WO2004053325A1

WO2004053325A1 - Vorrichtung zur aufrechterhaltung eines solldruckes im kraftstoff-hochdruckspeicher eines speichereinspritzsystems

Info

Publication number: WO2004053325A1
Application number: PCT/DE2003/002515
Authority: WO
Inventors: Math Lemoure
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2005-06-06
Also published as: DE10257134A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Solldruckes in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) eines Speichereinspritzsystems eines Verbrennungsmotors vorgestellt, die einen Drucksensor (36), eine Hochdruckpumpe (30) und eine Zumesseinheit (32) aufweist. Die Zumesseinheit (32) besitzt eine Durchflusskennlinie. Der Drucksensor (36) stellt ein Signal bereit, das den Druck im Kraftstoff-Hochdruckspeicher angibt, und die Zumesseinheit (32) begrenzt die von der Hochdruckpumpe (30) an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher gelieferte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors, indem sie die Kraftstoffmenge beschränkt, die an die Hochdruckpumpe geliefert wird. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Durchflusskennlinie bei einem Durchfluss, der dem Leerlaufbedarf des Verbrennungsmotors entspricht, einen so flachen Verlaufaufweist, dass im ungestörten Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors auftretende Änderungen des Drucksensorsignals nicht zu einer Unterbrechung der von der Hochdruckpumpe gelieferten Kraftstoffmenge führen. Weiter wird eine Zumesseinheit (32) mit einer solchen Kennlinie vorgestellt.

Description

Vorrichtung zur Aufrechterhaltunq eines Solldruckes im Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Speichereinspritzsystems

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Solldruckes in einem Kraftstofr- Hochdruckspeicher eines Speichereinspritzsystems eines Verbrennungsmotors, mit einem Drucksensor, einer Hochdruckpumpe und einer Zumesseinheit, die eine Durchflusskennlinie aufweist, wobei αer Drucksensor ein Signal bereitstellt, dass den Druck im Kraftstoff- Hochdruckspeicher angibt, und die Zumesseinheit die von der Hochdruckpumpe an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher gelieferte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors begrenzt, indem die Zumesseinheit die Kraftstoffmenge beschrankt, die an die Hochdruckpumpe geliefert wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Zumessung von Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe zur Aufrechterhaltung eines Solldruckes in einem Kraftstoff- Hochdruckspeicher eines Speichereinspritzsystems eines Verbrennungsmotors mit einem Drucksensor, wobei die Vorrichtung eine Zumesseinheit bildet, die eine Durchflusskennlime aufweist, der Drucksensor ein Signal bereitstellt, das den Druck im Kraftstoff-Hochdruckspeicner angibt, und die Zumesseinheit die von der Hochdruckpumpe an den Kraftstoffhochdruckspeicher gelieferte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors begrenzt, n dem Sie die Kraftstoffmenge beschrankt, die an d e Hochdruckpumpe geliefert wird.

Derartige Vorrichtungen werden bei Common-Rail- Emspπtzsystemen für Diesel-Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung in Serie verwendet.

Dabei entspricht das Common-Rail einem Kraftstoff- Hochdruckspeicher, aus dem mehrere Einspritzdüsen oder Injektoren mit Kraftstoff versorgt werden. Der Kraftstoff- Hochdruck pflanzt sich über Hochdruckleitungen zu den Injektoren fort und wird über elektrische Betätigung eires Stellgliedes im Injektor auf Einspritzoffnungen im Injektor freigegeben. Der Kraftstoff-Hochdruck im Common-Rail wird von einer Hochdruckpumpe erzeugt, die über eine Niederdruckpumpe und vorgeschaltete Kraftstofff llter mit Kraftstoff aus einem Tank versorgt wird.

