-
Die
Erfindung geht aus von einer Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine,
mit einem in einem Zylinder oszillierenden Kolben, wobei der Zylinder
und der Kolben einen Förderraum
begrenzen, und wobei der Förderraum
saugseitig mit einer Niederdruck-Kraftstoffleitung und druckseitig
mit einer Hochdruck-Kraftstoffleitung verbunden ist und mit einem
zwischen Niederdruckleitung und Förderraum angeordneten Mengensteuerventil.
-
Solche
Kraftstoffhochdruckpumpen sind beispielsweise aus der
DE 198 34 120 A1 , der
DE 100 52 629 A1 oder
der
DE 102 00 987
A1 bekannt. Bei allen diesen Kraftstoffhochdruckpumpen
wird die Fördermenge
der Hochdruckpumpe dadurch gesteuert, dass während des Förderhubs die Förderung
von Kraftstoff aus dem Förderraum
in die Hochdruck-Kraftstoffleitung zu begrenzen. In dem vorangehenden
Saughub, wenn sich der Kolben vom oberen Totpunkt OT zum unteren
Totpunkt UT bewegt, wird der Förderraum
vollständig
mit Kraftstoff gefüllt. In
Folge dessen wird im Teillastbetrieb der Hochdruckpumpe der nicht
in die Hochdruck-Kraftstoffleitung geförderte Kraftstoff über das
Mengensteuerventil wieder in die Niederdruck-Kraftstoffleitung zurückgeschoben.
Dieses Ansaugen von Kraftstoff aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung
in den Förderraum und
das anschließende
mindestens teilweise Zurückschieben
dieses Kraftstoffs in die Niederdruck-Kraftstoffleitung verschlechtert den
Teillastwirkungsgrad dieser Kraftstoffhochdruckpumpen und führt zu unerwünschten
Erwärmungen
des Kraftstoffs. Das Absteuern der überschüssigen Kraftstoffmenge aus dem
Förderraum
verursacht überdies
erhebliche Druckpulsationen in der Niederdruck-Kraftstoffleitung.
Diese Druckpulsationen müssen
durch eine Dämpfungseinrichtung
abgefangen beziehungsweise verringert werden. Aus Sicherheitsgründen muss wegen
dieser Druckpulsationen auch der gesamte Niederdruckbereich der
Kraftstoffeinspritzanlage sehr hohen Drücken widerstehen können. Dadurch erhöhen sich
die Kosten einer Kraftstoffeinspritzanlage erheblich.
-
Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Steuern der Fördermenge
einer Kraftstoffhochdruckpumpe für
eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Zylinder oszillierenden
Kolben, wobei der Zylinder und der Kolben einen Förderraum
begrenzen, wobei der Förderraum
saugseitig mit einer Niederdruck-Kraftstoffleitung und druckseitig
mit einer Hochdruck-Kraftstoffleitung verbunden ist und mit einem
zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung und Förderraum angeordneten Steuerventil
wird erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die hydraulische Verbindung zwischen Förderraum und Niederdruck-Kraftstoffleitung
geöffnet
wird, während
sich der Kolben vom oberen Totpunkt in Richtung des unteren Totpunkts
bewegt. Anschließend
wird die hydraulische Verbindung zwischen Förderraum und Niederdruck- Kraftstoffleitung
unterbrochen, sobald die zu fördernde
Kraftstoffmenge in den Förderraum
angesaugt wurde. In einem weiteren Schritt wird die angesaugte Kraftstoffmenge
in die Hochdruck-Kraftstoffleitung gefördert, während sich der Kolben vom unteren
Totpunkt in Richtung des oberen Totpunkts bewegt.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
gelangt nur so viel Kraftstoff in den Förderraum der Kraftstoffhochdruckpumpe,
wie im anschließenden Förderhub
auch in die Hochdruck-Kraftstoffleitung gefördert werden
soll. Dadurch wird das Hin- und Herfördern von Kraftstoff aus der
Niederdruck-Kraftstoffleitung
in den Förderraum
und zurück
vermieden. Infolgedessen wird der Teillastwirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe
deutlich verbessert und die Aufheizung des Kraftstoffs in gleichem
Umfang reduziert.
