu verstehen ist. Tatsächlich existiert auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe bereits eine durch die Niederdruckpumpe erzeugte Bedrückung, welche es entbehrlich macht, dass ein Saugdruck unterhalb des atmosphärischen Drucks erzeugt wird.
  • Der Versorgungsdruck, mit welchem die Hochdruckpumpe versorgt wird, ist beispielsweise ein Druck in einem Bereich unterhalb von 10 bar, besonders bevorzugt unterhalb von 8 bar und insbesondere in einem Bereich zwischen 4 bar und 7 bar. Die Hochdruckpumpe hat bevorzugt eine Pumpenkammer, welche regelmäßig vergrößert und verkleinert wird, um eine Förderung von Kraftstoff zu bewerkstelligen. Dies kann durch den weiter oben beschriebenen Kolben gewährleistet werden, der von einem Nockenantrieb angetrieben wird.
  • Die Pumpenkammer hat bevorzugt Ventile, welche eine Strömungsrichtung bzw. eine Förderrichtung von Kraftstoff durch die Pumpe vorgeben. Insbesondere existiert ein Niederdruckventil auf einer Niederdruckseite, welches auch als Einlassventil bezeichnet werden kann. Darüber hinaus existiert ein Hochdruckventil auf einer Hochdruckseite, welches auch als Auslassventil bezeichnet werden kann. Die Ventile sind bevorzugt so ausgeführt, dass sie in der Lage sind, die auf der Niederdruckseite bzw. auf der Hochdruckseite der Pumpe auftretenden Drücke zu schalten. Bevorzugt ist das Ventil auf der Hochdruckseite geeignet, die bereits beschriebenen hohen Drücke oberhalb von 500 bar und mehr zu schalten.
  • Das Niederdruckventil der Hochdruckpumpe der Pumpenanordnung ist ein Ventil, welches einen elektrisch ansteuerbaren, magnetischen Ventilantrieb hat. Das Niederdruckventil hat beispielsweise einen beweglichen, magnetischen Ventilkörper und eine außen angeordnete, fest positionierte elektrische Spule, wobei durch einen elektrischen Strom, welcher an der Spule angelegt wird, magnetische Ventilkörper gezielt angesteuert werden können. Der Strom, der an die elektrische Spule des elektrisch ansteuerbaren, magnetischen Ventilantriebs angeschlossen wird, wird auch auch "Schließstrom" bezeichnet.
  • Ein Ventil mit einem solchen elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb hat üblicherweise einen bestimmten Druckbereich, in welchem es geschaltet werden kann. Der Begriff "Druckbereich" bezieht sich hier auf Differenzdrücke zwischen der einen Seite des Ventils und der anderen Seite des Ventils und nicht auf Absolutdrücke auf der einen Seite oder auf der anderen Seite des Ventils. Der Begriff "Druckbereich" bezieht sich hier auf die Drücke, bei denen es möglich ist, mit Hilfe eines elektrischen Ansteuerungssignals ein Öffnen und/oder ein Schließen des Ventils zu erreichen. Wenn Drücke außerhalb des Druckbereichs auftreten, ist es möglich, dass eine aktive Auswahl ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, mit dem Ansteuerungssignal nicht mehr möglich ist.
  • Das hier verwendete Niederdruckventil ist dadurch gekennzeichnet, dass es zwei verschiedene Schaltstellungen (geöffnet und geschlossen) aufweist, wobei eine Schaltstellung (geschlossen) sowohl gezielt durch eine Bestromung des elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantriebs oder durch eine an dem Ventil wirkende Druckdifferenz (eine Druckdifferenz zwischen Pumpenkammer und Niederdruckseite) erreicht und gehalten werden kann.
  • Diese besondere Charakteristik des Niederdruckventils ermöglicht es, dass in einem Zustand, in welchem keine Druckdifferenz über das Niederdruckventil anliegt, das Niederdruckventil geöffnet ist, wenn kein Strom an dem elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb anliegt. Ausgehend von diesem Zustand kann das Niederdruckventil dann durch das Anlegen eines elektrischen Stroms an den elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung überführt werden. Sobald die geschlossene Stellung vorliegt, kann sich eine Druckdifferenz ausbilden, weil die Drücke aus beiden Seiten des Ventils sich unabhängig voneinander entwickeln können und ein Druckausgleich durch das Ventil nicht mehr möglich ist. Das Ventil ist so ausgeführt, dass es auch bei Wegfall des Stroms an dem elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb (Ansteuerungsstrom) in der geschlossenen Stellung verbleibt, sofern eine anliegende Druckdifferenz größer ist als ein Schwellwert (auch Schwellwertdruckdifferenz). Dieser Schwellwert liegt beispielsweise zwischen 2 und 10 bar, insbesondere zwischen 4 bar und 8 bar und besonders bevorzugt im Bereich um die 6 bar. Ein solcher Ventiltyp hat den Vorteil, dass ein Verbrauch von elektrischer Energie zum Antrieb des Ventils nur in einer relativ kurzen Phase notwendig ist, um den geschlossenen Zustand des Ventils herzustellen. Sobald sich ein ausreichender Druck in der Pumpenkammer ausgebildet hat, wird der geschlossene Zustand durch die ausgebildete Druckdifferenz aufrecht erhalten und das Ventil bleibt unabhängig von der Bestromung geschlossen.
