Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung. Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpe für ein derartiges Kraftstoffversorgungssystem und die Verwendung einer derartigen Pumpe in einem Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine.

In heutigen Kraftstoffversorgungssystemen von Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Ottomotoren, ist im Tankraum eine elektrische Kraftstoffpumpe (EKP) bzw. eine Niederdruckvorförderpumpe zur Förderung des Kraftstoffes aus dem Tank eingebaut. Diese Pumpe erzeugt Drücke im Niederdruckbereich von 0 bar auf 3 bis 6 bar. Bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung (DI) werden in einer zweiten Stufe Einspritzdrücke im Hochdruckbereich von 50 bis 200 bar erzeugt. Dies geschieht mittels einer sogenannten Hochdruckpumpe (HDP), die in der Regel zylinderkopfnah angebracht und mechanisch vom Verbrennungsmotor bzw. Motor über eine Nockenwelle angetrieben ist. Sie ist in herkömmlicher Weise als Kolbenpumpe gestaltet. Da mit einer derartigen Pumpen Druckdifferenzen von 47 bar bis zu 195 bar erzeugbar sein müssen, ist sie zum einen relativ aufwendig herzustellen und zum anderen relativ groß. Dadurch wird entsprechend viel Bauraum am Verbrennungsmotor verbraucht.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Kraftstoffversorgungssystem zu schaffen, das kostengünstiger ist und in dem die Pumpe zur Hochdruckerzeugung am Verbrennungsmotor weniger Platz einnimmt. Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß ist ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung geschaffen, mit einer ersten Pumpe zur Förde- rung des Kraftstoffes aus einem Tank und einer zweiten Pumpe zur Erzeugung des Druckes für die Kraftstoffdirekteinspritzung, bei dem mit der ersten Pumpe und mit der zweiten Pumpe eine weitgehend gleich große Druckdifferenz erzeugbar ist. Gemäß der Erfindung ist sowohl mit der ersten Pumpe zur Förderung des Kraftstoffes aus einem Tank, als auch mit der zweiten Pumpe zur Erzeugung des Druckes für die Kraftstoffdirekteinspritzung eine ähnliche, insbesondere eine gleich große Druckdifferenz (Δ p) erzeugbar. Auf diese Weise wird das für die Direkteinspritzung im Endeffekt zu erzeugende Druckniveau gleichmäßig auf zwei Pumpen bzw. Pumpenstufen verteilt bzw. in ähnlicher Größenordnung aufgeteilt.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems beträgt die erzeugbare Druckdifferenz bis zu 25 bar. Dies bedeutet, dass mit der ersten Pumpe ein Druck von 0 bar auf vorzugsweise bis zu 25 bar erzeugbar ist und daran anschließend mit der zweiten Pumpe ein Druck von vorzugsweise 25 bar auf bis zu 50 bar. Der damit erreichbare Druck von bis zu 50 bar ist in neuartigen Value-Dl Systemen als Hochdruck für die Kraftstoff-Direkteinspritzung ausreichend. Alternativ ist ein entsprechend aufge- teilter Bemessungsdruck von bis zu 80 bar insbesondere bis zu 100 bar denkbar und sinnvoll. Erfindungsgemäß ist also keine Hochdruckpumpe im herkömmlichen konventionellen Sinn erforderlich. Das wäre eine Pumpe, die vom Niederdruckbereich bis 6 bar einen Wert der Druckdifferenz von 44 bis zu 194 bar erzeugen muss, sodass als Enddruck 50 bar oder sogar bis zu 200 bar erreicht werden. Eine derartige Hochdruckpumpe ist aufwendig herzustellen und braucht viel Platz im Bauraum am Verbrennungsmotor. Im Gegensatz dazu sind die Pumpen gemäß der erfindungsgemäßen Lösung dazu angepasst, jeweils eine mittelgroße Druckdifferenz von vorzugsweise 25 bar zu erzeugen. Dadurch dass hier im Mitteldruckbe reich gearbeitet wird, können Kosten gespart werden, weil eine Pumpe zur Erzeugung mittelgroßer Druckdifferenzen wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann, als eine konventionelle Hochdruckpumpe. Ein weiterer Vorteil ist die Reduktion des Bauraumverbrauchs am Verbrennungsmotor, da die zweite Pumpe in der erfindungsgemäßen Lösung kleiner ist als eine herkömmliche Hochdruckpumpe. Die beiden Pumpen sind besonders bevorzugt von gleicher Bauart. Die beiden

Pumpen weisen also vorzugsweise ein gleiches Pumpenprinzip auf. Durch diese Vereinheitlichung der Pumpen bzw. Druckerzeugungskomponenten können sie wesentlich kostengünstiger hergestellt werden. Es müssen zum einen keine eigenen Fertigungsprozesse für eine zweite Pumpenart geschaffen werden und zum anderen kann in größerer Stückzahl produziert werden, sodass sich ein

Stückzahleffekt deutlich bemerkbar macht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems sind die beiden Pumpen elektrisch angetrieben. Dies bedeutet, dass auch die zweite Pumpe elektrisch angetrieben ist und nicht mehr, wie in herkömmlicher Weise, mechanisch an einen Nockenwellenantrieb gebunden ist. Auf diese Weise kann die zweite Pumpe flexibel am Verbrennungsmotor angeordnet werden, besonders vorteilhaft auch in der Nähe des Rails, d.h. der Hochdruckleitung, an der die Einspritzventile angeschlossen sind.

