Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 1.
[0002] Eine solche Kraftstoffversorgungseinrichtung ist aus der Literatur, Dieselmotor Management,
Verlag Vieweg, 2.Auflage 1998, Seiten 262 und 263 bekannt. Diese Kraftstoffversorgungseinrichtung
weist eine Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zu einer
Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff unter Hochdruck
zumindest mittelbar zu Einspritzstellen an der Brennkraftmaschine gefördert. Die Brennkraftmaschine
weist außerdem wie üblich für jeden Zylinder ein Ansaugrohr auf, durch das die für
die Verbrennung erforderliche Luft angesaugt wird. Es wurde festgestellt, daß insbesondere
beim Starten der Brennkraftmaschine die durch die Förderpumpe geförderter Kraftstoffmenge
unter Umständen zu gering ist, so daß wiederum die durch die Hochdruckpumpe geförderte
Kraftstoffmenge zu gering ist, um ein Starten der Brennkraftmaschine sicherzustellen.
Die Förderpumpe könnte zwar in ihrer Fördermenge derart ausgelegt werden, daß diese
auch zum Starten der Brennkraftmaschine unter allen Umständen ausreichend ist, jedoch
erfordert dies eine erhöhte Antriebsleistung für die Förderpumpe und würde dazu führen,
daß bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine nach deren Starten die von der Förderpumpe
geförderte Kraftstoffmenge größer ist als die benötigte Kraftstoffmenge, so daß diese
zusätzlich abgesteuert werden müsste.
Vorteile der Erfindung
[0003] Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Membranpumpe die zur Hochdruckpumpe
geförderte Kraftstoffmenge vergrößert wird, wobei die Membranpumpe jedoch keine zusätzliche
Antriebsleistung erfordert.
[0004] In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung angegeben. Durch die Weiterbildung
gemäß Anspruch 3 ist eine Druckübersetzung erreicht, so daß durch die Membranpumpe
ein höherer Förderdruck erzeugt wird als die Differenz der Druckschwankungen im Saugrohr.
Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 ist eine Abkopplung der Membranpumpe von
der Saugseite der Hochdruckpumpe erreicht, wobei das Rückschlagventil zur Hochdruckpumpe
schließt, wenn der von der Förderpumpe erzeugte Druck den von der Membranpumpe erzeugten
Druck überschreitet. Die Membranpumpe wird somit automatisch abgeschaltet, wenn die
Förderpumpe einen ausreichenden Druck erzeugt. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
5 und 6 ist ein einfacher Aufbau der Rückschlagventile erreicht.
Zeichnung
[0005] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung
für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, Figur 2 eine Membranpumpe
der Kraftstoffversorgungseinrichtung in vergrößerter Darstellung ein einem Längsschnitt,
Figur 3 einen Ausschnitt der Membranpumpe mit Rückschlagventilen und Figur 4 einen
Schnitt durch die Rückschlagventile entlang Linie IV-IV in Figur 3.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0006] In Figur 1 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
10 eines Kraftfahrzeugs oder eine stationäre Brennkraftmaschine dargestellt, die insbesondere
eine selbstzündende Brennkraftmaschine ist. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung weist
eine Förderpumpe 12 auf, durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 14 gefördert
wird. Die Förderpumpe 12 kann beispielsweise als Zahnradpumpe oder als Rollenzellenpumpe
ausgebildet sein und einen Elektromotor als Antrieb aufweisen oder mechanisch durch
die Brennkraftmaschine 10 oder eine Hochdruckpumpe 16 angetrieben werden. Die Förderpumpe
12 kann im Vorratsbehälter 14 oder außerhalb von diesem angeordnet sein. Stromabwärts
nach der Förderpumpe 12 ist eine Hochdruckpumpe 16 angeordnet, deren Saugseite der
von der Förderpumpe 12 geförderte Kraftstoff zugeführt wird. Stromabwärts nach der
Hochdruckpumpe 16 ist ein Hochdruckspeicher 18 angeordnet, von dem aus Leitungen 20
zu Einspritzstellen 22 an den Zylindern 24 der Brennkraftmaschine 10 abführen. An
den Einspritzstellen 22 sind Injektoren angeordnet, die Kraftstoff in die Brennräume
der Zylinder 24 der Brennkraftmaschine 10 einspritzen. Jeder Zylinder 24 der Brennkraftmaschine
10 weist außerdem eine Ansaugvorrichtung in Form eines Ansaugrohrs 26 auf, durch das
die zur Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum erforderliche Luft angesaugt wird.