  • Diese besondere Charakteristik des Niederdruckventils kann dadurch realisiert sein, dass in dem Ventil ein Vorspannelement angeordnet ist, welches beispielsweise von einer Feder gebildet werden kann. Wenn das Ventil durch eine Ansteuerung des elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantriebs geschlossen werden soll, dann muss der elektrisch ansteuerbare magnetische Ventilantrieb eine Antriebskraft auf einen Schließkörper des Ventils ausüben, welche so groß ist, dass die wirkende Kraft des Vorspannelements überschritten wird. Sobald der an einer pumpenkammerseitig angeordneten Wirkfläche des Ventils anliegende Druck bzw. die anliegende Druckdifferenz ausreichend groß ist, um die Vorspannkraft des Vorspannelements ebenfalls (alleine, ohne elektrische Unterstützung durch den Ventilantrieb) zu überwinden, kann die Bestromung des Ventilantriebs beendet werden. Dann ist die zusätzliche Kraft, welche von dem elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb auf den Schließkörper des Ventils ausgeübt wird, nicht mehr erforderlich, um das Ventil im geschlossenen Zustand zu halten. Durch einen solchen Ventilantrieb und einen solchen Typ eines Niederdruckventils kann eine besonders energieeffizient betreibbare Pumpenanordnung bereitgestellt werden.
  • Es existiert ein Zustandssensor, mit welchem ein Öffnungszustand des Niederdruckventils überwacht werden kann. Dieser Zustandssensor kann auf jede beliebige Art und Weise gebildet werden. Bevorzugt ist der Zustandssensor als Bestandteil des elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantriebs ausgebildet. Dies ist bevorzugt dadurch realisiert, dass eine Spule des elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantriebs genutzt wird, um durch Induktion eine Position und/oder eine Bewegung (Positionsveränderung) des Ventilkörpers festzustellen. Durch diese Spule des elektrisch ansteuerbaren Ventilantriebs fließt ein Strom, um das Ventil anzusteuern. In dieser Spule wird aber auch ein elektrischer Strom induziert, sobald ein Ventilkörper des Niederdruckventils sich bewegt und dieser induzierte elektrische Strom tritt unabhängig davon bzw. zusätzlich dazu auf, ob gerade eine Bestromung zum Öffnen oder Schließen des Ventils vorliegt oder nicht. Dieser induzierte Strom überlagert sich mit dem an den elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb angelegten Ansteuerungsstrom. Dieser induzierte Strom kann gemessen werden. Dies kann mit einem Stromsensor oder einem Spannungssensor erfolgen, welcher eine infolge des Stroms auftretende Spannung misst. Ein Zustandssensor zum Feststellen des Öffnungszustands des Niederdruckventils kann bevorzugt einen Spannungssensor oder einen Stromsensor umfassen, welcher diese induzierten Ströme unter daraus resultierenden Spannungen an dem elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb überwacht.
  • Der Zustandssensor kann aber auch auf beliebige andere Art realisiert sein, beispielsweise mit einem mechanischen Element, welches eine Feststellung des Öffnungszustands des Niederdruckventils ermöglicht oder mit einem optischen Sensor oder jedem beliebigen anderen Messverfahren, mit welchem der Öffnungszustand des Ventils erfasst werden kann. Eine weitere Variante des Zustandssensors ist eine zusätzliche Spule zur Erkennung einer Induktion in Folge einer Bewegung des Ventilkörpers, die unabhängig von dem Ventilantrieb ist. Möglich sind auch Zustandssensoren, die Drucksensoren umfassen und die auf der Niederdruckseite und/oder an der Pumpenkammer der Pumpe angebracht sind und Druckschwankungen registrieren.
  • Von dem Zustandssensor wird eine Information hinsichtlich des Öffnungszustands des Niederdruckventils der Hochdruckpumpe der Pumpenanordnung bereitgestellt. Der Zustandssensor ist mit einem Pumpensteuergerät verbunden.
  • Das Pumpensteuergerät kann ein beliebiges Steuergerät sein. Es kann auch ein Steuergerät sein, welches in einem größeren Gesamtverbund, in welchem die Pumpenanordnung eingesetzt wird, auch noch andere Funktionen übernimmt. Beispielsweise kann das Steuergerät auch Teil eines Motorsteuergeräts eines Kraftfahrzeugs sein.
  • Die Verbindung zwischen dem Pumpensteuergerät und dem Zustandssensor ist bevorzugt mit einer Leitung zur Übertragung von elektrischen Signalen, insbesondere mit einer Datenleitung, realisiert. Über die Verbindung können Informationen hinsichtlich des Zustands des Niederdruckventils der Hochdruckpumpe von dem Zustandssensor an das Pumpensteuergerät übermittelt werden.