Der Druck im Common-Rail wird über einen Druckseπsor erfasst und in einem Steuergerat mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Bei Abweichungen des IST- ertes von dem Sollwert wird die von der Hochdruckpumpe geforderte Kraftstoffmenge hochdruckseitig und/oder niederdruckseir ια begrenzt. Zur hochdruckseitigen Begrenzung ist es bekannt, ein am Common-Rail angeordnetes Druckregelventil anzusteuern, das bei zu hohem Raildruck den von der Hochdruckpumpe gelieferten überschüssigen Kraftstoff über eine Leckageleitung zum Kraftstofftank leitet. Auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe wird bei bekannten Systemen eine zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnete Zumesseinheit verwendet, die die von der Niederdruckpumpe an die Saugseite der Hochdruckpumpe gelieferte Kraftstoffmenge begrenzt. Diese saugseitige Begrenzung besitzt den Vorteil, dass lediglich diejenige Kraftstoffmenge über die Hochdruckpumpe gefordert wird, die vom Verbrennungsmotor in seinem aktuellen Betriebspunkt benotigt wird, wobei Einspritzdruck, Einspritzmenge und Leckagemengen eine Rolle spielen. Dadurch wird keine unnötige Verdichtungsenergie verbraucht. Mit anderen Worten: Es wird keine Energie verbraucht, um den Druck einer Kraftstoff-Uberschussmenge, die vom Verbrennungsmotor nicht benotigt wird, auf Raildruckniveau zu heben. Dadurch wird die Leistungsaufnahme der Hochdruckpumpe verringert, was zu einem möglichst effizienten Betrieb des Verbrennungsmotors beitragt.

Andererseits kann es in der kalten Jahreszeit erwünscht sein, den Kraftstoff zu erwarmen, um eine temperaturbedingte Ausscheidung von Paraffin aus dem Kraftstoff zu verhindern. In diesem Fall fordert die Hochdruckpumpe mit dem maximalen Fordervolumen Kraftstoff m das Common Rail. Über das oben genannte Druckregelventil am Common Rail wird die im aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors nicht benotigte und damit uoerschuss ige Kraf stoffmenge abgeleitet. Die erhöhte Kraftstoffforderung durch die Hochdruckpumpe hat einen Energieeintrag in den Kraftstoff zur Folge, der den Kraftstoff erwärmt, was der Ausscheidung entgegenwirkt. Mit anderen Worten: In diesem Fall wird die Hochdruckpumpe nicht saugseitig, sondern hochdruckseitig durch das oben genannte Druckregelventil am Common-Rail gedrosselt. Das Anheben des

Kraftstoffdruckniveaus durch die Hochdruckpumpe hat einen Energieeintrag in den Kraftstoff zur Folge, der sich m dem Kreis aus Tank, Niederdruckpumpe, Hochdruckpumpe, Druckregelventil und Tank in einer gewünschten Erwärmung des Kraftstoffs im Tank abbildet.

Bei Systemen, die sowohl über eine Steuer- und/oder regelbare Zumesseinheit zwischen Niederdruckpumpe und Hochdruckpumpe als auch über ein hochdruckseitig angeordnetes Druckregelventil verfugen, kann daher zwischen einer hochdruckseitigen Begrenzung durch das Druckregelventil und einer niederdruckseitigen Begrenzung durch die Zumesseinheit umgeschaltet werden.

Im Leerlauf besitzt ein Verbrennungsmotor bekanntlich einen vergleichsweise geringen Kraftstoffbedarf. Aus diesem Grund ist die von der Hochdruckpumpe an das Common-Rail als Kraftstoff-Hochdruckspeicher zu liefernde Kraf stoffmenge vergleichsweise gering. Bei einer saugseitigen Begrenzung der Fordermenge der Hochdruckpumpe durch e ne geregelte Zumesseinheit sind im Leerlauf des Verbrennungsmotors unerwünschte Schwankungen des Druckes im Kraftstoff- Hochdruckspeicher beobachtet worden. Diese Druckschwankungen traten erst oberhalb einer bestimmten Betπebsstundenz.ahl, die bei Kraftfahrzeugen einer Kilomterlaufleistung von etwa 10.000 km entspricht, auf. Ihre Amplitude betrug etwa +/- 20 bar bei einem Raildruckniveau in der Größenordnung von etwa 300 bar. Diese Druckschwankungen können durch alterungsabhangige und/oder fertigungsabhangige Streuungen der verwendeten Systemkomponenten verursacht und/oder verstärkt werden.

