DE10318941A1

DE10318941A1 - Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10318941A1
Application number: DE2003118941
Authority: DE
Inventors: Helmut Rembold; Bernd Schroeder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-04-26
Filing date: 2003-04-26
Publication date: 2004-11-11

Abstract

Ein Kraftstoffsystem (10) für eine Brennkraftmaschine (12) umfasst eine erste Kraftstoffpumpe (16), deren Förderleistung verändert werden kann. Sie fördert zu einer zweiten Kraftstoffpumpe (36), welche wiederum zu einem Kraftstoffspeicher (42) fördert. Zwischen der ersten Kraftstoffpumpe (16) und der zweiten Kraftstoffpumpe (36) ist eine Drosseleinrichtung (22) angeordnet. Um den Wirkungsgrad des Kraftstoffsystems (10) zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung (22) verändert werden kann.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer ersten Kraftstoffpumpe, deren Förderleistung verändert werden kann und die zu einer zweiten Kraftstoffpumpe fördert, welche wiederum zu einem Kraftstoffspeicher fördert, und mit einer Drosseleinrichtung, welche zwischen der ersten Kraftstoffpumpe und der zweiten Kraftstoffpumpe angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems bei dem der Druck in einem Kraftstoffspeicher, welcher von einer ersten und einer zweiten Kraftstoffpumpe gespeist wird, die in Reihe geschaltet sind, durch Ableiten von Kraftstoff eingestellt wird, und bei dem die Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe verändert werden kann.

Ein Kraftstoffsystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art ist jeweils aus der EP 0 837 986 B1 bekannt. In dieser wird ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung beschrieben. Eine elektrisch angetriebene Vorförderpumpe fördert über eine Konstantdrossel zu einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen mechanischen Hochdruckpumpe. Diese fördert den Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher ("Rail"), an den wiederum mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen angeschlossen sind.

Die Fördermenge der Hochdruckpumpe hängt von dem vor der Konstantdrossel herrschenden Kraftstoffdruck ab, denn dieser beeinflusst wiederum einen Öffnungszeitpunkt einen Einlassventils der Hochdruckpumpe. Der Kraftstoffdruck am Einlass der Hochdruckpumpe ergibt sich aus dem Dampfdruck des Kraftstoffes und dem Öffnungsdruck eines Einlassventils der Hochdruckpumpe. Der Kraftstoffdruck vor der Konstantdrossel wird wiederum über die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe eingestellt. Die Konstantdrossel ist für einen bestimmten maximalen Volumenstrom und für einen bestimmten maximalen Vordruck, der von der Vorförderpumpe bereitgestellt wird, ausgelegt.

Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere bei kleinen Volumenströmen die Einstellung eines gewünschten Kraftstoffdruckes stromaufwärts vom Einlassventil der Hochdruckpumpe schwierig ist. Dies führt in der Praxis dazu, dass beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine oder bei einer Schubabschaltung deutlich mehr Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher gefördert werden muss als aus diesem von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen abgerufen wird, so dass eine erhebliche Kraftstoffmenge wieder aus dem Kraftstoffspeicher abgeleitet werden muss. Dies senkt den Wirkungsgrad des Kraftstoffsystems.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Kraftstoffsystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Kraftstoffsystem mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung verändert werden kann.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fördermenge dadurch beeinflusst wird, dass die Drosselwirkung einer Drosseleinrichtung, welche zwischen erster und zweiter Kraftstoffpumpe angeordnet ist, verändert wird.

