DE102013224414A1

DE102013224414A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems

Info

Publication number: DE102013224414A1
Application number: DE102013224414.2A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-05-28

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems, aufweisend ein Niederdruckfördersystem mit zumindest einem Tank 1, einer Niederdruckpumpe 2 und einem Drucksensor 7, sowie aufweisend ein Hochdruckfördersystem mit einer Hochdruckpumpe 9 und einem mit einem Hochdruckpumpenraum 8 verschalteten Druckregelventil 20 und einer Drossel 21. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems angegeben, das die Leckage des Fluidfördersystems verringert. Mit Leckage ist die Rücklaufmenge der Hochdruckpumpe 9 gemeint. Erreicht wird dies dadurch, dass das Druckregelventil 20 auf einen Öffnungsdruck im Bereich eines Soll-Innendrucks des Hochdruckpumpenraums 8 eingestellt ist und dass die Förderleistung der Niederdruckpumpe 2 von dem Drucksensor gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems, aufweisend ein Niederdruckfördersystem mit zumindest einem Tank, einer Niederdruckpumpe und einem Drucksensor, sowie aufweisend ein Hochdruckfördersystem mit einer Hochdruckpumpe und einem mit einem Hochdruckpumpenraum verschalteten Druckregelventil und einer Drossel. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechend ausgestaltetes Fluidfördersystem.
Stand der Technik
Ein derartiges Fluidfördersystem ist aus der DE 10 2008 043 643 A1 bekannt. Dieses Fluidfördersystem weist ein Niederdruckfördersystem und ein Hochdruckfördersystem auf, die mit ihren bekannten Komponenten, nämlich einem Tank, einem Filter, einer Niederdruckpumpe, einer Hochdruckpumpe sowie einem Druckregelventil und einer nachgeschalteten Drossel in einer bekannten Art und Weise verschaltet sind. Das Fluidfördersystem ist zur Förderung von Kraftstoff eines Kraftstoffeinspritzsystems ausgelegt, welches wiederum als Common-Rail-Einspritzsystem ausgestaltet ist. An dem Niederdruckfördersystem ist weiterhin ein Einspritzinjektor angeschlossen, der zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, an der das Kraftstoffeinspritzsystem verbaut ist, ausgelegt ist. Dabei erfolgt die Einspritzung in die Abgasleitung stromaufwärts eines Partikelfilters, der durch den verbrannten Kraftstoff so weit erhitzt wird, dass eingelagerte Rußpartikel verbrannt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems anzugeben, das die Leckage des Fluidfördersystems verringert. Weiterhin soll ein entsprechendes Fluidfördersystem angegeben werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Druckregelventil auf einen Öffnungsdruck im Bereich eines Soll-Innendrucks des Hochdruckpumpenraums eingestellt ist. Durch diese Einstellung des Öffnungsdrucks wird die Leckage des Fluidfördersystems reduziert. Hierbei ist die Leckage die Rücklaufmange der Hochdruckpumpe, die normalerweise in den Tank zurückgeführt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Niederdruckpumpe als geregelte elektrisch angetriebene Niederdruckpumpe ausgebildet, deren Förderleistung von dem Drucksensor gesteuert wird. Durch diese Ausgestaltung beziehungsweise dieses Verfahren ist es möglich, die Förderleistung der Niederdruckpumpe an die Erfordernisse in dem Fluidfördersystem, insbesondere den gewünschten Soll-Innendruck in dem Hochdruckpumpenraum der Hochdruckpumpe, genau anzupassen, so dass im Ergebnis durch diese Maßnahme die Leckage ebenfalls reduziert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Drossel mit einer flachen Drosselkennlinie ausgelegt. Dadurch kann die geregelte elektrisch angetriebene Niederdruckpumpe den Arbeitsdruck in dem Fluidfördersystem anfahren und im Arbeitsbereich der flachen Drosselkennlinie folgen. Diese Maßnahme begrenzt ebenfalls die Leckage. Weitere Vorteile des so ausgebildeten Verfahrens sind, dass der Arbeitsdruck der Hochdruckpumpe in dem Hochdruckpumpenraum schneller erreicht wird und dass das Druckregelventil mit der nachgeschalteten Drossel einen Auslaufschutz für den Hochdruckpumpenraum bildet.
Das entsprechende Fluidfördersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil ein Ventilgehäuse mit einer in dem Ventilgehäuse eingebauten Drossel aufweist. Diese die Leckage des Fluidfördersystems verringernde Ausgestaltung hat zudem den Vorteil eines kompakten und preiswert umsetzbaren Drosselventils mit der zusätzlichen Drossel.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Druckregelventil eine mit einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse zusammenwirkende Ventilkugel und eine Ventilfeder auf, wobei ein Ventilfederhalter als Drossel ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da dadurch für die Drossel keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden.
