DE102016209586B4 - Direct injection compression ignition internal combustion engine with a fuel supply system comprising two high-pressure piston pumps and a method for operating such an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Direkteinspritzende selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der- jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist,- zwecks Kraftstoffversorgung des mindestens einen Zylinders ein Kraftstoffversorgungssystem (1) vorgesehen ist, das eine Hochdruckseite (1a), eine Niederdruckseite (1b) sowie eine Ventileinheit (2) umfasst, und- das Kraftstoffversorgungssystem (1) mit mindestens zwei Kolbenhochdruckpumpen (3a, 3b) ausgestattet ist, die jeweils einen zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt translatorisch verschiebbaren Kolben (10a, 10b) umfassen sowie mit der Hochdruckseite (1a) verbindbar sind und mit der Niederdruckseite (1b) via Ventileinheit verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (2) über einen Steuerkolben (2a) verfügt, der- in einem Ventilgehäuse (2b) angeordnet und entlang einer Verschiebeachse (2c) translatorisch verschiebbar gelagert ist,- in einer Mittelposition (M) via Ventilgehäuse (2b) die mindestens zwei Kolbenhochdruckpumpen (3a, 3b) miteinander und jeweils mit der Niederdruckseite (1b) verbindet,- in einer ersten Endposition (E1) eine erste Kolbenhochdruckpumpe (3a) mit der Niederdruckseite (1b) verbindet und von der mindestens einen anderen Kolbenhochdruckpumpe (3b) trennt sowie eine zweite Kolbenhochdruckpumpe (3b) von der Niederdruckseite (1b) trennt, und- in einer zweiten Endposition (E2) die zweite Kolbenhochdruckpumpe (3b) mit der Niederdruckseite (1b) verbindet und von der mindestens einen anderen Kolbenhochdruckpumpe (3a) trennt sowie die erste Kolbenhochdruckpumpe (3a) von der Niederdruckseite (1b) trennt.Direct-injection compression-ignition internal combustion engine with at least one cylinder, in which each cylinder is equipped with an injection device for the direct introduction of fuel into the cylinder, Low-pressure side (1b) and a valve unit (2), and- the fuel supply system (1) is equipped with at least two high-pressure piston pumps (3a, 3b), each of which has a piston (10a, 10b) that can be moved translationally between a bottom dead center and a top dead center and can be connected to the high pressure side (1a) and can be connected to the low pressure side (1b) via a valve unit, characterized in that the valve unit (2) has a control piston (2a) which is arranged in and along a valve housing (2b) a displacement axis (2c) is mounted so as to be translationally displaceable, - in a middle position (M) via valve housing (2b) which connects at least two high-pressure piston pumps (3a, 3b) to each other and to the low-pressure side (1b), - in a first end position (E1) a first high-pressure piston pump (3a) to the low-pressure side (1b) connects and separates from the at least one other high-pressure piston pump (3b) and separates a second high-pressure piston pump (3b) from the low-pressure side (1b), and - in a second end position (E2), connects the second high-pressure piston pump (3b) to the low-pressure side (1b) and separates from the at least one other high-pressure piston pump (3a) and separates the first high-pressure piston pump (3a) from the low-pressure side (1b).
Description
Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der
- - jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist,
- - zwecks Kraftstoffversorgung des mindestens einen Zylinders ein Kraftstoffversorgungssystem vorgesehen ist, das eine Hochdruckseite, eine Niederdruckseite sowie eine Ventileinheit umfasst, und
- - das Kraftstoffversorgungssystem mit mindestens zwei Kolbenhochdruckpumpen ausgestattet ist, die jeweils einen zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt translatorisch verschiebbaren Kolben umfassen sowie mit der Hochdruckseite verbindbar sind und mit der Niederdruckseite via Ventileinheit verbindbar sind.
- - each cylinder is equipped with an injection device for the direct introduction of fuel into the cylinder,
- - For the purpose of supplying fuel to the at least one cylinder, a fuel supply system is provided which comprises a high pressure side, a low pressure side and a valve unit, and
- - The fuel supply system is equipped with at least two high-pressure piston pumps, each comprising a piston that can be moved translationally between a bottom dead center and an upper dead center and can be connected to the high pressure side and connected to the low pressure side via a valve unit.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.The invention also relates to a method for operating such an internal combustion engine.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Die
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine selbstzündende Dieselmotoren, aber auch selbstzündende Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren mit Selbstzündung nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der selbstzündenden Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes compression-ignition diesel engines, but also compression-ignition hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process with compression ignition, as well as hybrid drives that, in addition to the compression-ignition internal combustion engine, include an electric machine that can be driven with the internal combustion engine and which provides power from the Internal combustion engine takes up or delivers additional power as a switchable auxiliary drive.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.In the development of internal combustion engines, constant efforts are made to minimize fuel consumption and reduce pollutant emissions.
Die Direkteinspritzung ist durch eine inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisiert ist, sondern regelmäßig sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist. Die Inhomogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist auch ein Grund für die Partikelemissionen.The direct injection is characterized by an inhomogeneous combustion chamber charge, which is not characterized by a uniform air ratio, but regularly has both lean (λ> 1) mixture parts and rich (λ <1) mixture parts. The inhomogeneity of the fuel-air mixture is also one of the reasons for the particulate emissions.
Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung des Kraftstoffes im Rahmen von Vorreaktionen einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.There is comparatively little time available for the injection of the fuel, the preparation of the mixture in the combustion chamber, namely the mixing of air and fuel and the preparation of the fuel as part of preliminary reactions including evaporation and ignition of the prepared mixture.
Die daraus resultierenden Anforderungen an die Gemischbildung betreffen grundsätzlich jede direkteinspritzende Brennkraftmaschine und damit auch direkteinspritzende Dieselmotoren. Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist ganz allgemein eine direkteinspritzende selbstzündende Brennkraftmaschine.The resulting requirements for mixture formation apply in principle to every direct-injecting internal combustion engine and thus also to direct-injecting diesel engines. The internal combustion engine which is the subject of the present invention is generally a direct injection compression ignition internal combustion engine.
Die Direkteinspritzung erfordert ein Kraftstoffversorgungssystem, welches fähig ist, den für die Direkteinspritzung erforderlichen hohen Druck im einzuspritzenden Kraftstoff aufzubauen. Daher werden - wie beispielsweise auch in
Nach dem Stand der Technik kann als Ventileinheit
Bei Verwendung eines digital schaltbaren Ventils
Dennoch ist auch die Verwendung eines digital schaltbaren Ventils mit Nachteilen verbunden. Das Zurückfördern von Kraftstoff auf die Niederdruckseite im Rahmen eines Förderhubs zwecks Einstellung der geförderten Kraftstoffmenge erzeugt Druckschwingungen in den Leitungen des Kraftstoffversorgungssystems auf der Niederdruckseite, d. h. in den Niederdruckleitungen bzw. Saugleitungen. Die Druckschwingungen führen zu einer störenden Geräuschanregung und erschweren die Druckregelung des Niederdruckkreislaufs.However, the use of a digitally switchable valve is also associated with disadvantages. The return of fuel to the low-pressure side as part of a delivery stroke for the purpose of adjusting the amount of fuel delivered generates pressure fluctuations in the lines of the fuel supply system on the low-pressure side, i. H. in the low pressure lines or suction lines. The pressure oscillations lead to a disturbing noise excitation and make pressure regulation of the low-pressure circuit more difficult.