Vorteile der Erfindung

Es wurde festgestellt, dass die Stabilität der Regelung der Fördermenge zum Einlass der zweiten Kraftstoffpumpe hin in wesentlichem Umfange von der Druckdifferenz an der Drosseleinrichtung abhängt. Bei einer Drosseleinrichtung mit konstanter Drosselwirkung wurde bisher die Drosselwirkung für einen bestimmten Volumenstrom und für einen bestimmten Vordruck, der von der ersten Kraftstoffpumpe bereitgestellt wird, ausgelegt. Wenn dann jedoch nur noch sehr wenig Kraftstoff von der ersten Kraftstoffpumpe gefördert werden sollte, bestand die Gefahr, dass jener Druckbereich verlassen wird, in dem eine stabile Druckregelung möglich ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, eine Drosseleinrichtung mit veränderbarer Drosselwirkung vorzusehen, kann jener Druckbereich, in dem eine stabile Regelung des Drucks durch eine Veränderung der Förderleistung möglich ist, an die gewünschte Betriebssituation angepasst werden. So kann beispielsweise dann, wenn nur sehr wenig Kraftstoff gefördert werden soll, die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung erhöht werden, wohingegen dann, wenn eine große Förderleistung gewünscht ist, die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung verringert wird. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung die aus dem Kraftstoffspeicher abzuleitende Kraftstoffmenge verringert, so dass der Wirkungsgrad des Kraftstoffsystems verbessert ist. Die im Mittel geringere Leistungsaufnahme der Kraftstoffpumpen. verringert den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen der Brennkraftmaschine.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Bei einem Kraftstoffsystem wird beispielsweise vorgeschlagen, dass die Drosseleinrichtung eine Konstantdrossel und mindestens eine zu dieser parallele Auf/Zu-Ventileinrichtung umfasst. Dies ist technisch einfach zu realisieren, im Betrieb sehr robust und insgesamt preiswert. Die Drossel ist vorteilhafterweise so ausgelegt, dass die Mengenregelung mittels einer Veränderung der Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe auch bei kleinen Fördermengen stabil ist. Sind große Fördermengen erforderlich, kann die Konstantdrossel über die Auf/Zu-Ventileinrichtung überbrückt werden. Dabei kann die Auf/Zu-Ventileinrichtung elektrisch oder hydraulisch, beispielsweise durch den am Auslass der ersten Kraftstoffpumpe herrschenden Druck, angesteuert werden.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Auf/Zu-Ventileinrichtung eine zusätzliche Konstantdrossel aufweist, die mit ihr in Reihe geschaltet ist, oder dass sie als Drosselventil ausgebildet ist. In diesem Fall wird auch bei geöffneter Auf/Zu-Ventileinrichtung ein für eine stabile Regelung ausreichender Gegendruck aufgebaut. Die Verwendung eines Drosselventils spart Bauraum, da in ihm die Funktionen einer Konstantdrossel und einer Auf/Zu-Ventileinrichtung vereint sind.

In nochmaliger Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Drosseleinrichtung mehrere parallel zueinander geschaltete Auf/Zu-Ventileinrichtungen mit jeweils einer Konstantdrossel oder mehrere parallele Drosselventile umfasst, wobei sich die Drosselwirkungen jeweils unterscheiden. Hierdurch stehen für mehrere Betriebssituationen unterschiedlich abgestufte Drosselwirkungen zur Verfügung, so dass für kleinste Fördermengen und für sehr große Fördermengen eine stabile Regelung der Fördermenge gewährleistet werden kann.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Drosseleinrichtung ein Ventilelement umfasst, dessen Bewegung hydraulisch durch eine Drossel gedämpft ist. Hierdurch werden störende Druck- und Volumenstromschwingungen im Kraftstoffsystem gedämpft oder ganz vermieden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Drosseleinrichtung ein Überströmventil umfasst mit einem ersten hydraulischen Steueranschluss, welcher mit der ersten Kraftstoffpumpe verbunden ist, und einem zweiten hydraulischen Steueranschluss, welcher mit einer Absteuerleitung des Kraftstoffspeichers verbunden ist, und dass die beiden Steueranschlüsse entgegengesetzt wirken. Dies bedeutet, dass dann, wenn vergleichsweise viel Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher abgeleitet werden muss, weil von der zweiten Kraftstoffpumpe mehr Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher gefördert wird als aus diesem von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen abgerufen wird, automatisch die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung erhöht wird, was zu einer Druckerhöhung vor der Drosseleinrichtung und zu einer Reduktion der Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe führt. Diese Weiterbildung ermöglich daher eine schnelle, dynamische und dennoch robuste und einfache Druck- und Fördermengenregelung.

Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Überströmventil ein Ventilelement umfasst, dessen Position einen ersten Drosselquerschnitt für die Fluidverbindung von der ersten zur zweiten Kraftstoffpumpe und einen zweiten Drosselquerschnitt von der Absteuerleitung zur zweiten Kraftstoffpumpe hin beeinflusst. Ein solches Überströmventil baut einfach und ist preiswert.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird in bevorzugter Weiterbildung vorgeschlagen, dass für eine minimale Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung maximal und für eine maximale Förderleistung minimal eingestellt wird. Auf diese Weise können in ganz unterschiedlichen Betriebsbereichen des Kraftstoffsystems auf einfache Art und Weise stabile Druck- bzw. Durchflussverhältnisse geschaffen werden.

