DE102018002014A1

DE102018002014A1 - Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems

Info

Publication number: DE102018002014A1
Application number: DE102018002014.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Andersson; Kim Kylström
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: DE102018002014B4; SE1750325A1; SE542071C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem (5) für einen Verbrennungsmotor, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftstoffsystems. Das Kraftstoffsystem (5) hat einen Kraftstofftank (9), eine Niederdruckkraftstoffpumpe (11) stromab des Kraftstofftanks (9), eine Hochdruckkraftstoffpumpe (13) stromab der Niederdruckkraftstoffpumpe (11), und einen Akkumulator (15) stromab der Hochdruckkraftstoffpumpe (13) zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Einspritzeinrichtung (17). Die Hochdruckkraftstoffpumpe (13) ist eingerichtet, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (9) zu saugen und hat ein kraftstoffgeschmiertes Lager (21) in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffversorgungseingang (20) der Hochdruckkraftstoffpumpe (13). Eine erste Kraftstoffrückführungsleitung (23) verbindet fluidmäßig das kraftstoffgeschmierte Lager (21) mit dem Kraftstofftank (9). Der Akkumulator (15) hat ein Druckeinstellventil (19), welches fluidmäßig an eine zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) angeschlossen ist. Die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) ist eingerichtet, Kraftstoff vom Akkumulator (15) zu dem kraftstoffgeschmierten Lager (21) zu fördern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems und ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor und ein Fahrzeug mit einem derartigen Kraftstoffsystem.
ZUM STAND DER TECHNIK
Ein Verbrennungsmotor, wie ein Diesel-Motor oder ein Otto-Motor, ist mit einem Kraftstoffsystem versehen zum Fördern von Kraftstoff von einem oder mehreren Kraftstofftanks zu dem Einspritzsystem des Verbrennungsmotors. Das Kraftstoffsystem hat eine oder mehrere Kraftstoffförderpumpen, welche mechanisch durch den Verbrennungsmotor oder durch einen Elektromotor angetrieben werden können. Die Kraftstoffpumpen erzeugen eine Kraftstoffströmung und Druck, um den Kraftstoff zum Einspritzsystem des Verbrennungsmotors zu fördern, welches den Kraftstoff in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors einführt.
Zeitgemäße Kraftstoffsysteme haben oftmals zumindest eine elektrisch angetriebene Kraftstoffförderpumpe in einem Niederdruckkreis des Kraftstoffsystems. Durch einen Elektromotor angetriebene Kraftstoffpumpen können durch ein Steuersystem des Fahrzeuges gesteuert werden, hängen nicht ab vom Betrieb des Verbrennungsmotors und können energieeffizient eingesetzt werden und so den Kraftstoffverbrauch reduzieren. Wird jedoch nur eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe eingesetzt und fällt diese aus oder liefert sie nur einen zu geringen Kraftstoffstrom, wird die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor über eine Hochdruckpumpe unterbrochen und der Verbrennungsmotor stoppt. Ist die Hochdruckkraftstoffpumpe kraftstoffgeschmiert, wie beispielsweise gemäß der JP 2012031813A , muss eine Schmierung der Hochdruckpumpe bei Ausfall der Niederdruckkraftstoffpumpe sichergestellt werden. Die Zufuhr von Gleitmittel und Kühlung eines Nockenwellenlagers wird normalerweise durch die elektrisch angetriebene Niederdruckkraftstoffpumpe gewährleistet. Im Falle von Betriebsstörungen der Kraftstoffpumpe kann also auch eine Unterbrechung der Schmierung der Hochdruckpumpe eintreten, was zu einem Festfressen der Pumpe führen kann. Zusätzlich zur Kraftstoffversorgung für die Verbrennung muss also auch sichergestellt werden, dass eine Kraftstoffströmung aufrechterhalten bleibt zum Schmieren bei Ausfall einer elektrisch angetriebenen Förder- oder Versorgungspumpe.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Somit besteht ein Bedarf an einer Redundanz bezüglich der Schmierung einer Hochdruckpumpe bei Ausfall einer Niederdruckkraftstoffförderpumpe stromauf der Hochdruckpumpe. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, eine Redundanz herzustellen, welche im Aufbau einfach und robust ist, keine größere Anzahl an schweren Komponenten benötigt, einfach zu steuern ist und es einem Fahrer ermöglicht, das Fahrzeug in einer Notlauffunktion weiterzubewegen.
Diese Ziele werden erreicht mit einem Kraftstoffsystem und einem Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffsystems gemäß den beigefügten Ansprüchen.
Ähnliche Ziele werden auch mit einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeug erreicht, welche mit einem solchen Kraftstoffsystem versehen sind.
