Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems
einer Brennkraftmaschine, bei dem mindestens ein Verdrängungselement einer Kraftstoffpumpe
von einer Antriebseinrichtung angetrieben wird und innerhalb eines Förderzyklus eine
Verdrängungs- und eine Saugbewegung ausführt, und bei dem während der Verdrängungsbewegung
eine Förderphase vorliegen kann, während der Kraftstoff in einen Hochdruckbereich
gefördert wird.
[0002] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Kraftstoffsystem, mit einer Kraftstoffpumpe
mit mindestens einem Verdrängungselement, welches von einer Nockeneinrichtung angetrieben
wird.
[0003] Ein Verfahren und ein Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art sind vom Markt
her bekannt. Sie kommen bei Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung
zum Einsatz. Dabei fördert die Kraftstoffpumpe in eine Kraftstoff-Sammelleitung (Common-Rail),
in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Bei der bekannten Kraftstoffpumpe
handelt es sich um eine Kraftstoffpumpe, deren Verdrängungselement durch einen Kolben
gebildet ist, der von einer Nockenwelle angetrieben wird.
[0004] Zur Einstellung der Fördermenge ist ein Mengensteuerventil vorgesehen, welches während
einer Förderbewegung des Kolbens den Förderraum zeitweise mit einem einlassseitigen
Niederdruckbereich verbinden kann. Aus der DE 100 52 629 A1 ist bekannt, dass das
Mengensteuerventil zu Beginn einer Förderbewegung des Kolbens geschlossen ist, so
dass in die Kraftstoff-Sammelleitung gefördert wird und dass, abhängig von der zu
fördernden Kraftstoffmenge, das Mengensteuerventil im Verlauf der Förderbewegung öffnet,
so dass der Kraftstoff nicht mehr in die Kraftstoff-Sammelleitung, sondern zurück
in den Niederdruckbereich gefördert wird. Vom Markt her bekannt ist auch, dass das
Mengensteuerventil zu Beginn der Förderbewegung geöffnet ist, so dass zunächst nicht
in die Kraftstoff-Sammelleitung gefördert wird. Im Verlauf der Verdrängungsbewegung
schließt das Mengensteuerventil, so dass ab diesem Zeitpunkt in die Kraftstoff-Sammelleitung
bzw. den Hochdruckbereich gefördert werden kann.
[0005] Als allgemeiner Stand der Technik sei ferner auf die EP 1 072 787 A2, die EP 0 481
964 A2 und die DE 42 23 728 A1 verwiesen.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Kraftstoffsystem
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein entsprechendes Kraftstoffsystem
preiswert und kompakt gebaut und problemlos hergestellt werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass das Verdrängungselement so angetrieben wird, dass während der Verdrängungsbewegung
eine Phase mit gleichzeitig im wesentlichen konstanter und in Verdrängungsrichtung
im wesentlichen maximaler Geschwindigkeit des Verdrängungselements vorliegt. Bei einem
Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
dass das Verdrängungselement nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeitet.
Vorteile der Erfindung
[0008] Dadurch, dass die maximale Geschwindigkeit des Verdrängungselements während einer
Verdrängungsbewegung während eines gewissen Zeitraums konstant vorliegt, kann der
Betrag der maximalen Geschwindigkeit bei einem vorgegebenen Hub des Verdrängungselements
vergleichsweise niedrig gehalten werden. Eine niedrige Maximalgeschwindigkeit des
Verdrängungselements während der Verdrängungsbewegung hat jedoch gleich mehrere Vorteile:
zum Einen werden hierdurch Druckpulsationen während der Verdrängungsbewegung reduziert.
Die entsprechenden Komponenten stromabwärts und/oder stromaufwärts von der Kraftstoffpumpe
können daher weniger hohen Festigkeitsanforderungen genügen und somit kompakter und
preiswerter gebaut werden.
[0009] Aufgrund der vergleichsweise geringen Geschwindigkeit des Verdrängungselements während
der Verdrängungsbewegung ergibt sich an einem geöffneten Ventil, durch welches der
Kraftstoff aus dem Förderraum der Kraftstoffpumpe abströmt, eine geringere Strömungsgeschwindigkeit
des Kraftstoffs und eine entsprechend geringere auf das Ventil wirkende Strömungskraft.