Wenn die Einlassventile des Zylinders 24 geöffnet sind und sich dessen Kolben nach
unten bewegt, so wird durch das Ansaugrohr 26 Luft angesaugt und im Ansaugrohr 26
entsteht ein Unterdruck. Wenn die Einlassventile des Zylinders 24 geschlossen sind,
so steigt der Luftdruck im Ansaugrohr 26 wieder an. Entsprechend der Drehzahl der
Brennkraftmaschine 10 entsteht somit im Ansaugrohr 26 jedes Zylinders 24 ein pulsierender
Unterdruck und damit zyklische Druckschwankungen.
[0007] Erfindungsgemäß ist zusätzlich zur Förderpumpe 12 eine weitere Förderpumpe 30 vorgesehen,
die parallel zur Förderpumpe 12 Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 14 zur Hochdruckpumpe
16 fördert. Die weitere Förderpumpe 30 ist als Membranpumpe ausgebildet und mit dem
Ansaugrohr 26 eines Zylinders 24 der Brennkraftmaschine 10 über eine Leitung 32 verbunden.
Die Membranpumpe 30 wird durch den pulsierenden Unterdruck im Ansaugrohr 26 betrieben.
Die Membranpumpe 30 kann beispielsweise nahe dem Ansaugrohr 26, beim Vorratsbehälter
14, bei der Förderpumpe 12 oder an einer anderen vom Anbau her günstigen Stelle angeordnet
sein. Die Membranpumpe 30 kann Kraftstoff direkt aus dem Vorratsbehälter 14 über eine
eigene Saugleitung ansaugen oder wie in Figur 1 dargestellt über eine von einer Saugleitung
13 der Förderpumpe 12 abzweigende Saugleitung 34. Der von der Membranpumpe 30 geförderte
Kraftstoff wird über eine in die von der Druckseite der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe
16 führende Leitung 15 mündende Druckleitung 36 der Hochdruckpumpe 16 zugeführt.
[0008] Anhand der Figuren 2 bis 4 wird nachfolgend der Aufbau der Membranpumpe 30 näher
erläutert. Die Membranpumpe 30 weist ein Gehäuse auf, das ein unteres topfförmiges
Gehäuseteil 38 und ein oberes topfförmiges Gehäuseteil 40 aufweist, die miteinander
verbunden sind und die zwischen sich einen Hohlraum begrenzen. Am oberen Gehäuseteil
40 mündet die Verbindungsleitung 32 zum Ansaugrohr 26, wobei am Gehäuseteil 40 ein
Stutzen 44 angeordnet oder einstückig ausgebildet sein kann, auf den die Leitung 32
aufgesteckt ist. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 38,40 ist eine Membran 46 angeordnet,
die an ihrem Rand dicht zwischen den beiden Gehäuseteilen 38,40 eingespannt ist. Die
Membran 46 besteht aus einem elastisch verformbaren Material, beispielsweise aus Gummi
oder gummiähnlichem Material.
[0009] Mit der Membran 46 ist beispielsweise etwa mittig eine Stange 48 verbunden, mit der
an deren anderem Ende eine weitere Membran 50 verbunden ist, die wie die Membran 46
aus elastischem Material besteht. Die weitere Membran 50 ist an ihrem Rand zwischen
dem Gehäuseteil 38 und einem weiteren topfförmigen Gehäuseteil 52 dicht eingespannt,
das mit dem Gehäuseteil 38 verbunden ist. Nachfolgend wird die Membran 46 als Antriebsmembran
bezeichnet und die weitere Membran 50 wird als Fördermembran bezeichnet. Durch die
Antriebsmembran 46 und die Fördermembran 50 ist im Gehäuse der Membranpumpe 30 ein
Raum 42 begrenzt. Im Gehäuseteil 52 wird durch die Fördermembran 50 als bewegliche
Wand eine Pumpkammer 54 begrenzt, in die die Saugleitung 34 und die Druckleitung 36
münden.