Das Kraftstoffsystem hat einen Kraftstofftank, eine Niederdruckkraftstoffpumpe stromab des Kraftstofftanks, eine Hochdruckkraftstoffpumpe stromab der Niederdruckkraftstoffpumpe und eine Akkumulator stromab der Hochdruckkraftstoffpumpe zum Zuführen von Kraftstoff in eine Einspritzeinrichtung. Die Hochdruckkraftstoffpumpe ist eingerichtet, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu saugen und hat ein kraftstoffgeschmiertes Lager in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffversorgungseingang der Hochdruckkraftstoffpumpe. Eine erste Kraftstoffrückführungsleitung ist eingerichtet, das kraftstoffgeschmierte Lager fluidmäßig mit dem Kraftstofftank zu verbinden. Der Akkumulator hat ein Druckeinstellventil, welches in Fluidverbindung mit einer zweiten Kraftstoffrückführungsleitung ist. Die zweite Kraftstoffrückführungsleitung ist eingerichtet, Kraftstoff vom Akkumulator zum kraftstoffgeschmierten Lager zu fördern.
Ein in dieser Weise eingerichtetes Kraftstoffsystem hat Redundanz bezüglich der Schmierung des kraftstoffgeschmierten Lagers der Hochdruckpumpe. Bei normalem Betrieb kann das Lager geschmiert werden durch eine Nebenströmung vom Einlass der Hochdruckkraftstoffpumpe. Bei Ausfall der Niederdruckkraftstoffpumpe kann die Schmierung für das Lager der Hochdruckkraftstoffpumpe aufrechterhalten werden durch Lenkung des Kraftstoffs zum Lager über den Akkumulator und die zweite Kraftstoffrückführungsleitung. Auf diese Weise bleibt die Hochdruckpumpe im Betrieb und geschmiert, auch wenn die Niederdruckpumpe nicht funktioniert, was für das Fahrzeug mit einem derartigen Kraftstoffsystem eine Notlauffunktion bereitstellt.
Die Niederdruckkraftstoffpumpe kann eine elektrische Kraftstoffpumpe sein. Dies kann den Energieverbrauch des Kraftstoffsystems senken. Die Hochdruckkraftstoffpumpe kann mechanisch angetrieben sein.
Das Druckeinstellventil kann elektrisch steuerbar sein. Dies ermöglicht einen einfachen und effizienten Aufbau für die Bereitstellung von Kraftstoff für das Lager der Hochdruckpumpe bei Bedarf. Das Druckeinstellventil kann ein Druckentlastungsventil oder Rückschlagventil sein, welches eingerichtet ist zum Öffnen bei einem Akkumulatordruck oberhalb eines Akkumulatorschwellenwertdruckes und welches schließt bei einem Akkumulatordruck unterhalb des Akkumulatorschwellenwertdruckes. Dies ermöglicht für den Akkumulator einen robusten, bewährten Aufbau.
Eine Nebenleitung kann eingerichtet sein, um eine Eingangsseite der Niederdruckkraftstoffpumpe fluidmäßig mit einer Ausgangsseite der Niederdruckkraftstoffpumpe zu verbinden. Dies kann der Hochdruckkraftstoffpumpe ermöglichen, Kraftstoff vom Kraftstofftank zu gewinnen, auch wenn eine nicht funktionierende Niederdruckkraftstoffpumpe die Strömung von Kraftstoff durch die Niederdruckkraftstoffpumpe behindert. Ein Rückschlagventil kann in der Nebenleitung angeordnet sein, um eine Kraftstoffströmung in Richtung von der Ausgangsseite zur Einlassseite zu verhindern und um so einen geeigneten Druck in der Kraftstoffversorgungsleitung zur Hochdruckpumpe zu gewährleisten.
Ist eine Kraftstoffversorgungsleitung für eine Fluidverbindung der Niederdruckkraftstoffpumpe zur Kraftstoffeingangsseite der Hochdruckkraftstoffpumpe vorgesehen, kann ein Rückschlagventil in der Kraftstoffversorgungsleitung angeordnet sein, um eine Kraftstoffströmung in Richtung von der Hochdruckkraftstoffpumpe zur Niederdruckkraftstoffpumpe zu unterbinden. Dabei kann die zweite Kraftstoffrückführungsleitung in Fluidverbindung stehen mit der Kraftstoffversorgungsleitung stromab des Rückschlagventils und stromauf des Kraftstoffversorgungseingangs der Hochdruckkraftstoffpumpe. Mit einem solchen Aufbau können bekannte am Markt erhältliche Hochdruckkraftstoffpumpen ohne Notwendigkeit einer Abwandlung eingesetzt werden.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe kann versehen sein mit einem gesonderten Schmierungskraftstoffeingang in Fluidverbindung mit dem kraftstoffgeschmierten Lager. Dabei kann die zweite Kraftstoffrückführungsleitung das Druckeinstellventil und den Schmierungskraftstoffeingang der Hochdruckpumpe fluidmäßig verbinden.
Die zweite Kraftstoffrückführungsleitung kann in Fluidverbindung stehen mit der ersten Kraftstoffrückführungsleitung. Dabei kann die erste Kraftstoffrückführungsleitung eine Einschränkungseinrichtung oder ein Rückschlagventil aufweisen, eingerichtet zum Erhöhen des Kraftstoffdruckes in der zweiten Kraftstoffleitung und im kraftstoffgeschmierten Lager.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung werden die obigen Ziele erreicht durch ein Verfahren gemäß den beigefügten Ansprüchen bezüglich des Betriebs des oben beschriebenen Kraftstoffsystems.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

a) Bestimmen eines Betriebszustandes der Niederdruckkraftstoffpumpe und damit Ermitteln, ob die Niederdruckkraftstoffpumpe betriebsfähig ist oder ob ein Ausfall festgestellt worden ist; und
b) dann, wenn festgestellt ist, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgefallen ist, Aktivieren des Druckeinstellventils und damit Öffnen des Ventils und Zulassen der Kraftstoffförderung vom Akkumulator zum kraftstoffgeschmierten Lager über die zweite Kraftstoffrückführungsleitung.