Auch das Ventil selbst kann daher kleiner und einfacher bauen und somit preisgünstig
hergestellt werden.
[0010] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
[0011] In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen,
dass die Phase mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit mindestens ungefähr
50 % der Phase der Verdrängungsbewegung einnimmt. Ab dieser Dauer der Phase mit konstanter
Geschwindigkeit ist die Reduktion der Pulsationen stromaufwärts und/oder stromabwärts
von der Kraftstoffpumpe besonders signifikant, ebenso wie die Reduktion der Strömungskräfte,
die auf ein den Förderraum begrenzendes Ventil einwirken.
[0012] Optimal ist es, wenn die Phase mit konstanter und maximaler Geschwindigkeit des Verdrängungselements
möglichst lange dauert. Je länger diese Phase jedoch dauert, umso größer muss die
positive Beschleunigung sein, mit der das Verdrängungselement ausgehend vom unteren
Totpunkt auf die besagte Geschwindigkeit gebracht wird. Eine hohe Beschleunigung des
Verdrängungselements führt jedoch zu hohen Kräften zwischen dem Verdrängungselement
und der Antriebseinrichtung, mit welcher das Verdrängungselement angetrieben wird.
Wenn eine Phase, in der das Verdrängungselement auf die im wesentlichen konstante
Geschwindigkeit positiv beschleunigt wird, höchstens ungefähr 15 % der Phase der Verdrängungsbewegung
einnimmt, sind die zwischen Verdrängungselement und Antriebseinrichtung wirkenden
Kräfte noch ausreichend gering bei gleichzeitig so ausreichend hoher Beschleunigung,
dass eine lange Phase mit konstanter und maximaler Geschwindigkeit des Verdrängungselements
erzielt werden kann.
[0013] Dabei ist es vorteilhaft, wenn die positive Beschleunigung im wesentlichen konstant
ist, da hierdurch die Kräfte zwischen dem Verdrängungselement und der Antriebseinrichtung
vergleichsweise gering gehalten werden können. Ein ähnlicher Effekt ergibt sich dann,
wenn die Geschwindigkeit des Verdrängungselements mit im wesentlichen konstanter negativer
Beschleunigung von der maximalen Geschwindigkeit abfällt.
[0014] Besonders vorteilhaft ist auch, wenn der Betrag einer mittleren positiven Beschleunigung,
mit der das Verdrängungselement auf die im wesentlichen konstante maximale Geschwindigkeit
beschleunigt wird, größer ist als der Betrag einer mittleren negativen Beschleunigung,
mit der das Verdrängungselement von der im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit
abgebremst wird. Dem liegt die Überlegung zu Grunde, dass bei üblichen Pumpen das
Verdrängungselement von einer Spanneinrichtung gegen die Antriebseinrichtung, beaufschlagt
wird. Hierdurch soll verhindert werden, dass im Bereich negativer Beschleunigungen
das Verdrängungselement vom Antriebselement abhebt. Die von der Antriebseinrichtung
weg und auf das Verdrängungselement einwirkenden Massenträgheitskraft ist dabei umso
höher, je höher diese negative Beschleunigung ist. Durch eine Verringerung dieser
negativen Beschleunigung kann daher diese Massenträgheitskraft reduziert werden. Dies
ermöglicht wiederum eine Verkleinerung der besagten Spanneinrichtung, was insgesamt
der Kompaktheit der Kraftstoffpumpe zugute kommt.
[0015] Eine vergleichsweise geringe negative Beschleunigung hat noch einen weiteren Vorteil:
eine große negative Beschleunigung im Bereich des oberen Totpunkts des Verdrängungselements
würde bei einer entsprechenden Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Antriebsnocken,
in diesem Bereich einen vergleichsweise kleinen Krümmungsradius erfordern. Dieser
hätte wiederum eine hohe Flächenpressung zwischen dem Verdrängungselement und der
Antriebseinrichtung zur Folge. Durch die Reduzierung der negativen Beschleunigung
wird somit die Flächenpressung zwischen dem Verdrängungselement und der Antriebseinrichtung
im Bereich des oberen Totpunkts reduziert, was wiederum den Aufbau der Kraftstoffpumpe
vereinfacht und deren Lebensdauer erhöht.
