Titel

Verfahren zum Befüllen eines Kraftstoff Systems für Kraftfahrzeuge

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1. Außerdem ist Teil der Erfindung ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine.

L 5 Stand der Technik

Die DE 199 26 308 A1 zeigt ein Common-Rail Kraftstoffsystem, bei dem eine Vorförderpumpe einen Kraftstoffstrom über eine Kraftstoffleitung aus einem Tank durch einen Antrieb- bzw. Kurbelraum einer Hochdruckpumpe zur Schmierung

.0 der Hochdruckpumpe fördert. In Strömungsrichtung des Kraftstoffs ist nach dem

Antrieb- bzw. Kurbelraum einerseits ein Rücklauf für den Schmierstrom zu dem Tank und andererseits ein Förderlauf für den Förderstrom zu einer Zumesseinrichtung und weiter zu einem Förderraum der Hochdruckpumpe vorgesehen. Die Vorförderpumpe ist mechanisch angetrieben.

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Zwischen der Zumesseinrichtung und dem Förderraum der Hochdruckpumpe zweigt ein Nullförderlauf ab, in dem eine Nullförderdrossel angeordnet ist und der auf der Saugseite der Vorförderpumpe in die Kraftstoff leitung mündet. In solchen Kraftstoffsystemen treten sog. Leckagen bei einer Mengenregelung in der

30 Zumesseinrichtung auf. Diese Leckagen werden über die Nullförderdrossel abgefördert. Durch die Nullförderdrossel wird im Bereich eines Saugventils der Hochdruckpumpe und der Zumesseinrichtung ein niedrigeres Druckniveau erreicht. Der Öffnungsdruck des Saugventils muss dabei oberhalb des von der Nullförderdrossel benötigten Treibdrucks in einem Sicherheitsabstand vom

35 Druckniveau der Anbindungsposition liegen. In Verbindung mit einer mechanischen Vorförderpumpe ist das Druckniveau im Zulauf niedriger als im Rücklauf.

In vielen solcher Kraftstoffsysteme ist zusätzlich ein Filter, bevorzugt ein 5 Feinfilter, zwischen der Vorförderpumpe und der Zumesseinrichtung angeordnet, um die Hochdruckpumpe und den gesamten Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems vor Verunreinigungen aus dem Kraftstoff zu schützen.

Nach einer Wartung des Kraftstoffsystems, bspw. eines Filterwechsels, oder L O einer Reparaturmaßnahme am Kraftstoffsystem ist oft der Kraftstoffstrom innerhalb der Kraftstoffsystems zumindest unterbrochen, bzw. das gesamte Kraftstoffsystem ist ohne Kraftstoff. Dadurch wird ein anschließender Betrieb der im Kraftstoffkreislauf angeordneten Pumpen (Vorförderpumpe, Hochdruckpumpe) stark beeinträchtigt, d.h. die Pumpen können nicht ordnungsgemäß arbeiten. Um L 5 diesen Fall zu umgehen, sind insbesondere in Verbindung mit mechanischen

Vorförderpumpen Kraftstoff-Handpumpen vorgesehen, mit denen das Kraftstoffsystem mit Kraftstoff aus dem Tank manuell befüllt werden kann.

Offenbarung der Erfindung 10

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und sicheres Verfahren zum Befüllen des Kraftstoffsystems zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Kraftstoff System mit den 15 Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne 30 dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.

Vom Kraftstofftank ausgehend sind im Kraftstoffsystem grundsätzlich zwei Möglichkeiten gegeben, um den Antriebs- bzw. Kurbelraum der Hochdruckpumpe zu befüllen. Die erste Möglichkeit ist der Pfad über die Nullförderdrossel und die 35 Zumesseinrichtung, die zweite Möglichkeit ist der Pfad über die mechanische Vorförderpumpe und den Filter. Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass herkömmliche Zumesseinrichtungen im stromlosen Zustand in der Regel geöffnet sind. Der Erfindung liegt damit die Idee zu Grunde, dafür zu sorgen, dass die Zumesseinrichtung während des Befüllens geschlossen ist, um damit den Pfad der

5 ersten Möglichkeit zu blockieren. Damit kann der manuell gepumpte Kraftstoff zwangsläufig nur über die Vorförderpumpe und - wie gewünscht - über den üblicherweise dort vorhandenen Filter in den Antriebs- bzw. Kurbelraum gefördert werden. Dieser Pfad entspricht dem Pfad des Kraftstoffs bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine. Da in dem Pfad für den gepumpten Kraftstoff auch die

L O Vorförderpumpe angeordnet ist, erübrigen sich auch erhöhte

Startanforderungen für die Vorförderpumpe, da diese zwangsläufig auch mit Kraftstoff befüllt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart angewandt werden, dass keine Zusatzbauteile erforderlich sind. Damit ist die Erfindung auch kostengünstig umsetzbar.

