KraftstoffSystem für eine Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein KraftstoffSystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines KraftstoffSystems nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs .

Die DE 101 56 429 Al offenbart ein KraftstoffSystem, bei dem eine elektrische Kraftstoffpumpe Kraftstoff in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung fördert. Diese ist mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden, welches oberhalb eines bestimmten Drucks gegen die Kraft einer Feder öffnet und so Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung abführt. Die Kraftstoffleitung bei dem bekannten KraftstoffSystem ist ferner mit einem Volumenspeicher verbunden, durch den im Betrieb des KraftstoffSystems Druckspitzen gedämpft werden sollen.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, das Startverhalten einer Brennkraftmaschine, die von dem KraftstoffSystem gespeist wird, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein KraftstoffSystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Vorteile der Erfindung

Durch die Erfindung wird erreicht, dass auch nach einem längeren Abstellen der Brennkraftmaschine der Druck in der Kraftstoffleitung auf einem gewissen Niveau aufrechterhalten wird, so dass bei einem darauffolgenden

Starten der Brennkraftmaschine der Kraftstoff gut zerstäubt wird, was zu einem verbesserten Anlassverhalten der Brennkraftmaschine führt. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß vermieden, dass der Druck in der Kraftstoffleitung so weit absinkt, dass der Dampfdruck des Kraftstoffs unterschritten wird und sich Gasblasen bilden. Derartige Gasblasen könnten zu Startproblemen, beispielsweise einem verzögerten Start, führen, im Extremfall einen Start sogar unmöglich machen.

Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass auf eine Entlastungseinrichtung für die Kraftstoffleitung verzichtet wird und so die Kraftstoffleitung und der Volumenspeicher dann, wenn kein Kraftstoff gefördert wird, ein jederzeit geschlossenes System bilden. Kommt es nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine zunächst zu einer Erwärmung des Kraftstoffes aufgrund von Wärmeleitung von der Brennkraftmaschine her, dehnt sich der in der Kraftstoffleitung und dem Volumenspeicher eingeschlossene Kraftstoff aus. Anders als beim Stand der Technik wird dieses zusätzliche Kraftstoffvolumen jedoch nicht durch eine Entlastungseinrichtung abgelassen, sondern in dem Volumenspeicher reversibel aufgenommen. Kühlt nun nach längerer Abstellzeit der Kraftstoff wieder ab, wird das im Volumenspeicher gespeicherte Kraftstoffvolumen wieder in die Kraftstoffleitung zurückgeführt. Da die in der Kraftstoffleitung und dem Volumenspeicher eingeschlossene Kraftstoffmenge sich nicht verändert hat, wird auf diese Weise ein unzulässig starker Druckabfall in der Kraftstoffleitung vermieden.

Eine vorteilhafte, da konstruktiv einfache Realisierung der Erfindung umfasst einen Volumenspeicher mit einer beweglichen Wand, die von einer Vorspanneinrichtung beaufschlagt wird. Insbesondere dann, wenn die bewegliche Wand als Membrane ausgebildet ist, wird eine hohe

Fluiddichtheit des Volumenspeichers und damit eine gute Abgeschlossenheit des aus Kraftstoffleitung und Volumenspeicher gebildeten Systems erreicht.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Wegbegrenzung wird eine Volumen/Weg-Kennlinie des Volumenspeichers geschaffen, welche Segmente mit unterschiedlicher Steigung aufweist. Dies ermöglicht eine gute Anpassung der Eigenschaften des Volumenspeichers an die spezifischen Anforderungen des KraftstoffSystems beziehungsweise der Brennkraftmaschine.

So kann beispielsweise die Wegbegrenzung so ausgelegt sein, dass in der Kraftstoffleitung wenigstens in etwa ein Soll- Betriebsdruck herrscht, wenn die bewegliche Wand durch die Wegbegrenzung gestoppt wird. In der Folge kann der Druck in der Kraftstoffleitung nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine und dem Abkühlen des in der Kraftstoffleitung eingeschlossenen Kraftstoffs dieser wenigstens in etwa auf dem Soll-Betriebsdruck gehalten werden .

Möglich ist aber auch eine Auslegung, bei der die Wegbegrenzung der beweglichen Wand so ausgelegt ist, dass in der Kraftstoffleitung ein Soll-Betriebsdruck noch nicht herrscht, wenn die bewegliche Wand durch die Wegbegrenzung gestoppt wird. Dies hat zur Folge, dass nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine und beim Abkühlen des in der Kraftstoffleitung eingeschlossenen Kraftstoffes sich die bewegliche Wand von der Wegbegrenzung löst und so die Volumenverkleinerung des Kraftstoffes aufgrund der Abkühlung ausgleicht, was letztlich eine wenigstens annähernde

Druckkonstanthaltung in dem geschlossenen System gestattet.