-
Da
Kraftstoffhochdruckpumpen von Einspritzsystemen nahezu die gesamte
Betriebszeit im Teillastbetrieb betrieben werden, wirkt sich die
Verbesserung des Teillastwirkungsgrads der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe
in erheblichem Umfang auf den Gesamtnutzungsgrad der Kraftstoffeinspritzanlage
aus. Außerdem
kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
ein Saugventil zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung und Förderraum eingespart
werden.
-
Wenn
die Saugphase am Oberen Totpunkt des Kolbens beginnt, ist die Ansteuerung
des Mengensteuerventils vor allem bei sehr kleinen Fördermengen
besonders einfach, da wegen des sinusförmigen Geschwindigkeitsverlaufs
des Kolbens die Kolbengeschwindigkeit in der Nähe des Oberen Totpunkts relativ
gering ist und somit die Anforderungen an die Genauigkeit der Ansteuerung
des Mengensteuerventils relativ gering sind.
-
Die
erfindungsgemäßen Vorteile
können auch
mit Hilfe eines Verfahrens zum Steuern der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe
für eine Brennkraftmaschine,
mit einem in einem Zylinder oszillierenden Kolben, wobei der Zylinder
und der Kolben einen Förderraum
begrenzen und wobei der Förderraum
saugseitig mit einer Niederdruck-Kraftstoffleitung
und druckseitig mit einer Hochdruck-Kraftstoffleitung verbunden ist und
mit einem zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung und Förderraum
angeordneten Mengensteuerventil erreicht werden, wenn die hydraulische
Verbindung zwischen Förderraum und
Niederdruck-Kraftstoffleitung
unterbrochen wird, sobald sich der Kolben vom Oberen Totpunkt in
Richtung des Unteren Totpunkts bewegt, die hydraulische Verbindung
zwischen Förderraum
und Niederdruck-Kraftstoffleitung so lange geöffnet wird, dass die zu fördernde
Kraftstoffmenge in den Förderraum angesaugt
wird, bevor der Kolben auf dem Weg vom Unteren Totpunkt in Richtung
des Oberen Totpunkts eine Position erreicht hat, von der ausgehend
die angesaugte Kraftstoffmenge in die Hochdruck-Kraftstoffleitung
gefördert
werden kann, während
sich der Kolben bis zum Oberen Totpunkt bewegt. Dieses Verfahren
wird nachfolgend noch in Zusammenhang mit den 3 bis 5 im
Detail erläutert.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann vorgesehen sein, dass die hydraulische Verbindung zwischen Förderraum
und Niederdruck-Kraftstoffleitung erst geöffnet wird, wenn sich der Kolben
vom Unteren Totpunkt in Richtung des Oberen Totpunkts bewegt. Diese
Ansteuerung des Mengensteuerventils kann dann sinnvoll sein, wenn
die Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen und geringer Teillast
betrieben wird.
-
Die
erfindungsgemäßen Vorteile
werden auch durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine
mit einem in einem Zylinder oszillierenden Kolben, wobei der Zylinder
und der Kolben einen Förderraum
begrenzen und wobei der Förderraum
saugseitig mit einer Niederdruck-Kraftstoffleitung
und druckseitig mit einer Hochdruck-Kraftstoffleitung verbunden ist und
mit einem zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung und Förderraum
angeordneten Mengensteuerventil dadurch realisiert, dass die hydraulische
Verbindung zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung
und Förderraum
auch dann durch das Mengensteuerventil unterbrechbar ist, wenn der
Druck im Förderraum
kleiner oder gleich dem Dampfdruck des geförderten Kraftstoffs ist und in
der Niederdruckleitung der Förderdruck
einer Vorförderpumpe
ansteht.
-
Bei
einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe
muss das Mengensteuerventil so ausgelegt sein, dass es das Einströmen von
Kraftstoff aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung
in den Förderraum
auch dann verhindert, wenn Dampfdruck im Förderraum herrscht. Nur so ist
es möglich,
das Einströmen
von Kraftstoff zu unterbinden, der nicht im darauf folgenden Förderhub
in die Hochdruck-Kraftstoffleitung
gefördert
wird. Selbstverständlich
ist bei der Auslegung des Mengensteuerventils auch der in der Niederdruck-Kraftstoffleitung
anstehende Druck zu berücksichtigen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Mengensteuerventils kann, falls gewünscht, auf ein Rückschlagventil
zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung und Förderraum verzichtet werden.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe
zeichnet sich somit aus durch einen konstruktiv einfacheren Aufbau
als andere aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffhochdruckpumpen
mit Mengensteuerventil.