Bei Konzepten mit mehreren Kolbenhochdruckpumpen, benötigt jede Hochdruckpumpe ein eigenes digital schaltbares Ventil als Ventileinheit inklusive Ansteuerung. Dies ist mit erheblichen Kosten und einem erhöhten Bauraumbedarf für das Kraftstoffversorgungssystem verbunden.For concepts with several piston high-pressure pumps, each high-pressure pump requires its own digitally switchable valve as a valve unit including control. This is associated with considerable costs and an increased space requirement for the fuel supply system.
Bei kleinen zu fördernden Kraftstoffmengen ist das komprimierte Totvolumen groß im Vergleich zu der komprimierten tatsächlich geförderten Kraftstoffmenge, wodurch die Verluste in nachteiliger Weise erhöht werden.In the case of small amounts of fuel to be delivered, the compressed dead volume is large compared to the compressed amount of fuel actually delivered, as a result of which the losses are disadvantageously increased.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkteinspritzende selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der sich die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile betreffend das Kraftstoffversorgungssystem mindern bzw. überwinden lassen.Against the background of what has been said, it is an object of the present invention to provide a direct-injection compression-ignition internal combustion engine according to the preamble of
Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16 zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.Another sub-object of the invention is to provide a method according to the preamble of claim 16 for operating such an internal combustion engine.
Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine direkteinspritzende selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der
- - jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist,
- - zwecks Kraftstoffversorgung des mindestens einen Zylinders ein Kraftstoffversorgungssystem vorgesehen ist, das eine Hochdruckseite, eine Niederdruckseite sowie eine Ventileinheit umfasst, und
- - das Kraftstoffversorgungssystem mit mindestens zwei Kolbenhochdruckpumpen ausgestattet ist, die jeweils einen zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt translatorisch verschiebbaren Kolben umfassen sowie mit der Hochdruckseite verbindbar sind und mit der Niederdruckseite via Ventileinheit verbindbar sind,
- - in einem Ventilgehäuse angeordnet und entlang einer Verschiebeachse translatorisch verschiebbar gelagert ist,
- - in einer Mittelposition via Ventilgehäuse die mindestens zwei Kolbenhochdruckpumpen miteinander und jeweils mit der Niederdruckseite verbindet,
- - in einer ersten Endposition eine erste Kolbenhochdruckpumpe mit der Niederdruckseite verbindet und von der mindestens einen anderen Kolbenhochdruckpumpe trennt sowie eine zweite Kolbenhochdruckpumpe von der Niederdruckseite trennt, und
- - in einer zweiten Endposition die zweite Kolbenhochdruckpumpe mit der Niederdruckseite verbindet und von der mindestens einen anderen Kolbenhochdruckpumpe trennt sowie die erste Kolbenhochdruckpumpe von der Niederdruckseite trennt.
- - each cylinder is equipped with an injection device for the direct introduction of fuel into the cylinder,
- - For the purpose of supplying fuel to the at least one cylinder, a fuel supply system is provided which comprises a high pressure side, a low pressure side and a valve unit, and
- - The fuel supply system is equipped with at least two high-pressure piston pumps, each of which includes a piston that can be moved translationally between a bottom dead center and an upper dead center and can be connected to the high pressure side and can be connected to the low pressure side via a valve unit,
- - is arranged in a valve housing and mounted so as to be translationally displaceable along a displacement axis,
- - in a central position via the valve housing that connects at least two high-pressure piston pumps to one another and to the low-pressure side,
- - In a first end position, a first high-pressure piston pump connects to the low-pressure side and separates from the at least one other high-pressure piston pump and a second high-pressure piston pump separates from the low-pressure side, and
- - In a second end position, the second high-pressure piston pump connects to the low-pressure side and separates it from the at least one other high-pressure piston pump and separates the first high-pressure piston pump from the low-pressure side.
Erfindungsgemäß verfügt das Kraftstoffversorgungssystem über zwei oder mehr Kolbenhochdruckpumpen und eine Ventileinheit. Zwei oder mehr Kolbenhochdruckpumpen können sich dabei auch ein gemeinsames Pumpengehäuse teilen. D. h. unabhängig von der Anzahl der eingesetzten Kolbenhochdruckpumpen, wird nur eine Ventileinheit benötigt. Dies reduziert die Kosten und den erforderlichen Bauraum für das Kraftstoffversorgungssystem.According to the invention, the fuel supply system has two or more high-pressure piston pumps and a valve unit. Two or more high-pressure piston pumps can also share a common pump housing. I. E. Regardless of the number of high-pressure piston pumps used, only one valve unit is required. This reduces the costs and the space required for the fuel supply system.
Die Kolben der Kolbenhochdruckpumpen können sich paarweise gegenläufig bewegen, aber auch beliebig versetzt zueinander. Die Hubkurven können unterschiedlich sein und auch Bereiche ohne Hub aufweisen, beispielsweise in den Totpunkten. Bei Verwendung von zwei Kolbenhochdruckpumpen kann sich folglich der Kolben der einen Kolbenhochdruckpumpe aufwärts bewegen, d. h. im Förderhub befinden, während sich der Kolben der anderen Kolbenhochdruckpumpe abwärts bewegt, d. h. im Saughub befindet.The pistons of the high-pressure piston pumps can move in opposite directions in pairs, but can also be offset from one another as required. The lift curves can be different and also have areas without a lift, for example in the dead centers. When using two high-pressure piston pumps, the piston of one high-pressure piston pump can consequently move upwards, ie be in the delivery stroke, while the piston of the other high-pressure piston pump moves downwards, ie is in the suction stroke.
Die Kolbenhochdruckpumpen lassen sich via Ventileinheit miteinander verbinden, d. h. kurzschließen, so dass eine Kolbenhochdruckpumpe in eine andere Kolbenhochdruckpumpe hinein fördert. Hierzu ist der Steuerkolben der erfindungsgemäßen Ventileinheit in die Mittelposition zu überführen, in welcher die Kolbenhochdruckpumpen miteinander und jeweils mit der Niederdruckseite verbunden sind.The high-pressure piston pumps can be connected to one another via a valve unit, i. H. short-circuit so that one high-pressure piston pump delivers into another high-pressure piston pump. For this purpose, the control piston of the valve unit according to the invention is to be moved into the central position, in which the high-pressure piston pumps are connected to one another and to the low-pressure side.