Eine andere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelung der Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe einen Vorsteueranteil umfasst, welcher aus einem Kennfeld bestimmt wird, welches angepasst wird, wenn der aus dem Kraftstoffspeicher abgeleitete Kraftstoffstrom wenigstens in etwa gleich Null ist und eine Differenz zwischen einem Istdruck in dem Kraftstoffspeicher und einem Solldruck einen Grenzwert mindestens erreicht. Auch dies dient letztlich dazu, in einem sehr weiten Betriebsbereich des Kraftstoffsystems in stabiler Weise eine gewünschte Fördermenge der ersten Kraftstoffpumpe und somit auch eine gewünschte Fördermenge der zweiten Kraftstoffpumpe und einen gewünschten Druck im Kraftstoffspeicher einstellen zu können.

Dabei wird wiederum bevorzugt, wenn die Regelung der Fördermenge der ersten Kraftstoffpumpe und/oder die Anpassung des Kennfelds für den Vorsteueranteil von einer Ansteuerung einer Ventileinrichtung abhängt, über die Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher abgeleitet werden kann. Die Regelung bzw. die Anpassung kann beispielsweise direkt von einem Ansteuerstrom der Ventileinrichtung abhängig gemacht werden. Dies ist softwaretechnisch einfach zu realisieren.

Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer einstellbaren Drosseleinrichtung;
2 ein Diagramm, in dem ein Volumenstrom durch die Drosseleinrichtung von 1 über dem Druckverhältnis vor und hinter der Drosseleinrichtung für unterschiedliche Einstellbereiche der Drosseleinrichtung aufgetragen ist;
3 eine abgewandelte Ausführungsform der Drosseleinrichtung von 1;
4 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform der Drosseleinrichtung von 1;
5 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform der Drosseleinrichtung von 1;
6 eine Darstellung ähnlich 1 mit einer weiteren Ausführungsform einer Drosseleinrichtung;
7 ein abgewandelte Ausführungsform der Drosseleinrichtung von 6; und
8 eine Darstellung ähnlich 1 mit einer nochmals abgewandelten Ausführungsform einer Drosseleinrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Kraftstoffsystem trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es gehört zu einer Brennkraftmaschine 12. Das Kraftstoffsystem 10 umfasst einen Vorratsbehälter 14, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 16 den Kraftstoff fördert. Eine Kraftstoffleitung 18 bildet einen Niederdruckbereich und führt von einem Auslass 20 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 zu einer Drosseleinrichtung 22, welche durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
Die Drosseleinrichtung 22 umfasst ein elektromagnetisch betätigtes 2/2-Schaltventil 24 mit einer geschlossenen Schaltstellung 26 und einer offenen Schaltstellung 28. Parallel zum 2/2-Schaltventil 24 ist innerhalb der Drosseleinrichtung 22 eine Konstantdrossel 30 angeordnet.
Von der Drosseleinrichtung 22 führt eine Kraftstoffleitung 32 zu einem Einlass 34 einer auf nicht näher dargestellte Art und Weise mechanisch von einer Nockenwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 12 angetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36. Deren Auslass 38 ist wiederum über eine Kraftstoffleitung 40 mit einem Kraftstoffspeicher ("Rail") 42 verbunden. An diesen sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 44 angeschlossen. Diese spritzen den Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume 46 ein.
An den Kraftstoffspeicher 42 ist ein elektromagnetisch betätigtes 2/2-Schaltventil 48 angeschlossen, welches getaktet betätigt werden kann und ein Druckregelventil für den Kraftstoffspeicher 42 darstellt. Vom Druckregelventil 48 führt eine Rücklaufleitung 50 zur Kraftstoffleitung 18. Der Druck im Kraftstoffspeicher 42 wird von einem Drucksensor 52, der Druck in der Kraftstoffleitung 18 von einem Drucksensor 54 erfasst. Gegebenenfalls kann auch noch die Temperatur des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 18 erfasst werden. Die Temperatur ist insbesondere dann von Interesse, wenn der Dampfdruck des Kraftstoffs in starkem Maße von den Temperatur abhängt.