Mit diesem Verfahren kann Kraftstoff zum Lager der Hochdruckpumpe im Kraftstoffsystem gelenkt werden bei Ausfall der Niederdruckkraftstoffpumpe. Dies kann einen fatalen Ausfall der Hochdruckkraftstoffpumpe wegen mangelhafter Schmierung und Kühlung vermeiden und erlaubt einen Betrieb der Hochdruckkraftstoffpumpe, der ausreicht, um das Fahrzeug mit diesem Verfahren bis zu einer Werkstatt zu bringen (Notlauffunktion).
Schritt a) kann die folgenden Schritte enthalten: Ermitteln eines Kraftstoffförderdruckes an einem Drucksensor stromauf der Hochdruckkraftstoffpumpe; Vergleichen des Kraftstoffförderdruckes mit einem vorgegebenen minimalen Förderdruck; und dann, wenn der Kraftstoffförderdruck kleiner ist als der vorgegebene minimale Förderdruck, Feststellen, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgefallen ist.
Schritt a) kann die folgenden Schritte beinhalten: Ermitteln eines Pumpenstroms mittels eines Stromsensors in Verknüpfung mit der Niederdruckkraftstoffpumpe; Vergleichen des Pumpenstromes mit einem vorgegebenen Schwellenwertstrom; und dann, wenn der Pumpenstrom kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwertstrom, Feststellen, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgefallen ist.
Handelt es sich bei dem Druckeinstellventil um ein Druckentlastungsventil, kann die Aktivierung des Druckeinstellventils eine Einstellung eines Akkumulatorkraftstoffdruckes beinhalten unter Verwendung der Hochdruckkraftstoffpumpe, um den Akkumulatorschwellenwertdruck zu übertreffen, bei dem das Druckeinstellventil öffnet.
Handelt es sich bei dem Druckeinstellventil um ein elektrisch steuerbares Ventil, kann die Aktivierung des Druckeinstellventils eine elektrische Steuerung des Druckeinstellventils beinhalten, um eine Strömung von Kraftstoff vom Druckeinstellventil zum kraftstoffgeschmierten Lager zu ermöglichen.
Enthält das Kraftstoffsystem eine Nebenleitung zur Umgehung der Niederdruckkraftstoffpumpe und gegebenenfalls weiterer Niederdruckpumpen im Kraftstoffsystem, kann das Verfahren einen Schritt beinhalten, bei Feststellung eines Ausfalls der Niederdruckkraftstoffpumpe zum Stromlosstellen oder Außerbetriebsetzen einer jeglichen weiteren Niederdruckpumpe im Kraftstoffsystem und zum Einrichten der Nebenleitung zur Ermöglichung einer Strömung von Kraftstoff vom Kraftstofftank durch die Nebenleitung zur Hochdruckkraftstoffpumpe.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird eine Verbrennungsmaschine bereitgestellt mit einem Kraftstoffsystem der oben beschriebenen Art.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt mit einem Kraftstoffsystem der oben beschriebenen Art.
Weitere Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden für eine Fachperson noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Einzelheiten.
Figurenliste
Für ein noch tieferes Verständnis der Erfindung und weitere Ziele und Vorteile derselben sollte die nachfolgende Beschreibung von Einzelheiten mit Blick auf die begleitenden Figuren gelesen werden, in welchen gleiche Bezugszeichen ähnliche Merkmale betreffen:

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Kraftstoffsystem gemäß der Erfindung.
2 zeigt schematisch ein Anschlussdiagramm eines Kraftstoffsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt schematisch ein Anschlussdiagramm eines Kraftstoffsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt schematisch ein Anschlussdiagramm eines Kraftstoffsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffsystems gemäß der Erfindung.

BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass eine Notlauffunktion für ein Fahrzeug mit einem Kraftstoffsystem erreicht werden kann, auch wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe nicht funktionsfähig ist. Diese Notlauffunktion wird erreicht durch Einsatz einer Hochdruckpumpe, welche in der Lage ist, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in hinreichender Menge zu saugen, um den Verbrennungsmotor derart zu versorgen, dass das Fahrzeug bewegbar ist, beispielsweise zu einer Werkstatt. Ist die Hochdruckkraftstoffpumpe kraftstoffgeschmiert, hängt eine solche Pumpe normalerweise ab von einer Kraftstoff-Nebenströmung von der Kraftstoffversorgungsleitung zum Lager der Hochdruckpumpe, um eine Kühlung und Schmierung des Lagers zu gewährleisten. Bei Ausfall der Niederdruckpumpe ist die Saugfunktion der Hochdruckpumpe nicht in der Lage, solch eine Nebenströmung zum Lager zu gewährleisten, was zu einer Überhitzung und zum Ausfall der Hochdruckpumpe beim Betrieb führen kann.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass durch Einrichtung einer Kraftstoffrückführungsleitung vom Kraftstoffakkumulator zum Lager der Hochdruckpumpe und durch Steuerung der Strömung von Kraftstoff vom Akkumulator zum Lager unter Verwendung eines Druckeinstellventils das Lager hinreichend schmierbar ist und eine Notlauffunktion erreicht wird, auch bei Hochdruckpumpen mit Kraftstoffschmierung.