[0016] Dabei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Betrag der mittleren
positiven Beschleunigung mindestens um einen Faktor 2 größer ist als der Betrag der
mittleren negativen Beschleunigung. Hierdurch ergibt sich eine ausreichend lange Phase
mit konstanter maximaler Geschwindigkeit des Verdrängungselements bei gleichzeitig
nicht zu hohen Anforderungen an die Strukturfestigkeit insbesondere im Bereich der
Schnittstelle zwischen Verdrängungselement und Antriebseinrichtung.
[0017] Besonders günstig ist es ferner, wenn das Verdrängungselement von einer Nockeneinrichtung
angetrieben und der Verlauf einer negativen Beschleunigung, mit der das Verdrängungselement
von der im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit abgebremst wird, so gewählt ist,
dass ein sich hieraus über den Drehwinkel der Nockeneinrichtung ergebender Verlauf
einer auf das Verdrängungselement wirkenden Massenkraft wenigstens in etwa und wenigstens
im Bereich des oberen Totpunktes des Verdrängungselements dem Verlauf einer auf das
Verdrängungselement zur Nockeneinrichtung hin wirkenden Federkraft, gegebenenfalls
unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors, entspricht. In diesem Bereich wird
also der Beschleunigungsverlauf des Verdrängungselements dem Kraftverlauf der auf
das Verdrängungselement wirkenden Federkraft angepasst. Somit wird diese Federkraft
über einen vergleichsweise weiten Bereich optimal ausgenutzt. Dies gestattet wiederum
eine Verlängerung jener Phase, in der die Geschwindigkeit des Verdrängungselements
maximal und konstant ist, was wiederum der Reduzierung der maximalen Geschwindigkeit
zugute kommt.
[0018] Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Dauer der Verdrängungsbewegung innerhalb
eines Förderzyklus größer ist als die Dauer der Saugbewegung. Eine solche asymmetrische
Auslegung der Hubkurve des Verdrängungselements bedeutet eine Verschiebung des oberen
Totpunkts hin zu einem größeren Drehwinkel der Antriebseinrichtung. Eine Verlängerung
der Dauer der Verdrängungsbewegung gestattet eine nochmalige Reduktion der Maximalgeschwindigkeit
des Verdrängungselements während der Verdrängungsbewegung. Dabei wird in konkreter
Ausgestaltung vorgeschlagen, dass die Dauer der Verdrängungsbewegung mindestens 15
% größer ist als die Dauer der Saugbewegung.
[0019] Besonders prägnant sind die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens dann, wenn
der Beginn der Förderphase von einer steuerbaren Ventileinrichtung abhängt, welche
einen Förderraum der Kraftstoffpumpe zwangsweise mit einem Niederdruckbereich verbinden
kann. Würde der Beginn der Förderphase in eine Betriebsphase der Kraftstoffpumpe fallen,
in der sich das Verdrängungselement mit hoher Geschwindigkeit bewegt, käme es zu einer
besonders starken Pulsationsanregung in den Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems.
Durch die Begrenzung der Geschwindigkeit des Verdrängungselements werden diese Pulsationsanregungen
daher besonders deutlich reduziert.
[0020] Dabei hat diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch einen weiteren
Vorteil: wenn der Förderraum der Kraftstoffpumpe über die steuerbare Ventileinrichtung
mit dem Niederdruckbereich verbunden ist, wird der Kraftstoff aus dem Förderraum über
die Ventileinrichtung in den Niederdruckbereich ausgestoßen. Entsprechend wirkt auf
die Ventileinrichtung eine Strömungskraft. Bei einer stromlos geschlossenen Ventileinrichtung
wirkt sich die Strömungskraft direkt auf die benötigte Kraft zum Offenhalten aus.
Durch eine Reduzierung der Strömungskraft wird also auch diese benötigte Kraft zum
Offenhalten reduziert, was die Verwendung einer kleineren Betätigungseinrichtung bei
der Ventileinrichtung ermöglicht. Bei einer stromlos offenen Ventileinrichtung erfordert
die hohe Strömungskraft eine hohe Federkraft zum Offenhalten der Ventileinrichtung
und eine in der Folge hohe Betätigungskraft zum Schließen der Ventileinrichtung. Auch
hier führt daher die Reduzierung der Strömungskraft zu einer kompakteren Bauweise
der Ventileinrichtung.
