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Die
Erfindung geht aus von einem Kraftstoffversorgungssystem zum Zuliefern
von Kraftstoff für eine
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens
einer Kraftstoffpumpe, mittels der Kraftstoff aus einem Kraftstoffreservoir
in einen mit einem Kraftstoffzuteiler oder mit einer Druckverstärkerpumpe
in Verbindung stehenden Druckbereich förderbar ist, über den
der Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen
kann, wenigstens einem den Druck im Druckbereich regelnden und/oder
steuernden Druckregler, bei welchem abhängig von dem über eine
Vorlaufleitung zugeführten,
im Druckbereich herrschenden Druck ein Ventilschließglied gegen
die Wirkung wenigstens eines dieses in Schließstellung drängenden
Federelements von einem Ventilsitz in eine Öffnungsstellung abhebbar ist,
um Kraftstoff in eine mit dem Kraftstoffreservoir in Verbindung
stehende Rücklaufleitung
zurückzufördern, wobei
das Ventilschließglied
auch abhängig
von einem in einer weiteren Druckkammer des Druckreglers herrschenden
Druck in seine Schließstellung
oder in seine Öffnungsstellung drängbar ist,
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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In
einem solchen, beispielsweise aus der
US 4,829,964 bekannten
Kraftstoffversorgungssystem wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter von
einer Kraftstoffpumpe über
eine Druckleitung zu einem an der Brennkraftmaschine befindlichen
Kraftstoffverteiler mit Einspritzventilen oder zu einer Benzin-
oder Dieselhochdruckpumpe gepumpt. Moderne Kraftstoffversorgungssysteme
weisen eine in den Kraftstoffbehälter
eingesetzte Tankeinbaueinheit auf, in welche die Kraftstoffpumpe,
ein Saugfilter und ein Topf als Kraftstoffreserve integriert ist,
welcher durch eine oder mehrere Saugstrahlpumpen befüllt wird. Die
Saugstrahlpumpen sorgen folglich dafür, dass auch bei abfallendem
Kraftstoffpegel im Kraftstoffbehälter der
Topf zur Bereitstellung des Reservekraftstoffs stets vollständig gefüllt ist.
Die Saugstrahlpumpen sind einer der von der Druckleitung abzweigenden
Saugstrahlpumpenleitung angeordnet, welche in den Topf mündet.
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Aus
dem Stand der Technik sind außerdem Kraftstoffversorgungssysteme
bekannt, bei welchen der Kraftstoffdruck mit einem mechanischen
Druckregler unabhängig
von der Motorverbrauchsmenge auf einen festen Systemdruck eingeregelt
wird. Eine bedarfsabhängige
Variation des Systemdrucks ist dabei nicht möglich.
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Bei
manchen Kraftstoffversorgungssystemen wird der Druck im Kraftstoffverteiler
bedarfsgerecht geregelt, indem der Ist-Kraftstoffdruck mittels eines
Drucksensors gemessen, innerhalb eines Steuergeräts mit einem in einem Kennfeld
abgelegten Soll-Kraftstoffdruck verglichen und abhängig von der
Regeldifferenz die Drehzahl der Kraftstoffpumpe verändert wird.
Eine solche Regelung ist jedoch relativ aufwändig.
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Vorteile der Erfindung
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Indem
Mittel vorgesehen sind, durch welche die weitere Druckkammer des
Druckreglers mit einem aus dem in der Vorlaufleitung und/oder in
der Rücklaufleitung
herrschenden Druck beaufschlagbar oder von diesem Druck entlastbar
ist, ist der Systemdruck trotz des an sich nicht regelbaren Druckreglers variierbar.
Denn der Systemdruck hängt
dann davon ab, ob der in der Vorlaufleitung und/oder in der Rücklaufleitung
herrschende Druck in die weitere Druckkammer eingespeist oder ob
diese druckentlastet wird, so dass mit Hilfe der Erfindung zumindest
zwei unterschiedliche Systemdrücke
darstellbar sind, welche der mechanische Druckregler einregeln kann, ohne
dass hierzu Drucksensoren oder eine Regelelektronik notwendig wären. Folglich
kann mit Hilfe der Erfindung der Systemdruck auf einfache und kostengünstige Weise
variiert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch
1 angegebenen Erfindung möglich.