Insbesondere alterungsbedingte Streuungen können sich mit zunehmender Kilometerlaufleistung weiter verandern, so dass eine weitere Vergrößerung solcher Druckschwankungen bis zu einer Größenordnung, in der sie möglicherweise für einen Fahrer spurbar werden, möglich erscheint. Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors beobachteten Druckschwankungen im Kraftstoff- Hochdruckspeicher zu verhindern, ohne dabei Einbußen in der Effizienz des Verbrennungsmotorbetriebs hervorzurufen. Eine solche Einbuße wurde sich beispielsweise daraus ergeben, dass im Leerlauf des Verbrennungsmotors bewusst eine größere Menge an Kraftstoff an den Kraftstoff- Hochdruckspeicher geliefert wird, als über die Injektoren in Verbrennungsraume des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Die überschüssige Kraftstoffmenge konnte über das oben genannte Druckregelventil zum Tank abgeleitet werden. Neben einer Wirkungsgradeiήbuße wurde dieses Vorgehen aber ein Druckregelventil zwischen Hochdruckpumpe und Kraftstoff-Hochdruckspeicher zwingend erfordern. Die Aufgabe der Erfindung besteht jedoch auch darin, die beobachteten Raildruckschwankungen auch bei Systemen ohne hochdruckseitiges Druckregelventil zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Solldruckes in einem Kraftstoff- Hochdruckspeicher der eingangs genannten Art dadurch gelost, dass die Durchflusskennlinie bei einem Durchfluss, der dem Leerlaufbedarf des Verbrennungsmotors entspricht, einen so flachen Verlauf aufweist, das im ungestörten Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors auftretende Änderungen des Drucksensorsignals nicht zu einer Unterbrechung der von der Hochdruckpumpe gelieferten Kraftstoffmenge fuhren.

Ferner wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Zumessung von Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelost, dass die Durchflusskennlinie bei einem Durchfluss, der dem Leerlaufbedarf des Verbrennungsmotors entspricnt, einen so flachen Verlauf aufweist, dass im ungestörten Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors auftretende Änderungen des Drucksensorsignals nicht zu einer Unterbrechung der von der Hochdruckpumpe gelieferten Kraftstoffmenge fuhren.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die beobachteten unerwünschten Raildruckschwankungen durch Unterbrechungen der Lieferung von Kraftstoff von der Hochdruckpumpe an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher verursacht werden. Als Hochdruckpumpen für Speichereinspritzsysteme werden üblicherweise Radialkolbenpumpen verwendet. Diese Radialkolbenpumpen weisen saugseitig Ventile auf, die erst oberhalb eines vorbestimmten Offnungsdruckes offnen.

Bei einer zu starken Androsselung der Hochclruc pumpe α i^-h die Zumesseinheit kann es dazu kommen, dass diese Ventile nicht offnen, die Hochdruckpumpe daher keinen Kraftstoff ansaugt und daher auch hochdruckseitig keinen Kraftstoff liefert. Dies fuhrt zu einem Absinken des Raildruckes, das vom Drucksensor registriert wird und eine Verringerung αer Androsselung durch die Zumesseinheit auslost. Dadurcn ..ird der Offnungsdruck der Ventile an der Saugseite der Hochdruckpumpe wieder überschritten und die Hochdruckpumpe beginnt wieder zu fordern. Dadurch steigt der Druck im Kraftstoff-Hochdruckspeicher wieder an, was über den Drucksensor registriert wird und zu einer verstärkten Androsselung der Hochdruckpumpe durch die Zumesseinheit fuhrt.

Die periodische Wiederholung dieses Zyklusses fuhrt zu den beobachteten unerwünschten

. Die erfmdungsgemaß flach ausgestaltete Durchfluss ennlinie der Zumesseinheit bewirkt, dass sich die Androsselung auf der Saugseite der Hochdruckpumpe feiner, gleichmäßiger und mit geringerer Schwankungsbreite regulieren lasst. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Unterschreiten der Of nungsdruC e der Ventile an der Saugseite der Hochdruckpumpe vermieden werden. Als Folge werden Unterbrechungen der Forderung der Hochdruckpumpe vermieden, was einen zugehörigen Abfall des Raildrucks vermeidet. Bereits dadurch kommt es zu weniger stark ausgeprägten Gegenreaktionen der Zumesseinheit, so dass sich insgesamt eine gleichmaßigere Androsselung der Saugseite der Hochdruckpumpe einstellt. Diese vorteilhaften Wirkungen werden ohne Einbußen beim Wirkungsgrad des Hochdruckpumpenbetriebes, also inbesondere ohne eine Vergrößerung einer von der Hochdruckpumpe bereitgestellten Uberschussmenge an Kraftstoff, erreicht.

Im Endeffekt wird dadurch die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, vollkommen gelost.