Das Kraftstoffsystem gemäß der Erfindung hat einen Kraftstofftank, eine Niederdruckkraftstoffpumpe stromab des Kraftstofftanks, eine Hochdruckkraftstoffpumpe stromab der Niederdruckkraftstoffpumpe und einen Akkumulator stromab der Hochdruckkraftstoffpumpe zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Einspritzeinrichtung. Die Begriffe „stromab“ und „stromauf“ betreffen die typische Richtung der Kraftstoffförderung vom Kraftstofftank zum Akkumulator, wobei „stromab“ die Richtung vom Kraftstofftank zum Akkumulator betrifft und „stromauf“ die Richtung vom Akkumulator zum Kraftstofftank betrifft.
Die Niederdruckkraftstoffpumpe kann von jeglicher im Stand der Technik bekannter Art sein, ist aber vorzugsweise eine elektrische Kraftstoffpumpe. Die Niederdruckkraftstoffpumpe kann an eine Steuereinheit des Fahrzeuges angeschlossen sein, um die Steuerung der Pumpe einzurichten und einen möglichen Defekt der Pumpe zu detektieren. Dies ermöglicht eine Zufuhr von Kraftstoff vom Tank zur Hochdruckkraftstoffpumpe in energieeffizienter Weise.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe ist vom Typ einer kraftstoffgeschmierten Pumpe, was bedeutet, dass sie ein kraftstoffgeschmiertes Nockenwellenlager hat. Wie bei herkömmlichen Kraftstoffsystemen ist die Hochdruckpumpe mit einem Nebenströmungskanal versehen für eine Strömung von Kraftstoff zum Hochdruckpumpenlager, wenn immer die Niederdruckpumpe in Betrieb ist. Diese Nebenströmung passiert das Lager und schmiert und kühlt es. Überschüssiger Kraftstoff wird zum Kraftstofftank über eine erste Kraftstoffrückführungsleitung rückgeführt, die vom Lager zum Kraftstofftank verläuft. Die Hochdruckkraftstoffpumpe ist eingerichtet, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank bei Ausfall der Niederdruckpumpe zu saugen. Eine Anzahl von Einrichtungen für diese Funktion ist im Stand der Technik bekannt, wie eine Ausrüstung der Hochdruckpumpe mit einem gekoppelten Kolben und einer Rückführungsfeder. Die Hochdruckpumpe selbst ist allerdings nicht in der Lage, einen hinreichenden Kraftstoffdruck am Pumpeneinlass zu erreichen, um eine hinreichende Nebenströmung zum Pumpenlager zu gewährleisten.
Dieses Problem kann überwunden werden durch Ausrüstung des Kraftstoffsystems mit einer Anordnung, die in der Lage ist, unter Druck stehenden Kraftstoff vom Akkumulator zum Lager der Hochdruckpumpe zu fördern. Der Akkumulator, wie ein sogenanntes Common Rail, arbeitet typischerweise bei hohen Kraftstoffdrücken und liefert unter Druck stehenden Kraftstoff in jede Kraftstoffsystem-Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des Kraftstoffes in die Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors. Bei Kraftstoffsystemen gemäß dem Stand der Technik kann der Akkumulator mit einem Schnellentleerungsventil und einer Kraftstoffrückführungsleitung versehen sein für eine Rückführung von Kraftstoff in den Kraftstofftank bei Überdruck im Akkumulator. Gemäß der Erfindung ist stattdessen der Akkumulator versehen mit einem Druckeinstellventil, welches fluidmäßig verbunden ist mit einer zweiten Kraftstoffrückführungsleitung, welche Kraftstoff vom Akkumulator zum Lager der Hochdruckpumpe fördert.
Das Druckeinstellventil, insbesondere als Regelungsventil, kann elektrisch steuerbar sein durch eine Steuereinheit des Fahrzeuges. Dies ermöglicht eine elektronische Einstellung des Ventils bei Störung in der Niederdruckpumpe, um eine hinreichende Schmiermittelströmung von Kraftstoff aus dem Akkumulator zum Lager der Hochdruckpumpe zu ermöglichen. Andererseits kann es sich bei dem Druckeinstellventil, wiederum insbesondere als Regelventil, um ein mechanisches Ventil handeln, wie ein Druck-Entlastungsventil oder ein Rückschlagventil mit einem vorgegebenen Funktionsdruck. Unter Funktionsdruck ist hier zu verstehen ein Schwellenwertdruck bezüglich des Akkumulators, derart, dass bei Überschreiten dieses Schwellenwertdruckes im Akkumulator das Druckeinstellventil öffnet, um eine Strömung von Kraftstoff vom Akkumulator über die zweite Kraftstoffrückführungsleitung zum Lager der Hochdruckpumpe zu erlauben.
