DE4231731A1 - Auf druck ansprechendes kraftstoffzufuehrsystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffzuführsysteme für Brennkraftmaschinen und ähnliche Anwendungsfälle, ge­ nauer gesagt ein System zum Steuern der Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit von Kraftstofferfordernissen.

Es wurde bisher vorgeschlagen, Kraftstoff einer Brennkraft­ maschine mit Hilfe einer druckgesteuerten, von einem Elek­ tromotor angetriebenen Kraftstoffpumpe und einer Einweg- Kraftstoffleitung zuzuführen, die die Pumpe mit den Kraft­ stoffenspritzvorrichtungen an der Brennkraftmaschine verbin­ det. Beispielsweise ist in der US-PS 50 44 344 ein Kraft­ stoffzuführsystem beschrieben, bei dem eine Kraftstoffpumpe auf das Anlegen eines elektrischen Stromes anspricht, um Kraftstoff unter Druck von einer Kraftstoffquelle oder einem Tank den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen an der Brennkraft­ maschine zuzuführen. In der Kraftstoffleitung zwischen dem Pumpenauslaß und den Einspritzvorrichtungen ist ein Rück­ schlagventil angeordnet, um ein rückwärts gerichtetes Fließen von Kraftstoff von den Einspritzvorrichtungen der Brennkraftmaschine zur Pumpe zu verhindern. Ein Drucksensor ist mit der Kraftstoffleitung zwischen dem Pumpenauslaß und dem Rückschlagventil und mit einer elektronischen Schaltung zum Zuführen von elektrischer Energie zum Pumpenmotor in Ab­ hängigkeit vom Druck in der Kraftstoffleitung gekoppelt. Ein Druckentlastungsventil ist an die Kraftstoffleitung zwischen dem Absperrventil und der Brennkraftmaschine angeschlossen, um Kraftstoff von der Leitung zur Kraftstoffquelle zurückzu­ führen, falls in der Kraftstoffleitung ein Überdruck auf­ tritt.

Obwohl ein derartiges Kraftstoffzuführsystem eine Reihe von Problemen löst, die bislang auf diesem Sektor vorhanden wa­ ren, bleiben weitere Verbesserungen wünschenswert. Bei­ spielsweise tritt bei druckgesteuerten Pumpensystemen der beschriebenen Art in Situationen ein Problem auf, in denen der Kraftstoffbedarf an der Brennkraftmaschine absinkt, wie beispielsweise während einer Verzögerungsperiode der Brenn­ kraftmaschine, und danach rasch ansteigt, wenn beispiels­ weise eine rasche Beschleunigung von der Bedienungsperson gefordert wird. Während der Zeitdauer eines geringen Kraft­ stoffbedarfes an der Brennkraftmaschine ist lediglich ein geringer Pumpenbetrieb erforderlich, um den gewünschten Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch der Kraftstoffbedarf rasch ansteigt, kann die Kraftstoffpumpe oft den Betrieb nicht ausreichend schnell beschleunigen, um der Anforderung gerecht zu werden.