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In
bevorzugter Weise ist der Druckregler ein Membrandruckregler und
das Ventilschließglied
wird von einer Membran getragen, welche die beiden Druckkammern
zumindest teilweise begrenzt.. Die Mittel sind beispielsweise in
einer von der Vorlaufleitung und/oder von der Rücklaufleitung abzweigenden
und in die weitere Druckkammer mündenden Druckleitung
angeordnet.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
können
die Mittel wenigstens ein Magnetventil beinhalten, welches die weitere
Druckkammer einerseits mit der Vorlaufleitung und/oder mit der Rücklaufleitung oder
andererseits mit einer Drucksenke verbindet, vorzugsweise wird das
Magnetventil durch ein 2/3-Wegemagnetventil gebildet. Gemäß einer
ersten Schaltstellung schaltet das 2/3-Wegemagnetventil den in der
Rücklaufleitung
des Membrandruckreglers herrschenden Druck in die weitere Druckkammer durch,
in der zweiten Schaltstellung wird Letztere mit der Drucksenke verbunden,
so dass entsprechend der Anzahl der Schaltstellungen des 2/3-Wegemagnetventils
zwei Systemdrücke
darstellbar sind. Das 2/3-Wegemagnetventil wird vorzugsweise von
einem zentralen Motorsteuergerät
der Brennkraftmaschine angesteuert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung
können die
Mittel ein 2/2-Wegemagnetventil beinhalten, welches eine Strömungsverbindung
von der Rücklaufleitung
zu der weiteren Druckkammer sperrt oder duchschaltet sowie eine
Drossel mit festem Strömungsquerschnitt, über welche
die weitere Druckkammer mit dem Kraftstoffreservoir in Verbindung
steht. Das 2/2-Wegemagnetventil
wird vom Motorsteuergerät beispielsweise
getaktet ansteuert, um einen bestimmten Druck in der weiteren Druckkammer
zu erzeugen. Dann hängt
der eingeregelte Systemdruck unter anderem von der Öffnungszeit
des 2/2-Wegemagnetventils und vom Strömungsquerschnitt der Festdrossel
ab.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, dass die Mittel eine hinsichtlich ihres Strömungsquerschnitts
variabel einstellbare Drossel beinhalten sowie eine Drossel mit
festem Strömungsquerschnitt, über welche
die weitere Druckkammer mit dem Kraftstoffreservoir in Verbindung
steht. Dann kann der Druck in der weiteren Druckkammer abhängig von dem
jeweils an der Drossel eingestellten Strömungsquerschnitt stufenlos
variiert werden, wobei die Abströmung
des Kraftstoffs durch die Festdrossel erfolgt. Dabei kann der Fachmann
abhängig
vom geforderten Systemdruckbereich den Bereich des einstellbaren
Strömungsquerschnitts
und den Strömungsquerschnitt
der Festdrossel festlegen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
die Ansteuerung der Mittel in Abhängigkeit eines von einem im
Druckbereich angeordneten Drucksensor gemessenen Ist-Drucks erfolgt.
Durch Vergleich des Ist-Drucks mit einem bedarfsorientierten Soll-Druck
kann ein Steuersignal an eine Drossel mit variablem Strömungsquerschnitt
analog dem vorangehenden Ausführungsbeispiel
ausgegeben wird, um den Druck im Systemdruckbereich bedarfsabhängig stufenlos
zu regeln.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den restlichen Unteransprüchen
beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1 ein
schematisches Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems;
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2 ein
schematisches Schaltschema einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems;
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3 schematisches
Schaltschema einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das
in 1 insgesamt mit 1 bezeichnete Kraftstoffversorgungssystem
dient beispielsweise zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine eines
Fahrzeugs und beinhaltet als wesentliche Bauelemente eine innerhalb
eines Dralltopfes 2 eines Kraftstoffbehälters 4 gehaltene
Tankeinbaueinheit 6 umfassend eine Kraftstoffpumpe 8 mit
einem vorlaufseitigen Saugfilter 10, ein bezogen auf die
Kraftstoffpumpe 8 in einer druckseitigen Druckleitung 12 angeordnetes
Rückschlagventil 14,
einen Kraftstofffilter 15 sowie einen mit Einspritzventilen 16 in
Strömungsverbindung
stehenden Kraftstoffzuteiler 18 oder eine Benzin- oder
Dieselhochdruckpumpe.