Zudem begrenzt das der Drossel vorgeschaltete Druckregelventil die Leckage vor Erreichen des Arbeitsdrucks in dem Pumpenraum.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Niederdruckpumpe eine steuerbare elektrisch angetriebene Niederdruckpumpe. Dabei kann die Niederdruckpumpe beispielsweise als Zahnradpumpe oder Kolbenpumpe ausgebildet sein. Der elektrische Antrieb der Niederdruckpumpe ermöglicht es, in einfacher Weise die Förderleistung der Niederdruckpumpe auf entsprechende Anforderungen einzustellen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Druckseite der Niederdruckpumpe über ein Sicherheitsventil mit dem Tank verschaltet. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass im Falle eines Verstopfens eines nachgeschalteten Filters der von der Niederdruckpumpe aufgebaute Druck begrenzt beziehungsweise in den Tank abgesteuert wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Fluidfördersystem ein Kraftstofffördersystem und das Fluid entsprechend Kraftstoff. Wenn auch der Gegenstand der Erfindung bei einem beliebigen Fluidfördersystem angewendet werden kann, ist die bevorzugte Anwendung bei einem Kraftstofffördersystem für eine Brennkraftmaschine gegeben, wobei mit dem Kraftstofffördersystem beispielsweise Benzin oder insbesondere Diesel gefördert wird. Dabei ist das Kraftstofffördersystem bevorzugt als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet, bei dem der Kraftstoff in einem Hochdruckspeicher gespeichert wird und aus dem Hochdruckspeicher von Injektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine aus dem Hochdruckspeicher entnommen wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein schematisches Schaltschema eines Fluidfördersystems und
2 ein Diagramm mit den Kennlinien des Ventils und der Drossel.
Ausführungsform der Erfindung
Das Schaltschema gemäß 1 eines als Kraftstofffördersystem ausgebildeten Fluidfördersystems zeigt deren wesentliche Bauteile, die bedarfsweise um weitere nicht dargestellte Komponenten ergänzt werden können. In einem Tank 1 des Fluidfördersystems wird Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, bevorratet, der von einer geregelten, elektrisch betriebenen Niederdruckpumpe 2 in eine Niederdruckleitung 3 gefördert wird. Auf der Druckseite der Niederdruckpumpe 2 zweigt von der Niederdruckleitung 3 eine Bypassleitung 4 ab, in die ein Sicherheitsventil 5 eingesetzt ist. Die Bypassleitung 4 mündet in den Tank 1 und stellt sicher, dass in der Niederdruckleitung 3 kein unzulässig hoher Leitungsdruck beispielsweise bei Verstopfen eines in der Niederdruckleitung 3 angeordneten Filters 6 auftritt. Stromabwärts des Filters 6 ist in die Niederdruckleitung 3 ein Drucksensor 7 eingebaut, der den Kraftstoffdruck in der Niederdruckleitung 3 misst beziehungsweise aufnimmt und in eine Steuereinrichtung beispielsweise zur Steuerung der geregelten elektrischen Niederdruckpumpe 2 weiterleitet. Anschließend an den Drucksensor mündet die Niederdruckleitung 3 in einen Hochdruckpumpenraum 8 einer Hochdruckpumpe 9, die den zugeführten Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 10 in einen Hochdruckspeicher 11 fördert. Die Hochdruckpumpe 9 ist beispielsweise als Kolbenpumpe ausgebildet, wobei ein Pumpenkolben der Hochdruckpumpe 9 über einen Rollenstößel von einer Nockenwelle betätigt wird. Die Nockenwelle wird in geeigneter Weise beispielsweise über einen Riementrieb oder ein Zahnradgetriebe von einer Brennkraftmaschine, an der das Fluidfördersystem verbaut ist, angetrieben. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und das Fluidfördersystem dementsprechend vorzugsweise ein Common-Rail-Einspritzsystem zur Förderung von Dieselkraftstoff. Die Brennkraftmaschine kann aber auch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine sein und das Fluidfördersystem zur Förderung von Benzin ausgelegt sein.
Der in dem Hochdruckspeicher 11 unter einem Druck von bis zu 3000 bar gespeicherte Kraftstoff wird von Kraftstoffinjektoren 12 zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen. Der Hochdruckspeicher 11 ist über ein Druckregelventil 13 mit einer Absteuerleitung 14, in die eine Drosseleinrichtung 15 eingebaut sein kann, mit der Niederdruckleitung 4 im Bereich vor dem Filter 6 verbunden. In die Absteuerleitung 14 mündet weiterhin eine Leckageleitung 16 der Kraftstoffinjektoren 12 ein.