Es ist bevorzugt, dass die Zumesseinheit einen Durchflussquerschnitt aufweist, der die an die Hochdruckpumpe gelieferte Kraftstoffmenge mitbestimmt und der in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors variabel

Durch diese Ausgestaltung wird ein variabler Durchflussquerschnitt zur Androsselung der Hochdruckpumpe verwendet. Ein variabler Durchflussquerschnitt ist, beispielsweise im Vergleich zum digitalen Offnen und/odex Schließen eines konstanten Durchflussquerschnittes, besonders gut für eine gleichmäßige Drosselung geeignet. Grundsätzlich wird die Zumesseinheit in Abhängigkeit vom Fahrverhalten- und Druckkennfeld gesteuert oder geregelt, dass die zur Hochdruckpumpe gelieferte Kraftstoffmenge begrenzt wird. Über den Drucksensor wird der aktuelle Druck im Rail gemessen und mit dem Solldruck vergleichen. Entsprechend dem Vergleichsergebnis wird über die Zumesseinheit die an die Hochdruckpu pe zu liefernde Kraftstoffmenge variiert.

Es ist weiter bevorzugt, dass der Durchflussquerschr itt durch den freien Querschnitt einer Öffnung in einer Wandung eines Zylinders bestimmt wird, wobei die Öffnung dur^h einen in dem Zylinder beweglichen Steuerkolben ganz oder teilweise abdeckbar ist, so dass sich der freie Querschnitt mit der Position des Steuerkolbens im Zylinder ändert .

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sich die Position eines Steuerkolbens, der in einem Zylinder beweglich ist, stetig und genau variieren lasst, so da s sich als Folge eine stetige und genaue Variation des freien Querschnitts, der den Durchflussquerschnitt bestimmt, einstellt .

Es ist weiter bevorzugt, dass der Steuerxolben hohl ausgeführt ist, und eine Öffnung aufweist, so dass der freie Querschnitt durch eine Uberdeckung der Öffnung in der Wandung des Zylinders und der Öffnung in dem Steuerkolben definiert ist.

Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass die Veränderung des Durchflussquerschnitts in Abhängigkeit von der Position des Steuerkolbens durch eine geänderte Große und Form der Öffnung im Steuerkolben beeinflussbar isc. Dies ermöglicht die Realisierung verschiedener Durchflusskennlinien und Durchflussmengen einer Zumesseinheit durch Verwendung verschiedener Steuerkolben. Dadurch wird die Verwendung von Standardkomponen^en einer Zumesseinheit für eine Vielzahl von Hochdruckpumpen und Verbrennungsmotoren möglich, wobei die

Standardzumesseinheit lediglich durch Verwendung eines entsprechenden Steuerkolbens an einen bestimmten Hochdruckpumpentyp und/oder Verbrennungsmotortyp angepasst werden muss .

Es ist weiter bevorzugt, dass das elektromagnetische Stellelement eine Spule und einen in der Spule beweglichen Anker aufweist und dass die Auslenkung des Ankers aus einer Ruhelage proportional zu einem durch die Spule fließenden elektrischen Strom erfolgt.

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sich die Position des Steuerkolbens durch eine technisch leicht beherrschbare Änderung eines Spulenstroms steuern lasst. Anstelle einer reinen Proportionalität kommt selbstverständlich auch eine anders geartete Abhängigkeit der Ankerauslenkung vom Spulenstrom in Frage.

Es ist weiter bevorzugt, dass ein Tastverhaltms des durch die Spule fließenden elektrischen Stroms in Abhängigkeit vom Signal des Stromsensors variiert wird.

Diese Ausgestaltung liefert den weiteren besonderen Vorteil, dass der Mittelwert der mit dem Tastverhaltms schwankenden Stromstarke eine mittlere Steuerkolbenposit lon einstellt und dass, bei angepasster Wahl der Tastverhaltnis-Frequenz, die Schwankung der Stromstarke zusätzlich als Dither-Signal wirkt, dass den Steuerkolben n eine schnelle Oszillation geringer Amplitude um se ne Mittellage herum versetzt. Dadurch wird das Entstehen eιn°r Haftreibung verhindert und das Losbrechmoment de Steuerkolbens bei einer gewünschten Veränderung seiner Position verringert. Es ist weiter bevorzugt, dass der Querschnitt im stromlosen Zustand ganz geöffnet ist.

Diese Ausgestaltung bewirkt vorteilhafterweise, dass der Durchflussquerschnitt im Fehlerfall ganz geöffnet ist, was eine unerwünschte Androsselung der Hochdruckpumpe verhindert und damit die Verfügbarkeit des Common Rail Systems sicherstellt. Eine solche unerwünschte Androsselung konnte sonst dazu fuhren, dass die Fordermenge der Hochdruckpumpe stark beschrankt wird, was zu Leistungsembußen des Verbrennungsmotors oder zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs fuhren konnte.