Ein weiteres Problem des Standes der Technik betrifft die Kraftstoffverdampfung in der Kraftstoffleitung bei sehr hohen Temperaturen. Beispielsweise steigt die Kraftstofftem­ peratur beträchtlich an, nachdem die Brennkraftmaschine ab­ geschaltet worden ist und das Kühlsystem aufhört zu arbei­ ten. Der Kraftstoff kann in der Leitung und im Bereich der Einspritzvorrichtung verdampfen, und zwar insbesondere dann, wenn die Umgebungstemperatur relativ hoch ist. Das kann Schwierigkeiten beim erneuten Starten der Brennkraftmaschine verursachen und/oder zu einem unbeständigen Betriebsverhal­ ten im Leerlauf führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffzu­ führsystem für Brennkraftmaschinen zu schaffen, bei dem der Kraftstoffpumpenmotor in Abhängigkeit vom Kraftstofflei­ tungsdruck betrieben wird, während zur gleichen Zeit ein mi­ nimaler Pumpenbetrieb in Situationen mit geringem Kraft­ stoffbedarf aufrechterhalten wird, um die Fähigkeit der Pumpe zu verbessern, auf einen nachfolgenden hohen Kraft­ stoffbedarf ansprechen zu können. Des weiteren soll erfin­ dungsgemäß ein Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraft­ maschine der vorstehend beschriebenen Art zur Verfügung ge­ stellt werden, das die Verdampfung des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung reduziert oder verhindert, und zwar selbst unter hohen Betriebstemperaturbedingungen.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine besitzt eine Kraftstoffquelle mit einer Pumpe, die auf das Anlegen eines elektrischen Stromes anspricht, um Kraftstoff unter Druck zuzuführen. Ein Kraft­ stoffzuführmechanismus, wie beispielsweise eine Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung, ist mit der Kraftstoffquelle ge­ koppelt, um die Zuführung von Kraftstoff von der Quelle zur Brennkraftmaschine zu steuern. Ein Rückschlagventil ist in der Kraftstoffleitung, die den Pumpenauslaß mit der Ein­ spritzvorrichtung verbindet, angeordnet, um ein rückwärts gerichtetes Fließen von Kraftstoff von der Einspritzvor­ richtung zur Pumpe zu verhindern, wenn die Pumpe abgestellt wird. Ein Sensor ist mit der Kraftstoffleitung zwischen dem Rückschlagventil und dem Pumpenauslaß gekoppelt und stellt ein elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck am Pumpenauslaß zur Verfügung. Eine elektronische Steuer­ schaltung versorgt in Abhängigkeit von einem derartigen Drucksignal die Pumpe mit elektrischem Strom. Ein Kraft­ stoff-Bypass ist mit der Kraftstoffleitung zwischen dem Pum­ penauslaß und dem Rückschlagventil verbunden, um eine konti­ nuierlich offene Kraftstoffströmungsbahn vom Pumpenauslaß parallel zur Kraftstoffleitung zur Verfügung zu stellen, so daß Kraftstoff kontinuierlich durch den Bypass strömt und die Pumpe selbst bei keiner Kraftstoffanforderung durch die Brennkraftmaschine kontinuierlich arbeitet. Auf diese Weise hält die Pumpe einen minimalen Betriebsstand aufrecht, so daß sie in der Lage ist, sich schnell an einen ansteigenden Kraftstoffbedarf an der Brennkraftmaschine anzupassen. Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kraftstoffpumpe die Form einer in sich abge­ schlossenen, durch einen Elektromotor angetriebenen Kraft­ stoffpumpe besitzt, die als Modul innerhalb eines Kraft­ stoffversorgungstanks eines Fahrzeuges montiert ist, umfaßt der Kraftstoff-Bypass eine in der Kraftstoffleitung benach­ bart zum Pumpenauslaß ausgebildete Öffnung, um Kraftstoff direkt zum umgebenden Tank umzuleiten, wenn das Kraftstoff­ leitungsrückschlagventil geschlossen ist.

Ein zweiter wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung be­ trifft ein Verfahren zum Verhindern der Verdampfung von Kraftstoff in der Kraftstoffleitung unter heißen Betriebsbe­ dingungen der Brennkraftmaschine, indem ein Druckent­ lastungsventil in der Kraftstoffleitung zwischen dem Rück­ schlagventil und der Brennkraftmaschine angeordnet und das Druckentlastungsventil auf einen Wert eingestellt wird, der größer ist als der Verdampfungsdruck des Kraftstoffs in der Leitung bei der vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise wird der Druckent­ lastungswert des Ventiles zum Zeitpunkt der Fahrzeugherstel­ lung eingestellt, und zwar auf einen Betrag, der im wesent­ lichen empirisch ermittelt wird, um eine Verdampfung bei maximaler Betriebstemperatur für den speziellen Kraftstoff­ typ, mit dem zusammen die Brennkraftmaschine eingesetzt wird, zu verhindern. Eine Einstellung von 64 psi ist bei­ spielsweise für Benzinmotoren typisch.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffzuführsystems gemäß einer ge­ genwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab eines Teiles des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffzuführsystems; und

Fig. 3 ein Funktionsblockdiagramm der Elektronik des Kraftstoffzuführsystems.

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffzuführsystem 10 gemäß einer ge­ genwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das einen in sich abgeschlossenen Kraftstoffpumpenmodul 12 auf­ weist, der innerhalb eines Kraftstofftanks 14 montiert ist und von diesem umgeben wird. Der Kraftstoffpumpenmodul 12 liefert Kraftstoff unter Druck durch eine Kraftstoffleitung 16 zu einer von einem Motor 20 getragenen Kraftstoffschiene 18. Eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 22 ist zwischen der Schiene 18 und dem Motor 20 montiert, wobei Düsen der einzelnen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen benach­ bart zu den Kraftstoff/Luft-Einlaßöffnungen 24 der zugehöri­ gen Zylinder des Motors angeordnet sind. Verbrennungsluft kann über ein Luftfilter o. ä. auf atmosphärischem Druck ei­ nem Luftansaugkrümmer 26 zugeführt werden. Hierzu kann auch ein vom Motor angetriebener Turbolader o. ä. Verwendung fin­ den, der Luft auf einem Druck zur Verfügung stellt, der sich mit dem Motorbetrieb und/oder der Drosselklappenanforderung etc. ändert. Bei den Einspritzvorrichtungen 22 kann es sich um Solenoid-betätigte Einspritzvorrichtungen handeln, die beispielsweise auf einen im Fahrzeug befindlichen Motor­ steuercomputer (nicht gezeigt) ansprechen.