Bei Verwendung von zwei Kolbenhochdruckpumpen, deren Kolben sich gegenläufig bewegen, kann, wenn der Steuerkolben sich in der Mittelposition befindet, Kraftstoff von der sich im Förderhub befindlichen Kolbenhochdruckpumpe direkt in die sich im Saughub befindliche Kolbenhochdruckpumpe gelangen, d. h. gefördert werden, ohne dass Kraftstoff auf die Niederdruckseite zurück gefördert werden muss bzw. wird. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass nur schwache bzw. keine Druckschwingungen in den Leitungen des Kraftstoffversorgungssystems auf der Niederdruckseite erzeugt werden. Mit den Druckschwingungen vermindern sich bzw. entfallen die Geräuschanregung und das Problem hinsichtlich der Druckregelung im Niederdruckkreislauf.When using two high-pressure piston pumps, the pistons of which move in opposite directions, when the control piston is in the central position, fuel from the high-pressure piston pump in the delivery stroke can get directly into the high-pressure piston pump in the suction stroke, i. H. be conveyed without fuel having to be or will be conveyed back to the low-pressure side. This has the advantageous effect that only weak or no pressure oscillations are generated in the lines of the fuel supply system on the low-pressure side. With the pressure oscillations, the noise excitation and the problem with regard to pressure regulation in the low-pressure circuit are reduced or eliminated.
Durch das Verbinden der Kolbenhochdruckpumpen untereinander und mit der Niederdruckseite kann kein Förderdruck von den Kolbenhochdruckpumpen aufgebaut werden und kein Kraftstoff auf die Hochdruckseite gefördert werden. Insofern liegt bei einem in der Mittelposition befindlichen Steuerkolben keine Förderung vor, d. h. eine Null-Förderung.By connecting the high-pressure piston pumps to one another and to the low-pressure side, no delivery pressure can be built up by the high-pressure piston pumps and no fuel can be delivered to the high-pressure side. In this respect, when a control piston is in the middle position, there is no delivery, d. H. a zero grant.
Die erfindungsgemäße Ventileinheit kann konstruktiv auf ganz unterschiedliche Weise ausgebildet werden. Die verschiedenen Ausführungsformen werden gemäß den Unteransprüchen erörtert. So kann beispielsweise eine passive Ventilzentrierung vorgesehen werden, die den Steuerkolben ohne weiteres Zutun in die Mittelposition zwingt. Dann ist eine Auslenkvorrichtung erforderlich, um den Steuerkolben zwecks Kraftstoffförderung aus der Mittelposition in eine Endposition zu verschieben, in der eine Kolbenhochdruckpumpe mit der Niederdruckseite verbunden ist und Kraftstoff ansaugt, während die andere Kolbenhochdruckpumpe von der Niederdruckseite und der ansaugenden Kolbenhochdruckpumpe getrennt ist und im Förderhub Kraftstoff auf die Hochdruckseite pumpt.The valve unit according to the invention can be designed in completely different ways. The various embodiments are discussed according to the subclaims. For example, passive valve centering can be provided which forces the control piston into the central position without any further action. A deflection device is then required to move the control piston for the purpose of pumping fuel from the middle position into an end position in which one high-pressure piston pump is connected to the low-pressure side and sucks in fuel, while the other high-pressure piston pump is separated from the low-pressure side and the high-pressure piston pump and provides fuel in the delivery stroke pumps on the high pressure side.
Die passive Ventilzentrierung kann auch durch eine aktive Ventilzentrierung ersetzt werden, beispielsweise bei Ausführungsformen, bei denen Strömungskräfte bzw. Druckunterschiede im Ventilgehäuse, die auch am Steuerkolben angreifen, genutzt werden, um den Steuerkolben in eine Endposition zu verschieben. Befindet sich der Steuerkolben erst einmal in einer Endposition, sorgt die in dieser Endposition von der anderen Kolbenhochdruckpumpe und der Niederdruckseite getrennte und im Förderhub befindliche Kolbenhochdruckpumpe für einen ausreichend hohen Druck, um den Steuerkolben in dieser Endposition zu halten und Kraftstoff auf die Hochdruckseite zu fördern; zumindest bei den Ausführungsformen, bei denen der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff in der Art druckbeaufschlagt werden kann, dass eine resultierende Kraft in Richtung der Endposition wirkt.The passive valve centering can also be replaced by an active valve centering, for example in embodiments in which flow forces or pressure differences in the valve housing, which also act on the control piston, are used to move the control piston into an end position. Once the control piston is in an end position, the high pressure piston pump, which is separate from the other high pressure piston pump and the low pressure side and located in the delivery stroke in this end position, ensures a sufficiently high pressure to keep the control piston in this end position and to deliver fuel to the high pressure side; at least in the embodiments in which the control piston can be pressurized by the fuel located in the valve housing in such a way that a resultant force acts in the direction of the end position.
Erfindungsgemäß kann die Ventileinheit auch in der Art ausgebildet werden, dass der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff nicht druckbeaufschlagt wird, in der Art, dass eine resultierende Kraft entlang der Verschiebeachse wirkt. Dann ist der Steuerkolben in der Art eines vom Kraftstoffdruck freien bzw. unabhängigen Schiebers ausgebildet. Erforderlich ist dann aber das Vorsehen einer Verschiebeeinrichtung, mit der in den Steuerkolben eine Kraft entlang der Verschiebeachse einleitbar ist und der Steuerkolben bis in die Endpositionen verschiebbar ist. Auf eine Ventilzentrierung kann dabei ganz verzichtet werden.According to the invention, the valve unit can also be designed in such a way that the control piston is not pressurized by the fuel located in the valve housing, in such a way that a resultant force acts along the displacement axis. The control piston is then designed in the manner of a slide that is free or independent of the fuel pressure. However, it is then necessary to provide a displacement device with which a force can be introduced into the control piston along the displacement axis and the control piston can be displaced into the end positions. There is no need for valve centering at all.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine direkteinspritzende selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, mit der sich die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile betreffend das Kraftstoffversorgungssystem mindern bzw. überwinden lassen.With the internal combustion engine according to the invention, the first object on which the invention is based is achieved, namely a direct-injection compression-ignition internal combustion engine according to the preamble of
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen die Kolben von zwei oder mehr Kolbenhochdruckpumpen in einem gemeinsamen Pumpengehäuse angeordnet sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das Kraftstoffversorgungssystem mindestens zwei Kolbenhochdruckpumpen, wobei es sich um separate eigenständige Pumpen handeln kann, aber auch um ein Pumpengehäuse mit zwei bzw. mehreren Kolben oder um gruppenweise zusammengefasste Pumpen, deren Kolben jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which the pistons of two or more high-pressure piston pumps are arranged in a common pump housing. In the context of the present invention, the fuel supply system comprises at least two piston high-pressure pumps, which can be separate independent pumps, but also a pump housing with two or more pistons or pumps combined in groups, the pistons of which are each arranged in a common housing.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen nur eine einzige Ventileinheit vorgesehen ist. Diese Ausführungsform konstatiert nochmals expressis verbis, dass erfindungsgemäß nur eine einzelne Ventileinheit vorzusehen ist bzw. vorgesehen wird und zwar unabhängig von der Anzahl der eingesetzten Kolbenhochdruckpumpen. Die Kosten und der beanspruchte Bauraum für die Dosierung bzw. Regelung der geförderten Kraftstoffmenge werden deutlich reduziert.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine in which only a single valve unit is provided are advantageous. This embodiment once again expressly states that, according to the invention, only a single valve unit is to be provided, or is provided, regardless of the number of high-pressure piston pumps used. The costs and the space required for metering or regulating the amount of fuel delivered are significantly reduced.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen zur Positionierung des Steuerkolbens in der Mittelposition eine Ventilzentrierung vorgesehen ist.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which valve centering is provided for positioning the control piston in the central position.