-
Je
nach Erfordernissen ist es möglich,
das Mengensteuerventil stromlos geöffnet oder stromlos geschlossen
auszuführen.
Auch kann das Mengensteuerventil nach außen öffnend oder nach innen öffnend ausgeführt sein.
Nach außen öffnend bedeutet, dass
die Öffnungsbewegung
eines Ventilglieds gegen die am Mengesteuerventil anliegende Druckdifferenz
erfolgt; während
bei einem nach innen öffnenden
Ventil die Öffnungsbewegung
eines Ventilglieds von der am Mengesteuerventil anliegenden Druckdifferenz
unterstütz
wird.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Kraftstoffhochdruckpumpe sehen
vor, dass das Mengensteuerventil ein federbelastetes Ventilglied
und einen Aktuator aufweist. Dabei kann das Ventilglied als Ventilplatte,
die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, ausgeführt sein. Der Aktuator kann
als Elektromagnet, Piezoaktor oder Stellmotor ausgeführt sein.
-
Um
die Ansteuerung des Mengensteuerventils zu vereinfachen und das
zugehörige
Steuergerät der
Kraftstoffhochdruckpumpe zu entlasten, kann in weiterer vorteilhafter
Ausgestaltung zwischen Mengensteuerventil und Förderraum ein Rückschlagventil
vorgesehen sein. In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung
werden das Mengensteuerventil und das Rückschlagventil zu einer Baugruppe
zusammengefasst, so dass die Montage und Prüfung dieser Baugruppe außerhalb
der Kraftstoffhochdruckpumpe erfolgen kann.
-
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
-
Zeichnungen
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild einer Kraftstoffeinspritzanlage;
-
2 eine
schematisiert dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe zur Erläuterung
eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens;
-
2 und 3 eine
vereinfacht dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe zur Erläuterung
eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens
und
-
4 eine
modifizierte Kraftstoffhochdruckpumpe zur Erläuterung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
Anhand
des in 1 dargestellten Blockschaltbilds wird nachfolgend
der Aufbau einer Kraftstoffeinspritzanlage 102 erläutert. Die
Kraftstoffeinspritzanlage 102 umfasst einen Kraftstoffbehälter 104,
aus dem Kraftstoff 106 durch eine elektrische oder mechanische
Vorförderpumpe 108 gefördert wird. Über eine
Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 wird der Kraftstoff 106 zu
einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gefördert. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gelangt
der Kraftstoff 106 über
eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 zu einem Common-Rail 114.
An dem Common-Rail sind mehrere Kraftstoff-Einspritzdüsen oder
Injektoren 116 angeschlossen, die den Kraftstoff 106 direkt
in Brennräume 118 einer
nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspritzen.
-
In 2a ist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 für Kraftstoff
schematisch dargestellt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 umfasst
einen Kolben 10, der in einem Zylinder 11 geführt und
von einer Nockenwelle 12 mit zwei Nocken 13 angetrieben wird.
Der Kolben 10 und der Zylinder 11 begrenzen einen
Förderraum 14.
In den Förderraum 14 münden die
Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 und eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 112.
Zwischen Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 und
Förderraum 14 ist
ein Auslassventil 17 vorgesehen, welches ein Rückströmen des
in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 befindlichen Kraftstoffs
in den Förderraum 14 verhindert.
Die Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 kann
in einen nicht dargestellten Common-Rail 114 münden oder
direkt mit Injektoren 116 oder Einspritzdüsen verbunden
sein.
-
Die 2b) und 2c)
zeigen die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 in
anderen Betriebszuständen.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
sind in diesen Darstellungen nicht alle Details dargestellt. So
ist beispielsweise die Nockenwelle 12 nicht dargestellt.
-
Unterhalb
der 2a bis c sind drei Diagramme aufgetragen, die
zur Erläuterung
der Funktionsweise der Hochdruck-Kraftstoffpumpe und der erfindungsgemäßen Verfahren
dienen. Bei allen Diagrammen ist in der X-Achse der Kurbelwinkel
aufgetragen.