  • Das Pumpensteuergerät ist darüber hinaus mit der weiter vorne beschriebenen Niederdruckpumpe der Pumpenanordnung verbunden. Auch dies ist bevorzugt mit einer Leitung zur Übertragung von elektrischen Signalen, insbesondere mit einer Datenleitung, realisiert. Wie bereits beschrieben, ist die Niederdruckpumpe insbesondere eine elektrische Pumpe. Durch eine Steuerung des elektrischen Antriebs der Niederdruckpumpe kann die Förderleistung der Niederdruckpumpe verändert werden, so dass ein Versorgungsdruck, mit welchem die Niederdruckpumpe die Hochdruckpumpe versorgt, verstellt werden kann. Über die Verbindung des Pumpensteuergeräts mit der Niederdruckpumpe ist eine Ansteuerung der Niederdruckpumpe mit dem Pumpensteuergerät möglich. Das Pumpensteuergerät ist dazu eingerichtet, den Versorgungsdruck mit der Niederdruckpumpe in Abhängigkeit des Öffnungszustands des Niederdruckventils anzupassen.
  • Diese Möglichkeit der Anpassung des Versorgungsdrucks ermöglicht es, auf den Öffnungszustand des Ventils gezielt zu reagieren, um in den Versorgungsdruck zur Versorgung der Hochdruckpumpe einzugreifen.
  • Die Hochdruckpumpe ist bevorzugt so ausgeführt, dass die Pumpendrehzahl bzw. eine Taktfrequenz, mit der sich die Pumpenkammer periodisch vergrößert und verkleinert, nicht oder nur schwer beeinflussbar ist, bzw. von anderen Größen abhängt, die nicht oder nur teilweise mit der Fördermenge der Pumpe im Zusammenhang stehen. Beispielsweise hängen die Pumpendrehzahl bzw. die besagte Taktfrequenz mit der Motordrehzahl der Verbrennungskraftmaschine zusammen, wenn die Pumpe über eine Welle direkt von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Oft existiert aber kein oder nur ein geringer Zusammenhang zwischen der anliegenden Drehzahl der Welle der Verbrennungskraftmaschine und dem Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine. Ein Extremfall in dieser Hinsicht ist ein Leerlauf bei hoher Drehzahl, bei welchem kein Kraftstoffbedarf vorhanden ist, aber eine sehr hohe Drehzahl existiert.
  • Durch die Möglichkeit, den Öffnungszustand des Niederdruckventils der Hochdruckpumpe der Pumpenanordnung gezielt zu überwachen, ist es möglich, diese fehlende Eingriffsmöglichkeit auf den Betrieb der Hochdruckpumpe zumindest teilweise zu kompensieren und so einen besonders effizienten, energiesparenden Betrieb der Pumpenanordnung zu gewährleisten. Über die Beeinflussung des Öffnungszustandes des Niederdruckventils wird die der Hochdruckpumpe bereitgestellte Menge an Kraftstoff gezielt eingestellt. Die Hochdruckpumpe fördert nur und genau die Menge an Kraftstoff, die ihr durch ein Schließen des Niederdruckventils bereit gestellt wird.
  • Das Pumpensteuergerät ist dazu eingerichtet, eine Fördermenge der Pumpenanordnung durch eine Verschiebung eines Schließzeitpunkts des Niederdruckventils zu erreichen, wobei der Schließzeitpunkt zeitlich nach vorne verschoben wird, um die Fördermenge zu erhöhen und wobei der Schließzeitpunkt zeitlich nach hinten verschoben wird, um die Fördermenge zu reduzieren.
  • Die Pumpenanordnung ist bevorzugt so ausgeführt, dass die Fördermenge an Kraftstoff, welche von der Pumpenanordnung bereitgestellt wird, (nur) über den Öffnungszeitpunkt des Niederdruckventils der Hochdruckpumpe reguliert wird. Wenn kein Kraftstoff gefördert werden soll, die Hochdruckpumpe allerdings trotzdem kontinuierlich mit einer bestimmten Taktfrequenz bzw. Drehzahl eine Förderbewegung durchführt, dann bleibt das Niederdruckventil dauerhaft geöffnet. Durch die Förderbewegung und die regelmäßige Vergrößerung und Verkleinerung der Pumpenkammer wird dann immer wieder Kraftstoff durch das Niederdruckventil in die Pumpenkammer hineingesaugt und dann anschließend durch das gleiche Niederdruckventil wieder aus der Pumpenkammer herausgeschoben, und zwar entgegen der üblichen Förderrichtung. Das Hochdruckventil auf der Hochdruckseite der Hochdruckpumpe ist dann dauerhaft geschlossen.
  • In der Hochdruckseite liegt normalerweise der weiter oben beschriebene sehr hohe Druck von mehr als 500 bar vor. In der Pumpenkammer können sich (solange das Niederdruckventil geöffnet ist) überhaupt gar keine Drücke ausbilden, welche ausreichend sind, Kraftstoff aus der Pumpenkammer in die Hochdruckseite bzw. durch das Hochdruckventil zu fördern. Sobald eine Anforderung an die Pumpenanordnung gestellt ist, Kraftstoff zu fördern, wird das Niederdruckventil elektrisch angesteuert und gezielt geschlossen.