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Von
einem bezogen auf das Rückschlagventil 14 stromabwärtigen Abschnitt
der Druckleitung 12 zweigt an einer Verzweigungsstelle 20 eine
Vorlaufleitung 22 eines Druckreglers 24, insbesondere
eines Membrandruckreglers ab. Bei dem Membrandruckregler 24 ist
abhängig
von dem über
die Vorlaufleitung 22 zugeführten, in der Druckleitung 12 herrschenden
Druck ein Ventilschließglied 26 gegen
die Wirkung eines dieses in Schließstellung drängenden Federelements 28 von
einem Ventilsitz 30 in eine Öffnungsstellung abhebbar, um
Kraftstoff in eine mit dem Dralltopf 2 des Kraftstoffbehälters 4 in
Verbindung stehende Rücklaufleitung 32 zurückzufördern.
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Der Öffnungsdruck,
bei welchem das Ventilschließglied 26 vom
Ventilsitz 30 abhebt, hängt
auch von der Federrate des Federelements 28 ab, das hier vorzugsweise
als Schraubenfeder ausgeführt
ist. Das Ventilschließglied 26 wird
von einer Membran 34 getragen, die ein Gehäuse 36 des
Membranreglers 24 in zwei Druckkammern teilt, nämlich in
eine in 1 obere Druckkammer 38,
in welcher die Schraubenfeder 28 untergebracht ist und
eine in 1 untere Druckkammer 40,
in welche die Vorlaufleitung 22 mündet und in welcher der Ventilsitz 30 an einer
rohrförmigen,
nach innen gerichteten Ausformung 42 des Gehäusebodens
ausgebildet ist, die mit der Rücklaufleitung 32 in
Strömungsverbindung steht.
Die Membran 34 ist mit ihren Rändern am Gehäuse 36 des
Membrandruckreglers 24 befestigt und ist derart elastisch,
dass das Ventilschließglied 26 vom
Ventilsitz 30 abheben kann, um eine Strömungsverbindung zwischen der
Vorlaufleitung 22 und der Rücklaufleitung 32 herzustellen.
Sie bildet weiterhin eine Druckangriffsfläche für die in den beiden Druckkammern 38, 40 jeweils
herrschenden Drücke.
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Nicht
zuletzt sind Mittel vorgesehen sind, durch welche die obere Druckkammer 38 mit
einem in der Vorlaufleitung 22 und/oder in der Rücklaufleitung 32 herrschenden
Druck beaufschlagbar oder von diesem Druck entlastbar ist. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
sind diese Mittel in einer von der Rücklaufleitung 32 abzweigenden
und in die obere Druckkammer 38 mündenden Druckleitung 44 angeordnet
und bestehen in einem Magnetventil 46, welches die obere
Druckkammer 38 mit der Rücklaufleitung 32 oder
mit einer Drucksenke verbindet. Diese Funktionalität kann beispielsweise
durch ein federbelastetes 2/3-Wegemagnetventil 46 realisiert sein,
wobei sein erster Anschluss mit der Rücklaufleitung 32 ,
sein zweiter Anschluss mit der oberen Druckkammer 38 und
sein dritter Anschluss mit einer Drucksenke 48 oder mit
der Atmosphäre
in Strömungsverbindung
steht. Gemäß einer
ersten Schaltstellung schaltet das 2/3-Wegemagnetventil den in der Rücklaufleitung 32 des
Membrandruckreglers 24 herrschenden Druck in die obere
Druckkammer 38 durch, in der zweiten Schaltstellung wird
Letztere mit der Drucksenke 48 verbunden. Das 2/3-Wegemagnetventil 24 wird
von einem Steuergerät,
welches vorzugsweise durch ein zentrales Motorsteuergerät 50 der
Brennkraftmaschine gebildet wird, angesteuert.
