WO2009130153A1 - Vorrichtung und verfahren zur kraftstoffzuteilung sowie damit ausgestattete brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an apparatus and a method for fuel allocation, in which the fuel is stored under increased pressure in at least one storage device and taken there by at least one injector and at least one combustion chamber of an internal combustion engine is supplied.
- Such devices are equally used for fuel allocation to self-igniting and spark-ignited internal combustion engines.
- the process for generating pressure is separated from the control of the injection process. Therefore, the injection process can be completely controlled by an electronic control unit, which controls an electrically operated valve by means of electrical signals.
- a valve is provided for each cylinder of a multi-cylinder engine. The injection process is influenced by the injection timing, the injection quantity, the number of individual injections and the injection pressure.
- the storage device In order to control the injection pressure to a predefinable setpoint, the storage device must also have an opening for the removal of excess fuel in addition to a connected to a feed pump inlet, in order to reduce pressure within the storage device can.
- the removal opening is connected by means of an electrically controllable valve with a fuel return line.
- the engine control a certain amount of fuel supplied to the storage device.
- the motor control can control a controlled agreed amount of fuel to be removed from the storage device.
- the invention has the object to increase the reliability of a device for fuel allocation. Furthermore, the space required for an internal combustion engine and its weight should be reduced.
- a device for fuel allocation which contains at least one storage device, at least one feed pump, at least one injector and a multi-way valve.
- fuel can be stored with a predeterminable pressure, wherein the delivery pump is adapted to convey the fuel into the storage device. This can be removed by means of an injector in a predeterminable amount at predetermined times from the storage device and can be supplied to the combustion chamber of an internal combustion engine.
- the multi-way valve By the multi-way valve, the amount of fuel supplied can be influenced, whereby the pressure in the storage device can be regulated.
- the object is achieved in a fuel allocation method in which the fuel is stored under increased pressure in at least one storage device and removed there by at least one injector and fed to at least one combustion chamber of an internal combustion engine, the pressure in the engine being increased by a multiway valve Storage device is regulated.
- the cancellation solution of the problem in an internal combustion engine which is equipped with a device for fuel allocation of the type mentioned.
- a single multiway valve is adapted to both supply fuel to a storage device to increase the pressure prevailing in the storage device and to withdraw fuel from the storage device to reduce the pressure prevailing in the storage device.
- the multi-way valve used according to the invention can be controlled particularly advantageously by a single electrical signal from the engine control.
- the single multi-way valve saves weight and space.
- An actuator should be an active element, such as an actuator. a servomotor, a piezo actuator, a solenoid or a similar element to be understood.
- a passive element such as. a spring are provided to bring the multi-way valve in case of failure of the actuator in a predetermined position.
- the storage device used according to the invention in the device for fuel allocation can be, for example, a pressure vessel or a connecting line which is shared by all the cylinders of an internal combustion engine. The removed from the storage device and the
- Combustion chambers of the internal combustion engine supplied fuel is replaced via a supply line by means of a feed pump.
- the pressure prevailing in the storage device can be the limit pressure which the delivery pump is able to provide.
- the desired value of the pressure in the storage device is predetermined by a control device, the actual value of the pressure is measured and regulated to this desired value.
- the setpoint can be adapted to the respective operating condition of the internal combustion engine.
- the storage device by means of the multi-way valve both with a supply line which supplies fuel from a reservoir of the storage device and with a return line, via which fuel from the storage device can be removed.
- fuel is removed via at least one feed pump from the reservoir and fed to the storage device.
- the multi-way valve is brought into a second position in which fuel is removed from the storage device via a return line.
- the extracted fuel can be returned, for example, in the reservoir.
- the withdrawn fuel can be passed back to the feed pump directly or via a heat exchanger.
- Both positions of the inventively proposed multi-way valve can be approached sequentially via a single actuator, such as a solenoid, a piezo actuator or a servo motor.
- a single actuator requires only a single control signal. It can therefore be saved with the inventive device for fuel allocation an actuator and a connecting line to the control unit.
- the multi-way valve can be brought in case of failure of the actuator in a position which allows emergency operation. This can be done for example by means of an elastic element which acts on the operating element of the multiway valve. As a result, the multi-way valve can, for example, be brought into a position in which an average pressure is established in the storage device, with which in emergency operation a great deal of number of operating states of the internal combustion engine can be realized.
- the invention proposes that the multiway valve has a blocking position in which neither the supply line nor the return line from or to the storage container are connected to the storage device. If this blocking position is provided as the center position of the multi-way valve, the supply line from the storage container to the storage device and the return line from the storage device to the storage container are never connected at the same time. It is therefore reliably avoided that subsidized fuel is immediately returned through the return line in the reservoir. In this way, the amount of fuel delivered by the feed pump as well as the drive energy required to drive the feed pump is minimized.
- the multi-way valve is designed as a proportional valve. This allows, as a function of the control signal generated by the control unit, an almost stepless influencing of both the supplied and the discharged fuel quantity and thus a particularly sensitive regulation of the pressure prevailing in the storage device.
- a further reduction of the installation space as well as a further increase in the reliability in operation results, in particular, when the delivery pump and the multi-way valve are combined in one assembly. As a result, the line length between the components is effectively reduced.