Es ist weiter bevorzugt, dass der flache Verlauf der Kennlinie dadurch erzeugt wird, dass Bewegungen des Steuerkolbens im ungestörten Leerlauf des Verbrennungsmotors zu kleineren Querschnittsanderungen fuhren als beim Betrieb des Verbrennungsmotors außerhalb des Leerlaufs.

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass auch bei einer Standardzumesseinheit, bei der sich der Steuerkolben mit dem Anker proportional zu einer Spulenstromstarl- e bewegt, unterschiedlich flache, nicht-lineare und nichtproportionale Kennlinienverlaufe durch die Form der Offnungen im Zylinder und/oder Steuerkolben erzeugen lassen. Auch dadurch wird die Verwendung von Standardkomponenten einer Zumesseinheit zur Verwenclunα bei verschiedenen Hochdruckpumpen und Verbrennungsmotoren ermöglicht .

Es ist weiter bevorzugt, dass die Konturen der Öffnung im Steuerkolben so festgelegt sind, dass sich ein nicht- lmearer Verlauf der Kennlinie ergibt. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sich der Verlauf der Kennlinie durch die Konstruktion des Steuerkolbens, d.h. durch den Verlauf der Konturen der Öffnung im Steuerkolben, festlegen lasst, so αass die entsprechende Konstruktion verschiedener Steuerkolben einer Anpassung einer Standardzumesseinheit an verschiedene Hochdruckpumpen und/oder Verbrennungsmotoren erlaubt.

Es ist weiter bevorzugt, dass die Zumesseinheit modular aufgebaut ist, wobei verschiedene Steuerkolben mit dem übrigen Bestandteilen der Zumesseinheit kombiniert werden können und wobei sich die verschiedenen Steuerkolben durch verschiedene Formen und Großen der Öffnung im Sceuerkolben unterscheiden.

Durch diese Ausgestaltung wird die Zahl der Teile, die zur Herstellung von Zumesseinheiten für verschiedene Hochdruckpumpen und/oder Verbrennungsmotoren verwendet werden müssen, verringert, wodurch sich eine vereinfachte und kostengünstigere Fertigung und Vorratshaltung ergibt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefugten Figuren.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Allemstellung verwendbar s nd, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zeichnungen

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das technische Umfeld, in dem die Erfindung ihre Wirkung entfaltet;

Figur 2 die Funktion einiger Komponenten aus Figur 1 in der Form eines Ersatzschaltoildes;

Figur 3 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Zumesseinheit 32,

Figur 4 eine Durchflusskennlinie Q ( I ) ;

Figur 5 Kennlinienverlaufe bei einer ersten Ausgestaltung einer Öffnung im Steuerkolben der Zumesseinheit; und

Figur 6 Verlaufe von Kennlinien bei einer zweiten Ausgestaltung der Öffnung im Steuerkolben.

Beschreibung

Die Ziffer 10 in der Figur 1 bezeichnet einen Krc-ftstoff- Hochdruckspeicher (Common-Rail), aus dem Injektoren 12 mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff versorgt werden. Die Injektoren 12 werden durch elektrische Einspritzimpulsbreiten-Signale, die von einem Steuerger t 14 ausgegeben werden, geöffnet, so dass Kraftstoff in die nicht dargestellten Brennraume eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Die Einspritzimpulsbreiten werden im Steuergerat 14 unter Ruckgriff auf im Steuergerat 14 abgelegte Steuerprogramme und Daten unter Verwendung verschiedener Eingangssignale gebildet. Wesentliche Eingangssignale sind das Signal eines Fahrerwunschgebers 16 und das Signal eines Drehzahlgebers 18, der die Drehzahl des Verbrennungsmotors angibt. Die Ziffer 20 stehe stellvertretend für weitere Signalgeber, beispielsweise Luftmassengeber, Temperaturgeber,

Fahrgeschwindigkeitsgeber, etc., die im Steuerger t 14 verarbeitet werden.

Der Kraftstoff wird zunächst aus einem Kraftstoff ank 22 durch eine Zahnradpumpe 24 über einen Vorfilter 26 unα einen Hauptfilter 28 zu einer Hochdruckpumpe 30 geforiert. Üblicherweise ist die Zahnradpumpe 24 an der Hochdruckpumpe 30 angeflanscht, so dass sich beide Pumpen durch eine gemeinsame Welle 31 vom Verbrennungsmotor antreiben lassen. Alternativ zur Zahnradpumpe 24 konnte auch eine Elektrokraftstoffpumpe die Niederdruck-Kraf tstof fforderung vom Tank 22 zur Hochdruckpumpe 30 übernehmen.