Die beiden Sensoren 52 und 54 liefern entsprechende Signale an ein Steuer- und Regelgerät 56. Die entsprechenden Steuerleitungen sind durch gestrichelte Linien dargestellt, sie tragen jedoch kein Bezugszeichen. Das Steuer- und Regelgerät 56 erhält ferner Eingangssignale, welche verschiedenen Eingangswerten, wie zum Beispiel einer Fahrpedalstellung eines Fahrpedals (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs, in welches die Brennkraftmaschine 12 eingebaut ist, entsprechen. Vom Steuer- und Regelgerät 56 werden unter anderem die elektrische Kraftstoffpumpe 16 und die beiden Schaltventile 24 und 48 angesteuert.
Das in 1 dargestellte Kraftstoffsystem 10 arbeitet folgendermaßen:
Der Kraftstoff gelangt über die elektrische Kraftstoffpumpe 16 und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 in den Kraftstoffspeicher 42, in dem er unter hohem Druck gespeichert ist. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 wird fast immer mehr Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 42 gefördert, als aus diesem von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 44 abgerufen wird, um bei einem plötzlichen Leistungsabruf der Brennkraftmaschine die erforderliche Kraftstoffmenge "liefern" zu können. Um dennoch den Druck im Kraftstoffspeicher entsprechend einem Sollwert einstellen zu können, muss der überschüssige Kraftstoff über das Druckregelventil 48 und die Rücklaufleitung 50 aus dem Kraftstoffspeicher 42 abgeführt werden.
Für einen guten Wirkungsgrad des Kraftstoffsystems 10 ist es günstig, wenn die Menge des über die Rücklaufleitung 50 zurückgeführten Kraftstoffs möglichst gering ist. Hierzu ist es erforderlich, dass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 in einem möglichst großen Fördermengenbereich arbeiten kann. Die Fördermenge der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 wird durch die Druckdifferenz an der Drosseleinrichtung 22 bzw. durch den Druck unmittelbar stromaufwärts von der Drosseleinrichtung 22, der von der Kraftstoffpumpe 16 erzeugt wird, eingestellt. Der Druck unmittelbar stromabwärts von der Drosseleinrichtung 22 ist durch den Dampfdruck des Kraftstoffs zuzüglich des Einlassventilöffnungsdrucks der Hochdruckpumpe 36 vorgegeben.
Grundlage hierfür ist die Tatsache, dass es sich bei der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 um eine Kolbenpumpe mit mindestens einem Rückschlag-Einlassventil (nicht dargestellt) handelt. Das Einlassventil öffnet während eines Saugtaktes der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36, wenn die Druckdifferenz vor und hinter dem Einlassventil ein bestimmtes Maß überschreitet, und ermöglicht so die Befüllung eines Arbeitsraums der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36. Dabei gilt, dass umso weniger Kraftstoff durch das Einlassventil strömt, je geringer die Druckdifferenz an der Drosseleinrichtung 22 ist. Gelangt nur wenig Kraftstoff durch das Einlassventil in den Arbeitsraum der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36, wird entsprechend wenig Kraftstoff von dieser gefördert.
Die Einstellung des Drucks unmittelbar stromaufwärts von der Drosseleinrichtung 22 erfolgt wiederum durch eine entsprechende Einstellung der Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 16. Der Kraftstoffdurchfluss am Einlass 34 der Hochdruckpumpe 36 hängt wiederum vom Drosselverhältnis der Drosseleinrichtung 22 und vom Druck am Auslass der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 ab, der vom Sensor 54 erfasst wird. Der Sensor 54, die elektrische Kraftstoffpumpe 16, und das Steuer- und Regelgerät 56 sind daher Teil eines geschlossenen Regelkreises zum Einstellen des Drucks im Niederdruckbereich 18 und damit letztlich der Fördermenge.
Die Drosseleinrichtung 22 ist erforderlich, damit diese Regelung stabil ablaufen kann. Dabei liegt eine stabile Regelung nur vor, wenn die Druckdifferenz zwischen einem Bereich stromaufwärts und einem Bereich stromabwärts von der Drosseleinrichtung 22 einen Grenzwert ΔP_G1 nicht unterschreitet. Der Grenzwert ΔP_G2 (vergleiche 2) ist durch den von der elektrischer. Kraftstoffpumpe 16 maximal bereitstellbaren Druck festgelegt. ΔPG2 = PEKP_max – PDampfdruck – PEinlassventil (1)