[0010] An der Membranpumpe 30 ist in der Mündung der Saugleitung 34 ein Rückschlagventil
60 angeordnet, das in die Pumpkammer 54 öffnet und in der Mündung der Druckleitung
36 ist ein Rückschlagventil 62 angeordnet, das aus der Pumpkammer 54 heraus zur Hochdruckpumpe
16 hin öffnet. Die Rückschlagventile 60,62 sind vorzugsweise als Membranventile ausgebildet
und weisen jeweils eine Membran 64,66 auf, die mit einem eine Ventilöffnung 68,70
umgebenden Ventilsitz zusammenwirkt. Die Membrane 64,66 sind wie in den Figuren 3
und 4 dargestellt vorzugsweise einstückig an einer Scheibe 72 ausgebildet, die aus
elastisch verformbarem Material besteht. Die Membrane 64,66 sind aus der Scheibe 72
derart freigeschnitten, daß sie nur an einem kleinen Umfangsbereich noch mit der Scheibe
72 verbunden sind und über den größten Teil ihres Umfangs von der Scheibe 72 getrennt
sind und somit bezüglich der Scheibe 72 beweglich sind. Die Scheibe 72 ist dicht zwischen
zwei Bauteilen eingespannt, beispielsweise zwischen dem Gehäuseteil 52 und einem mit
diesem verbundenen Deckelteil 74. Das Deckelteil 74 weist einen Stutzen 56 auf, auf
den die Saugleitung 34 aufgesteckt ist und einen Stutzen 58, auf den die Druckleitung
36 aufgesteckt ist. Das Gehäuseteil 52 weist etwa koaxial zu den Stutzen 56,58 angeordnete
Stutzen 57,59 auf, die in die Pumpkammer 54 münden. Die Membrane 64,66 sind im Bereich
der Stutzen 56,58 des Deckelteils 74 sowie der Stutzen 57,59 des Gehäuseteils 52 angeordnet.
Im Deckelteil 74 ist die Öffnung 68 ausgebildet und der diese umgebende Rand des Deckelteils
74 bildet den Ventilsitz für die Membran 64. Die Membran 64 des Rückschlagventils
60 ist vom Deckelteil 74 weg zur Pumpkammer 54 hin bewegbar, was die Öffnungsrichtung
des Rückschlagventils 60 in die Pumpkammer 54 bestimmt. In geschlossener Stellung
des Rückschlagventils 60 liegt die Membran 64 am Deckelteil 74 an und verdeckt die
Öffnung 68. Im Gehäuseteil 52 ist die Öffnung 70 des Rückschlagventils 62 ausgebildet
und der diese umgebende Rand des Gehäuseteils 52 bildet den Ventilsitz für die Membran
66. Die Membran 66 des Rückschlagventils 62 ist vom Gehäuseteil 52 und von der Pumpkammer
54 weg bewegbar, was die Öffnungsrichtung des Rückschlagventils 62 aus der Pumpkammer
54 und zur Hochdruckpumpe 16 bestimmt. In geschlossener Stellung des Rückschlagventils
62 liegt die Membran 66 am Gehäuseteil 52 an und verdeckt die Öffnung 70. Die Öffnungen
68,70 sind im Querschnitt kleiner ausgebildet als die Membrane 64,66, so daß diese
zum Verschließen der Rückschlagventile 60,62 die Öffnungen 68,70 sich überdecken.
Die Rückschlagventile 60,62 können auch getrennt von der Membranpumpe 30 in der Saugleitung
34 und der Druckleitung 36 angeordnet sein.