Die zweite Kraftstoffrückführungsleitung kann in unterschiedlicher Gestalt ausgeformt sein, um eine Kraftstoffströmung zum Lager der Hochdruckpumpe zu bewirken.
Beispielsweise kann die zweite Kraftstoffrückführungsleitung an eine Kraftstoffversorgungsleitung angeschlossen sein, welche zur Hochdruckpumpe führt. Eine solche Konfiguration kann den Einsatz von Hochdruckkraftstoffpumpen gemäß dem Stand der Technik ermöglichen, ohne dass hierfür eine Abwandlung erforderlich wäre. Durch Öffnung des Druckeinstellventils des Akkumulators wird der Kraftstoffdruck in der zweiten Rückführungsleitung angehoben und dementsprechend wird auch der Kraftstoffdruck in der angeschlossenen Versorgungsleitung zur Hochdruckpumpe angehoben. Dies ermöglicht eine Nebenströmung zum Pumpenlager über den Nebenströmungskanal. Um sicherzustellen, dass der Kraftstoff aus der zweiten Rückführleitung durch das Lager der Hochdruckpumpe geführt wird, kann ein Rückschlagventil in der Versorgungsleitung zur Hochdruckpumpe angeordnet werden, was eine Rückströmung zum Kraftstofftank verhindert.
Eine abgewandelte Konfiguration verbindet die zweite Kraftstoffrückführungsleitung mit der ersten Kraftstoffrückführungsleitung. Dies wiederum ermöglicht den Einsatz einer nicht abgewandelten Hochdruckpumpe im Kraftstoffsystem. Um aber sicherzustellen, dass der Kraftstoff aus der zweiten Rückführungsleitung durch das Lager strömt und nicht einfach in den Kraftstofftank über die erste Kraftstoffrückführungsleitung direkt rückgeführt wird, kann es erforderlich sein, ein Strömungshindernis in der ersten Rückführungsleitung vorzusehen. Dies stellt sicher, dass aus der zweiten Rückführungsleitung strömender Kraftstoff durch das Lager strömt und in die Hochdruckpumpe, d.h. der Kraftstoff passiert das Lager in einer Richtung umgekehrt im Vergleich zur herkömmlichen schmierenden Nebenströmung. Das Strömungshindernis in der ersten Kraftstoffrückführungsleitung kann jeglicher Art sein mit geeigneter Anordnung, um einen erhöhten Kraftstoffdruck in der zweiten Kraftstoffrückführungsleitung und dem Lager der Hochdruckpumpe zu bewirken. Beispielsweise kann das Strömungshindernis ein verengter Strömungskanal oder ein Rückschlagventil sein mit hinreichend hohem Funktionsdruck.
Wird die Hochdruckpumpe abgewandelt, kann ein gesonderter Einlass in der Pumpe vorgesehen werden zum Fördern von Kraftstoff von der zweiten Rückführungsleitung zum Lager der Pumpe. Dieser gesonderte Einlass kann in Fluidkommunikation mit dem typischen Nebenströmungskanal der Hochdruckpumpe stehen, wobei dann dieser Nebenströmungskanal mit einem Strömungshindernis versehen werden kann. Dies stellt sicher, dass Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffrückführungsleitung veranlasst wird, durch das Lager zu strömen und nicht einfach zum Einlass der Hochdruckpumpe rückgeführt wird. Das Strömungshindernis kann von der oben beschriebenen Art sein, also beispielsweise ein Rückschlagventil, eine Öffnung oder eine verengte Strömungspassage.
Das Kraftstoffsystem kann mit einer Nebenlinie ausgerüstet sein, die eingerichtet ist zum Umgehen der Niederdruckpumpe bei Störungen dieser Niederdruckpumpe. Dies kann der Hochdruckpumpe ermöglichen, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu saugen, auch wenn die Kraftstoffströmung durch die Niederdruckpumpe blockiert oder behindert ist. Die Nebenlinie kann mit einem Rückschlagventil versehen sein, um eine Rückströmung von Kraftstoff zum Kraftstofftank zu verhindern.
Das Kraftstoffsystem kann weitere Komponenten und Einrichtungen aufweisen, die als solche im Stand der Technik bekannt sind. Beispielsweise kann das Kraftstoffsystem weitere Pumpen aufweisen, wie mehrere Niederdruckkraftstoffpumpen, die entweder in Reihe oder parallel angeordnet sind, um Kraftstoff der Hochdruckkraftstoffpumpe zuzuführen. Das Kraftstoffsystem kann einen oder mehrere Filter, weitere Kraftstoffleitungen, Rückführungsleitungen und Sicherheitsventile aufweisen. Das Kraftstoffsystem kann weiterhin Messventile, sowie beispielsweise aktive Messventile, aufweisen, welche die Kraftstoffzufuhr von der Hochdruckpumpe zum Akkumulator regeln. Das Kraftstoffsystem kann weiterhin einen oder mehrere Sensoren aufweisen, sowie Drucksensoren. Beispielsweise kann ein Drucksensor in einer Kraftstoffversorgungsleitung angeordnet sein, die von der Niederdruckpumpe zur Hochdruckpumpe führt. Dieser Drucksensor kann eingesetzt werden zur Überwachung des regelgerechten Betriebs der Niederdruckpumpe.