  • Normalerweise erfolgt ein Schließen und ein Öffnen des Niederdruckventils jeweils einmal pro Förderbewegung der Pumpe. Das heißt, dass ein Schließen und ein Öffnen des Niederdruckventils einmal pro Vergrößerung und Verkleinerung der Pumpenkammer erfolgt. Wenn eine maximale Fördermenge erreicht werden soll, wird das Niederdruckventil geschlossen, wenn die Pumpenkammer das maximale Volumen hat. Dann wird der Kraftstoff, welcher sich in der Pumpenkammer befindet, zunächst auf einen sehr hohen Druck gebracht und sobald der Druck in der Pumpenkammer den Druck auf der Hochdruckseite der Hochdruckpumpe übersteigt, wird der Kraftstoff durch das Hochdruckventil aus der Pumpenkammer hinaus in das Rail gedrückt.
  • Um nun eine Regelung der geförderten Kraftstoffmenge zwischen einer maximalen Fördermenge und einer Nullmenge zu erreichen, wird der Schließzeitpunkt des Niederdruckventils der Hochdruckpumpe ausgehend von dem Schließzeitpunkt für eine maximale Fördermenge (beim oberen Totpunkt bzw. bei maximalem Pumpenvolumen) zeitlich während der Verkleinerungsphase der Pumpenkammer nach hinten verschoben. Je später das Niederdruckventil schließt, umso reduzierter ist die Fördermenge. Je früher der Schließzeitpunkt ist, umso größer ist die Fördermenge.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die Pumpenanordnung, wenn das Pumpensteuergerät dazu eingerichtet ist, einen Druckwert von einem Drucksensor in Verbindung mit einer Hochdruckseite der Hochdruckpumpe zu empfangen und die Fördermenge der Pumpenanordnung in Abhängigkeit dieses Druckwerts zu regeln.
  • Bevorzugt ist ein Druck auf der Hochdruckseite fest vorgegeben. Dies kann beispielsweise der weiter vorne beschriebene hohe Druck von mindestens 500 bar sein. Je nachdem, wie viel Kraftstoff auf der Hochdruckseite verbraucht wird, ist eine entsprechende Nachförderung von Kraftstoff mit der Pumpenanordnung erforderlich, um diesen vorgegebenen hohen Druck zu halten. Der Drucksensor in Verbindung mit der Hochdruckseite ist so eingerichtet, dass er den Druck auf der Hochdruckseite exakt messen kann. Sobald hier eine Absenkung des Drucks aufgrund eines Abtransports von Kraftstoff von der Hochdruckseite zu einem Verbraucher stattfindet, erhält die Pumpenanordnung eine Anforderung zum Nachfördern einer Fördermenge, um den Druckwert wieder auf den gewünschten Hochdruck zu regeln.
  • Diese Art der Pumpenansteuerung kann als Druckansteuerung bzw. als Druckregelung bezeichnet werden.
  • Das Pumpensteuergerät ist dazu eingerichtet, anhand des Öffnungszustands des Niederdruckventils Gas in der Pumpenkammer der Hochdruckpumpe zu erkennen und den Versorgungsdruck zu erhöhen, wenn Gas in der Pumpenkammer vorliegt.
  • Wie weiter oben bereits beschrieben ist, ist Gas in der Pumpenkammer ausgesprochen nachteilig, weil durch Gas in der Pumpenkammer die Förderleistung der Pumpe erheblich beeinträchtigt werden kann. Gas in der Pumpenkammer sorgt dafür, dass ein gewünschter Ausstoß an Kraftstoff an dem Hochdruckventil an der Hochdruckseite der Pumpenkammer nicht mehr auftritt. Durch Gasblasen in der Pumpe kann unter ungünstigen Umständen eine Förderung mit der Hochdruckpumpe auch vollständig verhindert sein, weil durch eine Vergrößerung bzw. eine Verkleinerung der Pumpenkammer der notwendige Druck zum Ausstoßen von Kraftstoff an der Hochdruckseite durch das Hochdruckventil gar nicht mehr aufgebaut werden kann. Um solche Zustände zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das zu erkennen. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine Überwachung des Öffnungszustands des Niederdruckventils auf eine besonders vorteilhafte Art und Weise feststellbar ist, ob Gas in der Pumpenkammer vorliegt. Wenn das Niederdruckventil zu Zeitpunkten öffnet, zu welchen regulär nicht zu erwarten ist, dass es öffnet, dann ist dies ein Zeichen dafür, dass die notwendigen Drücke in der Pumpenkammer nicht aufgebaut werden konnten. Es ist beispielsweise ein ungewöhnliches, nicht vorgesehenes Öffnungsereignis, wenn das Niederdruckventil unmittelbar öffnet, wenn der elektrische Ansteuerungsstrom zum Ansteuern des Niederdruckventils entfällt. Dann muss davon ausgegangen werden, dass das Niederdruckventil nicht in der Lage ist, auch stromlos geschlossen zu bleiben. Dann liegt kein ausreichender Druck in der Pumpenkammer vor. Es kann davon ausgegangen werden, dass dies in Folge einer Gasblase in der Pumpenkammer auftritt.