-
In
obersten der drei Diagramme ist der Hub 23 des Kolbens 10 über dem
Kurbelwinkel qualitativ aufgetragen. Der Bezug zwischen den in den 2a bis c dargestellten Betriebszuständen wird
durch Pfeile (ohne Bezugszeichen) hergestellt.
-
Unterhalb
dieses Diagramms sind zwei weitere Diagramme dargestellt. In dem
mittleren der drei Diagramme ist der Schaltzustand des Mengensteuerventils 19 (MSV) über dem
Kurbelwinkel aufgetragen.
-
In
dem untersten der drei Diagramme ist der Druck pF im
Förderraum 14 qualitativ über dem
Kurbelwinkel aufgetragen.
-
Der
in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 anstehende Kraftstoff
kann über
ein Mengensteuerventil 19 in den Förderraum 14 gesaugt
werden, wenn sich der Kolben 10, wie in 2a dargestellt, nach
unten bewegt und somit den Förderraum 14 vergrößert. In 2a ist das als Magnetventil ausgebildete
Mengensteuerventil 19 geöffnet dargestellt. Wenn sich
der Kolben 10 von einem in 2a nicht eingezeichneten
oberen Totpunkt (OT) in Richtung des Pfeils 20 zum unteren
Totpunkt (UT), der ebenfalls in 2a nicht
dargestellt ist, bewegt, strömt Kraftstoff
von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 über das
Mengensteuerventil 19 in den Förderraum 14 bis das
Mengensteuerventil 19 geschlossen wird. Diese Saugphase
ist in dem im mittleren Teil von 2 dargestellten
Diagramm mit einer Schraffur, die am OT beginnt, gekennzeichnet.
-
Sobald
eine ausreichende Kraftstoffmenge, die vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
abhängt,
in den Förderraum 14 gesaugt
wurde, wird das Mengensteuerventil 19 geschlossen. Dieser
Zustand ist in 2b dargestellt. Aus
Gründen
der Einfachheit und Übersichtlichkeit
sind in den 2b und 2c die
Nockenwelle 12 sowie manche Bezugszeichen nicht dargestellt.
-
Durch
das Schließen
des Mengensteuerventils 19 sinkt der Druck im Förderraum
auf den Dampfdruck des Kraftstoffs ab. Dieser Druckverlauf ist in dem
untersten der drei Diagramme aufgetragen.
-
Wenn
die Nockenwelle 12 sich soweit gedreht hat, dass der Punkt 21 den
Kolben 10 berührt, ist
der UT erreicht. Anschließend
beginnt der Förderhub.
Sobald sich der Kolben 10 vom Unteren Totpunkt UT zum Oberen
Totpunkt OT bewegt, nimmt das Volumen des Förderraums 14 ab. Sobald
der Kolben 10 die Position erreicht hat, in der das Mengensteuerventil 19 während des
Saughubs geschlossen wurde, ist kein dampfförmiger Kraftstoff mehr im Förderraum 14 und
der Druck im Förderraum 14 steigt
stark an. Wenn die Druckkraft im Förderraum 14 größer als
die Summe der von der Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 auf
das Auslassventil 16 ausgeübten Druckkraft und der Federkraft
des Auslassventils 17 ist, öffnet das Auslassventil 17 und
die Förderung
von Kraftstoff in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 beginnt.
Dieser Zustand ist in der 2c dargestellt.
Das Mengensteuerventil 19 ist in dieser sogenannten Förderphase
geschlossen (siehe auch die Schraffur im obersten der drei Diagramme).
-
Während der
Förderphase,
die am Oberen Totpunkt endet, wird genau die Kraftstoffmenge, die während der
Saugphase angesaugt wurde, mit Hilfe des Kolbens 10 aus
dem Förderraum 14 in
die Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 gefördert. Die Saugphase und die
Förderphase
sind bei diesem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Steuern der Fördermenge
einer Hochdruck-Kraftstoff-Pumpe 111 in
erster Näherung
symmetrisch zum Oberen Totpunkt OT.
