Titel

Kraftstofffördereinrichtung und Verfahren zum Betätigen einer Kraftstofffördereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betätigen einer solchen Kraftstofffördereinrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Eine solche Kraftstofffördereinrichtung und ihre Funktionsweise ist bereits durch EP 1 195 514 A2 bekannt. Diese Kraftstofffördereinrichtung weist eine elektrisch angetriebene Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert, aus dem zumindest mittelbar wenigstens ein Injektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Kraftstoff versorgt wird. Es ist eine elektrische Steuereinrichtung vorgesehen, die über eine Sensoreinrichtung ein Signal für den im Hochdruckbereich herrschenden Druck erhält. Durch die elektrische Steuereinrichtung wird der elektrische Antrieb der Förderpumpe variabel angesteuert, so dass die Kraftstofffördermenge der Förderpumpe durch Variation der Drehzahl verändert werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung und das Verfahren zum Betätigen einer solchen Kraftstofffördereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass abhängig von dem Druckwert, den der Drucksensor an das Steuergerät übermittelt, das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe über eine Betätigung des Aktors verändert wird, wodurch eine variable Kraftstoffmenge bei gleicher Drehzahl gefördert werden kann. Damit ist eine einfache Möglichkeit gegeben die Kraftstofffördermenge der Förderpumpe zu verändern. Es entfallen zusätzliche Bauteile, wie z. B. eine elektrische Steuereinrichtung zur Regelung des elektrischen Antriebs oder eine Zumesseinheit (ZME), die die Kraftstofffördermenge an den Bedarf der Hochdruckpumpe anpasst. Des Weiteren ist eine genauere Regelung der Kraftstofför- dermenge durch das verstellbare Verdrängungsvolumen möglich, als durch die Variation der Drehzahl.

Mit den Maßnahmen der Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Kraftstofffördereinrichtung fördert die Förderpumpe eine variable Kraftstoffmenge, die zwischen einer Nullfördermenge und einer maximalen Menge variiert. Die maximale Menge wird durch das maximale Verdrängungsvolumen der Förderpumpe bestimmt. Durch den weiten Bereich, in dem die Kraftstofffördermenge variieren kann, ist eine optimale Anpassung der Kraftstofffördermenge an den Kraftstoffbedarf im Hochdruckbereich möglich.

Es ist von Vorteil, dass der Aktor als hydraulisches, pneumatisches, elektrisches oder mechanisches Betätigungselement ausgeführt werden kann, da ein breiter Einsatz bereits erprobter und kostengünstiger Bauteile möglich ist.

Eine Anordnung des Drucksensors im Hochdruckbereich ist von Vorteil, da Abweichungen von einem vorgegeben Kraftstoff druck in diesem Bereich das Verhalten der Kraftstofffördereinrichtung negativ beeinflussen können. Abweichungen von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck können durch den Drucksensor im Hochdruckbereich schnell erfasst werden und durch eine Anpassung des Verdrängungsvolumens der Förderpumpe vermieden werden.

Eine Anordnung des Drucksensors auf der Saugseite der Hochdruckpumpe ist vorteilhaft, da die Kraftstofffördermenge der Förderpumpe genau an den Kraftstoffbedarf der Hochdruckpumpe angepasst werden kann. Vorteilhaft ist der Einsatz einer Flügelzellenpumpe oder einer Außenzahnrad- pumpe oder einer Rollenzellenpumpe oder einer Innenzahnradpumpe oder einer Pendelschieberpumpe als Förderpumpe mit verstellbaren Fördervolumen, da auf bekannte Pumpenbauarten zurückgegriffen werden kann und sich der Entwicklungsaufwand reduziert.

Vorteilhaft ist die Reduzierung des Verdrängungsvolumens der Förderpumpe, wenn der Drucksensor einen zu hohen Druckwert misst, da die Förderpumpe durch diese Maßnahme weniger Kraftstoff fördert und durch den sinkenden Kraftstoffdruck Fehlfunktionen im Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung vermieden werden.

Gleichermaßen ist die Vergrößerung des Verdrängungsvolumens der Förderpumpe von Vorteil, wenn der Drucksensor einen zu geringen Druckwert misst, da die Förderpumpe durch diese Maßnahme mehr Kraftstoff fördert und der Kraftstoffdruck steigt.

Ausführungsbeispiele

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2 eine Förderpumpe mit verstellbaren Verdrängungsvolumen in einer schematischen Schnittdarstellung für eine Kraftstofffördereinrichtung und

Figur 3 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 1 und Figur 3 zeigen eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung. Die Kraftstofffördereinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 ansaugt. Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe 16 gefördert, die ebenfalls Bestandteil der Kraftstofffördereinrichtung ist. Der Antrieb der Förderpumpe 10 kann mechanisch über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen durch den Motor oder die Hochdruckpumpe 16 erfolgen. Alternativ kann die Förderpumpe 10 einen elektrischen Antrieb aufweisen, der mit veränderlicher Leistung und damit variabler Drehzahl oder konstanter Leistung und Drehzahl betrieben werden kann.

Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe 16 wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich 18 der Kraftstofffördereinrichtung gefördert, der beispielsweise einen Hochdruckspeicher 18 umfasst. Aus dem Hochdruckbereich 18 werden ein oder mehrere Injektoren 20 mit Kraftstoff versorgt, wobei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Injektor 20 zugeordnet ist.

Die Förderpumpe 10 kann an der Hochdruckpumpe 16 angeordnet, in diese integriert sein oder entfernt von der Hochdruckpumpe 16 angeordnet sein, beispielsweise im Vorratsbehälter 12 oder in einer hydraulischen Leitung zwischen dem Vorratsbehälter 12 und der Hochdruckpumpe 16. Die Hochdruckpumpe 16 weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das wiederum einen Pumpenkolben aufweist, der in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Hochdruckpumpe 16 kann eine eigene Antriebswelle aufweisen, durch die über einen Nocken oder Exzenter die Hubbewegung des Pumpenkolbens bewirkt wird. Die Antriebswelle der Hochdruckpumpe 16 wird mechanisch, beispielsweise über ein Getriebe oder einen Riementrieb von der Brennkraftmaschine angetrieben, so dass die Drehzahl der Hochdruckpumpe 16 proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Hochdruckpumpe 16 keine eigene Antriebswelle aufweist und die Hubbewegung des Pumpenkolbens durch einen Exzenter oder Nocken einer Welle der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Dabei können auch mehrere Hochdruckpumpen 16 vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine hydraulische Betätigung vorgesehen sein. Die Förderpumpe 10 kann entfernt von der wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 angeordnet sein, beispielsweise auch im Vorratsbehälter 12. Die Förderpumpe 10 ist dabei über eine hydraulische Leitung mit der Saugseite der wenigstens einen Hochdruckpumpe 16 verbunden. In der hydraulischen Leitung kann ein Kraftstofffilter 38 angeordnet sein, um zu verhindern, dass Schmutzpartikel in die Hochdruckpumpe 16 und in den Hochdruckbereich 18 gelangen.

Es ist ein Drucksensor 17 vorgesehen, durch den der Druck im Hochdruckbereich 18 oder auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 gemessen werden kann. Dieser Druck wird über eine Leitung oder drahtlose Verbindung an ein Steuergerät 19 übermittelt. Dieses Steuergerät 19 steht mit einem Aktor 11 der Förderpumpe 10 in Verbindung. Abhängig von dem übermittelten Druckwert des Drucksensors 17 betätigt das Steuergerät 19 den Aktor 11 der Förderpumpe 10, um das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 zu verändern.

In Figur 2 ist die Förderpumpe 10 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen für eine Kraftstofffördereinrichtung beispielhaft in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 40 auf, in dem sich ein Rotor 42 mit wenigstens einem oder mehreren Flügeln 44 befindet. Der Rotor 42 rotiert um eine Achse, die senkrecht zur Zeichenebene durch einen Mittelpunkt Ml verläuft.

Ein kreisförmiger Statorring 46 wird von einer ersten Stange 48 gehalten. Es kann noch ein weiterer Auflagepunkt des Statorringes 46 durch eine nicht dargestellte Höhenstellschraube existieren. Die Achse des kreisförmigen Statorringes 46 verläuft durch einen Mittelpunkt M2. Die erste Stange 48 wird über den Aktor 11 betätigt. Der Aktor 11 kann als elektrisches, mechanisches, pneumatisches oder hydraulisches Betätigungselement ausgeführt sein und steht mit dem Steuergerät 19 in Verbindung. Abhängig von der jeweiligen Betriebssituation, die z.B. durch einen Druckwert im Hochdruckbereich 18 der Kraftstofffördereinrichtung dargestellt werden kann, betätigt das Steuergerät 19 den Aktor 11 und verschiebt die Stange 48. Je nach Ausführungsform der Förderpumpe 10 kann eine zweite Stange 50 eingesetzt werden, die von einer Feder 52 in einer bestimmten Stellung gehalten wird und dem Aktor 11 bzw. der ersten Stange 48 entgegenwirkt. Innerhalb des Statorringes 46 dreht sich der elektrisch oder mechanisch angetriebene Rotor 42 und die im Rotor geführten Flügel 44 werden durch Fliehkräfte gegen den Statorring 46 gedrückt. Die für den Transport des Kraftstoffes erforderlichen Zellen 54 werden durch die Drehung des Rotors 42 zunehmend größer und füllen sich dabei mit Kraftstoff über einen Saugkanal 56 der Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 ansaugt. Mit Erreichen des größten Zellenvolumens werden die Zellen 54 von der Saugseite getrennt und erhalten bei einer weiteren Drehung Verbindung zur Druckseite. Bei einer weiteren Drehung werden die Zellen 54 verengt und drücken Flüssigkeit über den Druckkanal 58 in eine hydraulische Leitung, die zur Saugseite der Hochdruckpumpe 16 führt.