Zumindest bei Ausführungsformen, bei denen der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff - zumindest zeitweise - in der Art druckbeaufschlagt wird, dass eine resultierende Kraft in Richtung der einen bzw. anderen Endposition wirkt, werden die Strömungskräfte und Druckunterschiede, die im Ventilgehäuse vorliegen und am Steuerkolben angreifen, genutzt, um den Steuerkolben zu verschieben bzw. in einer Endposition zu halten. Am Ende eines Förderprozesses, wenn sich die Drücke auf der Niederdruckseite und der Hochdruckseite angleichen und sich die Druckunterschiede über den Steuerkolben abbauen, überführt die Ventilzentrierung den Steuerkolben wieder in die Mittelposition.At least in the case of embodiments in which the control piston is pressurized by the fuel in the valve housing - at least temporarily - in such a way that a resulting force acts in the direction of one or the other end position, the flow forces and pressure differences that are present in the valve housing and on the Attack the control piston, used to move the control piston or to hold it in an end position. At the end of a conveying process, when the pressures on the low-pressure side and the high-pressure side are equal and the pressure differences are reduced via the control piston, the valve centering system moves the control piston back into the middle position.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen die Ventilzentrierung mindestens ein Federelement umfasst, welches den Steuerkolben entlang der Verschiebeachse kraftbeaufschlagt und in die Mittelposition zwingt.In this context, embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which the valve centering comprises at least one spring element which acts on the control piston along the displacement axis and forces it into the central position.
Wird die Ventilzentrierung unter Verwendung eines Federelementes ausgebildet, handelt es sich um eine passive Ventilzentrierung, die den Steuerkolben ohne weiteres Zutun, d. h. selbständig in die Mittelposition überführt, sobald die am Steuerkolben angreifenden Drücke bzw. die entlang der Verschiebeachse am Steuerkolben angreifende resultierende Kraft dies zulässt. Eine aktive Rückstellung ist dann nicht erforderlich.If the valve centering is designed using a spring element, it is a passive valve centering that moves the control piston without further action, i. H. automatically transferred to the middle position as soon as the pressures acting on the control piston or the resulting force acting on the control piston along the displacement axis allow this. An active reset is then not required.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen die Ventilzentrierung mindestens zwei Federelemente umfasst, welche den Steuerkolben entlang der Verschiebeachse in entgegengesetzten Richtungen kraftbeaufschlagen und in die Mittelposition zwingen. Vorteilhaft sind Ausführungsformen mit zwei Federelementen, von denen ein Federelement den Steuerkolben mit einer Federkraft in Richtung der ersten Endposition kraftbeaufschlagt, wohingegen das andere Federelement den Steuerkolben in entgegengesetzter Richtung, nämlich in Richtung der zweiten Endposition kraftbeaufschlagt.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which the valve centering comprises at least two spring elements which force the control piston along the displacement axis in opposite directions and force it into the central position. Embodiments with two spring elements are advantageous, of which one spring element acts on the control piston with a spring force in the direction of the first end position, whereas the other spring element acts on the control piston in the opposite direction, namely in the direction of the second end position.
Wird nur ein Federelement eingesetzt, muss dieses Federelement sowohl auf Druck als auch auf Zug belastbar sein, d. h. beansprucht werden können.If only one spring element is used, this spring element must be able to withstand both pressure and tension, i.e. H. can be claimed.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine sein, bei denen die Ventilzentrierung eine aktive Ventilzentrierung ist.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine in which the valve centering is active valve centering can also be advantageous.
Es kann auch eine aktive Ventilzentrierung anstelle einer passiven Ventilzentrierung vorgesehen bzw. eingesetzt werden. Dann wird der Steuerkolben aber nicht ohne weiteres Zutun automatisch in die Mittelposition überführt, sobald hierfür die Voraussetzungen vorliegen. Vielmehr hat eine aktive Rückstellung des Steuerkolbens in die Mittelposition durch Einleiten einer externen Verschiebekraft zu erfolgen. Vorzugsweise wird die Ventilzentrierung aktiviert, wenn die am Steuerkolben angreifenden Drücke bzw. Kräfte minimal sind, d. h. vorteilhafterweise am Ende eines Förderprozesses, wenn sich die Drücke auf der Niederdruckseite und der Hochdruckseite angleichen. Dadurch kann die für eine aktive Rückstellung erforderliche Verschiebekraft minimiert werden.Active valve centering can also be provided or used instead of passive valve centering. Then, however, the control piston is not automatically transferred into the middle position without further action as soon as the prerequisites for this are met. Rather, the control piston has to be actively returned to the central position by introducing an external displacement force. The valve centering is preferably activated when the pressures or forces acting on the control piston are minimal; H. advantageously at the end of a conveying process when the pressures on the low-pressure side and the high-pressure side are equal. As a result, the displacement force required for active resetting can be minimized.
Soll der Steuerkolben dann erneut zwecks Kraftstoffförderung in eine Endposition überführt werden, ist die Ventilzentrierung rechtzeitig zu deaktivieren.If the control piston is then to be moved into an end position again for the purpose of fuel delivery, the valve centering must be deactivated in good time.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff druckbeaufschlagt ist, in der Art, dass - zumindest zeitweise - eine resultierende Kraft entlang der Verschiebeachse in Richtung einer Endposition wirkt.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine in which the control piston is pressurized by the fuel in the valve housing are advantageous in such a way that - at least temporarily - a resulting force acts along the displacement axis in the direction of an end position.
Vorliegend ist der Steuerkolben von einer derartigen Gestalt, dass der auf den Steuerkolben wirkende Kraftstoffdruck eine resultierende Kraft in Richtung der ersten bzw. der zweiten Endposition generiert bzw. zumindest zeitweise generieren kann. Diese resultierende entlang der Verschiebeachse des Steuerkolbens wirkende Kraft wird in vorteilhafter Weise dazu genutzt, den Steuerkolben zu verschieben bzw. in einer Endposition zu halten.In the present case, the control piston is of such a shape that the fuel pressure acting on the control piston generates or can at least temporarily generate a resultant force in the direction of the first or the second end position. This resulting force acting along the displacement axis of the control piston becomes more advantageous Way used to move the control piston or to hold it in an end position.