Über interne Versorgungskanale fließt der von der Zahnradpumpe 24 mit Niederdruck geforderte Kraftstoff (Druck im Tank 22 plus etwa 3,5 bis 6,0 bar) an die Zumesseinheit 32, die der Hochdruckpumpe 30 stromungsmaßig vorgeschaltet ist. Die Zumesseinheit 32 drosselt die Kraftstoffmenge, die an die Saugseite der Hochdruckpumpe 30 strömt, in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal an, das vom Steuergerat 14 bereitgestellt wird. Die

i n die Hochdruckpumpe 30 gelieferte Kraftstoffmenge wird von der Hochdruckseite der Hochdruckpumpe 30 parallel an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 und an ein Druckregelventil 34 geliefert, das ebenfalls vom Steuergerat 14 gesteuert/geregelt wird.

Bei geöffnetem Druckregelventil 34 fließt der von der Hochdruckpumpe 30 geforderte Kraftstoff über das Druckregelventil 34 zum Tank 22 zurück. Darüber hinaus weisen die Injektoren eine Leckagemenge auf, die ebenfalls an den Tank zurückgeführt werden uss. Be geschlossenem Druckregelventil 34 fließt der von der Hochdruckpumpe 30 geforderte Kraftstoff dagegen in den Kraftstoff- Hochdruckspeicher 10 und erhöht den Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 10. Dieser Druck wird von einem Drucksensor 36 registriert, der ein entsprechendes Signal an das Steuergerat 14 liefert. Wie bereits eingangs erwähnt, steuert das Steuergerat 14 in der Folge die Zumesseinheit 32 und/oder das Druckregelventil 34 so an, dass sich im Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 der gewünschte Kraftstoffdruck einstellt.

Figur 2 verdeutlicht durch die sequentielle Anordnung der Zahnradpumpe 24, die allgemeiner als Niederdruckpumpe 24 bezeichnet werden kann, der Zumesseinheit 32 und der Hochdruckpumpe 30, zunächst den Kraftstofffluss zwischen Hauptfilter 28 und Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10. Wie bereits beschrieben, drosselt die Zumesseinheit 32 den von der Niederdruckpumpe 24 bereitgestellten Kraftstoffström an der Saugseite der Hochdruckpumpe 30. In der Darstellung der Figur 2 ist die Hochdruckpumpe 30 eine Radialkolbenpu pe mit drei Pumpenelementen 38, die jeweils einen Pumpenkolben 42 aufweisen, der in einem Pumpzylinder 40 beweglich geführt und durch eine exzentrische Antriebswelle 31 betätigt wird.

Durch periodisches Betätigen der Pumpenkolben 40 saugt die Hochdruckpumpe 30 Kraftstoff von ihrer Saugseite 50 über Niederdruckventile 44 in Pumpenzylinder 42 und fordert den Kraftstoff unter hohem Druck über Hochdruckventile 46 an die Hochdruckseite 54 der Hochdruckpumpe 30 und anschließend an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 und das Druckregelventil 34. Figur 2 zeigt noch eine sog. Null- Förderdrossel 52, über die Kraftstoff von der Saugseite 50, der nicht von den Pumpenelementen 38 der Hochdruckpumpe 30 angesaugt wird, zum Eingang der Niederdruckpumpe 24 oder auch zum Tank 22 zurückströmen kann. Be starker Androsselung durch die Zumesseinheit 32 kann es passieren, dass der Kraftstoffdruck auf der Saugseite 50 der Hochdruckpumpe 30 durch über die Null-Forderdrossel 52 abfließenden Kraftstoff unter den Offnungsdruc. der Niederdruckventile 44 fallt. Die Niederdruc entile 44 offnen dann nicht, was zur Folge hat, dass die Pumpenelemente 38 keinen Kraftstoff von der Saugseite 50 der Hochdruckpumpe 30 ansaugen und daher auch keinen Kraftstoff unter Hochdruck an die Hochdruckseite 54 der Hochdruckforderpumpe 30 liefern.