-
Das
Mengensteuerventil 19 bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
umfasste einen Aktuator und ein Ventilglied 25. Dieses
Ventilglied 25 wird von einer Druckfeder 27 in
Richtung eines Ventilsitzes 29 gedrückt. Bei dem Ausführungsbeispiel
in 2a ist der Aktuator 31 als
Elektromagnet ausgeführt.
Wenn der Aktuator 31 bestromt wird (2a), hebt
das Ventilglied 25 gegen die Kraft der Druckfeder 27 vom
Ventilsitz 29 ab. Es versteht sich von selbst, dass anstelle
eines Elektromagneten 31 auch andere Aktuatoren, wie beispielsweise
Piezoaktoren, Stellmotoren oder hydraulische Aktuatoren eingesetzt
werden können.
Alternativ kann der Aktuator auch stromlos geöffnet ausgeführt sein
(nicht dargestellt).
-
Wenn
die Saugphase abgeschlossen ist, wird der Aktuator 31 bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 stromlos
geschaltet (siehe 2b und 2c), so dass die Druckfeder 27 das
Ventilglied 25 gegen den Ventilsitz 29 presst.
Dadurch ist die Verbindung zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 und Förderraum 14 unterbrochen.
-
Wichtig
ist in jedem Fall, dass die Schließkraft der Druckfeder 27 oder
des Aktuators 31 ausreichend groß ist, um das Ventilglied 25 auch
dann dichtend an dem Ventilsitz 29 anzupressen, wenn im
Förderraum 14 der
Dampfdruck des zu fördernden
Kraftstoffs herrscht und in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 der von
der Vorförderpumpe 108 (siehe 1)
aufgebaute Förderdruck
herrscht.
-
In
dieser Schaltstellung bildet sich zunächst Kraftstoffdampf im Förderraum 14 aus,
so dass der Druck PF im Förderraum 14 auf
den Dampfdruck des zu fördernden
Kraftstoffs abfällt.
Dieser Druckverlauf im Förderraum 14 ist
in dem untersten Diagramm in 2 qualitativ
dargestellt. Wenn nun während
des Förderhubs
der Kolben 10 die Position erreicht, an der während des
vorangegangenen Saughubs das Mengensteuerventil 19 geschlossen
wurde, ist kein Kraftstoffdampf mehr im Förderraum 14 vorhanden und
es beginnt ein sehr schneller Druckaufbau im Förderraum 14. Sobald
der Druck im Förderraum 14 den
Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 übersteigt, öffnet das
Auslassventil 17 und der zu fördernde Kraftstoff wird in
die Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 gefördert. Diese Förderphase
endet mit Erreichen des Oberen Totpunkts OT. Danach beginnt erneut
eine Saugphase.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist jedoch nicht darauf beschränkt,
dass die Saugphase, wie in 2 dargestellt,
mit dem Oberen Totpunkt beginnt. Es ist auch möglich, während des Weges des Kolbens
vom Oberen Totpunkt in Richtung des Unteren Totpunkts zu einem späteren Zeitpunkt
das Mengensteuerventil 19 zu öffnen und es dann wieder zu schließen, wenn
die gewünschte
Kraftstoffmenge angesaugt wurde.
-
Anhand
der 3 und 4 wird nachfolgend ein erfindungsgemäßes Verfahren
beschrieben, bei dem die Saugphase nicht immer am OT beginnt.
-
Die
Kraftstoffhochdruckpumpe 111 in 3 und 4 ist
identisch mit der in Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111. Zunächst wird anhand der 3 das
zweite erfindungsgemäße Verfahren zum
Steuern der Fördermenge
einer Kraftstoffhochdruckpumpe im oberen Teillastbereich erläutert. Dies bedeutet,
dass die Förderphase
(siehe 3c) sich nahezu über den
gesamten Weg des Kolbens vom Unteren Totpunkt UT zum Oberen Totpunkt
OT erstreckt.
-
Beginnend
am Oberen Totpunkt des Kolbens 10 wird zunächst das
Mengensteuerventil 19 geschlossen. Wenn sich der Kolben 10 nun
in Richtung des Unteren Totpunkts UT bewegt, stellt sich im Förderraum 14 der
Dampfdruck des zu fördernden
Kraftstoffs ein (siehe auch das unterste Diagramm von 3).
