Verfahren zum Betrieb einer Vorforderpumpe eines Kraftstoffzumesssystems und Kraftstoffzumesssystem einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorforderpumpe eines Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei das Kraftstoffzumesssystem auSer der Vorforderpumpe eine Hochdruckpumpe aufweist und wobei die Vorforderpumpe Kraftstoff in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems und die Hochdruckpumpe Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems fordert. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftstoffzumesssystem einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit einer Vorforderpumpe und einer Hochdruckpumpe, wobei die Vorforderpumpe Kraftstoff in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems und die Hochdruckpumpe Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems fordert.

Das Kraftstoffzumesssystem ist bspw. als ein Common-Rail- Kraftstoff-Direkteinspritzungssystem ausgebildet. Die Vorforderpumpe ist beispielsweise als eine Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet und fordert Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Vorratsbehalter in den

Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems. In dem Niederdruckbereich herrscht ein Vordruck von bspw. 4 bar.

Die Hochdruckpumpe fordert Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in einen Hochdruckspeicher, den sogenannten Rail, in dem Hochdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems. Die Hochdruckpumpe ist bspw. als eine Einzylinderpumpe ausgebildet. In dem Hochdruckspeicher herrscht bei Benzin-Kraftstoff ein Einspritzdruck von bspw.

120 bis 150 bar und bei Diesel-Kraftstoff ein Einspritzdruck von bspw. 1500 bis 2000 bar. Von dem Hochdruckspeicher zweigen mehrere betriebskenngrößenabhängig steuerbare Einspritzventile ab, die bei entsprechender Ansteuerung Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher mit dem dort anliegenden Einspritzdruck in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Zwischen der Vorforderpumpe und der Hochdruckpumpe ist ein Steuerventil angeordnet, das durch Schließzeitvariation die pro Hub der Hochdruckpumpe zu dem Hochdruckspeicher geforderte Kraftstoffmenge bestimmt. Das Steuerventil wird von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine angesteuert.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffzumesssystemen zweigt aus dem Niederdruckbereich eine Niederdruckleitung ab, die aber einen Niederdruckregler zurück in den Kraftstoff-VorratsbehäLter fuhrt. Der Niederdruckregler sorgt bei schwankenden Förderraten der Hochdruckpumpe fur ein konstantes Druckniveau in dem Niederdruckbereich. Dieses mechanisch dauerhaft auf einen niedrigen Druckwert (den Vordruck) eingestellte Druckniveau erweist sich aber bei starker Erwärmung der Hochdruckpumpe als zu niedrig. Mit der Erwärmung der Hochdruckpumpe steigt auch die Temperatur des Kraftstoffs und damit der Dampfdruck des Kraftstoffs in der Hochdruckpumpe. Ubersteigt der Dampfdruck das durch den Niederdruckregler vorgegebene Druckniveau, kommt es zu einer Dampfblasenbildung und damit zu einer Kavitation in

der Hochdruckpumpe. Dies kann zu einem Forderstromabfall der Hochdruckpumpe, zu störenden Kavitationsgerauschen und schlieGlich sogar zu einer Beschädigung von Bauteilen der Hochdruckpumpe fuhren. Unter Kavitation versteht man das Entstehen und schlagartige Vergehen von Dampfblasen in Flussigkeitsstromungen, die an Stellen mit Drucken nahe dem Dampfdruck auftreten.