Der Druckbereich mit stabiler Regelung ist in 2 mit dP_stabil bezeichnet. Zwischen dem Volumenstrom Q des Kraftstoffes, weicher durch die Drosseleinrichtung 22 hindurchströmt, und der Druckdifferenz ΔP liegt in erster Näherung ein quadratischer Zusammenhang vor:
mit ΔPDrossel = Pvor_Drossel – Pnach_Drossel (3) Pnach_Drossel = PDampfdruck + PEinlassventil (4) Pvor_Drossel = PEKP (5)
Die entsprechenden Kurven tragen in 2 die Bezugszeichen 58 beziehungsweise 60. Der Zusammenhang entsprechend der Kurve 58 ergibt sich dann, wenn das Schaltventil 24 in der offenen Schaltstellung 28 ist und der Kraftstoff in der Drosseleinrichtung 22 nur gering gedrosselt wird. Die Kurve 60 ist anzuwenden, wenn das Schaltventil 24 in der geschlossenen Schaltstellung 26 ist und der Kraftstoff nur durch die Konstantdrossel 30 strömt.
Man sieht, dass man bei geöffnetem Schaltventil 24 (Kurve 58 in 2) innerhalb des stabilen Regelbereichs einen größeren maximalen Volumenstrom Q_max1 erreichen kann als bei geschlossenem Schaltventil 24, bei dem nur ein maximaler Volumenstrom von Q_max2 möglich ist, der kleiner ist als Q_max1. Umgekehrt ist jedoch bei geschlossenem Schaltventil 24 eine stabile Regelung auch noch bei einer geringen Fördermenge von Q_min2 möglich, worhingegen bei offenem Schaltventil 24 eine stabile Regelung nur bis zu eher minimalen Fördermenge von Q_min1 vorliegt, welche größer ist als Q_min2. Der Untere Grenzwert ΔP_G1 für eine stabile Mengen- bzw. Druckregelung kann dabei variieren. Zu höherer Drosselung hin (Schaltventil 24 geschlessen) sinkt der untere Grenzwert ΔP_G1, wobei Q_min2 zusätzlich verringert wird.
Soll daher nur sehr wenig Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 gefördert werden, wird das Schaltventil 24 geschlossen und die elektrische Kraftstoffpumpe 16 nur mit geringer Leistung betrieben. Soll dagegen eine große Kraftstoffmenge in den Kraftstoffspeicher 42 gefördert werden, wird das Schaltventil 24 geöffnet und die elektrische Kraftstoffpumpe 16 mit hoher Förderleistung betrieben. Mit dem Kraftstoffsystem 10 kann also ein sehr weiter Bereich möglicher Fördermengen Q abgedeckt werden, bei gleichzeitig stabiler Regelung des Drucks im Druckspeicher 42. Vor allem dann, wenn nur wenig Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 42 abgerufen wird, kann vom Kraftstoffsystem 10 auch nur eine geringe Kraftstoffmenge Q_min2 gefördert werden. In der Folge muss daher nur wenig Kraftstoff über das Druckregelventil 48 und die Rücklaufleitung 50 aus dem Kraftstoffspeicher 42 zurückgeführt werden, was zu einem guten Wirkungsgrad des Kraftstoffsystems 10 führt.
In 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Drosseleinrichtung 22 gezeigt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche funktionsäquivalent zu Elementen und Bereichen des in 1 gezeigten Kraftstoffsystems sind, die gleichen Bezugszeichen.
Bei der 3 gezeigten Drosseleinrichtung 22 ist eine Konstantdrossel 62 in Reihe mit dem Schaltventil 24 und parallel zur Konstantdrossel 30 angeordnet. Wie auch bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Konstantdrossel 30 für einen Volumenstrom ausgelegt, der kleiner ist als der maximal benötigte Volumenstrom. Dieser Auslegungs-Volumenstrom kann sich beispielsweise aus einem bestimmten Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs, in welches die Brennkraftmaschine 12 eingebaut ist, ergeben. Wird ein höherer Volumenstrombedarf gefordert, wird das Schaltventil 24 geöffnet und der Kraftstoffstrom auch durch die Konstantdrossel 62 geleitet, welche für einen maximalen Volumenstrom ausgelegt ist. Es versteht sich, dass die Konstantdrossel 62 auch in das Schaltventil 24 integriert sein kann, so dass ein Drosselventil geschaffen wird.
Eine nochmals abgewandelte Ausführungsform einer Drosseleinrichtung 22 ist in 4 gezeigt. Im Hinblick auf funktionsäquivalente Bereiche und Elemente gilt das im Zusammenhang mit 3 Gesagte. Bei der in 4 gezeigten Drosseleinrichtung 22 ist ein schaltbares Drosselventil 24 vorhanden, welches mit einer Konstantdrossel 30 in Reihe geschaltet ist. Bei geschlossenem Drosselventil 24 strömt der Kraftstoff über die Strömungsdrossel 62 des Drosselventils 24 und über die Konstantdrossel 30, so dass sich die beiden Drosselwirkungen addieren. Bei geöffnetem Drosselventil 24 strömt der Kraftstoff nur über die Konstantdrossel 30.