- the fuel allocation device according to the invention can be universally used for self-igniting and spark-ignited
- the inventively proposed is
- Multi-way valve on the inlet side of the feed pump. As a result, the amount of fuel sucked in and compressed by the delivery pump can be optimized and the required drive energy is reduced as desired.
- FIG. 1 shows a device for fuel allocation of the generic type according to the prior art.
- Figure 2 shows an embodiment of the device according to the invention, in which a 4/3-way valve is used, in a first position of the valve
- Figure 3 shows an embodiment of the device according to the invention, in which a 4/3-way valve is used, in a second position of the valve
- Figure 4 shows an embodiment of the device according to the invention, in which a 4/3-way valve is used, in a third position of the valve
- Figure 5 shows the valve position of a 4/3-way valve in response to a control signal which can be generated by an engine control unit.
- FIG. 1 shows a device for allocating fuel to an internal combustion engine of the type mentioned in the introduction according to FIG.
- the fuel is removed from a storage device 10 and supplied to the combustion chamber of an internal combustion engine.
- an injector 19a, 19b, 19c and 19d available.
- Each injector is connected to the storage device 10 by means of a supply line.
- Each injector has a shut-off valve, not shown in detail, which can be influenced by an electrical control signal of an engine control unit 11. If the controller gives the command to open, the fuel exits at a predetermined time in a predetermined amount at the combustion chamber end of the injector 19. If the injector has leaks, leaking fuel is collected via a return line 22 and fed back to the reservoir 12.
- the fuel taken out of the storage device 10 via the injectors 19 is replenished via a supply line 21.
- the supply line 21 is connected to a reservoir 12.
- the fuel is taken from a low pressure pump 14 via a fuel filter 13.
- the fuel temperature is measured by means of a temperature sensor 15. This value is available to the control unit 11 for calculating the injection quantity.
- the output of the low pressure pump 14 is connected to an input of the high pressure pump 17 via a control valve 16. Via the control valve 16, the amount of fuel precalculated by the control unit 11 is allocated to the high-pressure pump 17.
- the high pressure pump 17 then conveys the
- both pumps 14, 17 can be combined to form a single delivery pump.
- the pressure prevailing in the storage device 10 is measured by means of a pressure sensor 18.
- a pressure sensor 18 This can be arranged in the supply line 21, the storage device 10 or an injector 19.
- the actual value measured with the pressure sensor 18 is also available to the control unit 11.
- the control unit 11 presets a desired value for the accumulator pressure 10. For example, it can be provided in part-load operation lower pressure to the storage device 10 to create.
- the determination of the desired pressure value can take place, for example, by means of numerical maps, with a neural network or by a fuzzy logic.
- the control device 11, case by case, further input signals 23 are available.
- the input signals 23 may detect, for example, an accelerator pedal position, a boost pressure, a coolant temperature, an air temperature, an engine speed, or a crankshaft position.
- the quantity valve 16 is opened and additional fuel is introduced into the storage device 10 by the high-pressure pump 17, in order to increase the pressure prevailing in storage device 10. If the pressure prevailing in the storage device 10 is higher than the desired value, fuel is discharged from the storage device 10. This is preferably done by means of the injectors 19a, 19b, 19c or 19d fuel from the storage device 10 is passed into the combustion chamber of at least one cylinder of the internal combustion engine. However, if no additional fuel is needed in the combustion chamber in the currently present operating state, for example in overrun, a drain valve 20 is available. This can also be opened by an electrical signal from the controller 11 and returns fuel from the storage device 10 via the return line 22 into the reservoir 12.
- Figure 2 shows an embodiment of the present invention pelg.
- the same reference numerals designate the same components as in Figure 1. For clarity, not all existing components are shown.
- the device according to the invention also has a storage device 10. Fuel from the storage device 10 is distributed via injectors 19 to at least one cylinder of an internal combustion engine. As already described above, so many injectors are provided as the Internal combustion engine cylinder has. The injectors 19 are controlled as well as the multi-way valve 24 by a control device, not shown.
- the fuel passes from a reservoir 12 by means of a low pressure pump 14 via the multiway valve 24 to the input of the high pressure pump 17.
- further components may be provided, such as sensors for measuring the fuel temperature, fuel filters or sensors for measuring the fuel pressure on the low pressure side.
- the low-pressure pump 14 can also be dispensed with or combined with the high-pressure pump 17 to form a single delivery pump.
- the input A is connected to the output D.
- the fuel flows from the output of the low pressure pump 14 to the input of the high pressure pump 17.
- the amount thereby conveyed can be influenced by the control unit, for example by the proportion of the opening time to the closing time of the multiway valve 24 is influenced by the control unit. If the multi-way valve 24 is a proportional valve, the flow rate can also be controlled via the opening degree of the multi-way valve.
- the fuel is conveyed by the high-pressure pump 17 and the supply line 21 into the storage device 10 until the measured fuel pressure corresponds to the desired value.
- FIG. 3 shows the same mechanical structure as FIGS. 2 and 4.
- the multiway valve 24 has a blocking means position, which is shown in FIG. In the blocking center position are all Inputs of the multi-way valve 24 separated from all outputs.
- overlapping of the opening areas of the paths AD and CB is avoided.
- the pumped by pump 17 amount of fuel and thus the energy required for pump 17 can be minimized.
- a multi-way valve 24 may be used without such blocking means position.
- the person skilled in the art will offset in particular the saved effort for the multiway valve 24 against the saved primary energy.