Ein Verfahren zum Betreiben des oben beschriebenen Kraftstoffsystems wird nunmehr näher beschrieben. Das Verfahren enthält die Schritte: a) Bestimmen eines Betriebszustandes der Niederdruckkraftstoffpumpe, um so zu ermitteln, ob die Niederdruckkraftstoffpumpe betriebsfähig ist oder um festzustellen, dass sie ausgefallen ist; und b) dann, wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe als ausgefallen festgestellt wird, Aktivieren des Druckeinstellventils, um so das Ventil zu öffnen und zu erlauben, dass Kraftstoff vom Akkumulator über die zweite Kraftstoffrückführungsleitung zum kraftstoffgeschmierten Lager gefördert wird.
In Schritt a) wird der Betriebszustand der Niederdruckkraftstoffpumpe ermittelt. Dies kann geschehen durch Überwachung des Status der elektrischen Schaltung der Niederdruckpumpe, um sicherzustellen, dass ein hinreichender Betriebsstrom zum Pumpenmotor fließt. Beispielsweise kann der Strom in einer Pumpenkomponente ermittelt werden durch Einsatz eines integrierten Stromsensors, um festzustellen, ob der Strom einen vorgegebenen Stromschwellenwert überschreitet. Eine Prüfung des Betriebszustandes der Pumpe kann auch erfolgen durch Einsatz eines Druck- oder Strömungsensors im Kraftstoffsystem stromab der Niederdruckkraftstoffpumpe. Liegen der detektierte Druck oder die Strömung am Sensor unterhalb einem vorgegebenen Schwellenwert, kann daraus abgeleitet werden, dass die Niederdruckpumpe in einem gestörten Zustand ist und es können die oben zu Schritt b) des Verfahrens angegebenen Maßnahmen durchgeführt werden.
In Schritt b) werden Maßnahmen getroffen, um eine Schmiermittelströmung aus Kraftstoff zum Lager der Hochdruckpumpe sicherzustellen, falls die Niederdruckpumpe ausfällt. Dies erfolgt durch Öffnung des Druckeinstellventils des Akkumulators, so dass Kraftstoff über die zweite Kraftstoffrückführungsleitung zum Lager strömt. Abhängig vom Typ des als Druckeinstellventil verwendeten Ventils kann dies auf unterschiedliche Weise erfolgen. Ist das Druckeinstellventil elektronisch gesteuert, wie ein Solenoid-Ventil, dann kann es durch eine Steuereinheit geöffnet werden, um einen hinreichenden Kraftstoffstrom zum Lager der Hochdruckpumpe sicherzustellen. Ist das Druckeinstellventil ein mechanisches Ventil, kann es durch den im Akkumulator herrschenden Druck geöffnet werden. Dies wiederum kann gesteuert werden durch Einstellung der Hochdruckpumpe oder irgendeines Messventils, das im Kraftstoffsystem vorhanden ist.
Sobald festgestellt ist, dass die Niederdruckpumpe nicht funktionsfähig ist, können in Schritt b) eine Reihe weiterer Schritte ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass eine Notlauffunktion für das Fahrzeug zur Verfügung steht. Wird beispielsweise eine Nebenlinie zur Umgehung der Niederdruckpumpe bei Pumpenausfall elektronisch gesteuert, kann es erforderlich sein, die Nebenlinie zu öffnen, um eine Versorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff sicherzustellen. In Verbindung mit einem solchen Schritt kann es ratsam sein, jegliche weitere Niederdruckpumpen im Kraftstoffsystem außer Betrieb zu setzen.
Die Erfindung wird nunmehr mit weiteren Einzelheiten mit Blick auf die Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeuges 1 mit einem Kraftstoffsystem 5 gemäß der Erfindung. Das Fahrzeug 1 hat einen Verbrennungsmotor 3, der mit Antriebsrädern 7 des Fahrzeuges 1 über eine Ausgangswelle eines Getriebes (nicht dargestellt) verbunden ist. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerlastfahrzeug sein, wie beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Bus. Auch kann das Fahrzeug 1 ein Pkw sein.
2 zeigt schematisch ein Verbindungsdiagramm für ein Kraftstoffsystem 5 für einen Verbrennungsmotor 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kraftstoffsystem 5 hat einen Kraftstofftank 9, eine Niederdruckkraftstoffpumpe 11, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 13, einen Akkumulator 15 und eine Einspritzdüse 17. Eine oder mehrere Hochdruckkraftstoffleitungen 18 sind angeordnet, um Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 13 zum Akkumulator zu fördern. Der Akkumulator ist mit einem Druckeinstellventil 19 versehen, welches hier als mechanisches Rückschlagventil dargestellt ist. Ein Kanal führt vom Kraftstoffeingang 20 der Hochdruckpumpe 13 zum Lager 21 der Hochdruckpumpe. Eine erste Kraftstoffrückführungsleitung 23 ist eingerichtet zur Rückführung von Kraftstoff vom Lager 21 zurück zum Kraftstofftank 9. Beim in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel führt eine zweite Kraftstoffrückführungsleitung 25 vom Druckeinstellventil 19 zur Versorgungsleitung 27 der Hochdruckpumpe. Um sicherzustellen, dass von der zweiten Rückführungsleitung 25 kommender Kraftstoff das Lager 21 erreicht, ist ein Rückschlagventil 29 in der Versorgungsleitung 27 angeordnet, um eine Rückströmung von Kraftstoff in Richtung zum Kraftstofftank 9 zu verhindern.