Um dennoch im Betrieb des KraftstoffSystems, bei fördernder Kraftstoffpumpe, eine einfache Druck-Konstanthaltung in der Kraftstoffleitung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass ein Druckbegrenzungs- oder Druckregelventil fluidisch zwischen der Kraftstoffpumpe und einem Rückschlagventil angeordnet ist, welches von der Kraftstoffleitung zur Kraftstoffpumpe hin sperrt.

Alternativ zu einem mechanischen Druckbegrenzungs- oder Druckregelventil ist auch eine elektrische Bedarfsregelung denkbar, bei welcher der Druck beispielsweise von einem Sensor erfasst und die Förderleistung oder die Drehzahl der Kraftstoffpumpe entsprechend gesteuert wird.

Zeichnungen

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffleitung und einem Volumenspeicher;

Figur 2 ein Diagramm, in dem eine Temperatur des in der Kraftstoffleitung von Figur 1 eingeschlossenen Kraftstoffes nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine über die Zeit aufgetragen ist;

Figur 3 ein Diagramm, in dem ein Druck des in der Kraftstoffleitung von Figur 1 eingeschlossenen Kraftstoffes nach dem Abschalten der

Brennkraftmaschine über der Zeit aufgetragen ist;

Figur 4 eine Druck/Volumen-Kennlinie eines ersten Ausführungsbeispieles des Volumenspeichers von Figur 1;

Figur 5 eine Druck/Volumen-Kennlinie eines zweiten

Ausführungsbeispieles des Volumenspeichers; und

Figur 6 ein Schnitt durch eine Detaildarstellung des

Volumenspeichers von Figur 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein KraftstoffSystem trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es gehört zu einer Brennkraftmaschine 12.

Das KraftstoffSystem 10 umfasst einen Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 16 den Kraftstoff über ein Rückschlagventil 18 in eine Kraftstoffleitung 20 fördert. Das Rückschlagventil 18 sperrt von der Kraftstoffleitung 20 zur Kraftstoffpumpe 16 hin. Zwischen Kraftstoffpumpe 16 und Rückschlagventil 18 ist fluidisch ein Druckbegrenzungsventil 22 angeordnet.

Die Kraftstoffleitung 20 führt zu einer von der Brennkraftmaschine 12 mechanisch angetriebenen Hochdruck- Kraftstoffpumpe 24. Diese verdichtet den Kraftstoff auf einen hohen Druck und fördert ihn in einen Kraftstoffspeicher 26 ("Rail"), in dem der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. An den KraftstoffSpeicher 26 sind mehrere Injektoren 28 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine 12 einspritzen.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoff nicht direkt in die Brennräume eingespritzt. Statt dessen ist in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein Injektor angeordnet, der den Kraftstoff in den durch das Saugrohr strömenden Luftstrom einbringt.

Mit der Kraftstoffleitung 20 ist ein Volumenspeicher 30 verbunden. Dessen Aufbau ist starker im Detail aus Figur 6 ersichtlich: Er umfasst ein Gehäuse 32 mit einer öffnung 34, die mit der Kraftstoffleitung 20 kommuniziert. Die öffnung 34 fuhrt zu einem Speicherraum 36, der von einer als Membran ausgebildeten beweglichen Wand 38 begrenzt wird. An deren vom Speicherraum 36 abgewandten Seite liegt ein Kolben 40 an, der von einer Feder 42 zum Speicherraum 36 hin beaufschlagt wird.

In dem in den Figuren 1 und 6 gezeigten drucklosen Zustand wird hierdurch die Membran 38 gegen einen eine erste Wegbegrenzung bildenden mechanischen Anschlag 44 gedruckt, durch den jene Stellung der Membran 38 definiert wird, in der der Speicherraum 36 sein minimales Volumen hat. Das maximale Volumen des Speicherraums 36 wird durch einen eine zweite Wegbegrenzung bildenden Anschlag 46 definiert, an dem der Kolben 40 in Anlage kommt, wenn der Druck im Speicheraum 36 ein bestimmtes Niveau erreicht. In dieser

Lage der Membran 38 hat der Speicherraum 36 sein maximales Volumen .

Das dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel zugrunde liegende KraftstoffSystem 10 arbeitet folgendermaßen: Im

Normalbetrieb fordert die Kraftstoffpumpe 16 Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 20 zur Hochdruckkraftstoffpumpe 24. Der Druck in der Kraftstoffleitung 20 wird durch das Druckbegrenzungsventil 22 auf ein bestimmtes Niveau begrenzt. Nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 12 endet die Forderung durch die Kraftstoffpumpe 16 und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 24.