Wie bei der in 5 gezeigten Ausführungsform einer Drosseleinrichtung 22 ersichtlich ist (im Hinblick auf funktionsäquivalente Elemente und Bereiche gilt das oben Gesagte), können bei der Drosseleinrichtung 22 auch mehrere parallel geschaltete Schaltventile 24a bis 24c mit jeweils einer hierzu in Reihe angeordneten Konstantdrossel 62a bis 62c und einer parallelen Konstantdrossel 30 vorgesehen sein. Die Konstantdrosseln 62a bis 62c haben jeweils unterschiedliche Drosselwirkungen. Durch beliebige Schaltkombinationen der Drosselventile 24a bis 24c können zahlreiche unterschiedliche abgestufte Drosselwirkungen bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann ein besonders großer Fördermengenbereich beginnend bei einer sehr kleinen Fördermenge bis hin zu einer sehr großen Fördermenge bei stabiler Regelung geschaffen. werden. Anstelle der parallel zueinander angeordneten Schaltventile 24a bis 24c könnten auch Drosselventile oder eine Kombination aus Schaltventilen und Drosselventilen vorgesehen werden.
In 6 ist eine nochmals abgeänderte Variante eines Kraftstoffsystems 10 dargestellt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen aufweisen, wieder die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Drosseleinrichtung 22 bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht vom Steuer- und Regelgerät 56, sondern hydraulisch über die Druckdifferenz stromaufwärts und stromabwärts von der Drosseleinrichtung 22 angesteuert. Die Drosseleinrichtung 22 umfasst dabei ein Überströmventil 24 mit einer zu diesem in Reihe geschalteten Konstantdrossel 62 und einer zu diesem parallel geschalteten Konstantdrossel 30. Am Überströmventil 24 ist ein durch eine Feder 64 vorgespannter Schieber 66 vorhanden.
Dessen Position hängt von der oben genannten Druckdifferenz ab. Wenn am Auslass 20 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 bzw. an einem Anschluss 67 des Überströmventils 24 ein eher hoher Druck herrscht, gibt der Schieber 66 einen Anschluss 68 frei, welcher zu der Konstantdrossel 62 führt. Je nach Position des Schiebers 66 wird der Anschluss 68 dabei mehr oder weniger freigegeben, so dass der über den Anschluss 68 zusätzlich vorhandene Durchflussquerschnitt kontinuierlich in Abhängigkeit des vor der Drosseleinrichtung 22 herrschenden Drucks zugeschaltet werden kann. Dabei strömt der Kraftstoff zusätzlich roch über die Konstantdrossel 62. Bei einem geringen Druck am Auslass 20 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 ist der Anschluss 68 dagegen aufgrund der Wirkung der Feder 64 und des an einem Anschluss 69 anliegenden Drucks geschlossen und der Kraftstoff strömt ausschließlich über die Konstantdrossel 30. Durch das in 6 gezeigte Überströmventil kann auf eine Ansteuerleitung vom Steuer- und Regelgerät 56 verzichtet werden. Insgesamt wird der regelbare Fördermengenbereich innerhalb dP_stabil vergrößert.
Eine Abwandlung der in 6 gezeigten Drosseleinrichtung 22 zeigt 7. Dabei gilt bezüglich funktionsäquivalenter Elemente und Bereiche das oben Gesagte. Die in 7 gezeigte Drosseleinrichtung 22 verfügt gegenüber jener von 6 zusätzlich über eine Dämpfungsdrossel 70, welche einen Verdrängungsraum 72 des Schiebers 66 mit dem stromabwärts von der Drosseleinrichtung 22 vorhandenen Kraftstoffbereich 32 verbindet. Auf diese Weise wird die Bewegung des Schiebers 66 hydraulisch gedämpft.
Bei den in den 6 und 7 gezeigten Drosseleinrichtungen 22 kann gegebenenfalls auch auf die Konstantdrossel 30 verzichtet werden. Dias vereinfacht den Aufbau der Drosseleinrichtung 22.
8 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausführungsform eines Kraftstoffsystema 10. Auch hier gilt bezüglich funktionsäquivalenter Elemente und Bereiche das oben Gesagte. Die Drosseleinrichtung 22 des Kraftstoffsystems von 8 wird wieder nicht direkt vom Steuer- und Regelgerät 56 angesteuert, sondern hydraulisch betätigt. Im Gegensatz zu der in 6 gezeigter. Ausführungsform verfügt das Überströmventil 24 jedoch über zwei Anschlüsse 68a und 68b, welche nacheinander und kontinuierlich abhängig von der Position des Schiebers 66 freigegeben beziehungsweise wieder verdeckt werden (hierdurch wird ein variabler Durchflussquerschnitt geschaffen). Entsprechend sind auch zwei unterschiedliche Konstantdrosseln 62a und 62b vorgesehen.