[0011] Nachfolgend wird die Funktion der Membranpumpe 30 erläutert. Wie bereits vorstehend
angegeben tritt im Ansaugrohr 26 eines Zylinders 24 der Brennkraftmaschine 10 ein
pulsierender Unterdruck auf, der über die Leitung 32 auf die Antriebsmembran 46 der
Membranpumpe 30 wirkt. Der Raum 42 zwischen der Antriebsmembran 46 und der Fördermembran
50 ist zumindest teilweise evakuiert, so daß der Luftdruck im Raum 42 geringer ist
als der maximale Luftdruck im Ansaugrohr 26 und größer ist als der minimale Luftdruck
im Ansaugrohr 26. Wenn der Luftdruck im Ansaugrohr 26 geringer ist als der Luftdruck
im Raum 42 so wird die Antriebsmembran 46 durch den Luftdruck im Raum 42 gegen den
Luftdruck im Ansaugrohr 26 in Figur 2 nach oben bewegt. Die Fördermembran 50 wird
dabei durch deren Kopplung mit der Antriebsmembran 46 über die Stange 48 ebenfalls
nach oben bewegt, so daß sich das Volumen der Pumpkammer 54 vergrößert. In diesem
Fall wird das in die Pumpkammer 54 öffnende Rückschlagventil 60 geöffnet und Kraftstoff
durch die Saugleitung 34 in die Pumpkammer 54 angesaugt. Nachfolgend steigt der Luftdruck
im Ansaugrohr 26, so daß dieser größer wird als der Luftdruck im Raum 42 und die Antriebsmembran
46 gegen den Luftdruck im Raum 42 nach unten bewegt wird. Die Fördermembran 50 wird
dabei ebenfalls nach unten bewegt und verringert das Volumen der Pumpkammer 54, so
daß in dieser der Druck ansteigt. Das Rückschlagventil 60 wird durch den Druck in
der Pumpkammer 54 geschlossen und daß Rückschlagventil 62 wird geöffnet, so daß Kraftstoff
aus der Pumpkammer 54 durch das geöffnete Rückschlagventil 62 und die Druckleitung
36 zur Hochdruckpumpe 16 gefördert wird.
[0012] Die im Ansaugrohr 26 vorhandene Druckdifferenz zwischen maximalem und minimalem Luftdruck
wird durch die unterschiedlichen Größen der Antriebsmembran 46 und der Fördermembran
50 verstärkt. Die Druckverstärkung ist dabei proprotional dem Verhältnis der Flächen
der Antriebsmembran 46 und der Fördermembran 50. Wenn die Fläche der Antriebsmembran
46 um den Faktor 10 größer ist als die Fläche der Fördermembran 50, so wird durch
die Fördermembran 50 in der Pumpkammer 54 ein Förderdruck erzeugt, der um den Faktor
10 größer ist als die Druckdifferenz im Ansaugrohr 26. Die Druckdifferenz im Ansaugrohr
26 kann beispielsweise etwa 50 bis 100 mbar betragen. Der von der Membranpumpe 30
erzeugte Förderdruck kann somit in einfacher Weise durch die Größe der Flächen der
Antriebsmembran 46 und der Fördermembran 50 bestimmt werden. Der Faktor der Druckverstärkung
kann vorzugsweise zwischen 15 und 30 betragen mit entsprechendem Verhältnis der Flächen
der Antriebsmembran 46 und der Fördermembran 50. Der Hub, den die Antriebsmembran
46 und die Fördermembran 50 in ihrem mittleren, sich am stärksten verformenden Bereich
zwischen ihrer oberen Endlage beim Ansaughub und ihrer unteren Endlage beim Verdrängungshub
zurücklegen, kann beispielsweise 3 bis 10mm, vorzugsweise etwa 5mm betragen. Die Antriebsmembran
46 und die Fördermembran 50 sind in Figur 2 mit gestrichelten Linien in diesen beiden
Endlagen dargestellt. Durch die Membranpumpe 30 wird beispielsweise ein Druckaufbau
von etwa 1,5 bis 2 bar erzeugt. Die Fördermenge der Membranpumpe 30 kann etwa 5 bis
20 l/h, vorzugsweise etwa 10 l/h betragen. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10
beim Starten kann bespielsweise etwa 180 bis 250 U/min, vorzugsweise etwa 200 bis