- Figure 4 shows the same mechanical structure as Figures 2 and 3. However, another switching position of the 4/3-way valve is shown.
- the switching position shown in Figure 4 is always set by the engine control unit 11 when the measured actual value of the fuel pressure in the storage device 10 is greater than the desired target value and due to the operating condition, a pressure reduction via an injector 19 is not an option.
- the return line opens into the reservoir 12.
- the line may end at the input A of the multi-way valve 24.
- the discharged via the multi-way valve 24 amount of fuel can in turn be controlled by the control of the engine control 11 via the control of the multi-way valve. This can be For example, about the opening time of the connection from input C to output B done. If the multi-way valve 24 is designed as a proportional valve, the discharged fuel quantity can also be controlled via the opening degree.
- FIG. 5 shows by way of example the degree of opening of the two fluid paths of the multi-way valve according to the invention as a function of the control signal.
- an analog voltage signal can be used as a control signal, wherein the valve opening curve is successively passed through with an increasing or decreasing voltage value of the control signal.
- the control signal may also be a pulse width modulated signal.
- a valve position of the multi-way valve is specified by the duty cycle of a rectangular signal.
- the control signal may also be a digitally coded signal, by means of which a position on the X axis is specified directly as a digital datum.
- Various implementations of the control signal are considered to be equally effective and can be arbitrarily selected by the person skilled in the art.
- one path of the multi-way valve is closed and the other path is opened.
- the closed path shown in dash-dotted line in FIG. 5 may be the path C-B, through which fuel is returned from the storage device 10 into the storage container 12.
- the second, shown as a solid line liquid path A-D is fully open.
- a maximum fuel quantity would thus be conducted from the high-pressure pump 17 into the storage device 10 in the case of a control signal below the limit ThI.
- the path between the high-pressure pump 17 and the storage device 10 is completely closed.
- the limits Th2 and Th3 define the blocking means position in which all paths on the multiway valve are closed.
- the course of the opening degree shown as a dash-dot line is merely an example.
- the person skilled in the art will here too adapt the multi-way valve and the associated actuator in such a way that a desired course of the curve results.
- FIG. 5 This realization of an emergency operation shown in FIG. 5 can also be seen by way of example only.
- the person skilled in the art will adapt the multi-way valve and the associated actuator so that a predefinable valve position results for both paths A-D and C-B, by means of which a multiplicity of possible operating states of the internal combustion engine can be realized.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftstoffzuteilung, welche mindestens eine Speichervorrichtung (10), mindestens eine Förderpumpe (17), mindestens einen Injektor (10) und ein Mehrwegeventil (24) enthält. In der Speichervorrichtung (10) ist Kraftstoff mit einem vorgebbaren Druck speicherbar, wobei die Förderpumpe (17) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoff in die Speichervorrichtung (10) zu fördern. Dieser ist mittels eines Injektors in vorgebbarer Menge zu vorgebbaren Zeitpunkten aus der Speichervorrichtung (10) entnehmbar und kann mindestens einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeführt werden. Durch das Mehrwegeventil (24) kann der Druck in der Speichervorrichtung (10) geregelt werden, indem die zu- oder abgeführte Kraftstoffmenge beeinflusst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kraftstoffzuteilung und eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine.
Description
Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur KraftstoffZuteilung sowie damit ausgestattete Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur KraftstoffZuteilung, bei welchem der Kraftstoff unter erhöhtem Druck in mindestens einer Speichervorrichtung gespeichert und dort durch mindestens einen Injektor entnommen und min- destens einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. Solche Vorrichtungen sind zur KraftstoffZuteilung an selbstzündenden und fremdgezündeten Brennkraftmaschinen gleichermaßen gebräuchlich.
In einer Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung der eingangs genannten Art ist der Vorgang zur Druckerzeugung von der Steuerung des Einspritzvorgangs getrennt. Daher kann der Einspritzvorgang vollständig durch ein elektronisches Steuergerät kontrolliert werden, welches mittels elektrischer Signale ein elektrisch betätigtes Ventil ansteuert. Dabei ist für jeden Zylinder einer Mehrzylindermaschine ein Ventil vorgesehen. Der Einspritzvorgang wird dabei über den Einspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge, die Anzahl der Einzeleinspritzungen und den Einspritzdruck beeinflusst.
Um den Einspritzdruck auf einen vorgebbaren Sollwert regeln zu können, muss die Speichervorrichtung neben einem mit einer Förderpumpe verbundenen Zulauf auch eine Öffnung zur Entnahme überschüssigen Kraftstoffes aufweisen, um auf diese Weise Druck innerhalb der Speichervorrichtung abbauen zu können. Die Entnahmeöffnung ist dabei mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils mit einer Kraftstoffrückführleitung verbunden. Zur Erhöhung des Druckes auf einen vorgebbaren Sollwert kann somit durch die Motorsteuerung kontrolliert eine bestimmte Kraftstoffmenge der Speichervorrichtung zugeführt werden. Zur Verringerung des Druckes auf einen vorgebbaren Sollwert kann durch die Motorsteuerung kontrolliert eine be-
stimmte Kraftstoffmenge aus der Speichervorrichtung entnommen werden .