Ein weiterer Unterschied betrifft die Rücklaufleitung 50, über die Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 42 abgeleitet wird. Diese ist nicht mit der Kraftstoffleitung 18, sondern mit der Drosseleinrichtung 22, nämlich einerseits mit dem Verdrängungsraum 70 und andererseits, über eine zusätzliche Konstantdrossel 74, mit dem stromabwärts von den Konstantdrosseln 30, 62a und 62b liegenden Bereich der Drosseleinrichtung 22 verbunden. Auf diese Weise wirkt die vom Kraftstoffspeicher 42 über die Rücklaufleitung 50 abgeleitete Kraftstoffmenge entgegengesetzt auf den Schieber 66 als die von der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 geförderte Kraftstoffmenge. Die vom Kraftstoffspeicher 42 abgesteuerte Kraftstoffmenge drosselt also den Zustrom des Kraftstoffes von der elektrischen Kraftstoffpumpe 10 zur Drosseleinrichtung 22.
Der Schieber 66 ist darüber hinaus so ausgebildet, dass die Anschlüsse 68a und 68b funtionsinvers vergrößert beziehungsweise verkleinert werden. Dies bedeutet, dass in der einen Endlage des Schiebers 66 der Anschluss 68a geöffnet und der Anschluss 68b geschlossen ist, wohingegen in der anderen Endlage der Anschluss 68a geschlossen und der Anschluss 68b geöffnet ist. Folglich wird der maximale Volumenstrom durch die Konstantdrossel 30 und die Konstantdrossel 62a geleitet. Es versteht sich dabei, dass die Anschlüsse 68a und 68b vom Schieber 60 kontinuierlich freigegeben beziehungsweise geschlossen werden, so dass eine stufenlose Veränderung der Drosselwirkung der Drosseleinrichtung 22 möglich ist.
Vereinfachte Ausführungsformen der in 8 gezeigten Drosseleinrichtung 22 zeichnen sich durch einen Entfall der Konstantdrossel 74 und/oder der Konstantdrossel 30 aus.
Eine weitere Abwandlung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Kraftstoffpumpe konstant fördert, also die Volumenstromregelung allein durch die vom Kraftstoffspeicher über die Rücklaufleitung abgeleitete Kraftstoffmenge erfolgt.
Bei allen oben angegebenen Kraftstoffsystemen wird durch eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 die Fördermenge der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 dem jeweiligen Bedarf angepasst, derart, dass vom Druckregelventil 48 keine oder nur eine geringe Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffspeicher 42 abgesteuert werden muss. Die Dynamik der Druckregelung in der Kraftstoffleitung 18 wird durch eine Vorsteuerung verbessert. Die Vorsteuerung kann dabei darin bestehen, dass dann, wenn die vom Druckregelventil 48 abgeleitete Kraftstoffmenge groß ist, die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 verringert wird, und umgekehrt.
Wenn sich jedoch die Fördercharakteristik der einzelnen Komponenten des Kraftstoffsystems 10, beispielweise der elektrischen Kraftstoffpumpe 16, der Drosseleinrichtung 22, und/oder der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 30, ändert, dann wird der Vorsteueranteil angepasst, um die gute Dynamik der Druckregelung erhalten zu können. Hierzu wird ein Vorsteuerkennfeld angepasst. Die Anpassung erfolgt dann, wenn ein Istdruck im Kraftstoffspeicher 42 einem Solldruck auch bei vollständig geschlossenem Druckregelventil 48 nicht mehr folgen kann, beziehungsweise wenn die Differenz zwischen Istdruck und Solldruck einen bestimmten Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Wie eingangs ausgeführt worden ist, wird das Druckregelventil 48 vom Steuer- und Regelgerät 56 angesteuert. Wenn der Zusammenhang zwischen der Ansteuerung des Druckregelventils 48 (beispielsweise ein Steuerstrom) und der vom Druckregelventil 48 über die Rücklaufleitung 50 abgeleiteten Kraftstoffmenge bekannt ist, kann die Anpassung des Vorsteuerkennfelds der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 36 über die Ansteuerleistung bzw. den Ansteuerstrom des Druckregelventils 48 realisiert werden.