Zeichnungen
[0021] Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit
einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einem Mengensteuerventil;
- Figur 2
- eine schematische Darstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe und des Mengensteuerventils
von Figur 1 während unterschiedlicher Betriebszustände;
- Figur 3
- eine vergrößerte Darstellung eines Nockens, mit dem ein Verdrängungselement der Kraftstoffhochdruckpumpe
von Figur 2 angetrieben wird;
- Figur 4
- ein Diagramm, in dem ein Hub, eine Geschwindigkeit, und eine Beschleunigung des Verdrängungselements
der Kraftstoffhochdruckpumpe von Figur 1 über dem Drehwinkel des Nockens von Figur
3 aufgetragen sind;
- Figur 5
- ein Diagramm, in dem eine auf das Verdrängungselement der Kraftstoffhochdruckpumpe
von Figur 1 wirkende Massenkraft und einer Federkraft über dem Drehwinkel des Nockens
von Figur 3 aufgetragen sind; und
- Figur 6
- ein Diagramm, in dem ein Krümmungsradius des Nockens von Figur 3 über seinem Drehwinkel
aufgetragen ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0022] In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst
einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrisch angetriebene Vorförderpumpe 14
den Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 16 fördert. Diese führt zu einem Einlass
18 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20, die mechanisch von einer im Einzelnen nicht
dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die mechanische Verbindung trägt
in Figur 1 das Bezugszeichen 22. Ein Auslass 24 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 führt
zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 26, die auch als "Common-Rail" bezeichnet wird und
in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. An die Kraftstoff-Sammelleitung
26 sind mehrere Injektoren 28 angeschlossen, die den Kraftstoff in ihnen zugeordnete
Brennräume 30 einspritzen. Die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 zur Kraftstoff-Sammelleitung
26 geförderte Kraftstoffmenge wird unter Anderem von einer als Mengensteuerventil
bezeichneten Ventileinrichtung 32 eingestellt, wie nun unter Bezugnahme auf Figur
2 im Detail erläutert wird:
[0023] Wie aus Figur 2 hervorgeht, umfasst die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 ein Gehäuse
34, in dem ein Förderraum 36 und ein Verdrängungselement in Form eines Kolbens 38
vorhanden sind. Dieser wird von einer Kolbenfeder 40 über eine Rolle 42 gegen eine
Nockeneinrichtung 44 beaufschlagt. Diese umfasst drei im Winkel von 120° zueinander
angeordnete Nocken 46, von denen jedoch nur einer mit einem Bezugszeichen versehen
ist.
[0024] Der Förderraum 36 kann über ein federbelastetes Auslassventil 48 mit dem Auslass
24 verbunden werden. Das Mengensteuerventil 32 ist gleichzeitig das Einlassventil,
durch welches zumindest zeitweise die Niederdruckleitung 16 mit dem Förderraum 36
verbunden werden kann. Hierzu verfügt das Mengensteuerventil 32 über eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung 50 und eine Zug-Ventilfeder 52.
[0025] Im stromlosen Zustand ist das Mengensteuer- bzw. Einlassventil 32 unter der Wirkung
der Zugfeder 52 geschlossen. Während einer Saugbewegung des Kolbens 38 (Bezugszeichen
54 in Figur 2) wird das Mengensteuerventil 32 durch Bestromung der elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung 50 gegen die Kraft der Ventilfeder 52 und aufgrund der Druckdifferenz
zwischen dem Einlass 18 und dem Förderraum 36 geöffnet, so dass Kraftstoff vom Einlass
18 in den Förderraum 36 gelangen kann (linke Darstellung der Pumpe 20 in Figur 2).
Das Auslassventil 24 ist währenddessen geschlossen.