Der Pumpenmodul 12 besitzt eine Elektromotorpumpe 28 mit ei­ nem Einlaß, der Kraftstoff von einem umgebenden Tank 14 über einen Filterstrumpf 30 empfängt, und einem Auslaß, der Kraftstoff unter Druck über eine Anschlußleitung 32 einer Kappe/einem Verteiler 34 zuführt. Innerhalb des Verteilers 34 ist ein innerer Kraftstoffkanal 36 über ein Fitting 38 an ein Ende einer Kraftstoffleitung 32 und über ein Fitting 40 an das andere Ende der Kraftstoffleitung 16 angeschlossen, wie in Fig. 2 gezeigt. Ein Rückschlagventil 42 ist im Kanal 36 angeordnet, um ein rückwärts gerichtetes Fließen des Kraftstoffs von der Schiene 18 zum Tank 14 zu verhindern, wenn die Pumpe 28 ausgeschaltet wird. Ein Druckentlastungs­ ventil 44 ist im Verteiler 34 montiert und an einen Kanal 36 abstromseitig des Rückschlagventils 42 angeschlossen, um Kraftstoff zum Tank 24 zurückzuführen, falls ein Überdruck­ zustand innerhalb der Kraftstoffleitung 16 und/oder der Schiene 18 auftritt. Ein Drucksensor 46 ist an einer Schal­ tungsplatteneinheit 48 montiert, die vom Verteiler 34 gela­ gert wird, und ist mit dem Kraftstoffkanal 36 derart gekop­ pelt, daß er sich durch diesen erstreckt, um ein elek­ trisches Signal in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck inner­ halb des Kanales 36 aufstromseitig des Rückschlagventiles 42 abzugeben. Der Verteiler 34 ist über eine Stopfbüchse 50 montiert, um die Öffnung im Kraftstofftank 14 zu ver­ schließen, durch die der Kraftstoffpumpenmodul 12 während der Fahrzeugmontage eingeführt wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt die Schaltungsplatte 48 einen Stromverstärker 52, um dem Motor der Pumpe 28 ein in der Pulsbreite moduliertes Signal in Abhängigkeit vom Aus­ gangssignal des Drucksensors 46 zuzuführen. Die Schaltungs­ platte 48 erhält elektrischen Strom von einer Batterie 54 und ist mit Hilfe von Leitern 56, 58 geerdet. In ent­ sprechender Weise ist der Verstärker 52 über elektrische Leiter 60, 62 an die Pumpe 28 angeschlossen. In dem soweit beschriebenen Maße entspricht das Kraftstoffzuführsystem 10 im wesentlichen dem der US-PS 50 44 344. Die Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingearbeitet.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Öffnung 64 in das Fitting 38 zwischen der Leitung 32 und dem Verteiler 34 gebohrt oder in anderer Weise darin ausgebildet, um einen kontinuierlich offenen, jedoch gedros­ selten Weg für den Kraftstoff zur Umgehung des Verteilers 34 und zur Rückführung zum Tank 14 zur Verfügung zu stellen. Selbst wenn daher der Kraftstoffbedarf des Motors minimal ist und wenig Kraftstoff durch das Rückschlagventil 42 und die Kraftstoffleitung 16 fließt, stellt die Öffnung 64 einen Kraftstoffströmungsweg zur Verfügung, so daß der Drucksensor 46 den Betrieb der Pumpe 28 nicht unter einen Minimalwert reduziert. Wenn auf diese Weise der Motorkraftstoffbedarf rasch ansteigt, wenn beispielsweise der Fahrzeuglenker das Fahrzeug nach einer Verzögerungsperiode rasch beschleunigen will, kann die Drehzahl des Kraftstoffpumpenmotors rasch auf das gewünschte Niveau ansteigen, ohne daß man hohe Träg­ heitskräfte bei einer niedrigen Betriebsgeschwindigkeit überwinden muß. Während des Normalbetriebes bildet die ge­ ringe Größe der Öffnung 64 (d. h. 0,030′′) eine ausreichende Drosselung, um den normalen Kraftstoffluß zum Motor nicht auszugleichen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Druckentlastungsventil 44 auf einen Wert eingestellt, der größer ist als der Verdampfungsdruck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 16 und der Kraftstoffschiene 18 bei der vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur des Motors 20. Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt das Rückschlagventil 44 ein Ventilelement 66, das durch eine Feder 68 gegen einen Ven­ tilsitz 70 gedrückt wird. Eine Mutter 72 dient zum Einstel­ len der Kompressionskraft der Feder 68 und somit der Kraft in der Kraftstoffleitung und der Kraftstoffschiene, die zur Überwindung der Feder 68 und zur Rückführung von Kraftstoff in den Tank 14 erforderlich ist. Vorzugsweise wird diese Fe­ derkraft auf einen Wert eingestellt, der geringfügig größer ist als der Verdampfungsdruck des speziellen Kraftstofftyps, mit dem zusammen der Motor bei der maximalen Kraftstoff­ schienenkonstruktionstemperatur des Motors betrieben werden soll. Wenn beispielsweise ein Motor mit reinem Benzin bei einer maximalen Temperatur von weniger als 94°C (200°F) laufen soll, kann die Kraft der Feder 68 so eingestellt wer­ den, daß das Bypass-Ventil 44 nur öffnet, wenn der Druck in­ nerhalb der Leitung 16 und der Schiene 18 4,41 bar (64 psi) übersteigt). Durch dieses Merkmal der Erfindung wird die Ausbildung von Dampf in der Kraftstoffleitung und der Schiene reduziert oder eliminiert, indem man den Kraftstoff­ druck auf einen Wert ansteigen läßt, der hoch genug ist, um eine Dampfbildung bei der maximalen Auslegungstemperatur des Motors oder im schlechtesten Falle zu verhindern. Wenn ande­ rerseits der Kraftstoffsystemdruck durch Wärmeausdehnung übermäßig hoch wird, öffnet das Ventil 44 und bewirkt eine Druckentlastung. Somit wird durch Aufrechterhaltung eines hohen Kraftstoffdrucks die Dampfbildung in der Kraftstoff­ schiene und der Kraftstoffleitung reduziert oder eliminiert. Beim Wiederstarten des Motors werden durch den Betrieb der Einspritzvorrichtungen die Schiene 18 und die Leitung 16 schnell wieder auf normale Systembetriebsdrücke gebracht.