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Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass das Druckniveau im Zulauf zur Vorförderpumpe meist niedriger ist als in einem Rücklauf (vom Rail oder der Hochdruckpumpe). Die Erfindung ermöglicht es, die Nullförderdrossel in diesem Zulauf anzuordnen, was einen geringeren Öffnungsdruck des

.0 Einlassventils der Hochdruckpumpe und somit einen höheren Wirkungsgrad vor allem bei niedrigen Drehzahlen gestattet, ohne dass zur Vermeidung eines Kraftstoffrücklaufs beim Befüllen ein Rückschlagventil zwischen Zulauf und Nullförderdrossel geschaltet werden muss.

15 In einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die

Zumesseinrichtung für den Befüllvorgang in die geschlossene Stellung gesteuert wird. Die Zumesseinrichtung ist üblicherweise als ein proportionales federbelastetes Schieberventil ausgebildet, das zur Dosierung des Kraftstoffflusses zur Hochdruckpumpe entsprechend angesteuert und stromlos

30 geöffnet wird. Im Falle des Befüllens des Kraftstoff Systems wird die

Zumesseinrichtung aktiv durch Bestromung in die geschlossene Stellung gesteuert. Dazu sind vorteilhafterweise keine Bauteile oder Einrichtungen nötig, die nicht ohnehin im Kraftfahrzeug vorhanden sind oder zumindest für den Wartungs- oder Reparaturfall benötigt werden. Deshalb bietet sich bevorzugt an, dass die Zumesseinrichtung durch den Anschluss bestimmter Geräte an das Kraftstoffsystem oder die Brennkraftmaschine , insbesondere einer Befüllvorrichtung oder eines Diagnosegeräts in die geschlossene Stellung gesteuert wird. Dies sind beides 5 Einrichtungen, die für den Befüllungsvorgang ohnehin benötigt werden.

Denkbar ist auch, dass die Zumesseinrichtung beim Öffnen einer Abdeckung des Kraftstoffsystems und/oder beim Einschalten einer Zündung in die geschlossene Stellung gesteuert wird. Auch das Öffnen einer Motorhaube könnte die L 0 Steuerung zum Schließen der Zumesseinrichtung auslösen. Beim Anlaufen eines

Anlassers übernimmt jedoch ein Motorsteuergerät wieder die Steuerung des Zumessgeräts. Das bedeutet, dass das Schließen der Zumesseinrichtung im Wesentlichen automatisch geschieht.

L 5 Vorstellbar ist auch, dass die Zumesseinrichtung stromlos geschlossen ist. Das bedeutet den Einsatz einer alternativen Ausführungsform zu den herkömmlichen Zumesseinrichtungen, die invers betrieben werden kann, also durch Bestromung geöffnet wird. In diesem Fall ist zum Befüllen keine zusätzliche Maßnahme erforderlich.

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Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems.

15 Die Zeichnung zeigt ein Kraftstoffsystem 10, das für ein sog. Common-Rail-

Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine 12 ausgelegt ist. Zum Betrieb der Brennkraftmaschine 12 wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Kraftstoffverteiler (Common RaN) 14 gefördert und dort gespeichert, wobei am Kraftstoffverteiler 14 Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 angeschlossen sind, die den Kraftstoff unter

30 Hochdruck in Brennräume 18 der Brennkraftmaschine 12 einspritzen.

Der Kraftstoff wird dabei aus einem Kraftstofftank 20 eines Kraftfahrzeugs gefördert. In Strömungsrichtung sind im Kraftstoffförderpfad ausgehend vom Kraftstofftank 20 zwei zum Kraftstofftank 20 hin sperrende Rückschlagventile 21a und 21 b, eine Saugdrossel 35 24, eine mechanisch oder elektrisch betriebene Vorförderpumpe 26 und ein Kraf tstofff i Iter 28, vorzugsweise ein Feinfilter, angeordnet. Der Kraftstoffpfad mündet zum Schmieren von Antriebsteilen in einem Antriebs- bzw. Kurbelraum 30 einer Hochdruckpumpe 32, die bevorzugt als eine mechanisch angetriebene Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Der Verlauf des Kraftstoffs im normalen Betrieb 5 des Kraftstoffsystems 10 ist in der Zeichnung mit Pfeilen gekennzeichnet.

In Strömungsrichtung wird der Kraftstoff durch den Antriebs- bzw. Kurbelraum 30 gefördert und schließlich einer Zumesseinrichtung 34 zugeführt, die als ein steuerbares, proportionales federbelastetes Schieberventil ausgebildet ist. Die

L O Zumesseinrichtung 34 ist also fluidisch bzw. hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe

26 und der Hochdruckpumpe 32 angeordnet und dient zur Dosierung des Kraftstoffs für die Hochdruckpumpe 32. Stromabwärts von der Zumesseinrichtung 34 ist der Kraftstofffluss zweigeteilt. Einerseits zweigt ein Nullförderlauf ab, in dem eine Nullförderdrossel 36 angeordnet ist. Im Nullförderlauf werden Leckagen der

L 5 Zumesseinrichtung 34, wenn diese an sich geschlossen ist, in den Tank 20 zurück bzw. wieder zur Saugseite der Vorförderpumpe 26 gefördert. Andererseits zweigt ein Förderlauf ab, in dem über ein Saugventil 38 der Kraftstoff in einen Förderraum 40 der Hochdruckpumpe 32 gefördert wird. Anschließend wird der Kraftstoff unter Hochdruck über ein Rückschlagventil 42 in den Kraftstoffverteiler 14 eingebracht.