Aus den Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kavitation in einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffzumesssystems zu verringern und nach Moglichkeit sogar ganz zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlagt die Erfindung, ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass die Vorforderpumpe bedarfsgeregelt angesteuert wird, so dass der Förderstrom durch die Vorforderpumpe in etwa dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe entspricht und in dem Niederdruckbereich ein vorgegebenes Druckniveau herrscht.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemaSe Verfahren mit der bedarfsgeregelten Ansteuerung der Vorforderpumpe hat den Vorteil, dass die Geräuschentwicklung und die Leistungsaufnahme der Vorforderpumpe vermindert wird. AuSerdem kann das Druckniveau in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems durch eine geeignete Ansteuerung der Vorforderpumpe so eingestellt werden, dass die Kavitation in der Hochdruckpumpe ohne zusatzliche Sensoren bspw. fur den Vordruck oder die Temperatur des Kraftstoffes in der Hochdruckpumpe vermindert, im Idealfall sogar ganz vermieden wird. Zur Variation des Druckniveaus in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems kann der Förderstrom durch die Vorforderpumpe kurzzeitig von dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe abweichen. Um das

Druckniveau in dem Niederdruckbereich konstant zu halten, ist der Förderstrom durch die Vorforderpumpe im Idealfall identisch mit dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe. Zum Ausgleich von geringen Druckverlusten aufgrund von Lecks in dem Niederdruckbereich, verursacht bspw. durch Fertigungstoleranzen oder Verschleißerscheinungen, kann es in der Praxis jedoch nötig sein, den Förderstrom durch die Vorforderpumpe etwas grower zu wählen als den Förderstrom durch die Hochdruckpumpe. Wird das Fordergleichgewicht durch Erwärmung der Hochdruckpumpe und dadurch hervorgerufene Kavitation gestort, wird das vorgegebene Druckniveau in dem Niederdruckbereich angehoben.

SchlieSlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Niederdruckleitung mit dem darin angeordneten Niederdruckregler, die aus dem Niederdruckbereich des Kraftstoffversorgungssystems abzweigt und in den Kraftstoff-Vorratsbehälter fuhrt, verzichtet werden. Der Vordruck in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems wird durch die Ansteuerung der Vorforderpumpe eingestellt. Durch den Wegfall des verschleißanfälligen mechanischen Niederdruckreglers ergibt sich eine Erhöhung der Zuverlassigkeit und eine Kostenreduktion des Kraftstoffzumesssystems.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorforderpumpe als eine Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet ist und dass die Elektrokraftstoffpumpe durch Variation der Ankerspannung des Antriebsmotors der Elektrokraftstoffpumpe angesteuert wird. Die Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpe erfolgt bspw. durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine uber eine Endstufe, durch die die digitalen Ansteuerimpulse des Steuergeräts in ein analoges Spannungssignal fur die Ankerspannung des Antriebsmotors verstärkt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ankerspannung des Antriebsmotors durch Pulsweitenmodulation variiert wird.

Vorteilhafterweise wird die Vorforderpumpe durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine angesteuert. In dem Steuergerät der Brennkraftmaschine sind vorzugsweise in einem Kennfeld Taktverhaltnisse der Pulsweitenmodulation abgelegt, die zur Ansteuerung der Vorforderpumpe herangezogen werden. Die Taktverhaltnisse sind bspw. uber dem Druckniveau und dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe in dem Kennfeld abgelegt. Vorzugsweise sind die Taktverhaltnisse jedoch über der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Ansteuerdauer eines zwischen der Vorforderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordneten Steuerventils in dem Kennfeld abgelegt.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine in einer Kennlinie Taktverhaltnisse der Pulsweitenmodulation abgelegt sind, die zur Ansteuerung der Vorforderpumpe herangezogen werden. Die Kennlinie der Taktverhaltnisse ist vorzugsweise aber dem Produkt aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Ansteuerdauer eines zwischen der Vorforderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordneten Steuerventils abgelegt.

Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Kraftstoffzumesssystem der eingangs genannten Art des weiteren vorgeschlagen, dass das Kraftstoffzumesssystem Mittel zur bedarfsgeregelten Ansteuerung der Vorforderpumpe aufweist, so dass der Förderstrom durch die Vorforderpumpe in etwa dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe entspricht und in dem Niederdruckbereich ein vorgegebenes Druckniveau herrscht.