Wird keine passive Ventilzentrierung vorgesehen, dient die resultierende Kraft sowohl dem Verschieben des Steuerkolbens in eine Endposition als auch dem Halten des Steuerkolbens in dieser Endposition. Am Ende eines Förderprozesses, wenn sich die Druckunterschiede am Steuerkolben abbauen, kann eine aktive Ventilzentrierung dazu eingesetzt werden, den Steuerkolben wieder in die Mittelposition zu überführen.If passive valve centering is not provided, the resulting force serves both to move the control piston into an end position and to hold the control piston in this end position. At the end of a delivery process, when the pressure differences on the control piston decrease, active valve centering can be used to bring the control piston back into the middle position.
Wird hingegen eine passive Ventilzentrierung eingesetzt, die den Steuerkolben selbständig in die Mittelposition überführt, sobald die am Steuerkolben angreifenden Drücke dies zulassen, dient die am Steuerkolben angreifende resultierende Kraft ausschließlich bzw. primär dem Halten des Steuerkolbens in einer Endposition.If, on the other hand, passive valve centering is used, which automatically moves the control piston into the middle position as soon as the pressures acting on the control piston allow this, the resulting force acting on the control piston serves exclusively or primarily to hold the control piston in an end position.
Insofern sind dann Maßnahmen erforderlich, mit denen der Steuerkolben sich in die Endpositionen verschieben lässt.In this respect, measures are then required with which the control piston can be moved into the end positions.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen eine Auslenkeinrichtung vorgesehen ist, mit der in den Steuerkolben eine Kraft entlang der Verschiebeachse einleitbar ist, womit der Steuerkolben aus der Mittelposition auslenkbar ist.In this context, embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which a deflection device is provided with which a force can be introduced into the control piston along the displacement axis, whereby the control piston can be deflected from the central position.
Die Auslenkeinrichtung kann zu Beginn des Fördervorganges dazu verwendet werden, den Steuerkolben in eine der beiden Endpositionen zu verschieben. Wird dann Kraftstoff im Rahmen eines Förderhubs mittels der entsprechenden Kolbenhochdruckpumpe gefördert, resultieren die auf den Steuerkolben wirkenden Druckunterschiede regelmäßig in einer Haltekraft in Richtung der Endposition, die den Steuerkolben vorzugsweise bis zum Ende des Förderhubs in dieser Endposition hält. Insofern kann die Auslenkeinrichtung deaktiviert werden, sobald die Druckverhältnisse am Steuerkolben eine ausreichend große Haltekraft gewährleisten. Diese Variante erweist sich als besonders energiesparend. Am Ende des Förderhubs bzw. beim Wechsel der zur Kraftstoffförderung eingesetzten Kolbenhochdruckpumpe, kann die Auslenkeinrichtung dann wieder aktiviert und verwendet werden, um den Steuerkolben in die andere Endposition zu verschieben bzw. zu überführen.The deflection device can be used at the beginning of the conveying process to move the control piston into one of the two end positions. If fuel is then delivered as part of a delivery stroke by means of the corresponding high-pressure piston pump, the pressure differences acting on the control piston regularly result in a holding force in the direction of the end position, which preferably holds the control piston in this end position until the end of the delivery stroke. In this respect, the deflection device can be deactivated as soon as the pressure conditions on the control piston ensure a sufficiently high holding force. This variant proves to be particularly energy-saving. At the end of the delivery stroke or when the high-pressure piston pump used to deliver fuel is changed, the deflection device can then be activated again and used to move or transfer the control piston into the other end position.
Der Zeitpunkt, zu welchem die Auslenkeinrichtung im Rahmen des Förderhubs der Kolbenhochdruckpumpe aktiviert wird, ist maßgeblich für die mittels dieser Kolbenhochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge. Der Abstand, den der pumpenzugehörige Kolben bei Aktivierung der Auslenkeinrichtung vom unteren Totpunkt aufweist, ist in diesem Zusammenhang von Relevanz. Je größer der Abstand ist desto kleiner ist die geförderte Kraftstoffmenge.The point in time at which the deflection device is activated as part of the delivery stroke of the high-pressure piston pump is decisive for the amount of fuel delivered by means of this high-pressure piston pump. The distance that the piston belonging to the pump has from the bottom dead center when the deflecting device is activated is relevant in this context. The greater the distance, the smaller the amount of fuel delivered.
Die Auslenkeinrichtung kann eine elektromagnetisch, mechanisch, hydraulisch oder auch pneumatisch betriebene Auslenkeinrichtung sein.The deflection device can be an electromagnetically, mechanically, hydraulically or also pneumatically operated deflection device.
Wird keine passive Ventilzentrierung vorgesehen, dient die resultierende Kraft sowohl dem Verschieben des Steuerkolbens in eine Endposition als auch dem Halten des Steuerkolbens in dieser Endposition und eine Auslenkeinrichtung ist nicht zwingend erforderlich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dann eine aktive Ventilzentrierung vorgesehen.If passive valve centering is not provided, the resulting force serves both to move the control piston into an end position and to hold the control piston in this end position and a deflection device is not absolutely necessary. According to a preferred embodiment, active valve centering is then provided.
Ist der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff in der Art druckbeaufschlagt, dass eine resultierende Kraft entlang der Verschiebeachse wirkt, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die erste Kolbenhochdruckpumpe mit einer ersten Druckkammer der Ventileinheit in Verbindung steht und der Steuerkolben in diese erste Druckkammer hineinragt.If the control piston is pressurized by the fuel in the valve housing in such a way that a resulting force acts along the displacement axis, embodiments can be advantageous in which the first high-pressure piston pump is connected to a first pressure chamber of the valve unit and the control piston protrudes into this first pressure chamber .
Ist der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff in der Art druckbeaufschlagt, dass eine resultierende Kraft entlang der Verschiebeachse wirkt, können auch Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die zweite Kolbenhochdruckpumpe mit einer zweiten Druckkammer der Ventileinheit in Verbindung steht und der Steuerkolben in diese zweite Druckkammer hineinragt.If the control piston is pressurized by the fuel in the valve housing in such a way that a resulting force acts along the displacement axis, embodiments can also be advantageous in which the second high-pressure piston pump is connected to a second pressure chamber of the valve unit and the control piston is connected to this second pressure chamber protrudes.
Eine erste und/oder zweite Druckkammer erleichtert es, dem Steuerkolben eine solche Gestalt zu verleihen, dass der am Steuerkolben angreifende Kraftstoffdruck zu Druckunterschieden entlang des Steuerkolbens führt und damit zu einer resultierenden Kraft entlang der Verschiebeachse.A first and / or second pressure chamber makes it easier to give the control piston such a shape that the fuel pressure acting on the control piston leads to pressure differences along the control piston and thus to a resulting force along the displacement axis.