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Von
der Rücklaufleitung 32 zweigt
an einer weiteren Verzweigungsstelle 52 eine Saugstrahlpumpenleitung 54 ab,
welche sich beispielsweise in mehrere, vorzugsweise in zwei Einzelleitungen 56 verzweigend
in jedem Zweig 56 eine von Kraftstoff durchflossene Saugstrahlpumpe 58 beinhaltet,
wobei die Einzelleitungen 56 in den Dralltopf 2 münden. Der Dralltopf 2 dient
zum einen als Kraftstoffreservoir, zum andern verhindert er, dass
bei starker Seitenbeschleunigung die Kraftstoffpumpe 8 kurzzeitig
keinen Kraftstoff mehr ansaugen kann, weil dieser fliehkraftbedingt
in einem von der Saugseite entfernten Abschnitt des Kraftstoffbehälters 4 konzent riert
ist. In dem von Kraftstoff durchströmten Zustand saugen die Saugstrahlpumpen 58 Kraftstoff
aus dem außerhalb
des Dralltopfs 2 gelegenen Bereich des Kraftstoffbehälters 4 in
die beiden Einzelleitungen 56 hinein und sorgen in bekannter
Weise für
einen konstanten Kraftstoffpegel innerhalb des Dralltopfes 2.
Der Druck in der Rücklaufleitung 32 wird
weiterhin durch einen Druckregler 60, vorzugsweise durch
ein Kugel-Feder-Ventil geregelt.
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Vor
diesem Hintergrund ist die Funktionsweise des Kraftstoffversorgungssystems 1 wie
folgt Bei Lastbetrieb der Brennkraftmaschine saugt die Kraftstoffpumpe 8 Kraftstoff
aus dem Dralltopf 2, wobei der Kraftstoffstrom unter Wirkung
des Kraftstoffdrucks das Rückschlagventil 14 öffnet und
ein Teil des Kraftstoffstroms an der Verzweigungsstelle 20 über die
Druckleitung 12 dem Kraftstoffzuteiler 18 zugeführt wird,
um über
die Einspritzventile 16 in Brennräume der Brennkraftmaschine
eingespritzt zu werden. Der andere Teil des Kraftstoffstroms gelangt über die
Vorlaufleitung 22 in die untere Druckkammer 40 des
Membrandruckreglers 24 und baut dort folglich an der Membran 34 einen
Druck auf, welcher dem Systemdruck in der Druckleitung 12 entspricht. Gegen
die aus diesem Systemdruck resultierende Druckkraft wirkt zum einen
die Federkraft der Schraubenfeder 28 sowie die Druckkraft,
die sich aus dem in der oberen Druckkammer 38 anstehenden
Druck ergibt. Dieser Druck hängt
von der jeweiligen Schaltstellung des 2/3-Wegemagnetventils 46 ab,
welche durch das Motorsteuergerät 50 gesteuert
wird. Befindet es sich in der ersten Schaltstellung, wird der in der
Rücklaufleitung 32 herrschende
Druck in die obere Druckkammer 38 durchgeschaltet. In der
zweiten Schaltstellung steht dort indes der Atmosphärendruck
an, weil das 2/3-Wegemagnetventil die Drucksenke 48 zuschaltet.
Der Systemdruck in der Druckleitung 12 ist demnach abhängig von
der Schaltstellung des 2/3-Wegemagnetventis
in zwei Stufen variierbar, wobei sich an der Membran 34 jeweils
ein festes Druckverhältnis
einstellt, je nachdem, ob in der oberen Druckkammer 38 Atmosphärendruck
oder der Druck in der Rücklaufleitung 32 herrscht.