Gemäg einer vorteilhaften. Weiterbildung der vorliegenden

Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorforderpumpe als eine Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet ist und die Mittel zur Ansteuerung der Vorforderpumpe die Ankerspannung des Antriebsmotors der Elektrokraftstoffpumpe variieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mittel zur Ansteuerung der Vorforderpumpe die Ankerspannung des Antriebsmotors durch Pulsweitenmodulation variieren.

Zeichnungen Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erfindungsgemaSes Kraftstoffzumesssystem gemaS einer bevorzugten Ausführungsform ; und Figur 2 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftstoffzumesssystem.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 2 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftstoffzumesssystem dargestellt. Das Kraftstoffzumesssystem ist als ein Common-Rail-Benzin- Direkteinspritzungssystem ausgebildet. Es weist eine Vorforderpumpe 1 und eine Hochdruckpumpe 2 auf. Die Vorforderpumpe 1 ist als eine Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet und fordert Kraftstoff aus einem Kraftstoff- Vorratsbehälter 3 in einen Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems. In dem Niederdruckbereich ND herrscht ein Vordruck von etwa 4 bar. Die Hochdruckpumpe 2 ist als eine 1-Zylinder-Hochdruckpumpe ausgebildet und

fordert Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich ND in einen Hochdruckspeicher 4, den sogenannten Rail, in einem Hochdruckbereich HD des Kraftstoffzumesssystems. In dem Hochdruckspeicher 4 herrscht ein Einspritzdruck von etwa 120 bis 150 bar. Von dem Hochdruckspeicher 4 zweigen mehrere betriebskenngrößenabhängig steuerbare Einspritzventile 5 ab, die bei entsprechender Ansteuerung Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 4 mit dem dort anliegenden Einspritzdruck in Brennräume 6 der Brennkraftmaschine einspritzen.

In dem Hochdruckspeicher 4 ist des weiteren ein Drucksensor 7 angeordnet, durch den der in dem Hochdruckspeicher 4 herrschende Einspritzdruck ermittelt und ein entsprechendes elektrisches Signal an ein Steuergerät der Brennkraftmaschine geleitet wird. SchlieSlich zweigt aus dem Hochdruckbereich HD des Kraftstoffzumesssystems eine Uberdruckleitung 8 ab, die aber ein Uberdruckventil 9 in den Niederdruckbereich ND in dem EinlaS der Hochdruckpumpe 2 mundet.

Zwischen der Vorforderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 2 ist der Hochdruckpumpe 2 vorgelagert ein Steuerventil 10 angeordnet. Das der Hochdruckpumpe 2 zugehörige Steuerventil 10 bestimmt durch Schließzeitvariation die pro Hub der Hochdruckpumpe 2 zu dem Hochdruckspeicher 4 geforderte Kraftstoffmenge. Zwischen der Vorförderpumpe 1 und dem Steuerventil 10 ist ein Kraftstofffilter 11 angeordnet. Aus dem Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems zweigt eine Niederdruckleitung 12 ab, die über einen Niederdruckregler 13 zurück in den Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 fuhrt. Der Niederdruckregler 13 sorgt bei schwankenden Förderraten der Hochdruckpumpe 2 fur ein konstantes Druckniveau in dem Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems.

Das in dem Niederdruckbereich ND mechanisch dauerhaft eingestellte Druckniveau erweist sich aber bei starker Erwärmung der Hochdruckpumpe 2 als unzulänglich. Mit der Erwärmung der Hochdruckpumpe 2 steigt auch die Temperatur des Kraftstoffs und damit der Dampfdruck des Kraftstoffs in der Hochdruckpumpe 2. Ubersteigt der Dampfdruck das durch den Niederdruckregler 13 vorgegebene Druckniveau, kommt es zur Dampfblasenbildung und damit zu einer Kavitation in der Hochdruckpumpe 2. Das kann zu einem Forderstromabfall der Hochdruckpumpe 2, zu Kavitationsgerauschen und schließlich sogar zur Beschädigung von Bauteilen der Hochdruckpumpe 2 fuhren.