Zur Regelung der zweiten Pumpe ist vorzugsweise ein Drucksensor und ein damit gekoppeltes Steuergerät vorgesehen. Somit ist eine autarke Pumpe gebildet, die vorteilhaft separat verbaubar ist. Das Steuergerät (PEM-HD) kann wahlweise als Wegbausteuergerät beispielsweise neben der zweiten Pumpe angeordnet sein oder vorteilhafterweise in die Motorsteuerung integriert sein. Der Drucksensor bzw. Hochdrucksensor (DS-HD) misst den Druck zwischen zweiter Pumpe und Rail und ist mit dem Steuergerät gekoppelt, sodass das Druckniveau für die Kraftstoffdirekteinspritzung bedarfsgerecht regelbar ist bzw. eine Druckregelung im Hochdruckkreis umgesetzt wird.

In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist die erste Pumpe elektrisch angetrieben und die zweite Pumpe mechanisch, insbesondere mit einer Nockenwelle angetrieben. Dies bringt den Vorteil, dass der bereits bekannte Nockenwellenantrieb übernommen werden kann. Die zweite Pumpe kann hier insbesondere als Kolbenpumpe gebildet sein. Alter- nativ kann die zweite Pumpe auch als Rotationspumpe mit Elektroantrieb gestaltet sein.

Erfindungsgemäß ist ferner eine Pumpe für ein derartiges Kraftstoffversorgungssystem geschaffen, die dazu angepasst ist, Drücke von 20 bar bis zu 80 bar, insbesondere von 25 bar bis zu 50 bar zu erzeugen. Durch diese erzeugbaren mittelgroßen Druckdifferenzen kann die Bauart der Pumpe einfacher und kostengünstiger sein als die Bauart von herkömmlichen Hochdruckpumpen.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Pumpe elektrisch angetrieben, wodurch sie besonders vorteilhaft flexibel beispielsweise im Verbrennungsraum angebracht werden kann, da sie nicht abhängig von einem konventionellen Nockenantrieb ist.

Die erfindungsgemäße Pumpe ist weiterhin bevorzugt mit einem Drucksensor und einem damit gekoppelten Steuergerät regelbar. Besonders vorteilhaft ist auf diese Weise ein autarkes Pumpensystem gebildet, das separat verbaubar ist.

Erfindungsgemäß wird ferner eine derartige Pumpe in einem Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine verwendet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt die Fig. ein hydraulisches Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems.

In der Fig. ist ein Kraftstoffversorgungssystem 10 einer weiter nicht veranschaulichten Brennkraftmaschine dargestellt, bei dem flüssiger Kraftstoff, vorliegend Benzin, aus einem Tank 12 mittels einer ersten Pumpe 14, die als elektrische Kraftstoffpumpe gestaltet ist und einen Druck bzw. Vordruck 16 von 25 bar erzeugt, in eine Leitung 18 gefördert wird. Die Leitung 18 ist dazu angepasst, Bemessungsdrücke von bis zu 25 bar zzgl. Schwankungen auszuhalten.

Die Leitung 18 befindet sich an der Saugseite einer zweiten Pumpe 20, die vorliegend baugleich mit der ersten Pumpe 14 als elektrische Kraftstoffpumpe ges- taltet ist. Die Pumpe 20 erzeugt eine Druckdifferenz von 25 bar, sodass der Kraftstoff mit einem Druck bzw. Hochdruck 22 in der Größe von 50 bar in eine an die Pumpe 20 auf der Hochdruckseite angeschlossene Leitung 24 gefördert wird. Durch die Leitung 24 fließt der Kraftstoff in ein Rail 26, das einen Hochdruckbereich bildet, an dem vier Hochdruck-Einspritzventile 28 angeordnet sind. Mittels dieser Hochdruck-Einspritzventile 28 kann der derart unter Hochdruck bereitgestellte Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.

Die zweite Pumpe 20 ist mit einem Drucksensor 30 verbunden. Der Drucksensor 30 bzw. Hochdrucksensor misst den Druck 22 zwischen zweiter Pumpe 20 und Rail 26 und kommuniziert über eine Koppelung 32 mit einem Steuergerät 34. Das Steuergerät 34 regelt über eine Koppelung 36 die Druckerzeugung der Pumpe 20 und ist vorliegend als Wegbausteuergerät neben der Pumpe 20 angeordnet. Es kann vorteilhaft auch in die Motorsteuerung integriert sein, was hier nicht näher dargestellt ist.

Alternativ zu vorliegendem Ausführungsbeispiel kann die zweite Pumpe 20 vorzugsweise auch mechanisch, insbesondere mit einer Nockenwelle angetrieben werden und als Kolbenpumpe gebildet sein oder sie kann als Rotationspumpe mit Elektroantrieb gestaltet sein.