3 zeigt schematisch ein Verbindungsdiagramm für ein Kraftstoffsystem 5 für einen Verbrennungsmotor 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hochdruckpumpe 13 ausgerüstet mit einem gesonderten Kraftstoffschmiermitteleinlass 31 und die zweite Kraftstoffrückführungsleitung 25 führt zum Kraftstoffschmiermitteleinlass 31. Um sicherzustellen, dass Kraftstoff bis zum Lager 21 gelangt, ist ein Strömungshindernis 33 im Nebenkanal der Hochdruckpumpe 13 vorgesehen.
4 zeigt schematisch ein Verbindungsdiagramm eines Kraftstoffsystems 5 für einen Verbrennungsmotor 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Kraftstoffrückführungsleitung 25 an die erste Kraftstoffrückführungsleitung 23 angeschlossen. Ein Strömungshindernis 35 ist in der ersten Kraftstoffrückführungsleitung 23 vorgesehen, um sicherzustellen, dass Kraftstoff von der zweiten Rückführungsleitung 25 zum Lager 21 gelangt.
5 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben der obigen Kraftstoffsysteme. Schritt s501 bezeichnet den Start des Prozesses und Schritt s507 bezeichnet das Ende des Prozesses. Schritt s503 bezeichnet einen Schritt: a) Bestimmen eines Betriebszustandes der Niederdruckkraftstoffpumpe 11, um so festzustellen, ob die Niederdruckkraftstoffpumpe 11 in Betrieb ist oder ob sie ausgefallen ist. Schritt s505 bezeichnet einen Schritt: b) Aktivierung des Druckeinstellventils 19, wenn festgestellt ist, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe 11 ausgefallen ist, um so das Ventil 19 zu öffnen und eine Förderung von Kraftstoff vom Akkumulator 15 zum kraftstoffgeschmierten Lager 21 über die zweite Kraftstoffrückführungsleitung 25 zu ermöglichen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012031813 A [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (5) mit einem Kraftstofftank (9), einer Niederdruckkraftstoffpumpe (11) stromab des Kraftstofftanks (9), einer Hochdruckkraftstoffpumpe (13) stromab der Niederdruckkraftstoffpumpe, und mit einem Akkumulator (15) stromab der Hochdruckkraftstoffpumpe (13) zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Einspritzeinrichtung (17), wobei die Hochdruckkraftstoffpumpe (13) eingerichtet ist, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (19) zu saugen und ein kraftstoffgeschmiertes Lager (21) aufweist in Fluid-Verbindung mit einem Kraftstoffversorgungseingang (20) der Hochdruckkraftstoffpumpe (13), wobei eine erste Kraftstoffrückführungsleitung (23) eingerichtet ist, eine Fluidverbindung herzustellen zwischen dem kraftstoffgeschmierten Lager (21) und dem Kraftstofftank, wobei der Akkumulator (15) ein Druckeinstellventil aufweist, welches in Fluidverbindung steht mit einer zweiten Kraftstoffrückführungsleitung (25), und wobei die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) eingerichtet ist, Kraftstoff vom Akkumulator (15) zum kraftstoffgeschmierten Lager (21) zu fördern; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bestimmen eines Betriebszustandes des Niederdruckkraftstoffpumpe (11), um so zu prüfen, ob die Niederdruckkraftstoffpumpe (11) funktionsfähig ist oder ausgefallen ist; und b) dann, wenn festgestellt ist, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe (11) ausgefallen ist, Aktivierung des Druckeinstellventils (19), um so das Ventil zu öffnen und eine Förderung von Kraftstoff vom Akkumulator (15) über die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) zum kraftstoffgeschmierten Lager (21) zu ermöglichen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt a) der Bestimmung eines Betriebszustandes der Niederdruckkraftstoffpumpe (11) folgende Schritte beinhaltet: Ermittlung eines Kraftstoffzufuhrdruckes an einem Drucksensor stromauf der Hochdruckkraftstoffpumpe (13); Vergleich des Kraftstoffzufuhrdruckes mit einem vorgegebenen minimalen Zufuhrdruck; und dann, wenn der Kraftstoffzufuhrdruck kleiner ist als der vorgegebene minimale Zufuhrdruck, Feststellen, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe (11) ausgefallen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt a) der Bestimmung eines Betriebszustandes der Niederdruckkraftstoffpumpe (11) folgende Schritte beinhaltet: Bestimmen eines Pumpenstromes mittels eines Stromsensors in Verknüpfung mit der Niederdruckkraftstoffpumpe (11); Vergleichen des Pumpenstromes mit einem vorgegebenen Stromschwellenwert; und dann, wenn der Pumpenstrom kleiner ist als der vorgegebene Stromschwellenwert, Feststellen, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgefallen ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckeinstellventil (19) ein Entlastungsventil ist und wobei die Aktivierung des Druckeinstellventils eine Einstellung des Akkumulatorkraftstoffdruckes beinhaltet unter Verwendung der Hochdruckkraftstoffpumpe (13), um einen Akkumulatorschwellenwertdruck zu überschreiten, bei dem das Druckeinstellventil (19) öffnet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Druckeinstellventil (19) ein elektronisch steuerbares Ventil ist und die Aktivierung des Druckeinstellventils (19) eine elektronische Steuerung desselben beinhaltet, um eine Strömung von Kraftstoff vom Druckeinstellventil (19) zum kraftstoffgeschmierten Lager (21) zu ermöglichen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffsystem eine Nebenleitung aufweist, die eingerichtet ist zur Umgehung der Niederdruckkraftstoffpumpe (11) und jeglicher weiterer Niederdruckpumpe im Kraftstoffsystem, wobei das Verfahren einen Schritt beinhaltet der Außerbetriebsetzung jeglicher Niederdruckpumpe im Kraftstoffsystem, wenn festgestellt ist, dass die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgefallen ist, und Anordnen der Nebenleitung, um eine Kraftstoffströmung vom Kraftstofftank durch die Nebenleitung zur Hochdruckkraftstoffpumpe zu ermöglichen.