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass für die KraftstoffZuteilung und die Entnahme überzähligen Kraftstoffes separate Bauelemente vorhanden sein müssen. Diese Bauelemente beanspruchen Bauraum, weisen zusätzliches Gewicht auf und sind im Betrieb der Brennkraftmaschine störanfällig, da bereits der Ausfall eines einzigen Bauelementes zum Aus- fall der gesamten Brennkraftmaschine führen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit einer Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung zu erhöhen. Weiterhin soll der für eine Brennkraftmaschine benötigte Bauraum sowie deren Gewicht verringert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung, welche mindestens eine Spei- chervorrichtung, mindestens eine Förderpumpe, mindestens einen Injektor und ein Mehrwegeventil enthält. In der Speichervorrichtung ist Kraftstoff mit einem vorgebbaren Druck speicherbar, wobei die Förderpumpe dazu eingerichtet ist, den Kraftstoff in die Speichervorrichtung zu fördern. Dieser ist mittels eines Injektors in vorgebbarer Menge zu vorgebbaren Zeitpunkten aus der Speichervorrichtung entnehmbar und kann dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeführt werden. Durch das Mehrwegeventil ist die zugeführte Kraftstoffmenge beeinflussbar, wodurch der Druck in der Speichervorrichtung regelbar ist.
Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Verfahren zur KraftstoffZuteilung, bei welchem der Kraftstoff unter erhöhtem Druck in mindestens einer Speichervorrichtung gespei- chert und dort durch mindestens einen Injektor entnommen und mindestens einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei durch ein Mehrwegeventil der Druck in der Speichervorrichtung geregelt wird. Darüber hinaus besteht die Lö-
sung der Aufgabe in einer Brennkraftmaschine, welche mit einer Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung der genannten Art ausgestattet ist.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein einzelnes Mehrwegeventil dazu geeignet ist, sowohl Kraftstoff einer Speichervorrichtung zuzuführen, um damit den in der Speichervorrichtung herrschenden Druck zu erhöhen, als auch Kraftstoff aus der Speichervorrichtung zu entnehmen, um damit den in der Speichervorrichtung herrschenden Druck zu verringern. Das erfindungsgemäß verwendete Mehrwegeventil kann besonders vorteilhaft durch ein einzelnes elektrisches Signal von der Motorsteuerung kontrolliert werden. Darüber hinaus spart das einzelne Mehrwegeventil Gewicht und Bauraum ein.
Da beide Funktionen mit nur einem Aktor und einem elektrischen Signal kontrolliert werden, steigt die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung an. Unter einem Aktor soll dabei ein aktives Element wie z.B. ein Stellmotor, ein Piezo- Steller, eine Magnetspule oder ein ähnliches Element verstanden werden. Fallweise kann neben dem Aktor noch ein passives Element wie z.B. eine Feder vorgesehen werden, um das Mehrwegeventil bei Ausfall des Aktors in eine vorgebbare Stellung zu bringen.
Die erfindungsgemäß in der Vorrichtung zur Kraftstoffzu- teilung verwendete Speichervorrichtung kann beispielsweise ein Druckgefäß oder eine Verbindungsleitung sein, welche gemeinsam von allen Zylindern einer Brennkraftmaschine genutzt wird. Der aus der Speichervorrichtung entnommene und den
Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff wird über eine Zufuhrleitung mittels einer Förderpumpe ersetzt. Der in der Speichervorrichtung herrschende Druck kann dabei der Grenzdruck sein, welchen die Förderpumpe bereitzustellen vermag. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Sollwert des Druckes in der Speichervorrichtung durch eine Steuervorrichtung vorgegeben, der Istwert des Druckes gemessen und auf diesen Sollwert geregelt. Der Sollwert kann
dabei an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepasst werden.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Speichervorrichtung mittels des Mehrwegeventils sowohl mit einer Zufuhrleitung zu verbinden, welche Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter der Speichervorrichtung zuführt als auch mit einer Rückführleitung, über welche Kraftstoff aus der Speichervorrichtung entnehmbar ist. Zum Druckaufbau wird dabei in einer ersten Stellung des Mehrwegeventils Kraftstoff über mindestens eine Förderpumpe aus dem Vorratsbehälter entnommen und der Speichervorrichtung zugeführt. Zum Druckabbau wird das Mehrwegeventil in eine zweite Stellung gebracht, in welcher Kraftstoff aus der Speichervorrichtung über eine Rücklaufleitung entnommen wird. Der entnommene Kraftstoff kann beispielsweise in den Vorratsbehälter zurückgeführt werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der entnommene Kraftstoff direkt oder über einen Wärmetauscher wieder zur Förderpumpe geleitet werden.
Beide Stellungen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrwegeventils können über einen einzigen Aktor, beispielsweise eine Magnetspule, einen Piezo-Steller oder einen Servomotor sequenziell angefahren werden. Ein einzelner Aktor benötigt dabei nur ein einziges Steuersignal. Es kann also mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung ein Aktor und eine Verbindungsleitung zum Steuergerät eingespart werden .
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Mehrwegeventil bei Ausfall des Aktors in eine Stellung gebracht werden, welche einen Notbetrieb ermöglicht. Dies kann beispielsweise mittels eines elastischen Elementes erfolgen, welche auf das Bedienelement des Mehrwegeventils einwirkt. Dadurch kann das Mehrwegeventil beispielsweise in eine Stellung gebracht werden, in welcher sich ein mittlerer Druck in der Speichervorrichtung einstellt, mit welchem im Notbetrieb eine Viel-
zahl von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine verwirklicht werden kann.