Claims (4)

1. Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine, ge­ kennzeichnet durch:
eine Kraftstoffquelle mit einer Kraftstoffpumpe (28), die in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Strom Kraftstoff unter Druck zuführt, Kraftstoffzuführeinrichtungen an der Brennkraft­ maschine,
eine Kraftstoffleitung (16) mit einem Ende, das an einen Auslaß der Pumpe (28) angeschlossen ist, und ei­ nem zweiten Ende, das an die Kraftstoffzuführein­ richtungen angeschlossen ist,
ein Rückschlagventil (42) in der Kraftstoffleitung (16), das ein rückwärts gerichtetes Fließen von Kraft­ stoff von den Zuführeinrichtungen zur Pumpe (28) ver­ hindert,
Einrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Stromes an die Pumpe (28) einschließlich eines Sensors (46), der mit der Leitung zwischen dem Rückschlagventil (42) und der Pumpe (28) gekoppelt ist und in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck am Pumpenauslaß ein elektrisches Signal zur Verfügung stellt, und Einrichtungen zum Anlegen ei­ nes elektrischen Stromes an die Pumpe (28) in Abhängig­ keit von dem Signal und
Kraftstoffbypasseinrichtungen, die mit der Kraftstoff­ leitung zwischen dem Pumpenauslaß und dem Rückschlag­ ventil (42) gekoppelt sind und eine gedrosselte Kraft­ stoffströmungsbahn vom Pumpenauslaß parallel zu der Leitung (16) vorsehen, derart, daß Kraftstoff weiterhin durch die Bypasseinrichtungen strömt und die Pumpe beim Fehlen einer Kraftstoffanforderung von den Kraftstoff­ zuführeinrichtungen ihren Betrieb fortsetzt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffbypasseinrichtungen einen kontinuierlich of­ fenen Kraftstoffströmungskanal vom Pumpenauslaß zur Kraftstoffquelle aufweisen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffbypasseinrichtungen eine Öffnung (64) in der Kraftstoffleitung (16) benachbart zum Auslaß in­ nerhalb der Kraftstoffquelle umfassen.

4. Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen maximalen Sollbetriebstemperatur, wobei das System eine Kraftstoffquelle einschließlich einer Pumpe (28), eine Kraftstoffzuführeinrichtung an der Brennkraftmaschine, eine Kraftstoffleitung (16), die die Pumpe (28) mit der Zuführeinrichtung verbindet, ein Rückschlagventil (42) in der Leitung, das ein rück­ wärts gerichtetes Fließen von Kraftstoff von der Brenn­ kraftmaschine zur Pumpe (28) verhindert, und ein Druck­ entlastungsventil (44), das mit der Kraftstoffleitung (16) zwischen dem Rückschlagventil (42) und der Brenn­ kraftmaschine in Verbindung steht, umfaßt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verdampfung von Kraftstoff in der Leitung (16) unter heißen Betriebsbedingungen an der Brennkraftmaschine verhindert wird, indem das Druckent­ lastungsventil (44) auf einen Wert eingestellt wird, der größer ist als der Verdampfungsdruck des Kraft­ stoffs in der Leitung (16) an der vorgegebenen maxima­ len Sollbetriebstemperatur.