  • Eine geeignete Reaktion auf Gas in der Pumpenkammer ist, den Versorgungsdruck der Hochdruckpumpe zu erhöhen. Gasblasen treten üblicherweise infolge einer Verdampfung von Kraftstoff auf. Die Drücke, bei denen Kraftstoff verdampft, sind normalerweise temperaturabhängig. Je höher die Temperatur ist, umso höhere Drücke sind notwendig, um sicherzustellen, dass der Kraftstoff in flüssigem Zustand verbleibt.
  • Bei der hier beschriebenen Pumpenanordnung wird Gas in der Pumpenkammer also anhand der infolge des Gases auftretenden Phänomene (ungewolltes, ungeplantes Öffnen des Niederdruckventils) erkannt. So kann sehr exakt der notwendige Versorgungsdruck erkannt werden, welcher notwendig ist, um sicherzustellen, dass sich kein Gas in der Pumpenkammer bildet und ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Pumpenkammer möglich ist. Es ist insbesondere nicht mehr notwendig den Versorgungsdruck über das notwendige Mindestmaß heraus zu erhöhen. Es ist also möglich, die Pumpenanordnung mit einem minimalen Versorgungsdruck der Hochdruckpumpe zu betreiben und gleichzeitig sicherzustellen, dass ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Hochdruckpumpe ermöglicht ist.
  • Wie weiter oben bereits beschrieben ist, ist die Niederdruckpumpe normalerweise eine elektrische Pumpe. Durch die Bereitstellung eines minimalen Versorgungsdrucks, welcher genauso hoch ist, dass sich gerade keine Gasblasen bilden, kann erreicht werden, dass besonders wenig elektrische Energie zum Betrieb der Niederdruckpumpe notwendig ist.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, wenn an der Niederdruckseite ein Druckspeicher angeordnet ist, welcher ein Druckreservoir für den Versorgungsdruck bildet.
  • Ein solcher Druckspeicher kann beispielsweise durch einen federbelasteten Zylinder mit einer Membran gebildet werden, welcher sicherstellt, dass auch bei einem Verbrauch von Kraftstoff durch ein Ansaugen von Kraftstoff in die Hochdruckpumpe der Versorgungsdruck ungefähr erhalten bleibt. Ein solcher Druckspeicher stellt ein Reservoir für unter dem Versorgungsdruck stehenden Kraftstoff dar. Ein solcher Druckspeicher wirkt wie ein Dämpfungselement, welches Druckschwankungen des Versorgungsdrucks zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe gering hält. Durch einen solchen Druckspeicher kann ein besonders sicherer und zuverlässiger Betrieb der Pumpenanordnung erreicht werden. Ein solcher Druckspeicher kann in Ausführungsvarianten der Pumpenanordnung auch von einem flexiblen Leitungsabschnitt gebildet sein, welcher sich druckabhängig ausdehnt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die Pumpenanordnung, wenn die Niederdruckpumpe dazu eingerichtet ist, einen Versorgungsdruck in einem Druckbereich zwischen 3 und 10 bar an der Niederdruckseite aufrecht zu erhalten.
  • Es hat sich herausgestellt, das Versorgungsdrücke im Druckbereich von 3 und 10 bar geeignet sind, bei allen denkbar auftretenden Temperaturen an der Pumpenanordnung zu erreichen, dass nie gasförmiger Kraftstoff auftritt, sondern immer eine Anpassung des Versorgungsdrucks möglich ist, welche sicherstellt, dass kein Gas auftritt. Innerhalb des Druckbereichs zwischen 3 und 10 bar wird jeweils der notwendig (Mindest-)Versorgungsdruck gezielt eingestellt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, wenn ein Pumpenantrieb der Hochdruckpumpe von einem Exzenter gebildet ist, welcher an eine Welle einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist.
  • Wie weiter oben bereits beschrieben, dreht sich die Welle der Verbrennungskraftmaschine normalerweise mit einer Drehzahl, welche (weitgehend) unabhängig von der benötigten Kraftstoffmenge ist. Der Antrieb einer Hochdruckpumpe über einen Exzenter, der mit einer Welle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, ist ein besonders effizienter Antrieb der Hochdruckpumpe. Dies ist entscheidend für die Energieeffizienz der Pumpenanordnung, weil durch die Bedrückung des Kraftstoffs auf sehr hohe Drücke von beispielsweise mehr 500, mehr als 1000 oder sogar mehr als 1500 bar ein hoher Energieverbrauch auftritt.
  • Hier auch beschrieben werden soll eine Einspritzanlage umfassend ein Rail zur Versorgung von mindestens einem Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine und eine Pumpenanordnung, wie sie hier beschrieben ist, zur Versorgung des Rails mit Kraftstoff.
  • Ein solches Rail ist beispielsweise ein sogenanntes Commonrail, welches insbesondere bei modernen Dieselverbrennungskraftmaschinen dazu eingesetzt wird, die Injektoren der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff zu versorgen. Dieses Rail stellt ein Druckreservoir dar, aus welchem Injektoren mit einer (in einem Betriebsbereich beliebigen) Menge an Kraftstoff versorgt werden können. Die tatsächliche Dosierung der Einspritzmenge zur Dosierung des Kraftstoffs, welcher in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, erfolgt über die Öffnungszeit der Injektoren. Bei der Dosierung wird davon ausgegangen, dass die Injektoren immer den gewünschten Versorgungsdruck über das Rail erhalten.