Vor Erreichen des Unteren Totpunkts wird nun in Abhängigkeit
von der zu fördernden
Kraftstoffmenge das Mengensteuerventil 19 geöffnet, so
dass Kraftstoff aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 in den
Förderraum 14 einströmen kann.
Wegen der vergleichsweise großen
Druckdifferenz, die zu Beginn der Saugphase zwischen der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 und
dem Förderraum 14 herrscht,
strömt erstens
eine relativ große
Kraftstoffmenge in kurzer Zeit in den Förderraum 14 und zweitens
findet ein rascher Druckanstieg im Förderraum 14 statt.
Dieser Vorgang ist in dem unteren Teil von 3 qualitativ dargestellt.
-
Wichtig
für das
erfindungsgemäße Verfahren ist,
dass in relativ kurzer Zeit eine große Kraftstoffmenge in den Förderraum 14 gelangen
kann. Des Weiteren ist zu beachten, dass die angesaugte Kraftstoffmenge
bei diesem Verfahren nicht proportional zu der Dauer der Saugphase
und nicht proportional zu dem Weg, den der Kolben 10 während der Saugphase
zurücklegt,
ist. Die angesaugte Kraftstoffmenge hängt bei diesem Verfahren zur
Steuerung der Fördermenge
wesentlich von der Druckdifferenz zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 und
Förderraum 14 sowie
den Strömungswiderständen im
Inneren der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 ab.
-
Wenn
eine ausreichende Kraftstoffmenge in den Förderraum 14 gesaugt
wurde, wird das Mengensteuerventil 19 geschlossen. Zu diesem
Zeitpunkt ist der Kolben 10 bei dem in 3 dargestellten
Betriebspunkt bereits wieder auf dem Weg vom Unteren Totpunkt in
Richtung zum Oberen Totpunkt OT. Die Saugphase endet als erst nachdem
der Kolben 10 den Unteren Totpunkt UT erreicht und wieder verlassen
hat.
-
Unmittelbar
nach dem Schließen
des Mengensteuerventils 19 findet ein steiler Druckanstieg
im Förderraum 14 statt,
so dass der Kraftstoff in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 gefördert wird
(siehe 3c und das unterste Diagramm
von 3).
-
Beginn
und Ende der Saugphase werden von einem Steuergerät (nicht
dargestellt) so berechnet, dass im Teillastbetrieb das Ende der
Saugphase erreicht wird, wenn erstens sich der Kolben 10 vom Unteren
Totpunkt in Richtung des Oberen Totpunkts bewegt und zweitens, die
Förderphase
genau so groß ist,
dass die gewünschte
zu fördernde
Kraftstoffmenge in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 gefördert wird.
-
Da
bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren
die Länge
der Saugphase nicht direkt mit der Stellung des Kolbens 10 gekoppelt
ist, muss durch eine entsprechende Berücksichtigung der Drehzahl der
Kraftstoffhochdruckpumpe 111, der Druckverhältnisse
und der Strömungswiderstände sowie
der Viskosität
des Kraftstoffs die Dauer oder und der Beginn und das Ende der Saugphase
berechnet werden.
-
Auch
bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren
kann auf ein Rückschlagventil
zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 und Förderraum 14 verzichtet
werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch, dass
nur die Kraftstoffmenge aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 in den
Förderraum 14 angesaugt
wird, die bei der daran anschließenden Förderphase in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 ausgeschoben
wird. Dies bedeutet, dass auch bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
Dissipationsverluste und Aufheizung des Kraftstoffs auf ein Mindestmaß reduziert
werden.
-
Anhand
der 4 wird das zweite erfindungsgemäße Verfahren
für den
unteren Teillastbereich noch erläutert.
Dabei kann der auf den ersten Blick überraschende Fall eintreten,
dass die Saugphase erst beginnt, wenn der Kolben 10 sich
schon wieder vom Unteren Totpunkt in Richtung des Oberen Totpunkts
bewegt. Diese Situation ist in dem obersten Diagramm von 4 dargestellt.