[0026] Zu Beginn einer Verdrängungsbewegung (Bezugszeichen 56 und mittlere Darstellung der
Pumpe 20 in Figur 2) ist das Mengensteuerventil 32 durch eine Bestromung der elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung 50 weiterhin zwangsweise geöffnet, so dass der Kraftstoff nicht
zum Auslass 24, sondern zurück zum Einlass 18 in die Niederdruckleitung 16 ausgestoßen
wird. Während der eigentlichen Förderphase, während der Kraftstoff über das Auslassventil
48 zum Auslass 24 und weiter in die Kraftstoff-Sammelleitung 26 gefördert wird, wird
das Mengensteuerventil 32 geschlossen (Bezugszeichen 58 und rechte Darstellung der
Pumpe 20 in Figur 2). Eine komplette Saug- und Verdrängungsbewegung ergeben einen
Förderzyklus 59.
[0027] Wie oben erwähnt wurde, weist die Nockeneinrichtung 44 insgesamt drei Nocken 46 auf,
deren Bahnkurve wiederum jeweils in vier Bereiche A, B, C und D unterteilt werden
kann. Diese Bereiche sind in den Figuren 3 bis 6 durch doppelt strichpunktierte Linien
voneinander getrennt. In Figur 4 ist eine den Hub des Kolbens 38 über dem Drehwinkel
der Nockeneinrichtung 44 beschreibende Kurve mit dem Bezugszeichen 60, eine die Geschwindigkeit
des Kolbens 38 beschreibende Kurve mit dem Bezugszeichen 62, und eine die Beschleunigung
des Kolbens 38 beschreibende Kurve mit dem Bezugszeichen 64 bezeichnet. In Figur 5
trägt eine Kurve, welche einer auf den Kolben 38 einwirkenden Massenkraft entspricht,
das Bezugszeichen 66, wohingegen eine Kurve, welche den Verlauf einer auf den Kolben
38 durch die Kolbenfeder 40 einwirkenden Federkraft beschreibt, das Bezugszeichen
68 trägt. Die den Krümmungsradius des Nockens 46 beschreibende Kurve trägt in Figur
6 das Bezugszeichen 70.
[0028] Man erkennt insbesondere aus Figur 4, dass der Bereich A der Nockenbahn des Nockens
46 so ausgebildet ist, dass der Kolben 38 ausgehend von einem unteren Totpunkt UT
eine insgesamt im wesentlichen konstante positive Beschleunigung erfährt (Kurve 64),
was zu einer insgesamt im wesentlichen linearen Geschwindigkeitszunahme (Kurve 62)
führt. Die Beschleunigung des Kolbens 38 im Bereich A der Bahnkurve des Nocken 46
soll möglichst groß sein. Sie wird begrenzt durch das Kriterium des kleinsten konkaven
Krümmungsradius der Bahnkurve: eine große Beschleunigung führt zu einem kleinen konkaven
Krümmungsradius. Ziel bei der Auslegung dieses Bereichs A ist es, den Verlauf der
Beschleunigung, also die Bahnkurve des Nockens 46 im Bereich A so zu wählen, dass
der resultierende Krümmungsradius möglichst nahe am minimal zulässigen Krümmungsradius
liegt.
[0029] Üblicherweise hat die Nockenbahn in diesem Bereich A die Krümmung einer Schleifscheibe,
mit welcher die Nockenbahn des Nockens 46 hergestellt wird, bzw. den kleinsten Krümmungsradius,
der mit einer solchen Schleifscheibe gefertigt werden kann. In Figur 3 ist eine solche
Schleifscheibe gestrichelt mit dem Bezugszeichen 72 gekennzeichnet.
[0030] Der sich an den Bereich A anschließende Bereich B der Bahnkurve des Nockens 46 zeichnet
sich durch eine konstante Hubgeschwindigkeit (Kurve 62 in Figur 4) des Kolbens 38
aus. Bei dieser Geschwindigkeit handelt es sich gleichzeitig um die maximale positive
Geschwindigkeit des Kolbens 38 während der Verdrängungsbewegung. Der Betrag der maximalen
Geschwindigkeit im Bereich B sollte möglichst gering sein, um die Strömungskräfte
auf das Einlass- bzw. Mengensteuerventil 32 und damit die benötigte Magnetkraft der
elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 50 zu minimieren. Zudem lässt sich hierdurch
eine drehzahlabhängige Druckanregung in der Kraftstoff-Sammelleitung 26 gering halten.