Die Nockenwelle der Hochdruckpumpe 9 ist in Lagern 17a, 17b gelagert, die kraftstoffgeschmiert sind. Zur Sicherstellung der Schmierung wird über die Lager 17a, 17b eine definierte Kraftstoffmenge in eine Lagerleckageleitung 18 abgeführt, die in eine Rücklaufleitung 19 für Kraftstoff, die wiederum in den Tank 1 einmündet, hineinfließt. Die Rücklaufleitung 19 ist über ein Druckregelventil 20 mit integrierter Drossel 21 mit dem Hochdruckpumpenraum 8 verbunden. Das Druckregelventil 20 mit der integrierten Drossel 21 ist auf einen Öffnungsdruck im Bereich eines Soll-Innendrucks des Hochdruckpumpenraums 8, der beispielsweise im Bereich von 4,5 bar liegt, eingestellt. Durch das Druckregelventil 20 mit der integrierten Drossel 21 wird erreicht, dass die Leckage der Hochdruckpumpe 9 reduziert wird.
Das Druckregelventil 20 weist ein Ventilgehäuse 22 auf, in dem eine Ventilkugel 23 von einer Ventilfeder 24 gegen eine Ventilsitzfläche 25 gedrückt wird. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungsdrucks hebt die Ventilkugel 23 von der Ventilsitzfläche 25 ab und Kraftstoff aus dem Hochdruckpumpenraum 8 strömt durch die Drossel 21 in die Rücklaufleitung 19. Die Drossel 21 ist gleichzeitig als Ventilfederhalter für die Ventilfeder 24 ausgebildet und beispielsweise in das Ventilgehäuse 22 eingepresst.
In dem Diagramm gemäß 2 ist auf der Abszissenachse ein Druck, der in bar gemessen wird, und auf der Ordinatenachse ein Durchfluss Q, der in Liter pro Stunde (l/h) bestimmt wird, angegeben. Anhand des Diagramms wird die Arbeitsweise des Druckregelventils 20 mit der integrierten Drossel 21 erleutert, dessen Arbeitsbereich von den Begrenzungen 26a, 26b angegeben ist. Das Druckregelventil 20 öffnet ab einem Druck von ungefähr 4 bar, wobei die volle Öffnung des Druckregelventils 20 bei einem Druck von ungefähr 4,5 bar gemäß der ausgezogenen Kennlinie 27 erreicht wird. Bei einem Druck von 4,5 bar wird die maximale Leckage(menge) 28 erreicht. Die Drossel 21 weist eine flache Drosselkennlinie 29 auf, die in dem Diagramm strichliniert wiedergegeben ist. Die schraffierte Fläche 30 zwischen der Kennlinie 27 des Druckregelventils 20 und der Drosselkennlinie 29 der Drossel 21 gibt das Co₂-Potenzial wieder, das mit dem Druckregelventil 20 mit der integrierten Drossel 21 erzielbar ist. Die durch die Lager 17a, 17b abgeführte Kraftstoffmenge wird gering auf einen notwendigen zur Lagerschmierung erforderlichen Wert eingestellt, während die Steuerung der Schmiermenge und insbesondere der Kühlmenge über die Drossel 21 und die Niederdruckpumpe 2 erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008043643 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems, aufweisend ein Niederdruckfördersystem mit zumindest einem Tank (1), einer Niederdruckpumpe (2) und einem Drucksensor (7), sowie aufweisend ein Hochdruckfördersystem mit einer Hochdruckpumpe (9) und einem mit einem Hochdruckpumpenraum (8) verschalteten Druckregelventil (20) und einer Drossel (21), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (20) auf einen Öffnungsdruck im Bereich eines Soll-Innendrucks des Hochdruckpumpenraums (8) eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (2) als geregelte elektrisch angetriebene Niederdruckpumpe (2) ausgebildet ist, deren Förderleistung von dem Drucksensor (7) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (21) mit einer flachen Drosselkennlinie ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Niederdruckpumpe (2) der Drosselkennlinie (29) der Drossel (21) folgt.
Fluidfördersystem, aufweisend ein Niederdruckfördersystem mit zumindest einem Tank (1), einer Niederdruckpumpe (2) und einem Drucksensor (7), sowie aufweisend ein Hochdruckfördersystem mit einer Hochdruckpumpe (9) und einem mit einem Hochdruckpumpenraum (8) verschalteten Druckregelventil (20) und einer Drossel (21), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (20) ein Ventilgehäuse (22) mit einer in dem Ventilgehäuse (22) eingebauten Drossel (21) aufweist.
Fluidfördersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (20) eine mit einer Ventilsitzfläche (25) in dem Ventilgehäuse (22) zusammenwirkende Ventilkugel (23) und eine Ventilfeder (24) aufweist, und dass die Drossel (21) als ein Ventilfederhalter ausgebildet ist.
Fluidfördersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (21) als ein Ventilfederhalter ausgebildet ist.
Fluidfördersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (2) eine geregelte elektrisch angetriebene Niederdruckpumpe (2) ist.
Fluidfördersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckseite der Niederdruckpumpe (2) über ein Sicherheitsventil (5) mit dem Tank (1) verschaltet ist.
Fluidfördersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidfördersystem ein Kraftstofffördersystem ist.