Eine Druckkammer der Ventileinheit kann auch mit einem Arbeitsraum einer Kolbenhochdruckpumpe eine gemeinsame Druckkammer ausbilden. D. h. die erste bzw. die zweite Druckkammer kann mit dem Arbeitsraum der zugehörigen Kolbenhochdruckpumpe eine gemeinsame Kammer bilden. Dadurch könnte das Totvolumen bei den meisten Ausführungsformen minimiert werden. Dies wäre vorteilhaft.A pressure chamber of the valve unit can also form a common pressure chamber with a working chamber of a high-pressure piston pump. I. E. the first or the second pressure chamber can form a common chamber with the working chamber of the associated high-pressure piston pump. This could minimize the dead volume in most embodiments. This would be beneficial.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine sein, bei denen der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff nicht druckbeaufschlagt ist, so dass keine resultierende Kraft entlang der Verschiebeachse in Richtung einer Endposition wirkt.However, embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine can also be advantageous in which the control piston is not pressurized by the fuel in the valve housing, so that no resulting force acts along the displacement axis in the direction of an end position.
Vorliegend ist die Ventileinheit in der Art ausgebildet, dass der Steuerkolben im Hinblick auf den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff kräftefrei ist, so dass aus den Druckunterschieden im Kraftstoff keine Kraft entlang der Verschiebeachse resultiert. Dann ist der Steuerkolben eine Art kräftebefreiter Schieber. Zum Verschieben dieses Schiebers entlang der Verschiebeachse ist aber eine externe Kraft erforderlich, die gezielt von außen eingeleitet wird, wenn der Schieber verschoben werden soll, beispielsweise in eine Endposition.In the present case, the valve unit is designed in such a way that the control piston is force-free with regard to the fuel located in the valve housing, so that the pressure differences in the fuel do not result in any force along the displacement axis. Then the control piston is a kind of force-relieved slide. To move this slide along the displacement axis, however, an external force is required, which is introduced in a targeted manner from the outside when the slide is to be moved, for example into an end position.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen eine Verschiebeeinrichtung vorgesehen ist, mit der in den Steuerkolben eine Kraft entlang der Verschiebeachse einleitbar ist und der Steuerkolben bis in die Endpositionen verschiebbar ist.In this context, embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which a displacement device is provided with which a force can be introduced into the control piston along the displacement axis and the control piston can be displaced into the end positions.
Die Verschiebeeinrichtung leitet von außen eine Kraft in den Steuerkolben ein, um den Steuerkolben entlang der Verschiebeachse zu verschieben, den Steuerkolben in einer Endposition zu halten, solange Kraftstoff gefördert werden soll bzw. gefördert wird, und die Rückstellung des Steuerkolbens zu bewerkstelligen, d. h. den Steuerkolben bei Bedarf wieder in die Mittelposition zu überführen. Auf eine Ventilzentrierung kann dabei ganz verzichtet werden.The displacement device introduces a force into the control piston from the outside in order to move the control piston along the displacement axis, to hold the control piston in an end position as long as fuel is to be conveyed or is being conveyed, and to bring about the return of the control piston, d. H. to move the control piston back into the middle position if necessary. There is no need for valve centering at all.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen jede Kolbenhochdruckpumpe jeweils via einer separaten Leitung mit der Hochdruckseite verbindbar ist. Diese Ausführungsform stellt sicher, dass die Kolbenhochdruckpumpen nur via Ventileinheit miteinander verbindbar bzw. verbunden sind.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which each high-pressure piston pump can be connected to the high-pressure side via a separate line. This embodiment ensures that the high-pressure piston pumps can only be or are connected to one another via a valve unit.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen in jeder separaten Leitung ein Rückschlagventil angeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die separaten Leitungen zu einer Hochdruckleitung zusammen zu führen, ohne dabei die Kolbenhochdruckpumpen fluidisch, d. h. strömungstechnisch miteinander zu verbinden, in der Art, dass eine Kolbenhochdruckpumpe in die andere Kolbenhochdruckpumpe hinein fördert.In this context, embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine in which a check valve is arranged in each separate line are advantageous. This embodiment makes it possible to bring the separate lines together to form a high-pressure line without the high-pressure piston pumps being fluidically, ie. H. To connect fluidically with each other, in such a way that one high-pressure piston pump conveys into the other high-pressure piston pump.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen die Niederdruckseite mit einem Behältnis zur Bevorratung von Kraftstoff zumindest verbindbar ist.Embodiments of the direct-injection compression-ignition internal combustion engine are advantageous in which the low-pressure side can at least be connected to a container for storing fuel.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden selbstzündenden Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art mit zwei Kolbenhochdruckpumpen aufzuzeigen, bei der
- - eine Ventilzentrierung mit Federelementen vorgesehen ist, die den Steuerkolben entlang der Verschiebeachse in entgegengesetzten Richtungen kraftbeaufschlagen und in die Mittelposition zwingen,
- - die erste Kolbenhochdruckpumpe mit einer ersten Druckkammer der Ventileinheit in Verbindung steht, wobei der Steuerkolben in diese erste Druckkammer hineinragt,
- - die zweite Kolbenhochdruckpumpe mit einer zweiten Druckkammer der Ventileinheit in Verbindung steht, wobei der Steuerkolben in diese zweite Druckkammer hineinragt,
- - der Steuerkolben durch den im Ventilgehäuse befindlichen Kraftstoff druckbeaufschlagt ist, in der Art, dass - zumindest zeitweise - eine resultierende Kraft entlang der Verschiebeachse in Richtung einer Endposition wirkt, und
- - eine Auslenkeinrichtung vorgesehen ist, mit der in den Steuerkolben eine Kraft entlang der Verschiebeachse einleitbar ist, womit der Steuerkolben aus der Mittelposition auslenkbar ist,
- - unter Verwendung der ersten Kolbenhochdruckpumpe, die in der ersten Endposition mit der Niederdruckseite verbunden ist, Kraftstoff im Rahmen eines Saughubes von der Niederdruckseite angesaugt wird, und
- - unter Verwendung der zweiten Kolbenhochdruckpumpe, die in der ersten Endposition von der Niederdruckseite getrennt ist, Kraftstoff im Rahmen eines Förderhubes auf die Hochdruckseite gefördert wird.
- - a valve centering with spring elements is provided, which force the control piston along the displacement axis in opposite directions and force it into the central position,
- - the first high-pressure piston pump is connected to a first pressure chamber of the valve unit, the control piston protruding into this first pressure chamber,
- - the second high-pressure piston pump is connected to a second pressure chamber of the valve unit, the control piston protruding into this second pressure chamber,
- - The control piston is pressurized by the fuel located in the valve housing in such a way that - at least temporarily - a resultant force acts along the displacement axis in the direction of an end position, and
- - A deflection device is provided with which a force can be introduced into the control piston along the displacement axis, with which the control piston can be deflected from the central position,
- - Using the first high-pressure piston pump, which is connected to the low-pressure side in the first end position, fuel is sucked in from the low-pressure side as part of a suction stroke, and
- - Using the second high-pressure piston pump, which is separated from the low-pressure side in the first end position, fuel is delivered to the high-pressure side as part of a delivery stroke.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten. What has already been said for the internal combustion engine according to the invention also applies to the method according to the invention, which is why reference is generally made at this point to the statements made above with regard to the internal combustion engine. The various internal combustion engines sometimes require different process variants.