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Für eine Wartung des Kraftstoffsystems 10, beispielsweise einen Filterwechsel, oder für eine Reparaturmaßnahme am Kraftstoffsystem 10 muss der Kraftstoff meist aus dem Kraftstoffsystem abgelassen werden. Dadurch wird ein anschließender Betrieb der im Kraftstoffkreislauf angeordneten Vorförderpumpe

15 26 und der Hochdruckpumpe 32 erschwert, d.h. die Pumpen 26 und 30 können nicht ordnungsgemäß arbeiten, weil beispielsweise die Schmierung innerhalb des Antriebs- und Kurbelraums 30 nicht gewährleistet ist, und weil die Vorförderpumpe zunächst nur Luft ansaugt. Um diesen Fall zu vermeiden, ist vorgesehen, dass zwischen den beiden Rückschlagventilen 21a und 21 b eine

30 Kraftstoff-Handpumpe 22 angeschlossen werden kann, mit der das

Kraftstoffsystem 10 mit Kraftstoff aus dem Tank 20 manuell befüllt werden kann, bevor das Kraftstoffsystem 10 wieder in Betrieb genommen wird.

Da die Zumesseinrichtung 34 im stromlosen Zustand geöffnet ist, wäre - ohne 35 Gegenmaßnahmen - beim Befüllen durch die Handpumpe 22 der Weg über die Zumesseinrichtung 34 in den Antrieb- bzw. Kurbelraum 30 der Hochdruckpumpe 32 frei, und zwar unter Umgehung des Filters 28. Das bedeutet, dass ungefilterter Kraftstoff in den Antrieb- bzw. Kurbelraum 30 und anschließend während des Betriebs in den gesamten Hochdruckbereich bis in den 5 Kraftstoffverteiler 14 gelangt. Außerdem kann die Nullförderdrossel 36 verstopfen. Dies kann zu Beschädigungen und/oder Beeinträchtigungen an der Hochdruckpumpe 32, am Rückschlagventil 42 und in der Brennkraftmaschine 12 führen.

L O Nach einem Ablassen des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffsystem 10 wird die

Zumesseinrichtung 34 gezielt geschlossen und somit der Weg des Kraftstoffs über die Saugdrossel 24, die Vorförderpumpe 26 und über das Filter 28 als einziger möglicher Weg freigemacht, so wie der Kraftstofffluss auch im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 12 vorgesehen ist.

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Bei der vorliegend gezeigten Ausführungsform macht man sich zu Nutze, dass die Funktion der Zumesseinrichtung 34 elektrisch steuerbar ist. Daher wird dann, wenn zum Befüllen bspw. ein Diagnosegerät oder die Handpumpe 22 an das Kraftstoffsystem 10 angeschlossen wird, die Zumesseinrichtung 34 automatisch

.0 bestromt und damit geschlossen. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es auch eine Ausführungsform eines Kraftstoffsystems geben kann, bei der die Handpumpe ständig angeschlossen, jedoch im Normalbetrieb nicht aktiviert ist. In diesem Fall wird die Zumesseinrichtung bestromt, sobald das Diagnosegerät angeschlossen oder die Handpumpe aktiviert wird.

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Alternativ ist auch denkbar, dass die Handpumpe 22 einen Sensor oder Schalter umfasst, der eine Betätigung erkennt, und dass die Zumesseinrichtung 34 erst beim tatsächlichen Betätigen der Handpumpe 22 automatisch bestromt wird.

30 Ebenso ist alternativ denkbar, dass bereits beim Öffnen einer Abdeckung des

Kraftstoffsystems 10 oder einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs, in welches das Kraftstoffsystem 10 und die Brennkraftmaschine 12 eingebaut sind, die Zumesseinrichtung 34 automatisch bestromt wird. Auch kann bei einem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs die Zumesseinrichtung 34

35 automatisch bestromt werden, wobei allerdings beim Anlaufen des Anlassers das Motorsteuergerät wieder die Steuerfunktion der Zumesseinrichtung 34 übernehmen muss.

In einer alternativen Ausführungsform der Zumesseinrichtung 34 kann die Zumesseinrichtung auch invers arbeiten, so dass sich die Zumesseinrichtung beim Bestromen öffnet, d.h. sie ist im stromlosen Zustand geschlossen. Hierbei ist beim Befüllen des Kraftstoffsystem 10 nur die Handpumpe 22 zu betätigen, die Zumesseinrichtung ist bereits geschlossen.