  • Hier auch beschrieben werden soll ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer beschriebenen Einspritzanlage zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    ein Kraftfahrzeug mit einer beschriebenen Pumpenanordnung,
    Fig. 2:
    ein erstes Diagramm des Betriebs einer beschriebenen Pumpenanordnung und
    Fig. 3:
    ein zweites Diagramm des Betriebs einer beschriebenen Pumpenanordnung.
  • Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 39 mit einer Verbrennungskraftmaschine 38, die eine Einspritzeinlage 37 aufweist, welche von einer hier beschriebenen Pumpenanordnung 19 mit Kraftstoff versorgt wird. Die Einspritzanlage 37 weist ein Rail 13 auf, an welches Injektoren 14 angrenzen, mit welchen die Verbrennungskraftmaschine 38 mit Kraftstoff versorgt wird.
  • Die Pumpenanordnung 19 entnimmt Kraftstoff aus einem Tank 7 über eine Saugleitung 8 mit einer Niederdruckpumpe 6. Die Pumpenanordnung 19 hat darüber hinaus eine Hochdruckpumpe 1, welche an einer Niederdruckseite 3 an die Niederdruckpumpe 6 angeschlossen ist und welche mit einer Hochdruckseite 5 an das Rail 13 angeschlossen ist. Die Niederdruckseite 5 der Hochdruckpumpe 1 ist von einer Pumpenkammer 10 der Hochdruckpumpe 1 mit einem Niederdruckventil 3 abgegrenzt. Die Hochdruckseite 5 der Hochdruckpumpe 1 ist von einer Pumpenkammer 10 der Hochdruckpumpe 1 mit einem Hochdruckventil 4 abgegrenzt.
  • Auf der Niederdruckseite 3 der Hochdruckpumpe 1 ist ein Druckspeicher 9 angeschlossen, welcher eine Konstanz des Versorgungsdrucks, mit welchem die Hochdruckpumpe 1 mit Kraftstoff versorgt wird, sicherstellt. Dieser Druckspeicher 9 ist allerdings nur eine optionale Weiterentwicklung. Der Druckspeicher 9 kann auch durch eine Flexibilität einer Zuleitung der Hochdruckpumpe 1 realisiert sein.
  • Das Niederdruckventil 2 der Hochdruckpumpe 1 weist einen elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb 18 auf, mit welchem das Niederdruckventil 4 entgegen der Kraft eines Vorspannelements 21 geschlossen werden kann. Sobald in der Pumpenkammer 10 der Hochdruckpumpe 1 ein ausreichender Druck vorliegt, hält der Druck in der Pumpenkammer 10 das Niederdruckventil 6 geschlossen. Das geschieht unabhängig von der Tatsache, ob ein Öffnungsstrom an dem elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb 18 anliegt oder nicht. Das Niederdruckventil 2 bildet auch einen Dichtsitz 21, in welchem ein Schließkörper im geschlossenen Zustand des Niederdruckventils 2 anliegt, um das Niederdruckventil 2 zu verschließen.
  • Die Hochdruckpumpe wird von einem Exzenter 12 angetrieben, welcher bevorzugt mit einer Verbrennungskraftmaschine 38 zum Antrieb verbunden ist. Eine entsprechende Verbindung zwischen Exzenter 12 und der Verbrennungskraftmaschine 38 ist hier nicht gesondert dargestellt. Der Exzenter 12 bildet einen Pumpenantrieb 20 der Hochdruckpumpe 1. Der Exzenter 12 verschiebt regelmäßig einen Kolben 11 nach oben und nach unten, welcher die Pumpenkammer 10 vergrößert und verkleinert. Die Bewegung des Pumpenkolbens 11 hat einen oberen Totpunkt und einen unteren Totpunkt, zwischen welchen der Pumpenkolben 11 sich immer hin- und herbewegt.
  • Die Pumpenanordnung 19 weist auch ein Pumpensteuergerät 15 auf, welches Bestandteil eines Motorsteuergeräts 16 sein kann. Hier ist allerdings eine Variante dargestellt, in welchem das Pumpensteuergerät 15 und das Motorsteuergerät 16 voneinander getrennt sind. Das Pumpensteuergerät 15 ist an einen Zustandssensor 23 angeschlossen, mit welchem ein Öffnungszustand des Niederdruckventils 6 festgestellt werden kann. Das Pumpensteuergerät 15 ist hier zusätzlich mit einem Drucksensor 17 verbunden, mit welchem ein Druck in dem Rail 13 überwacht werden kann, das Pumpensteuergerät 15 ist hier auch mit der Niederdruckpumpe 6 verbunden, welche von dem Pumpensteuergerät 15 im hier beschriebenen Sinne gezielt angesteuert werden kann.