Claims

Kraftstoffsystem (10) für eine Brennkraftmaschine (12), mit einer ersten Kraftstoffpumpe (16), deren Förderleistung verändert werden kann und die zu einer zweiten Kraftstoffpumpe (36) fördert, welche wiederum zu einem Kraftstoffspeicher (42) fördert, mit einer Drosseleinrichtung (22), welche zwischen der ersten Kraftstoffpumpe (16) und der zweiten Kraftstoffpumpe (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung (22) verändert werden kann.
Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (22) eine Konstantdrossel (30) und mindestens eine zu dieser parallele Auf/Zu-Ventileinrichtung (24) umfasst.
Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf/Zu-Ventileinrichtung (24) eine zusätzliche Konstantdrossel (62) aufweist, die mit ihr in Reihe geschaltet ist, oder als Drosselventil (24) ausgebildet ist.
Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (22) mehrere parallel zueinander geschaltete Auf/Zu-Ventileinrichtungen (24a, 24b, 24c) mit jeweils einer Konstantdrossel (62a, 62b, 62c) oder mehrere parallele Drosselventile umfasst, wobei sich die Drosselwirkungen jeweils unterscheiden.
Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (22) ein Ventilelement (66) umfasst, dessen Bewegung hydraulisch durch eine Drossel (70) gedämpft ist.
Kraftstoffsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (22) ein Überströmventil (24) umfasst mit einem ersten hydraulischen Steueranschluss (67), welcher mit der ersten Kraftstoffpumpe (16) verbunden ist, und einem zweiten hydraulischen Steueranschluss (69), welcher mit einer Absteuerleitung (50) des Kraftstoffspeichers (42) verbunden ist, und dass die beiden Steueranschlüsse (67, 69) entgegengesetzt wirken.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (24) ein Ventilelement (66) umfasst, dessen Position einen ersten Drosselquerschnitt (62a) für die Fluidverbindung von der ersten Kraftstoffpumpe (16) zur zweiten Kraftstoffpumpe (36) und einen zweiten Drosselquerschnitt (62b) von der Absteuerleitung (50) zur zweiten Kraftstoffpumpe (36) hin beeinflusst.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems, bei dem der Druck in einem Kraftstoffspeicher (42), welcher von einer ersten Kraftstoffpumpe (16) und einer zweiten Kraftstoffpumpe (36) gespeist wird, die in Reihe geschaltet sind, durch Ableiten von Kraftstoff eingestellt wird, und bei dem die Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe (16) verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge (42) beeinflusst wird, indem die Drosselwirkung einer Drosseleinrichtung (22), welche zwischen erster Kraftstoffpumpe (16) und zweiter Kraftstoffpumpe (3c) angeordnet ist, verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine minimale Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe (16) die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung (22) maximal und für eine maximale Förderleistung minimal eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe (16) einen Vorsteueranteil umfasst, welcher aus einem Kennfeld bestimmt wird, welches angepasst wird, wenn der aus dem Kraftstoffspeicher (42) abgeleitete Kraftstoffstrom wenigstens in etwa gleich Null ist und eine Differenz zwischen einem Istdruck in dem Kraftstoffspeicher (42) und einem Solldruck einen Grenzwert mindestens erreicht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Fördermenge der ersten Kraftstoffpumpe (16) und/oder die Anpassung des Kennfelds für den Vorsteueranteil von einer Ansteuerung einer Ventileinrichtung (48) abhängt, über die Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher (42) abgeleitet werden kann.