Die Kolben der zwei Kolbenhochdruckpumpen oszillieren jeweils zwischen ihrem unteren Totpunkt und ihrem oberen Totpunkt und zwar gegenläufig, vorzugsweise mit einem Phasenunterschied von 180°.The pistons of the two high-pressure piston pumps oscillate between their bottom dead center and their top dead center in opposite directions, preferably with a phase difference of 180 °.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Auslenkeinrichtung deaktiviert wird, sobald der unter Verwendung der im Förderhub befindlichen zweiten Kolbenhochdruckpumpe in der zugehörigen zweiten Druckkammer erzeugte Kraftstoffdruck ausreichend groß ist, um den Steuerkolben in der ersten Endposition zu halten.Method variants are advantageous in which the deflection device is deactivated as soon as the fuel pressure generated in the associated second pressure chamber using the second high-pressure piston pump located in the delivery stroke is sufficiently high to hold the control piston in the first end position.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen ausgehend von einem in der Mittelposition befindlichen Steuerkolben zwecks Förderung von Kraftstoff von der Niederdruckseite auf die Hochdruckseite der Steuerkolben unter Verwendung der Auslenkeinrichtung in die zweite Endposition gebracht wird, damit
- - unter Verwendung der zweiten Kolbenhochdruckpumpe, die in der zweiten Endposition mit der Niederdruckseite verbunden ist, Kraftstoff im Rahmen eines Saughubes von der Niederdruckseite angesaugt wird, und
- - unter Verwendung der ersten Kolbenhochdruckpumpe, die in der zweiten Endposition von der Niederdruckseite getrennt ist, Kraftstoff im Rahmen eines Förderhubes auf die Hochdruckseite gefördert wird.
- - Using the second high-pressure piston pump, which is connected to the low-pressure side in the second end position, fuel is sucked in from the low-pressure side as part of a suction stroke, and
- - Using the first high-pressure piston pump, which is separated from the low-pressure side in the second end position, fuel is delivered to the high-pressure side as part of a delivery stroke.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die Auslenkeinrichtung deaktiviert wird, sobald der unter Verwendung der im Förderhub befindlichen ersten Kolbenhochdruckpumpe in der zugehörigen ersten Druckkammer erzeugte Kraftstoffdruck ausreichend groß ist, um den Steuerkolben in der zweiten Endposition zu halten.In this context, process variants are advantageous in which the deflection device is deactivated as soon as the fuel pressure generated in the associated first pressure chamber using the first high-pressure piston pump located in the delivery stroke is high enough to hold the control piston in the second end position.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die mittels einer Kolbenhochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge eingestellt wird über den Abstand, den der pumpenzugehörige Kolben bei Aktivierung der Auslenkeinrichtung im Rahmen des Förderhubs der Kolbenhochdruckpumpe vom unteren Totpunkt aufweist.Method variants are advantageous in which the amount of fuel delivered by means of a high-pressure piston pump is set via the distance that the pump-associated piston has from bottom dead center when the deflection device is activated during the delivery stroke of the high-pressure piston pump.
Der Abstand, den der pumpenzugehörige Kolben bei Aktivierung der Auslenkeinrichtung vom unteren Totpunkt aufweist, dient zur Dosierung des Kraftstoffes, d. h. zur Einstellung der geförderten Kraftstoffmenge. Je größer der Abstand ist desto kleiner ist die im Rahmen eines Förderhubs geförderte Kraftstoffmenge.The distance that the piston belonging to the pump has from the bottom dead center when the deflecting device is activated is used for metering the fuel, i. H. for setting the amount of fuel delivered. The greater the distance, the smaller the amount of fuel delivered within the scope of a delivery stroke.
Der Zeitpunkt, zu welchem die Auslenkeinrichtung im Rahmen des Förderhubs der Kolbenhochdruckpumpe aktiviert wird, ist von Relevanz für die geförderte Kraftstoffmenge.The point in time at which the deflection device is activated as part of the delivery stroke of the high-pressure piston pump is relevant for the amount of fuel delivered.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die mittels Kolbenhochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge verkleinert wird, indem der Abstand des pumpenzugehörigen Kolbens vom unteren Totpunkt bei Aktivierung der Auslenkeinrichtung vergrößert wird.In this context, process variants are advantageous in which the amount of fuel delivered by the high-pressure piston pump is reduced by increasing the distance between the pump-associated piston and bottom dead center when the deflecting device is activated.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen und gemäß den
-
1a schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik mit einer Hochdruckpumpe und einer Drossel als Ventileinheit, -
1b schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik mit mehreren Hochdruckpumpen und einer Drossel als Ventileinheit, -
2a schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik mit einer Hochdruckpumpe und einem digital schaltbaren Ventil als Ventileinheit, -
2b schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik mit mehreren Hochdruckpumpen und mehreren digital schaltbaren Ventilen als Ventileinheiten, -
3a schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit Ventileinheit, -
3b schematisch als Prinzipskizze die Ventileinheit der in3a dargestellten Ausführungsform mit dem Steuerkolben in der ersten EndpositionE1 , -
3c schematisch als Prinzipskizze die Ventileinheit der in3a dargestellten Ausführungsform mit dem Steuerkolben in der MittelpositionM , -
4a schematisch die HubkurvenH1 ,H2 der Kolben, die BewegungskurveVpiston des Steuerkolbens sowie den KraftstoffflussFlow1 ,Flow2 der Kolbenhochdruckpumpen für die in3a dargestellte Ventileinheit bei Voll-Förderung, -
4b schematisch die HubkurvenH1 ,H2 der Kolben, die BewegungskurveVpiston des Steuerkolbens sowie den KraftstoffflussFlow1 ,Flow2 der Kolbenhochdruckpumpen für die in3a dargestellte Ventileinheit bei einer Teil-Förderung, -
4c schematisch die HubkurvenH1 ,H2 der Kolben, die BewegungskurveVpiston des Steuerkolbens sowie den KraftstoffflussFlow1 ,Flow2 der Kolbenhochdruckpumpen für die in3a dargestellte Ventileinheit bei einer Teil-Förderung, -
4d schematisch die HubkurvenH1 ,H2 der Kolben, die BewegungskurveVpiston des Steuerkolbens sowie den KraftstoffflussFlow2 der zweiten Kolbenhochdruckpumpe für die in3a dargestellte Ventileinheit bei einer Teil-Förderung, -
5 schematisch als Prinzipskizze die Ventileinheit einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit dem Steuerkolben in der MittelpositionM , und -
6 schematisch als Prinzipskizze die Ventileinheit einer dritten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit dem Steuerkolben in der MittelpositionM .