  • Die Funktionsweise der hier beschriebenen Pumpenanordnung wird im Folgenden anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Auf der senkrechten Achse der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Diagramme sind jeweils Drücke und Ströme aufgetragen, die waagerechte Achse ist eine Zeitachse.
  • In beiden Fig. 2 und 3 ist jeweils ein Betriebsmodus gezeigt, in welchem die Pumpe mit einer gegenüber einer maximalen Fördermenge reduzierten Fördermenge fördert. Zu erkennen ist, dass der Schließzeitpunkt 31 jeweils zeitlich weit hinter einem unteren Totpunkt 34 liegt. Wenn eine maximale Fördermenge der Pumpenanordnung erreicht werden sollte, würde der Schließzeitpunkt 31 unmittelbar am unteren Totpunkt 34 der Vergrößerung und Verkleinerung der Pumpenkammer stattfinden.
  • Zu erkennen ist zunächst ein konstanter Versorgungsdruck 36, welcher in beiden Fig. 2 und 3 jeweils konstant ist. Weiterhin zu erkennen ist ein (elektrischer) Ventilstrom 29, mit welchem ein elektrischer Ventilantrieb bestromt wird, bzw. welcher sich in dem elektrischen Ventilantrieb einstellt. Anhand des Ventilstroms 29 kann auch erkannt werden, in welchem Zustand sich das Niederdruckventil gerade befindet.
  • Entlang der Zeitachse zunächst zu erkennen ist ein Schließstrom 26, der zu einem Schließzeitpunkt 31 plötzlich auftritt. In beiden Fig. 2 und 3 ist ein Schließstrom 26, welcher eine starke Erhöhung des Stroms durch den Ventilantrieb darstellt, mit welchem das Ventil geschlossen wird. In der Fig. 2 ist eine Verschiebung 35 des Schließzeitpunkts 31 mit einem Pfeil angedeutet. Mit Hilfe dieser Verschiebung 35 des Schließzeitpunktes 31, an welchem der Schließstrom 26 auftritt, kann die Fördermenge der Pumpenanordnung angepasst werden. Wenn der Schließzeitpunkt 31 nach vorne verlegt wird, steigt die Fördermenge der Pumpe an, wenn der Schließzeitpunkt 31 durch den Schließstrom 26 bzw. durch ein späteres Auftreten des Schließstroms 26 nach hinten verlegt wird, sinkt die Fördermenge der Pumpenanordnung ab. Zu erkennen ist, dass der Schließstrom 26 plötzlich endet. Dann entsteht ein erstes induziertes Signal 27 im Ventilstrom 29. Dieses erste induzierte Signal 27 entsteht dadurch, dass ein elektrisches Feld in dem Antrieb des Niederdruckventils abgebaut wird.
  • Das Ventil bleibt allerdings in der Betriebssituation gemäß Fig. 2 und auch in der Betriebssituation gemäß Fig. 3 geschlossen. In Fig. 2 ist ein Betrieb ohne Gasblasen in der Pumpenkammer dargestellt. Es tritt später ein zweites induziertes Signal 28 auf, welches dadurch induziert wird, dass das Ventil sich wieder öffnet. Dies geschieht dadurch, dass der Ventilkörper des Niederdruckventils sich bewegt und durch diese Bewegung eine Induktion eines elektrischen Stroms stattfindet. In der Variante gemäß Fig. 2 tritt das zweite induzierte Signal 28 spät und insbesondere nach einem Zeitpunkt eines oberen Totpunkts 33 einer Verkleinerung der Pumpenkammer auf. Dies ist ein Hinweis darauf, dass in der Pumpenkammer ein ausreichender Druck gewährleistet wurde, weil ein Abfallen des Drucks erst dann auftritt, wenn die Pumpenkammer sich wieder vergrößert.
  • In der Variante gemäß Fig. 3 tritt das zweite induzierte Signal bereits vor dem oberen Totpunkt 33 auf. Dies ist ein Zeichen dafür, dass Gas in der Pumpenkammer existiert, weil nun der Druck in der Pumpenkammer nicht gehalten wird, sondern unmittelbar bzw. kurz nach dem Abfallen des Schließstroms 26 und dem Auftreten des ersten induzierten Signals 27 das zweite induzierte Signal 28 auftritt und das Ventil wieder öffnet. Der in der Pumpenkammer aufgebaute Druck ist nicht in der Lage, das Niederdruckventil im geschlossenen Zustand zu halten. Beides resultiert auch in den Druckkurven für den Raildruck 24 und den Pumpenkammerdruck 25, welche sich jeweils entsprechend verhalten.