Um die über die Rückführleitung in den Vorratsbehälter zu- rückgeführte Kraftstoffmenge zu verringern wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass das Mehrwegeventil eine Sperrstellung aufweist, in welcher weder die Zufuhrleitung noch die Rückführleitung vom bzw. zum Vorratsbehälter mit der Speichervorrichtung verbunden sind. Wird diese Sperr- Stellung als Mittelstellung des Mehrwegeventils vorgesehen, so ist niemals gleichzeitig die Zufuhrleitung vom Vorratsbehälter zur Speichervorrichtung und die Rückführleitung von der Speichervorrichtung zum Vorratsbehälter verbunden. Es wird also zuverlässig vermieden, dass geförderter Kraftstoff sogleich wieder durch die Rückführleitung in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird die von der Förderpumpe geförderte Kraftstoffmenge ebenso wie die zum Antrieb der Förderpumpe benötigte Antriebsenergie minimiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mehrwegeventil als Proportionalventil ausgeführt. Dieses erlaubt, in Abhängigkeit des vom Steuergerät erzeugten Steuersignals eine nahezu stufenlose Beeinflussung sowohl der zugeführten als auch der abgeführten Kraftstoffmenge und damit eine besonders feinfühlige Regelung des in der Speichervorrichtung herrschenden Druckes.
Eine weitere Verringerung des Bauraumes sowie eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit im Betrieb ergibt sich insbeson- dere dann, wenn die Förderpumpe und das Mehrwegeventil in einer Baugruppe zusammengefasst werden. Dadurch wird die Leitungslänge zwischen den Bauteilen wirkungsvoll verringert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung lässt sich universell für selbstzündende und fremdgezündete
Brennkraftmaschinen einsetzen. Besonders bevorzugt ist jedoch der Einsatz an einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, da bei diesen der Druck in der Speichervorrichtung in einem be-
sonders weiten Bereich an unterschiedliche Betriebszustände angepasst wird, beispielsweise zwischen etwa 30 bar und etwa 2500 bar.
Bevorzugt befindet sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Mehrwegeventil auf der Eingangsseite der Förderpumpe. Dadurch kann die von der Förderpumpe angesaugte und komprimierte Kraftstoffmenge optimiert werden und die benötigte Antriebsenergie wird wunschgemäß verringert.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
Figur 1 eine Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung der gattungsbildenden Art gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein 4/3-Wegeventil verwendet wird, in einer ersten Stellung des Ventils
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein 4/3-Wegeventil verwendet wird, in einer zweiten Stellung des Ventils
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein 4/3-Wegeventil verwendet wird, in einer dritten Stellung des Ventils
Figur 5 zeigt die Ventilstellung eines 4/3-Wegeventil in Abhängigkeit eines Steuersignals, welches von einem Motorsteuergerät erzeugbar ist.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung an ei- ne Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art gemäß dem
Stand der Technik. Der Kraftstoff wird dabei aus einer Speichervorrichtung 10 entnommen und dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeführt. Dafür steht für jeden Zylinder einer
Mehrzylindermaschine ein Injektor 19a, 19b, 19c und 19d zur Verfügung. Jeder Injektor ist mittels einer Zufuhrleitung mit der Speichervorrichtung 10 verbunden. Jeder Injektor weist ein nicht im Detail dargestelltes Absperrventil auf, welches durch ein elektrisches Steuersignal eines Motorsteuergerätes 11 beeinflussbar ist. Sofern das Steuergerät den Befehl zum Öffnen gibt, tritt der Kraftstoff zum vorbestimmten Zeitpunkt in vorbestimmter Menge am brennraumseitigen Ende des Injektors 19 aus. Sofern der Injektor Undichtigkeiten aufweist, wird austretender Kraftstoff über eine Rückführleitung 22 gesammelt und dem Vorratsbehälter 12 wieder zugeführt.
Der über die Injektoren 19 aus der Speichervorrichtung 10 entnommene Kraftstoff wird über eine Zufuhrleitung 21 wieder ergänzt. Hierzu ist die Zufuhrleitung 21 mit einem Vorratsbehälter 12 verbunden. Der Kraftstoff wird von einer Niederdruckpumpe 14 über einen Kraftstofffilter 13 entnommen. Am Ausgang der Niederdruckpumpe 14 wird die Kraftstofftemperatur mittels eines Temperatursensors 15 gemessen. Dieser Wert steht dem Steuergerät 11 zur Berechnung der Einspritzmenge zur Verfügung. Der Ausgang der Niederdruckpumpe 14 ist mit einem Eingang der Hochdruckpumpe 17 über ein Regelventil 16 verbunden. Über das Regelventil 16 wird die vom Steuergerät 11 vorberechnete Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 17 zuge- teilt. Die Hochdruckpumpe 17 befördert anschließend den
Kraftstoff in die Speichervorrichtung 10 und setzt diese dabei unter Druck. In einer weiteren Ausgestaltung können beide Pumpen 14, 17 zu einer einzigen Förderpumpe zusammengefasst werden .