Kraftstoffsystem (5) für einen Verbrennungsmotor (3), aufweisend: einen Kraftstofftank (9), eine Niederdruckkraftstoffpumpe (11) stromab des Kraftstofftanks (9), eine Hochdruckkraftstoffpumpe (13) stromab der Niederdruckkraftstoffpumpe (11), und einen Akkumulator (15) stromab der Hochdruckkraftstoffpumpe (13) zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Einspritzeinrichtung (17), wobei die Hochdruckkraftstoffpumpe (13) eingerichtet ist, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (9) zu saugen und ein kraftstoffgeschmiertes Lager (21) aufweist in Fluid-Verbindung mit einem Kraftstoff-Versorgungseinlass der Hochdruckkraftstoffpumpe (13), wobei eine erste Kraftstoffrückführungsleitung (23) eingerichtet ist, das kraftstoffgeschmierte Lager (21) fluidmäßig mit der Kraftstofftank (9) zu verbinden und wobei der Akkumulator (15) ein Druckeinstellventil (19) aufweist, welches fluidmäßig an eine zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) eingerichtet ist, Kraftstoff vom Akkumulator (15) zu dem kraftstoffgeschmierten Lager (21) zu fördern.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 7, wobei die Niederdruckkraftstoffpumpe (11) eine elektrische Kraftstoffpumpe ist und/oder wobei die Hochdruckkraftstoffpumpe (13) mechanisch angetrieben ist.
Kraftstoffsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei das Druckeinstellventil (19) elektrisch steuerbar ist und wobei das Druckeinstellventil (19) ein Druckentlastungsventil ist, welches eingerichtet ist, bei einem Akkumulatordruck oberhalb eines Akkumulatorschwellenwertdruckes zu öffnen und bei einem Akkumulatordruck unterhalb des Akkumulatorschwellenwertdruckes zu schließen.
Kraftstoffsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Nebenleitung eingerichtet ist, um eine Einlassseite der Niederdruckkraftstoffpumpe (11) mit einer Auslassseite der Niederdruckkraftstoffpumpe (11) zu verbinden und wobei ein Rückschlagventil in der Nebenleitung angeordnet ist, um eine Kraftstoffströmung in Richtung der Auslassseite zur Einlassseite zu verhindern.
Kraftstoffsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine Kraftstoffversorgungsleitung (27) eingerichtet ist für eine fluidmäßige Verbindung der Niederdruckkraftstoffpumpe (11) mit dem Kraftstoffversorgungseingang (20) der Hochdruckkraftstoffpumpe (13), ein Rückschlagventil (29) in der Kraftstoffversorgungsleitung (27) angeordnet ist, welches Rückschlagventil (29) eingerichtet ist zum Verhindern einer Kraftstoffströmung in Richtung von der Hochdruckkraftstoffpumpe (13) zu der Niederdruckkraftstoffpumpe (11), und wobei die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) in Fluidverbindung mit der Kraftstoffversorgungsleitung (27) stromab des Rückschlagventils (29) und stromauf des Kraftstoffversorgungseingangs (20) der Hochdruckkraftstoffpumpe (13) angeordnet ist.
Kraftstoffsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Hochdruckkraftstoffpumpe (13) mit einem gesonderten Schmiermittelkraftstoffeingang (31) in Fluidverbindung mit dem kraftstoffgeschmierten Lager (21) ausgerüstet ist, und wobei die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) das Druckeinstellventil (19) und den Schmiermittelkraftstoffeingang (31) fluidmäßig verbindet.
Kraftstoffsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die zweite Kraftstoffrückführungsleitung (25) in Fluidverbindung mit der ersten Kraftstoffrückführungsleitung (23) angeordnet ist und wobei die erste Kraftstoffrückführungsleitung (23) eine Hinderniseinrichtung (35) oder ein Rückschlagventil aufweist zur Erhöhung des Kraftstoffdruckes in der zweiten Kraftstoffrückführungsleitung (25) und dem kraftstoffgeschmierten Lager (21).
Verbrennungsmotor (3) mit einem Kraftstoffsystem (5) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13.
Fahrzeug (1) mit einem Kraftstoffsystem (5) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13.