Wie bereits weiter oben kurz skizziert, kann dies zu einem Absinken des Kraftstoffdruckes in Kraftstoff- Hochdruckspeicher 10 fuhren, der über den Drucksensor 36 und das Steuergerat 14 zu einer gegenläufigen Öffnung jer Zumesseinheit 32 fuhrt. Bei vergleichsweise steiler Kennlinie der Zumesseinheit 32 bewirkt dies einen schnellen Anstieg der von der Hochdruckpumpe 30 geforderten Kraftstoffmenge, was einen Anstieg des Drucks im Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 bewirkt. Die daraus bex ungunstig zusammenwirkenden Systemtoleranzen resultierende periodische Druckschwingung im Kraftstoff-Hochdruckspeicner wird durch eine im kritischen Forderbereich flach verlaufende Kennlinie der Zumesseinheit 32 verhindert. Der kritische Forderbereich ist insbesondere der Leerlaut des Verbrennungsmotors, weil in diesem Betriebszustand des Verbrennungsmotors der Kraftstoffbedarf sehr gering ist, was zu einer starken Androsselung durch die Zumessemhex t 32 mit den beschriebenen Wirkungen fuhren kann.

Figur 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Zumesseinheit 32. Die Zumesseinheit 32 weist ein Kunststoffgehause 56 auf, m das elektrische Anschlüsse 58 eingegossen sind Das Kunststoffgehause 56 ist mit einem magnetischen Topf 64 verbunden, in dem eine Spule 62 durch eine Halterung 63 gehalten wird. In der Spule 62 ist ein Anker 60 beweglich geführt. Der Anker 60 erstreckt sich durch einen magnetischen Kern 66, der mit dem magnetischen Topf 64 verbunden ist. Der magnetische Kern 66 weist einen hohlen Zylinder 69 auf, in dem ein hohler Steuerkolben 68 beweglich gefuhrt ist.

Der Steuerkolben 68 wird durch den Anker 60 gegen die RUckstellkraft einer Feder 70 betätigt. Der Zylinder 69 im magnetischen Kern 66 weist Öffnungen 74 auf, über die eine Ringnut 76 in der Mantelflache des Zylinders 69 mit Kraftstoff von der Niederdruckpumpe 24 versorgt wird. Der Kraftstoff in der Ringnut 76 umspult den Steuerkolben 68 und fließt, wenn sich eine Öffnung im Steuerkolben 68 wenigstens teilweise mit der Ringnut 76 oder den Offnungen 74 in der Mantelflache des Zylinders 69 deckt, durch die Öffnung 72 und das Innere des hohlen Steuerkolbens 68 durch den nach unten offenen Zylinder 69 zur Hochdruckpumpe 30.

Figur 4 zeigt schematisch eine mögliche Kennlinie des Durchflusses Q über dem Spulenstrom I der Zumesseinheit 32. Diese Kennlinie entspricht, wie sich unmittelbar aus der Darstellung der Figur 4 ergibt, einer stromlos offenen Zumesseinheit 32, wie sie bevorzugt verwendet wird.

Figur 5 zeigt rechts oben eine erste Ausgestaltung des Steuerkolbens 68 mit resultierenden Kennlinien 82, 84. Der nicht lineare, gekrümmte Verlauf der Kennlinien 82, 84 ergibt sich als Folge der trapez- oder dreieckformigen Ausgestaltung der Öffnung 72 im Steuerkolben 68.

Im Gegensatz dazu zeigt Figur 6 stuckweise lineare .'erlaufe von Kennlinien 78, 80, wie sie sich bei der Verwendung des in der Figur 6 rechts oben schematisch im Schnitt dargestellten Steuerkolbens 68 ergeben. Der Steuerkolben 68 nach der Figur 6 zeichnet sich durch eine Scnlit zgeometπe aus, bei der ein oberer schmaler Schlitz stufenförmig _xp einen unteren breiteren Schlitz übergeht. Der obere schmale Schlitz ist dem flacher verlaufenden Keil der Kennlinie der Figur 6, also dem gemeinsamen rechts verlaufenden Kennlinienast in der Figur 6, zugeordnet. Der größere Offnungsquerschnitt (breiterer Schlitz) entspricnt den linken Asten der Kennlinien 78, 80, die vergleichsweise steil verlaufen.