Der in Speichervorrichtung 10 herrschende Druck wird mittels eines Drucksensors 18 gemessen. Dieser kann in der Zufuhrleitung 21, der Speichervorrichtung 10 oder einem Injektor 19 angeordnet sein. Auch der mit dem Drucksensor 18 gemessene Ist-Wert steht dem Steuergerät 11 zur Verfügung. In Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine gibt das Steuergerät 11 einen Sollwert für den Speicherdruck 10 vor. Beispielsweise kann vorgesehen sein, im Teillastbetrieb einen
niedrigeren Druck an die Speichervorrichtung 10 anzulegen. Die Bestimmung des Druck-Sollwertes kann dabei beispielsweise mittels numerischer Kennfelder, mit einem neuronalen Netz o- der durch eine Fuzzy-Logik erfolgen. Hierzu stehen dem Steu- ergerät 11 fallweise weitere Eingangssignale 23 zur Verfügung. Die Eingangssignale 23 können beispielsweise eine Fahrpedalstellung, einen Ladedruck, eine Kühlmitteltemperatur, eine Lufttemperatur, eine Motordrehzahl oder eine Kurbelwellenstellung erfassen.
Sofern der über Drucksensor 18 gemessene Druck niedriger ist als der Sollwert, wird das Mengenventil 16 geöffnet und durch die Hochdruckpumpe 17 zusätzlicher Kraftstoff in die Speichervorrichtung 10 eingebracht, um den in Speichervorrichtung 10 herrschenden Druck zu erhöhen. Sofern der in der Speichervorrichtung 10 herrschende Druck höher ist als der Sollwert, wird aus der Speichervorrichtung 10 Kraftstoff abgelassen. Dies geschieht bevorzugt dadurch, dass mittels der Injektoren 19a, 19b, 19c oder 19d Kraftstoff aus der Speichervorrichtung 10 in den Brennraum zumindest eines Zylinders der Brennkraftmaschine geleitet wird. Sofern im aktuell anliegenden Betriebszustand jedoch kein zusätzlicher Kraftstoff im Brennraum benötigt wird, beispielsweise im Schubbetrieb, steht ein Ablassventil 20 zur Verfügung. Dieses kann ebenfalls durch ein elektrisches Signal von Steuergerät 11 geöffnet werden und führt Kraftstoff aus der Speichervorrichtung 10 über die Rückführleitung 22 in den Vorratsbehälter 12 zurück.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin- düng. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile wie in Figur 1. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit sind nicht alle vorhandenen Bauteile dargestellt.
Auch die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Speicher- Vorrichtung 10 auf. Kraftstoff aus der Speichervorrichtung 10 wird über Injektoren 19 an mindestens einen Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeteilt. Wie bereits vorstehend beschrieben, sind dabei so viele Injektoren vorgesehen, wie die
Brennkraftmaschine Zylinder aufweist. Die Injektoren 19 werden ebenso wie das Mehrwegventil 24 von einer nicht dargestellten Steuervorrichtung kontrolliert.
Der Kraftstoff gelangt aus einem Vorratsbehälter 12 mittels einer Niederdruckpumpe 14 über das Mehrwegventil 24 zum Eingang der Hochdruckpumpe 17. Fallweise können weitere Bauelemente vorgesehen sein, beispielsweise Sensoren zur Messung der Kraftstofftemperatur, Kraftstofffilter oder Sensoren zur Messung des Kraftstoffsdruckes auf der Niederdruckseite.
Fallweise kann die Niederdruckpumpe 14 auch entfallen oder mit der Hochdruckpumpe 17 zu einer einzigen Förderpumpe zu- sammengefasst sein.
In der in Figur 2 dargestellten Schaltstellung des Mehrwegeventils 24 ist der Eingang A mit dem Ausgang D verbunden. Somit fließt der Kraftstoff vom Ausgang der Niederdruckpumpe 14 zum Eingang der Hochdruckpumpe 17. Die dabei geförderte Menge kann vom Steuergerät beeinflusst werden, beispielsweise indem der Anteil der Öffnungszeit zur Schließzeit des Mehrwegeventils 24 durch das Steuergerät beeinflusst wird. Sofern das Mehrwegeventil 24 ein Proportionalventil ist, kann die Durchflussmenge auch über den Öffnungsgrad des Mehrwegeventils kontrolliert werden.
Nachfolgend wird der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe 17 und die Zufuhrleitung 21 in die Speichervorrichtung 10 gefördert, bis der gemessene Kraftstoffdruck dem Sollwert entspricht .
Um zu vermeiden, dass geförderter Kraftstoff über die Rücklaufleitung 22 in den Vorratsbehälter 12 zurückläuft, ist der Eingang C und der Ausgang B des 4/3-Wegeventils 24 getrennt.
Figur 3 zeigt denselben mechanischen Aufbau wie die Figuren 2 und 4. Bevorzugt, aber nicht zwingend, weist das Mehrwegeventil 24 eine Sperrmittelstellung auf, welche in Figur 3 dargestellt ist. In der Sperrmittelstellung sind sämtliche
Eingänge des Mehrwegeventils 24 von sämtlichen Ausgängen getrennt. Dies führt dazu, dass eine Überschneidung der Öffnungsbereiche der Pfade A-D und C-B vermieden wird. Die von Pumpe 17 geförderte Kraftstoffmenge und damit der für Pumpe 17 benötigte Energieeinsatz kann dadurch minimiert werden.