[0031] Die Fläche unter der Kurve 62 zwischen unterem Totpunkt UT und oberem Totpunkt OT
entspricht dem Hub des Kolbens 38. Bei einem vorgegebenen Hub kann die maximale Geschwindigkeit
im Bereich B dann so gering wie möglich sein, wenn die Phase, in der die Geschwindigkeit
konstant ist (Bereich B), innerhalb eines Förderzyklus 59 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe
20 möglichst lange dauert. Dies wird vorliegend zum Einen dadurch erreicht, dass die
positive Beschleunigung (Bereich A) möglichst groß und somit die Dauer des Bereichs
A möglichst kurz ist, und zum Anderen durch eine insgesamt asymmetrische Auslegung
des Nockens 46, durch die der obere Totpunkt UT zeitlich nach hinten verschoben wird.
[0032] Innerhalb des in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Förderzyklus erstreckt sich somit
die Verdrängungsbewegung des Kolbens 38 von einem Nockenwinkel von 0° bis ungefähr
65°, wohingegen eine Saugbewegung (Bezugszeichen 54 in Figur 2) bei dem vorliegenden
Nocken 46 von einem Nockenwinkel von 65° bis 120° dauert. Hierdurch hat man während
der Verdrängungsbewegung mehr Zeit, den gewünschten Hub zu erreichen. Aufgrund dieser
längeren Zeit kann wiederum die maximale Geschwindigkeit im Bereich B geringer ausfallen.
Bei einer vorliegend nicht dargestellten Nockeneinrichtung, welche nur zwei Nocken
aufweist, würde der obere Totpunkt OT auf einen Nockenwinkel größer als 90° verschoben
und bei einer Nockeneinrichtung, welche vier Nocken aufweist, auf einen Nockenwinkel
größer als 45°.
[0033] Die Phase B mit konstanter und maximaler Geschwindigkeit des Kolbens 38 erstreckt
sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Nockenwinkel von ungefähr
9° bis zu einem Nockenwinkel von ungefähr 44°. Dies entspricht ungefähr 54 % der gesamten
Verdrängungsbewegung. Die Beschleunigungsphase A entspricht ungefähr 14 % der gesamten
Verdrängungsbewegung.
[0034] Im Bereich C der Bahnkurve des Nockens 46 und der Hubkurve 60 des Kolbens 38 wird
der Kolben 38 abgebremst, er erfährt also eine negative Beschleunigung. Der Betrag
von deren Mittelwert ist jedoch im vorliegenden Ausführungsbeispiel weniger als halb
so groß als der Betrag des Mittelwerts der positiven Beschleunigung während der Phase
A. Aufgrund der negativen Beschleunigung im Bereich C, insbesondere in der Nähe des
oberen Totpunkts OT, besteht die Gefahr, dass der Kolben 38 mit der Rolle 42 vom Nocken
46 abhebt. Dieses Abheben soll durch die Kolbenfeder 40 und die entsprechende Federkraft
(Bezugszeichen 68 in Figur 5) verhindert werden, die der abhebenden Massenträgheitskraft
(Bezugszeichen 66 in Figur 5) entgegen wirkt. Aus konstruktiven Gründen ist es wünschenswert,
die Kolbenfeder 40 möglichst klein auszulegen, d.h., die benötigte Federkraft möglichst
gering zu halten. Dies wird durch eine möglichst geringe negative Beschleunigung im
Bereich C erreicht.
[0035] Ein zusätzlicher Vorteil einer vergleichsweise geringen negativen Beschleunigung
im Bereich C betrifft die Flächenpressung zwischen der Rolle 42 und der Nocke 46.
Es muss sichergestellt werden, dass ein zulässiger Wert, der sich auch aus der Werkstoffpaarung
zwischen Nocken 46 und Rolle 42 ergibt, nicht überschritten wird. Bestimmend für die
Höhe der Flächenpressung ist neben den auftretenden Kontaktkräften und dem Radius
der Rolle 42 auch der Krümmungsradius des Nockens 46. Eine starke negative Beschleunigung
im Bereich des oberen Totpunkts OT bedeutet einen entsprechend kleinen Krümmungsradius
der Bahnkurve des Nockens 46 in diesem Bereich, die zu einer entsprechend hohen Flächenpressung
zwischen Rolle 42 und Nocken 46 führen würde. Für eine entsprechend geringe Flächenpressung
ist daher die negative Beschleunigung im Bereich C ebenfalls niedrig zu halten. Die
Bahnkurve des Nockens 46 ist dabei so gewählt, dass der sich hieraus über den Winkel
des Nockens 46 ergebende Verlauf der Massenkraft 66 in etwa dem Verlauf der auf den
Kolben 38 wirkenden Federkraft 68 entspricht, und zwar unter Berücksichtigung eines
Sicherheitsfaktors von 50 % (Bezugszeichen 74 in Figur 5). Hierdurch wird die Kraft
der Kolbenfeder 40 über einen weiten Bereich optimal genutzt. Auch dies ermöglicht
eine gewisse Verlängerung des Auslegungsbereichs B und die Reduzierung des dort vorhandenen
maximalen Geschwindigkeitsniveaus.