Die unterschiedliche Steigung der beiden Kennlinien 78, 80 entspricht unterschiedlich breiten unteren Schlitzen der Öffnung 72 im Steuerkolben 68. Beiden Kennlinien 78, 80 ist der rechts verlaufende flache Kennlinienteil gemeinsam. Ansonsten unterscheiden sich die Kennlinien 78, 80 durch die maximale Durchflussmenge, die bei der Kennlinie 80 wesentlich hoher liegt, als bei der Kennlinie 78. Die Kennlinie 80 ist daher einem Einspritzsystem zugeoidnet, das für einen größeren Kraftstoffbedarf ausgelegt ist . Analoge Betrachtungen gelten für die beiden Kennlinien 82, 84 in der Figur 5.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Solldruckes m einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) eines Speichereinspritzsystems eines ^'Verbrennungsmotors , mit einem Drucksensor (36), einer Hochdruckpumpe (30) und einer Zumesseinheit (32), die eine Durchflusskennlinie (78, 80; 82, 84) aufweist, wobei

- der Drucksensor (36) ein Signal bereitstellt, das den Druck im Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) angibt, und

- die Zumesseinheit (32) die von der Hochdruckpumpe (30) an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) gelieferte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors

(36) begrenzt, indem die Zumesseinheit (32) die Kraftstoffmenge beschrankt, die an die Hochdruckpumpe (30) geliefert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Durchflusskennlinie (78, 80; 82, 84) bei einem Durchfluss, der dem Leerlaufbedarf des Verbrennungsmotors entspricht, einen so flachen Verlauf aufweist, dass im ungestörten Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors auftretende Änderungen des Drucksensorsignals nicht zu einer Unterbrechung der von der Hochdruckpumoe (30) gelieferten Kraftstoffmenge fuhren

2. Vorrichtung zur Zumessung von Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe (30) zur Aufrechterhaltung eines Solldruckes in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) eines Speichereinspritzsystems eines Verbrennungsmotors, mit einem Drucksensor (36), wobei

- die Vorrichtung eine Zumesseinheit (32) bildet, die eine Durch lusskennlinie (78, 80; 82, 84) aufweist,

- die Zumesseinheit (32) die von der Hochdruckpumpe (30) an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) gelieferte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors (36) begrenzt, indem sie die Kraftstoffmenge bescnraπ.f, die an die Hochdruckpumpe (30) geliefert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Durchflusskennlinie (78, 80; 82, 84) bei einem Durchfluss, der dem Leerlaufbedarf des Verbrennungsmotors entspricht, einen so flachen Verlauf aufweist, dass im ungestörten Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors auftretende Änderungen des Drucksensorsignals nicht zu einer Unterbrechung der von der Hochdruckpumpe (30) gelieferten Kraftstoffmenge fuhren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (32) einen Durchflussquerschnitt aufweist, der die an die Hochdruckpumpe (30) gelieferte Kraftstoffmenge mitbes- unrund der in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors (36) variabel ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt durch den freien Querschnitt einer Öffnung (74, 76) in einer Wandung eines Z l--nc.ers (69) bestimmt wird, wobei die Öffnung (74, 76) durch eiren in dem Zylinder (69) beweglichen Steuerkolben (68) ganz oder teilweise abdeckbar ist, so dass sich der freie Querschnitt mit der Position des Steuerkolbens (68) im Zylinder (69) ändert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (68) hohl ausgeführt ist und eine Öffnung (72) aufweist, so dass der freie Querschnitt durch eine Uberdeckung der Öffnung (74, 76) in der Wandung des Zylinders (69) und der Öffnung (72) in dem Steuerkolben (68) definiert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (32) ein elektromagnetisches Stellelement (60, 62) aufweist, mit dem die Position des Steuerkolbens (68) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Stellelement (60, 62) eine Spule (62) und einen in der Spule (62) beweglichen Anker (60) aufweist, und dass die Auslenkung des Ankers (60) aus einer Ruhelage proportional zu einem durch die Spule (62) fließenden elektrischen Strom erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastverhaltms des durch die Spule (62) rließenαen elektrischen Stroms in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors (36) variiert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gexennzeicnnet , dass der Durchflussquerschnitt im stromlosen Zustand ganz geöffnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Verlauf der Kennlinie (78, 80; 82, 84) dadurch erzeugt wird, dass Bewegungen des Steuerkolbens (68) im ungestörten Leerlauf des Verbrennungsmotors zu kleineren Querschnittsanαerungen fuhren als beim Betrieb des Verbrennungsmotors außerhalb des Leerlaufs.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Öffnung (72) im Steuerkolben (68) so festgelegt sind, dass sich ein nichtlinearer Verlauf der Kennlinie (78, 80; 82, 84) ergibt .

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (32) modular aufgebaut ist, wobei verschiedene Steuerkolben (68) mit den übrigen Bestandteilen der Zumesseinheit (32) kombiniert werden können, und wobei sich die verschiedenen Steuerkolben (68) durch verschiedene Formen und Großen der Öffnung (72) m Steuerkolben (68) unterscheiden.