Selbstverständlich kann jedoch auch ein Mehrwegeventil 24 ohne eine solche Sperrmittelstellung verwendet werden. Der Fachmann wird hier bei der Realisierung der Erfindung insbesondere den eingesparten Aufwand für das Mehrwegeventil 24 gegen die eingesparte Primärenergie aufrechnen.
Figur 4 zeigt denselben mechanischen Aufbau wie die Figuren 2 und 3. Allerdings ist eine andere Schaltstellung des 4/3- Wegeventils dargestellt. Die in Figur 4 dargestellte Schalt- Stellung wird vom Motorsteuergerät 11 stets dann eingestellt, wenn der gemessene Ist-Wert des Kraftstoffdruckes in der Speichervorrichtung 10 größer ist als der angestrebte Sollwert und aufgrund des Betriebszustandes ein Druckabbau über einen Injektor 19 nicht in Frage kommt.
In der dargestellten Schaltstellung ist der Eingang A und der Ausgang D des Mehrwegeventils 24 gesperrt. Somit wird kein zusätzlicher Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 über die Förderpumpen 14 und 17 in die Speichervorrichtung 10 geför- dert. Um Kraftstoff aus der Speichervorrichtung 10 in den
Vorratsbehälter 12 abzuführen, wird der Eingang C des Mehrwegeventils mit dem Ausgang B verbunden. Dadurch fließt Kraftstoff in die Rückführleitung 22. Dies führt wunschgemäß zum Druckabbau in der Speichervorrichtung 10.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Rückführleitung im Vorratsbehälter 12. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Leitung auch am Eingang A des Mehrwegeventils 24 enden.
Die über das Mehrwegeventil 24 abgeführte Kraftstoffmenge kann wiederum über die Ansteuerung des Mehrwegeventils von der Motorsteuerung 11 kontrolliert werden. Dies kann bei-
spielsweise über die Öffnungszeit der Verbindung von Eingang C zu Ausgang B erfolgen. Sofern das Mehrwegeventil 24 als Proportionalventil ausgeführt ist, kann die abgeführte Kraft- stoffmenge auch über den Öffnungsgrad kontrolliert werden.
In Figur 5 ist beispielhaft der Öffnungsgrad der beiden Flüssigkeitspfade des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils in Abhängigkeit des Steuersignals dargestellt. Als Steuersignal kann beispielsweise ein analoges Spannungssignal verwendet werden, wobei die Ventilöffnungskurve mit zunehmenden bzw. abnehmenden Spannungswert des Steuersignals sukzessive durchfahren wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Steuersignal auch ein pulsweitenmoduliertes Signal sein. In diesem Fall wird durch das Tastverhältnis eines Rechteck- Signals eine Ventilstellung des Mehrwegeventils vorgegeben. Weiterhin kann das Steuersignal auch ein digital kodiertes Signal sein, durch welches eine Position auf der X-Achse direkt als digitales Datum vorgegeben wird. Verschiedene Implementierungen des Steuersignals werden als gleich wirkend an- gesehen und können vom Fachmann beliebig ausgewählt werden.
Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist unterhalb einer Schwelle ThI des Steuersignals ein Pfad des Mehrwegeventils geschlossen und der andere Pfad geöffnet. Beispielsweise kann der geschlossene, in Figur 5 als Strich-Punkt-Linie dargestellte Pfad der Pfad C-B sein, durch welchen Kraftstoff aus der Speichervorrichtung 10 in den Vorratsbehälter 12 zurückgeleitet wird. Der zweite, als durchgezogene Linie dargestellte Flüssigkeitspfad A-D ist vollständig geöffnet. Im Ausführungsbeispiel würde somit bei einem Steuersignal unterhalb der Grenze ThI eine maximale Kraftstoffmenge von der Hochdruckpumpe 17 in die Speichervorrichtung 10 geleitet werden .
Mit zunehmendem Steuersignal wird der Flüssigkeitspfad zwischen der Hochdruckpumpe 17 und der Speichervorrichtung 10 zunehmend geschlossen. Dies bedeutet, dass die aus dem Vorratsbehälter 12 geförderte und der Speichervorrichtung 10 zu-
geführte Kraftstoffmenge stetig sinkt. Der in Figur 5 dargestellte, nicht lineare Kurvenverlauf ist dabei nur als Beispiel zu sehen. Fallweise wird der Fachmann andere, lineare oder nichtlineare Verläufe des Öffnungsgrades in Abhängigkeit des Steuersignals vorsehen. In jedem Fall bleibt der Flüssigkeitspfad von der Speichervorrichtung 10 zur Rückführleitung 22 unabhängig vom Wert des Steuersignals geschlossen, solange das Steuersignal kleiner ist als eine Grenze Th3.
Bei Erreichen der Grenze Th2, welche größer ist als die Grenze ThI aber kleiner als die Grenze Th3, ist der Pfad zwischen der Hochdruckpumpe 17 und der Speichervorrichtung 10 vollständig geschlossen. Die Grenzen Th2 und Th3 definieren die Sperrmittelstellung, in welcher sämtliche Pfade an dem Mehr- wegventil geschlossen sind.
Wenn das Steuersignal die Grenze Th3 überschreitet, öffnet der Pfad zwischen der Speichervorrichtung 10 und der Rückführleitung 22. Der Öffnungsgrad nimmt dabei mit zunehmenden Steuersignal zu. An der Grenze Th4 erreicht der Öffnungsgrad sein Maximum. Daher kann mit einem Steuersignal zwischen den Grenzen Th3 und Th4 Kraftstoff aus der Speichervorrichtung abgelassen werden. Unabhängig vom Wert des anliegenden Steuersignals bleib dabei der Pfad zwischen Pumpe 17 und Spei- chervorrichtung 10 geschlossen.