220 U/min betragen.
[0013] Beim Starten der Brennkraftmaschine 10 wird unter Umständen von der Förderpumpe 12
eine nicht ausreichende Kraftstoffmenge zur Hochdruckpumpe 16 gefördert, so daß alleine
mit der von der Förderpumpe 12 geförderten Kraftstoffmenge nicht unter allen Umständen
ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine 10 möglich ist. Insbesondere wenn die
Förderpumpe 12 mechanisch von der Brennkraftmaschine 10 oder über eine Übersetzung
durch die Hochdruckpumpe 16 angetrieben wird, so ist deren Drehzahl während des Startvorgangs
gering und somit die geförderte Kraftstoffmenge unter Umständen zu gering. Die Membranpumpe
30 wird wie vorstehend erläutert durch den pulsierenden Unterdruck im Ansaugrohr 26
betrieben und fördert parallel zur Förderpumpe 12 Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 16,
so daß dieser insgesamt eine zum Starten der Brennkraftmaschine 10 ausreichende Kraftstoffmenge
zugeführt wird. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine 10 wird die Förderpumpe 12
mit höherer Drehzahl angetrieben und die von dieser geförderte Kraftstoffmenge ist
ausreichend für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine
10 wird durch die Förderpumpe 12 ein Druck in der Leitung 15 erzeugt, der größer ist
als der von der Membranpumpe 30 erzeugbare Druck. In diesem Fall ist der in der Druckleitung
36 wirkende Druck größer als der in der Pumpkammer 54 erzeugte Druck, so daß das Rückschlagventil
62 geschlossen wird und aus der Druckleitung 36 kein Kraftstoff in die Pumpkammer
54 der Membranpumpe 30 abfließen kann. Die Membranpumpe 30 schaltet sich somit selbständig
ab, wenn der von der Förderpumpe 12 nach dem Starten der Brennkraftmaschine 10 erzeugte
Druck ausreichend groß ist.
1. Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer
Förderpumpe (12), durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (14) zu einer Hochdruckpumpe
(16) gefördert wird, durch die Kraftstoff unter Hochdruck zumindest mittelbar zu einer
Einspritzstelle (22) an wenigstens einem Zylinder (24) der Brennkraftmaschine (10)
gefördert wird, wobei die Brennkraftmaschine (10) für den Zylinder (24) eine Ansaugvorrichtung
(26) aufweist, durch die die für die Verbrennung erforderliche Luft in den Zylinder
(24) angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Förderpumpe vorgesehen ist, die als Membranpumpe (30) ausgebildet ist,
durch die parallel zur Förderpumpe (12) Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter (14) zur
Hochdruckpumpe (16) gefördert wird, die mit der Ansaugvorrichtung (26) verbunden ist
und die durch den beim Betrieb der Brennkraftmaschine (10) pulsierenden Unterdruck
in der Ansaugvorrichtung (26) betrieben wird.
2. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe (30) eine vom Luftdruck in der Ansaugvorrichtung (26) beaufschlagte
Membran (46) aufweist, die an ihrem Rand eingespannt ist und die über ein Koppelelement
(48) mit einer im Querschnitt kleineren, eine Pumpkammer (54) begrenzenden beweglichen
Wand (50) verbunden ist.
3. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (50) ebenfalls als Membran ausgebildet ist, die an ihrem Rand
eingespannt ist.
4. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pumpkammer (54) ein Zulauf (34) vom Vorratsbehälter (14) mit einem in die
Pumpkammer (54) öffnenden Rückschlagventil (60) und ein Ablauf (36) zur Hochdruckpumpe
(16) mit einem zur Hochdruckpumpe (16) öffnenden Rückschlagventil (62) münden.
5. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Rückschlagventile (60,62) als Membranventil ausgebildet ist,
das eine mit einem Ventilsitz (68,70) zusammenwirkende bewegliche Membran (64,66)
aufweist.
6. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (64,66) beider Rückschlagventile (60,62) einstückig an einer Scheibe
(72) durch teilweises Freischneiden der Scheibe (72) ausgebildet sind.