-
Wie
aus diesem Diagramm und den darunter liegenden Diagrammen entnehmbar
ist das Mengensteuerventil 19 während des gesamten Wegs des Kolbens 10 vom
Oberen Totpunkt OT zum Unteren Totpunkt UT geschlossen. Selbst darüber hinaus
ist das Mengensteuerventil 19 noch geschlossen. Erst etwa
nachdem der Kolben den halben Weg vom Unteren Totpunkt zum Oberen
Totpunkt OT zurückgelegt
hat, wird das Mengensteuerventil 19 für eine kurze Zeit geöffnet. In
dieser kurzen Zeit wird die zu fördernde
Kraftstoffmenge aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 in
den Förderraum 10 gesaugt.
Sobald das Mengensteuerventil 19 wieder geschlossen wird,
beginnt die Förderphase,
die auch hier wieder am Oberen Totpunkt OT endet.
-
Durch
den Vergleich der schraffierten Flächen, welche einerseits die
Saugphase und andererseits die Förderphase
darstellen, wird deutlich, dass die während der Saugphase angesaugte
Kraftstoffmenge nicht direkt mit dem Weg des Kolbens in dieser Zeit
gekoppelt ist. Es ist nämlich
so, dass die während
der Saugphase angesaugte Kraftstoffmenge gleich groß sein muss
wie die während
der Förderphase
geförderte
Kraftstoffmenge. Aus dem Beispiel gemäß 4 wird jedoch
deutlich, dass der Kolben während
der Saugphase einen sehr viel kleineren Weg zurücklegt als während der
daran anschließenden
Förderphase.
-
In 5 wird
eine Variante einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 111 dargestellt. Bei
dieser Variante ist zwischen dem Mengensteuerventil 19 und
dem Förderraum 14 ein
Rückschlagventil 33 vorgesehen.
Ein weiterer Unterschied gegenüber
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
besteht darin, dass das Mengensteuerventil 19 nach außen öffnend geführt ist.
Dies bedeutet, dass das Ventilglied 25 entgegen dem in
der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 herrschenden Druck
vom Ventilsitz 29 abgehoben werden muss, wenn das Mengensteuerventil 19 geöffnet wird.
Andererseits wird durch diese Ausgestaltung die Schließkraft des Aktors 31 durch
die Druckdifferenz zwischen Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 und Förderraum 14 unterstützt. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist der Aktuator 31 des Mengensteuerventils 19 stromlos
geschlossen. Ansonsten entspricht diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 den
zuvor beschriebenen Kraftstoffhochdruckpumpen 111.
-
Es
versteht sich von selbst, dass ein nach außen öffnendes Mengensteuerventil 19 auch
in Zusammenhang mit den in 2 beschriebenen
Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffhochdruckpumpe 111 eingesetzt
werden kann.
-
Der
Vorteil des Rückschlagventils 33 ist
darin zu sehen, dass durch dieses Rückschlagventil 33, welches
zwischen dem Mengensteuerventil 19 und dem Förderraum 14 angeordnet
ist, die Saugphase beendet wird, sobald ein Druckausgleich zwischen dem
Förderraum 14 und
einem etwaigen Öffnungsdruck
des Ventils 33 und der Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 hergestellt
ist. Dann nämlich
schließt
das Rückschlagventil 33 und
die Förderphase
beginnt, unabhängig
davon, ob das Mengensteuerventil 19 bereits geschlossen
wurde oder nicht.
-
In
dem mittleren Diagramm von 5 wird dieser
Sachverhalt verdeutlicht. Dort ist nämlich das Mengensteuerventil 19 am
Beginn der Förderphase noch
geöffnet.
Durch das erfindungsgemäße Rückschlagventil 33 ist
es also möglich,
die Anforderungen an das Steuergerät (nicht dargestellt) und das Mengensteuerventil 19 zu
verringern, da nunmehr nur noch der Beginn der Saugphase berechnet
und gesteuert werden muss, während
sich das Ende der Saugphase ohne einen Steuerimpuls vom Steuergerät oder eine
Steuerbewegung des Mengensteuerventils 19 von allein ergibt.
-
Welcher
der geschilderten und beschriebenen Varianten von Kraftstoffhochdruckpumpen 111 und
Verfahren zum Steuern dieser Kraftstoffhochdruckpumpen 111 im
Einzelfall angewandt wird, hängt
von den Umständen
des Einzelfalls ab und ist für
einen Fachmann auf dem Gebiet der Einspritztechnik ohne erfinderisches
Zutun ohne Weiteres zu entscheiden.