Auch der als Strich-Punkt-Linie dargestellte Verlauf des Öffnungsgrades ist lediglich beispielhaft zu sehen. Fallweise wird der Fachmann auch hier das Mehrwegeventil und den damit verbundenen Aktor so anpassen, dass sich ein gewünschter Kurvenverlauf ergibt.
Die in Figur 5 dargestellten Kurvenverläufe der Öffnungsgrade in Abhängigkeit des Steuersignals haben zur Folge, dass bei Ausbleiben eines Steuersignals ein Wert unterhalb der Schwelle ThI angefahren wird. Dadurch ist die Verbindung zwischen der Hochdruckpumpe und der Speichervorrichtung vollständig geöffnet, während die Verbindung zwischen Speichervorrichtung
10 und Rückführleitung 22 geschlossen bleibt. Damit stellt sich bei Ausbleiben eines Steuersignals ein durch die Förderleistung der Hochdruckpumpe gegebener Maximalwert des Druckes in der Speichervorrichtung ein. Mit diesem Maximalwert kann ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine auch bei Ausbleiben eines Steuersignals aufrecht erhalten werden.
Auch diese in Figur 5 dargestellte Realisierung eines Notbetriebes ist lediglich beispielhaft zu sehen. Fallweise wird der Fachmann das Mehrwegeventil und den damit verbundenen Aktor so anpassen, dass sich für beide Pfade A-D und C-B eine vorgebbare Ventilstellung ergibt, mittels welcher eine Vielzahl möglicher Betriebszustände der Brennkraftmaschine realisierbar ist.
Claims
1. Vorrichtung zur KraftstoffZuteilung, welche folgende Elemente enthält: • Mindestens eine Speichervorrichtung (10), in welcher Kraftstoff mit einem vorgebbaren Druck speicherbar ist,
• Mindestens eine Förderpumpe (17), welche dazu eingerichtet ist, den Kraftstoff in die Speichervorrich- tung zu fördern,
• Mindestens einen Injektor (19), welcher dazu eingerichtet ist, den Kraftstoff in vorgebbarer Menge zu vorgebbaren Zeitpunkten aus der Speichervorrichtung
(10) zu entnehmen und dem Brennraum einer Brennkraft- maschine zuzuführen,
• Ein Mehrwegeventil (24), welches dazu eingerichtet ist, die Kraftstoffmenge zu beeinflussen, welche der Speichervorrichtung (10) zu- oder abgeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) zumindest eine erste Stellung aufweist, in welcher ein Kraftstofffluss aus einem Vorratsbehälter (12) zu der Speichervorrichtung (10) ermöglicht wird und eine zweite Stellung, in welcher Kraftstoff aus der Speichervorrichtung (10) abgeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) ein 4/3-Wegeventil um- fasst .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) zwei Eingänge (A, C) und zwei Ausgänge (D, B) aufweist und zumindest in eine erste
Stellung bringbar ist, in welcher der erste Eingang (A) mit dem ersten Ausgang (D) verbindbar ist während der zweite Eingang (C) gesperrt ist und das Mehrwegeventil zumindest in eine zweite Stellung bringbar ist, in wel- eher der zweite Eingang (C) mit dem zweiten Ausgang (B) verbindbar ist, während der erste Eingang (A) gesperrt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang (A) des Mehrwegeventils (24) mit einer von einem Vorratsbehälter (12) kommenden Kraftstoffleitung verbunden ist und eine Ausgang (D) des Mehrwegeventils (24) mit einem Eingang einer Förderpumpe (17) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) als Proportionalventil ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) als Kugelsitzventil ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) eine Sperrmittelstellung aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) und die För- derpumpe (17) in einer Baugruppe zusammengefasst sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) mittels einem einzigen Aktor durch ein einziges elektrisches Steuersignal bedienbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuersignal ein pulsweitenmoduliertes Signal vorgesehen ist.
12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur KraftstoffZuteilung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine.
13. Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Kraftstoffzuteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
14. Verfahren zur KraftstoffZuteilung, bei welchem der Kraftstoff unter erhöhtem Druck in mindestens einer Speichervorrichtung (10) gespeichert und dort durch mindestens einen Injektor (19) entnommen und mindestens einem Brenn- räum einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei durch ein Mehrwegeventil (24) der Druck in der Speichervorrichtung (10) geregelt wird, indem die Kraftstoffmenge beeinflusst wird, welche der Speichervorrichtung (10) zu- oder abgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (24) zeitweise in eine erste Stellung gebracht wird, um einen Kraftstofffluss aus einem Vorratsbehälter (12) zu der Speichervorrichtung (10) zu ermöglichen und zeitweise in eine zweite Stellung, in wel- eher Kraftstoff aus der Speichervorrichtung (10) abgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegventil (24) zeitweise in eine Sperrmittelstellung gebracht wird, in welcher kein Kraftstoff aus der Speichervorrichtung (10) hinaus oder in diese hinein fließt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegventil (24) durch ein einziges Steuersignal angesteuert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal ein pulsweitenmoduliertes Signal enthält.
19. Computerprogramm zu Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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