Um dies zu vermeiden, wird das in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffzumesssystem vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumesssystem weist als wesentlichen Unterschied gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffzumesssystem (vergleiche Figur 2) keinen Niederdruckregler 13 auf. Der in dem Niederdruckbereich ND herrschende Vordruck wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesssystem durch eine bedarfsgeregelte Ansteuerung der Vorforderpumpe 1 eingestellt. Die Vorforderpumpe 1 wird derart angesteuert, dass der Förderstrom durch die Vorforderpumpe 1 in etwa dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe 2 entspricht und der Vordruck in dem Niederdruckbereich ND auf einem vorgegebenen Druckniveau liegt.

Zur Variation des Druckniveaus in dem Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems kann der Förderstrom durch die Vorforderpumpe 1 kurzzeitig von dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe 2 abweichen. Um das Druckniveau in dem Niederdruckbereich ND konstant zu halten, ist der Förderstrom durch die Vorforderpumpe 1 im Idealfall identisch mit dem Förderstrom durch die Hochdruckpumpe 2.

Zum Ausgleich von geringen Druckverlusten aufgrund von

Lecks in dem Niederdruckbereich ND, verursacht bspw. durch Fertigungstoleranzen oder Verschleißerscheinungen, kann es in der Praxis jedoch nötig sein, den Förderstrom durch die Vorforderpumpe 1 etwas grower zu wahlen als den Förderstrom durch die Hochdruckpumpe 2. Wird das Fordergleichgewicht durch Erwärmung der Hochdruckpumpe 2 und dadurch hervorgerufene Kavitation gestort, wird das vorgegebene Druckniveau in dem Niederdruckbereich ND durch Erhöhen des Forderstroms durch die Vorforderpumpe 1 angehoben.

Die Vorforderpumpe 1 wird von einem Steuergerät 14 der Brennkraftmaschine angesteuert, indem die Ankerspannung U_Ank des Antriebsmotors der Vorforderpumpe 1 variiert wird. Die Ankerspannung U Ank des Antriebsmotors wird durch Pulsweitenmodulation variiert. Dazu wird ein Ansteuersignal des Steuergeräts 14 aber Mittel 15 zur Pulsweitenmodulation gefuhrt. Die pulsweitenmodulierte Ankerspannung U_Ank wird dann von den Mitteln 15 zu dem Antriebsmotor der Vorforderpumpe 1 gefuhrt.

In dem Steuergerät 14 der Brennkraftmaschine sind in einem Kennfeld 16 Taktverhaltnisse der Pulsweitenmodulation aber der Drehzahl n mot der Brennkraftmaschine und der Ansteuerdauer T M des Steuerventils 10 abgelegt. Die Taktverhaltnisse der Pulsweitenmodulation werden zur Variation der Ankerspannung U_Ank herangezogen. Die Ansteuerdauer TM des Steuerventils 10 wird aus verschiedenen Betriebskenngrößen xi ermittelt, die an dem Steuergerät 14 anliegen. Alternativ können die Taktverhaltnisse der Pulsweitenmodulation in dem Steuergerät 14 auch in einer Kennlinie aber dem Produkt aus der Drehzahl n mot der Brennkraftmaschine und der Ansteuerdauer TM des Steuerventils 10 abgelegt sein.

Durch den Wegfall des verschleißanfälligen, mechanischen Niederdruckreglers 13 ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen

Kraftstoffzumesssystem eine Erhöhung der Zuverlassigkeit und eine Kostenreduktion. Aufgrund der bedarfsgeregelten Ansteuerung der Vorforderpumpe 1 werden die Betriebsgerausche und die Leistungsaufnahme der Vorförderpumpe 1 vermindert. Schließlich ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesssystem die Kavitation in der Hochdruckpumpe 2 ohne zusatzliche Sensorik bspw. fur den in dem Niederdruckbereich ND herrschenden Vordruck oder die Temperatur des Kraftstoffs in der Hochdruckpumpe 2 entscheidend vermindert, im Idealfall sogar beseitigt.