Das Ruckschlagventil 18 ist somit geschlossen, so dass die Kraftstoffleitung 20 und der mit dieser verbundene

Volumenspeicher 30 ein insgesamt und jederzeit (also wahrend des nun einsetzenden Aufwarm- und Abkuhlvorgangs)

geschlossenes System bilden. Eine Entlastungseinrichtung, welche bei einer Druckerhöhung in der Kraftstoffleitung 20 bei abgeschalteter Brennkraftmaschine 12 Kraftstoff zum Kraftstoffbehälter 14 zurückführen und hierdurch den Druck in der Kraftstoffleitung 20 begrenzen könnte, ist nicht vorgesehen .

Aufgrund von Wärmeleitung von der Brennkraftmaschine 12 her steigt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 12 die Temperatur T des in der Kraftstoffleitung 20 eingeschlossenen Kraftstoffes zunächst an (Bereich 48 in Figur 2) . In der Folge dehnt sich der eingeschlossene Kraftstoff aus, was zu einem gewissen Ansteigen des Drucks in der Kraftstoffleitung 20 führt (Bereich 50 in Figur 3) . Die Volumenausdehnung des eingeschlossenen Kraftstoffes wird jedoch zumindest zum Teil durch eine entsprechende Bewegung der Membran 38 des Volumenspeichers 30 zum Anschlag 46 hin kompensiert. Der Druckanstieg ist daher weniger stark als bei einem KraftstoffSystem 10 ohne einen solchen Volumenspeicher (gestrichelte Linie in Figur 3) .

Nach einer gewissen Zeit kühlt der in der Kraftstoffleitung 20 eingeschlossene Kraftstoff wieder ab (Bereich 52 in Figur 2) . In der Folge verringert sich das Volumen des eingeschlossenen Kraftstoffes, was zu einer

Druckreduzierung führt (Bereich 54 in Figur 3) . Da jedoch in dem Volumenspeicher 30 ein gewisses Kraftstoffvolumen gespeichert ist, kann sich nun die Membran 38 vom Anschlag 46 in Richtung des Anschlags 44 bewegen und so die Volumenänderung des eingeschlossenen Kraftstoffes zumindest zum Teil so ausgleichen, dass der Druckabfall 54 vergleichsweise gering ist. Damit wird sichergestellt, dass bei einem Neustart der Brennkraftmaschine 12 ein so hoher Druck in der Kraftstoffleitung 20 vorliegt, dass keine Dampfblasen entstehen, die einen Start der Brennkraftmaschine 12 erschweren würden.

Der Volumenspeicher 30 kann entsprechend Figur 4 ausgelegt sein: In dieser ist der Druck p über dem gespeicherten Volumen Q aufgetragen. Die auf diese Weise gebildete Kennlinie 56 des Volumenspeichers 30 weist drei im Wesentlichen linear verlaufende Segmente 56a, 56b und 56c auf. Das mittlere Segment 56b hat eine deutlich kleinere Steigung als die beiden Endsegmente 56a und 56c.

Der Anschlag 46 und die Feder 42 sind so ausgelegt, dass dann, wenn der Kolben 40 den Anschlag 46 erreicht, in der Kraftstoffleitung 20 und im Speicherraum 36 des Volumenspeichers 30 ein Soll-Betriebsdruck p _op herrscht. Nach dem Abkühlen (Pfeil 58 in Figur 4) herrscht in der Kraftstoffleitung 20 immer noch ein Abstelldruck p _ab , der nur geringfügig unter dem Soll-Betriebsdruck p _op liegt.

In Figur 5 ist eine Kennlinie 56 eines etwas anders ausgelegten Volumenspeichers 30 dargestellt. Dabei werden der Einfachheit halber für äquivalente Sachverhalte die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 4 verwendet. Bei der

Ausfuhrungsform gemäß Figur 5 sind Feder 42 und Anschlag 46 so aufeinander abgestimmt, dass in der Kraftstoffleitung 20 der Soll-Betriebsdruck p _op noch nicht herrscht, wenn die Membran 38 am Anschlag 46 in Anlage kommt (übergang vom Segment 56b zum Segment 56c der Kennlinie 56) .

Dies bedeutet, dass bei der Erwärmung des eingeschlossenen Kraftstoffes unmittelbar nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 12 der Druck p in der Kraftstoffleitung 20, auch nachdem die Membran 38 den Anschlag 46 erreicht hat, weiter steigt bis zum Soll-Betriebsdruck p _op . Bei einer Abkühlung (Pfeil 58) lost sich dann die Membran 38 vom Anschlag 46 und gleicht so die Volumenverkleinerung des Kraftstoffes aus. Der Druck p in dem durch die Kraftstoffleitung 20 und dem Volumenspeicher 30 gebildeten geschlossenen System bleibt auch hier so ausreichend hoch, dass Dampfblasen nicht auftreten können.