Ist folglich die aus der Federkraft und die aus dem in der oberen
Druckkammer 38 jeweils herrschenden Druck resultierende
Kraft auf die Membran 34 größer als die auf dem Systemdruck
in der Vorlaufleitung 22 basierende Druckkraft in der unteren
Druckkammer 40, so hält
das Ventilschließglied 26 den
Ventilsitz 30 geschlossen. Steigt andernfalls der in der
unteren Druckkammer herrschende Systemdruck über einen vorgegebenen Druck
an, welcher unter anderem von der Schaltstellung des 3/2-Wegemagnetventils 46 und
der Federrate der Schraubenfeder 28 abhängt, so hebt das Ventilschließglied 26 vom
Ventilsitz 30 ab und überschüssiger Kraftstoff
kann über
die Rücklaufleitung 32 in
den Kraftstoffbehälter 4 zurück strömen. Dadurch
können
auch die Saugstrahlpumpen 58 Kraftstoff aus dem außerhalb
des Dralltopfes 2 gelegenen Bereich des Kraftstoffbehälters 4 in
den Dralltopf 2 hineinsaugen.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach 2 sind die gegenüber dem
vorhergehenden Beispiel gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile
durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied
zum ersten Ausführungsbeispiel
ist in der von der Rücklaufleitung 32 abzweigenden
und in die obere Druckkammer 38 mündenden Druckleitung 44 eine
von dem Motorsteuergerät 50 ansteuerbare
Drossel 62 oder ein proportionales Regelventil mit variabel
einstellbarem Strömungsquerschnitt
angeordnet, wobei der Strömungsquerschnitt
von Null, d.h. gesperrter Druckleitung 44 bis zu einem
maximalen Wert einstellbar ist. Weiterhin steht die obere Druckkammer 38 über eine Leitung 63 mit
dem Dralltopf 2 in Verbindung, in welcher eine Festdrossel 64 mit
konstantem Strömungsquerschnitt
angeordnet ist. Dann kann der Druck in der oberen Druckkammer 38 abhängig von
dem jeweils an der Drossel 62 eingestelltem Strömungsquerschnitt
stufenlos variiert werden, wobei die Abströmung des Kraftstoffs durch
die Festdrossel 64 erfolgt. Dabei kann der Fachmann abhängig vom
geforderten Systemdruckbereich den Bereich des einstellbaren Strömungsquerschnitts
der Drossel 62 und den Strömungsquerschnitt der Festdrossel 64 festlegen.
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Anstatt
einer Drossel mit variablem Strömungsquerschnitt
kann auch ein 2/2-Wegemagnetventil 62 in der Druckleitung 44 vorgesehen
sein, das entweder die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 32 und
der oberen Druckkammer 38 sperrt oder freischaltet. In
der aus der oberen Druckkammer 38 herausführenden
Leitung 63 ist weiterhin die Festdrossel 64 vorhanden.
Das 2/2-Wegemagnetventil wird vom Motorsteuergerät 50 beispielsweise
getaktet ansteuert, um einen bestimmten Druck in der oberen Druckkammer 38 zu
erzeugen. Dann hängt
der in der Druckleitung 12 eingeregelte Systemdruck unter anderem
von der Öffnungszeit
des 2/2-Wegemagnetventils
und vom Strömungsquerschnitt
der Festdrossel 64 ab.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform misst ein Drucksensor 66 den
Ist-Systemdruck in der Druckleitung 12 und sendet über eine
Signalleitung 68 ein entsprechendes Signat an das zentrale
Motorsteuergerät 50,
in welchem abhängig
von einer Regeldifferenz zwischen dem Ist-Systemdruck und einem bedarfsorientierten
Soll-Systemdruck über
eine elektrische Leitung 70 ein Steuersignal an eine Drossel 62 mit
variablem Strömungsquerschnitt
analog dem Ausführungsbeispiel
von 2 ausgegeben wird, um den Systemdruck in der Druckleitung 12 bedarfsabhängig stufenlos
zu regeln. Im Unterschied zu den beiden vorangehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
zweigt die in die obere Druckkammer 38 mündende Druckleitung 44 jedoch nicht
von der Rücklaufleitung 32,
sondern von der Vorlaufleitung 22 ab, so dass in der oberen
Druckkammer 38 der Systemdruck der Druckleitung 12 anstehen
kann. Denkbar ist auch, den in die obere Druckkammer 38 eingebrachten
Druck teilweise von der Rücklaufleitung 32 und
von der Vorlaufleitung 22 abzuzweigen.