  • Durch die beschriebene Pumpenanordnung ist ein besonders effizienter Betrieb der Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine möglich. Dies stellt gegenüber den Pumpenanordnungen des Stands der Technik einen beachtlichen Vorteil dar.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hochdruckpumpe
    2
    Niederdruckventil
    3
    Niederdruckseite
    4
    Hochdruckventil
    5
    Hochdruckseite
    6
    Niederdruckpumpe
    7
    Tank
    8
    Saugleitung
    9
    Druckspeicher
    10
    Pumpenkammer
    11
    Kolben
    12
    Exzenter
    13
    Rail
    14
    Injektor
    15
    Pumpensteuergerät
    16
    Motorsteuergerät
    17
    Drucksensor
    18
    Magnetischer Ventilantrieb
    19
    Pumpenanordnung
    20
    Pumpenantrieb
    21
    Vorspannelement
    22
    Dichtsitz
    23
    Zustandssensor
    24
    Raildruck
    25
    Pumpenkammerdruck
    26
    Schließstrom
    27
    erstes induziertes Signal
    28
    zweites induziertes Signal
    29
    Ventilstrom
    30
    Zeitachse
    31
    Schließzeitpunkt
    32
    Öffnungszeitpunkt
    33
    Oberer Totpunkt
    34
    Unterer Totpunkt
    35
    Verschiebung
    36
    Versorgungsdruck
    37
    Einspritzanlage
    38
    Verbrennungskraftmaschine
    39
    Kraftfahrzeug

Claims (7)

  1. Pumpenanordnung (19) zur Förderung von Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe (1) zur Bereitstellung von Kraftstoff unter hohem Druck und einer Niederdruckpumpe (6) zur Versorgung der Hochdruckpumpe (1) mit Kraftstoff, wobei die Niederdruckpumpe (6) dazu eingerichtet ist Kraftstoff aus einem Tank (7) zu entnehmen und den Kraftstoff der Hochdruckpumpe (1) mit einem Versorgungsdruck (36) zuzuführen und wobei die Hochdruckpumpe (1) eine Pumpenkammer (10) mit einem Niederdruckventil (2) auf einer Niederdruckseite (3) und einem Hochdruckventil (4) auf der Hochdruckseite (5) hat, wobei das Niederdruckventil (3) einen elektrisch ansteuerbaren magnetischen Ventilantrieb (18) hat und stromlos geöffnet, bestromt geschlossen und stromlos geschlossen ist, wenn eine Druckdifferenz zwischen Pumpenkammer (10) und Niederdruckseite (3) größer ist als ein Schwellwert, wobei das Niederdruckventil (2) einen Zustandssensor (23) aufweist, mit welchem ein Öffnungszustand des Niederdruckventils (2) überwacht werden kann, wobei der Zustandssensor (23) und die Niederdruckpumpe (6) über ein Pumpensteuergerät (15) miteinander verbunden sind und das Pumpensteuergerät (15) dazu eingerichtet ist den Versorgungsdruck (36) in Abhängigkeit des Öffnungszustandes des Niederdruckventils (2) anzupassen, wobei das Pumpensteuergerät (15) dazu eingerichtet ist eine Fördermenge der Pumpenanordnung (19) durch eine Verschiebung eines Schließzeitpunktes (31) des Niederdruckventils (2) zu erreichen, wobei der Schließzeitpunkt (31) zeitlich nach vorne verschoben wird, um die Fördermenge zu erhöhen und wobei der Schließzeitpunkt (31) zeitlich nach hinten verschoben wird, um die Fördermenge zu reduzieren,
    dadurch gekennzeichnet, dasss
    das Pumpensteuergerät (15) dazu eingerichtet ist anhand des Öffnungszustandes des Niederdruckventils (2) Gas in der Pumpenkammer (10) der Hochdruckpumpe (19) zu erkennen und den Versorgungsdruck (36) zu erhöhen, wenn Gas in der Pumpenkammer (10) vorliegt, wobei wenn das Niederdruckventil (2) zu Zeitpunkten öffnet, zu welchen regulär nicht zu erwarten ist, dass es öffnet, dies ein Zeichen dafür ist, dass die notwendigen Drücke in der Pumpenkammer nicht aufgebaut werden konnten.
  2. Pumpenanordnung (19) nach Anspruch 1, wobei das Pumpensteuergerät (15) dazu eingerichtet ist einen Druckwert von einem Drucksensor (17) in Verbindung mit einer Hochdruckseite (5) der Hochdruckpumpe (1) zu empfangen und die Fördermenge der Pumpenanordnung (19) in Abhängigkeit dieses Druckwerts zu regeln.
  3. Pumpenanordnung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Niederdruckseite (3) ein Druckspeicher (9) angeschlossen ist, welcher ein Druckreservoir für den Versorgungsdruck (36) bildet.
  4. Pumpenanordnung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Niederdruckpumpe (6) dazu eingerichtet ist einen Versorgungsdruck (6) in einem Druckbereich zwischen 3 und 10 bar an der Niederdruckseite (3) aufrecht zu erhalten.
  5. Pumpenanordnung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Pumpenantrieb (20) der Hochdruckpumpe (1) von einem Exzenter (12) gebildet wird, welcher an eine Welle einer Verbrennungskraftmaschine (38) angeschlossen ist.
  6. Einspritzanlage (37) umfassend ein Rail (13) zur Versorgung von mindestens einem Injektor (14) zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine (38) und eine Pumpenanordnung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Versorgung des Rails (13) mit Kraftstoff.
  7. Kraftfahrzeug (39) mit einer Verbrennungskraftmaschine (38) und einer Einspritzanlage (37) zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine (38) mit Kraftstoff nach Anspruch 6.
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