Abhängig von der Kraft, die der Aktor 11 auf die erste Stange 48 ausübt, wird der Statorring 46 im Gehäuse verschoben. Befindet sich der Statorring in Mittelstellung liegen die beiden Mittelpunkte Ml und M2 aufeinander. In diesem Fall geht die Fördermenge des Kraftstoffes auf eine Nullfördermenge zurück, d.h. die Fördermenge ist Null.

Wird die erste Stange 48 durch den Aktor 11 zurückbewegt, so wird der Statorring 46 in eine exzentrische Lage verschoben, bei der die Mittelpunkte Ml und M2 nicht mehr aufeinander liegen. Da die Saug- und die Druckseite voneinander getrennt werden, verdrängt die Förderpumpe 10 wieder Kraftstoff. Mit zunehmendem Abstand der Mittelpunkte Ml und M2 wird das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 größer.

Die Förderpumpe 10 kann mit gleicher Drehzahl oder variabler Drehzahl über einen mechanischen oder elektrischen Antrieb betrieben werden. Die Drehzahl der Förderpumpe 10 beeinflusst die geförderte Kraftstoffmenge. Durch die Betätigung des Aktors 11 und das Verschieben des ersten Stellkolbens 48 kann eine variable Kraftstoffmenge bei gleicher Drehzahl gefördert werden.

Ein Beispiel einer Förderpumpe 10 mit verstellbaren Fördervolumen ist die„Verstellbare Flügelzellenpumpe, Typ PV7" von Bosch Rexroth, die in ihrem Aufbau der beschriebenen Förderpumpe 10 gleicht, aber auf die Dimensionen und Anforderungen einer Kraftstofffördereinrichtung angepasst werden müsste. Alternativ lässt sich als Förderpumpe 10 mit verstellbaren Verdrängungsvolumen auch eine Außenzahnradpumpe oder eine Rollenzellenpumpe oder eine Innen- zahnradpumpe oder eine Pendelschieberpumpe einsetzen. Ein Beispiel einer mengenregulierbaren Pendelschieberpumpe ist in der Offenlegungsschrift DE 101 02 531 AI gezeigt.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der Drucksensor 17 im Hochdruckbereich 18 der Kraftstofffördereinrichtung angeordnet. Der Drucksensor 17 übermittelt einen Druckwert an das Steuergerät 19. Abhängig von der Größe des übermittelten Druckwertes verändert das Steuergerät 19 das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 über eine Betätigung des Aktors 11.

Ist im Hochdruckbereich 18 ein zu hoher Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor 17 diesen Druckwert an das Steuergerät 19, welches den Aktor 11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 reduziert wird. Hierbei wird durch den Aktor 11, der ein hydraulisches, pneumatisches, elektrisches oder mechanisches Betätigungselement sein kann, der Steuerkolben 48 in Richtung des Drehzentrums verschoben, so dass der Abstand der Mittelpunkte Ml und M2 geringer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 kleiner wird und weniger Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 16 gefördert wird.

Ist im Hochdruckbereich 18 ein zu niedriger Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor 17 diesen Druckwert an das Steuergerät 19, welches den Aktor 11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 vergrößert wird. Hierbei wird durch den Aktor 11 eine geringere Kraft auf den Steuerkolben 48 ausgeübt, so dass der Abstand der Mittelpunkte Ml und M2 größer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 größer wird und mehr Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 16 gefördert wird.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist der Drucksensor 17 auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 angeordnet. Der Druck- sensor misst den Druck in der hydraulischen Leitung auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 und übermittelt diesen Druckwert über eine Leitung oder drahtlose Verbindung an das Steuergerät 19. Das Steuergerät 19 steht mit dem Aktor 11 der Förderpumpe 10 in Verbindung. Abhängig von dem übermittelten Druckwert des Drucksensors 17 kann das Steuergerät 19 den Aktor 11 der Förderpumpe 10 betätigen, um das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 bei konstanter Drehzahl zu verändern.

Ist auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 ein zu hoher Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor 17 diesen Druckwert an das Steuergerät 19, welches den Aktor 11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 reduziert wird. Hierbei wird durch den Aktor 11 der Steuerkolben 48 in Richtung des Drehzentrums verschoben, so dass der Abstand der Mittelpunkte Ml und M2 geringer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 kleiner wird und weniger Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 16 gefördert wird.

Ist auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 16 ein zu niedriger Druck vorhanden, so übermittelt der Drucksensor 17 diesen Druckwert an das Steuergerät 19, welches den Aktor 11 so betätigt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 vergrößert wird. Hierbei wird durch den Aktor 11 eine geringere Kraft auf den Steuerkolben 48 ausgeübt, so dass der Abstand der Mittelpunkte Ml und M2 größer wird. Diese Bewegung bewirkt, dass das Verdrängungsvolumen der Förderpumpe 10 größer wird und mehr Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 16 gefördert wird.