-
1a a schematic diagram of a fragment of the fuel supply system of an internal combustion engine according to the prior art with a high-pressure pump and a throttle as the valve unit, -
1b schematically, as a basic sketch, a fragment of the fuel supply system of an internal combustion engine according to the prior art with several high-pressure pumps and a throttle as a valve unit, -
2a schematically, as a basic sketch, a fragment of the fuel supply system of an internal combustion engine according to the prior art with a high-pressure pump and a digitally switchable valve as the valve unit, -
2 B schematically, as a basic sketch, a fragment of the fuel supply system of an internal combustion engine according to the prior art with several high-pressure pumps and several digitally switchable valves as valve units, -
3a schematically, as a basic sketch, a fragment of the fuel supply system of a first embodiment of the internal combustion engine with valve unit, -
3b the valve unit of the in3a illustrated embodiment with the control piston in the first end positionE 1 , -
3c the valve unit of the in3a embodiment shown with the control piston in the central positionM. , -
4a schematically the lift curvesH 1 ,H 2 the piston, the motion curveV piston the control piston and the fuel flowFlow 1 ,Flow 2 of high-pressure piston pumps for the in3a shown valve unit with full delivery, -
4b schematically the lift curvesH 1 ,H 2 the piston, the motion curveV piston the control piston and the fuel flowFlow 1 ,Flow 2 of high-pressure piston pumps for the in3a valve unit shown with a partial delivery, -
4c schematically the lift curvesH 1 ,H 2 the piston, the motion curveV piston the control piston and the fuel flowFlow 1 ,Flow 2 of high-pressure piston pumps for the in3a valve unit shown with a partial delivery, -
4d schematically the lift curvesH 1 ,H 2 the piston, the motion curveV piston the control piston and the fuel flowFlow 2 the second high-pressure piston pump for the in3a valve unit shown with a partial delivery, -
5 schematically, as a basic sketch, the valve unit of a second embodiment of the internal combustion engine with the control piston in the central positionM. , and -
6th schematically, as a basic sketch, the valve unit of a third embodiment of the internal combustion engine with the control piston in the central positionM. .
Die
Das dargestellte Kraftstoffversorgungssystem
Vorliegend ist das Kraftstoffversorgungssystem
Die zwei Kolbenhochdruckpumpen
In der Mittelposition
In der ersten Endposition
In der zweiten Endposition
Die Schaltzustände der Ventileinheit
Der Steuerkolben
Die erste Kolbenhochdruckpumpe
In der in
Eine passive Ventilzentrierung
Eine Auslenkeinrichtung
Die Kolben der zwei Kolbenhochdruckpumpen oszillieren gemäß den Hubkurven
Zu Beginn des Fördervorganges wird der Steuerkolben unter Verwendung der Auslenkeinrichtung durch Einleiten einer externen Kraft
Gemäß
Die
Der Steuerkolben nimmt zwischendurch immer wieder kurz die Mittelposition
Bei der in
Wird eine aktive Ventilzentrierung
Es sollen nur die Unterschiede zu der in den
Bei der in
Damit handelt es sich bei dem Steuerkolben
Die Verschiebeeinrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KraftstoffversorgungssystemFuel supply system
- 1a1a
- HochdruckseiteHigh pressure side
- 1b1b
- NiederdruckseiteLow pressure side
- 22
- VentileinheitValve unit
- 2a2a
- translatorisch verschiebbarer Steuerkolbentranslationally displaceable control piston
- 2b2 B
- VentilgehäuseValve body
- 2c2c
- VerschiebeachseShift axis
- 3a3a
- erste Kolbenhochdruckpumpefirst high-pressure piston pump
- 3b3b
- zweite Kolbenhochdruckpumpesecond high-pressure piston pump
- 44th
- VentilzentrierungValve centering
- 4a4a
- FederelementSpring element
- 4b4b
- FederelementSpring element
- 4c4c
- aktive Ventilzentrierungactive valve centering
- 55
- AuslenkeinrichtungDeflection device
- 66th
- VerschiebeeinrichtungSliding device
- 7a7a
- separate Leitung der ersten Kolbenhochdruckpumpeseparate line of the first high-pressure piston pump
- 7b7b
- separate Leitung der zweiten Kolbenhochdruckpumpeseparate line for the second high-pressure piston pump
- 8a8a
- Rückschlagventil der ersten KolbenhochdruckpumpeCheck valve of the first high-pressure piston pump
- 8b8b
- Rückschlagventil der zweiten KolbenhochdruckpumpeCheck valve of the second high-pressure piston pump
- 9a9a
- erste Druckkammer, Druckkammer der ersten Kolbenhochdruckpumpefirst pressure chamber, pressure chamber of the first high-pressure piston pump
- 9b9b
- zweite Druckkammer, Druckkammer der zweiten Kolbenhochdruckpumpesecond pressure chamber, pressure chamber of the second high-pressure piston pump
- 10a10a
- erster Kolben, Kolben der ersten Kolbenhochdruckpumpefirst piston, piston of the first high-pressure piston pump
- 10b10b
- zweiter Kolben, Kolben der zweiten Kolbenhochdruckpumpe second piston, piston of the second high-pressure piston pump
- 101101
- KraftstoffversorgungssystemFuel supply system
- 101a101a
- HochdruckseiteHigh pressure side
- 101b101b
- NiederdruckseiteLow pressure side
- 102102
- VentileinheitValve unit
- 102a102a
- Drosselthrottle
- 102b102b
- digital schaltbares Ventildigitally switchable valve
- 103103
- KolbenhochdruckpumpeHigh pressure piston pump
- 103a103a
- KolbenPistons
- 108108
- Rückschlagventil check valve
- MM.
- MittelpositionMiddle position
- E1E1
- erste Endpositionfirst end position
- E2E2
- zweite Endpositionsecond end position
- FexFex
- externer Kraftimpuls der Auslenkeinrichtungexternal force impulse of the deflection device
- Flow1Flow1
- Kraftstofffluss der ersten KolbenhochdruckpumpeFuel flow of the first high-pressure piston pump
- Flow2Flow2
- Kraftstofffluss der zweiten KolbenhochdruckpumpeFuel flow of the second high-pressure piston pump
- H1H1
- Hubkurve des ersten KolbensStroke curve of the first piston
- H2H2
- Hubkurve des zweiten KolbensStroke curve of the second piston
- OTOT
- oberer TotpunktTop Dead Center
- pp
- KraftstoffdruckFuel pressure
- p0p0
- Kraftstoffdruck auf der NiederdruckseiteFuel pressure on the low pressure side
- p1p1
- Förderdruck der ersten KolbenhochdruckpumpeDelivery pressure of the first high-pressure piston pump
- p2p2
- Förderdruck der zweiten KolbenhochdruckpumpeDelivery pressure of the second high-pressure piston pump
- phighphigh
- Kraftstoffdruck auf der HochdruckseiteFuel pressure on the high pressure side
- tt
- ZeitTime
- UTUT
- unterer Totpunktbottom dead center
- VpistonVpiston
- Bewegungskurve des SteuerkolbensMovement curve of the control piston
Claims (21)
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DE19745118A1 (en) | 1997-10-11 | 1999-04-15 | Wabco Gmbh | Pressure generator system for automobiles |
DE69514716T2 (en) | 1994-05-06 | 2000-09-28 | Cummins Engine Co Inc | High pressure pump for fuel injection systems |
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2016
- 2016-06-01 DE DE102016209586.2A patent/DE102016209586B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Publication number | Publication date |
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DE102016209586A1 (en) | 2017-12-07 |
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