[0036] Für den Bereich D der Bahnkurve des Nockens 46 bzw. der Hubkurve 60 des Kolbens 38
gelten die gleichen Auslegungskriterien wie für den Bereich A, also möglichst hohe
und konstante positive Beschleunigung des Kolbens 38.
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (10) einer Brennkraftmaschine, bei
dem mindestens ein Verdrängungselement (38) einer Kraftstoffpumpe (20) von einer Antriebseinrichtung
(44) angetrieben wird und innerhalb eines Förderzyklus eine Verdrängungs- (56) und
eine Saugbewegung (54) ausführt, und bei dem während der Verdrängungsbewegung (56)
eine Förderphase (58) vorliegen kann, während der Kraftstoff in einen Hochdruckbereich
(26) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (38) so angetrieben wird, dass während der Verdrängungsbewegung
(56) eine Phase (B) mit gleichzeitig im Wesentlichen konstanter und in Verdrängungsrichtung
im Wesentlichen maximaler Geschwindigkeit (62) des Verdrängungselements (38) vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase (B) mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit (62) mindestens ungefähr
50% der Phase der Verdrängungsbewegung (56) einnimmt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dass eine Phase (A), in der das Verdrängungselement
(38) auf die im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit (62) positiv beschleunigt wird,
höchstens ungefähr 15% der Phase der Verdrängungsbewegung (56) einnimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Beschleunigung (64) im Wesentlichen konstant ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (62) des Verdrängungselements (38) mit im Wesentlichen konstanter
negativer Beschleunigung (64) von der maximalen Geschwindigkeit (62) abfällt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag einer mittleren positiven Beschleunigung (64), mit der das Verdrängungselement
(38) auf die im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit (62) beschleunigt wird, größer
ist als der Betrag einer mittleren negativen Beschleunigung (64), mit der das Verdrängungselement
(38) von der im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit (62) abgebremst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der mittleren positiven Beschleunigung (64) mindestens um einen Faktor
2 größer ist als der Betrag der mittleren negativen Beschleunigung (64).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (38) von einer Nockeneinrichtung (44) angetrieben und der
Verlauf einer negativen Beschleunigung (64), mit der das Verdrängungselement (38)
von der im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit (62) abgebremst wird, so gewählt
ist, dass ein sich hieraus über den Drehwinkel der Nockeneinrichtung (44) ergebender
Verlauf (66) einer auf das Verdrängungselement (38) wirkenden Massenkraft wenigstens
in etwa und wenigstens im Bereich des oberen Totpunktes (OT) des Verdrängungselements
(38) dem Verlauf (68) einer auf das Verdrängungselement (38) zur Nockeneinrichtung
(44) hin wirkenden Federkraft, ggf. unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors
(74), entspricht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Verdrängungsbewegung (56) innerhalb eines Förderzyklus größer ist als
die Dauer der Saugbewegung (54).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Verdrängungsbewegung (56) mindestens 15% größer ist als die Dauer der
Saugbewegung (58).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Förderphase (58) von einer steuerbaren Ventileinrichtung (32) abhängt,
welche einen Förderraum (36) der Kraftstoffpumpe (20) zwangsweise mit einem Niederdruckbereich
(16) verbinden kann.
12. Kraftstoffsystem (10), mit einer Kraftstoffpumpe (20) mit mindestens einem Verdrängungselement
(38), welches von einer Nockeneinrichtung (44) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockeneinrichtung (44) so geformt ist, dass das Verdrängungselement (38) nach
einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 arbeitet.