DE10021869A1 - Kraftstoff-Versorgungssystem für eine mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Versorgungssystem für eine mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine, nahe derer eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe angeordnet ist, die von einer einem Kraftstofftank zugeordneten Förderpumpe mit Kraftstoff versorgt wird und wobei aus dem zwischen Hochdruckpumpe und Brennkraftmaschine liegenden Hochdruckabschnitt des Kraftstoff-Versorgungssystems eine Kraftstoff-Leckmenge und/oder Kraftstoff-Spülmenge abgezweigt wird. Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teil der Leckmenge oder Spülmenge mittels einer weiteren Kraftstoffpumpe der Vorlaufseite der Hochdruckpumpe zugeführt. Bevorzugt wird dabei die Leckmenge und/oder Spülmenge über eine geeignete Drosselstelle und/oder ein Druckbegrenzungsventil oder Druckregelventil begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Versorgungssystem für eine mit Kraft­ stoffdirekteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine, nahe derer eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe angeordnet ist, die von einer einem Kraftstoff­ tank zugeordneten Förderpumpe mit Kraftstoff versorgt wird und wobei aus dem zwischen Hochdruckpumpe und Brennkraftmaschine liegenden Hoch­ druckabschnitt des Kraftstoff-Versorgungssystemes eine Kraftstoff- Leckmenge und/oder Kraftstoff-Spülmenge abgezweigt wird. Zum techni­ schen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 198 10 867 A1 verwiesen.

Sowohl bei selbstzündenden Diesel-Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen mit Common-Rail-Technik, als auch bei fremdgezündeten, mit Kraft­ stoff-Direkteinspritzung in die Brennräume arbeitenden Otto-Brennkraft­ maschinen kommen Kraftstoff-Hochdruckpumpen zum Einsatz, denen der Kraftstoff bereits mit gewissem Überdruck bereitgestellt werden muß, d. h. bereits an der sog. Vorlaufseite einer Hochdruckpumpe soll Kraftstoff unter einem erhöhten Druckniveau vorliegen. Dieser Mindestdruck, der insbeson­ dere für einen Start der Brennkraftmaschine von herausragender Wichtigkeit ist, wird dabei von einer zumeist im Kraftstoff-Tank angeordneten Elektro- Kraftstoffpumpe erzeugt, die den Kraftstoff vom Tank zur Hochdruckpumpe fördert und die demzufolge als Förderpumpe bezeichnet wird.

Unter unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine werden selbstverständlich unterschiedliche Kraftstoffmengen benötigt, wobei be­ triebspunktabhängig auch das Kraftstoff-Druckniveau an der sog. Vorlauf­ seite (oder Saugseite) der genannten Hochdruckpumpe unterschiedlich sein kann. Wird nun die genannte Förderpumpe, die einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe vorgelagert und dem Kraftstoff-Tank zugeordnet ist, auf den kritischsten Betriebspunkt hin ausgelegt, d. h. auf den Punkt mit maxi­ malem Durchsatz bzw. maximaler Fördermenge bei gleichzeitig maximalem benötigten Druckniveau, so ist eine äußerst leistungsfähige und daher nicht nur teuer, sondern auch großvolumig und schwer bauende Elektro- Kraftstoffpumpe erforderlich, der zudem noch eine aufwendige, geeignete elektronische Leistungs-Regelung zugeordnet werden muß.

Ein demgegenüber vereinfachtes Kraftstoff-Versorgungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Er­ findung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Leckmenge oder Spülmenge mittels einer weiteren Kraftstoffpumpe der Vorlaufseite der Hochdruckpumpe wieder zugeführt wird. Bevorzugt wird dabei die Leckmenge und/oder Spülmenge über eine geeignete Drossel­ stelle und/oder ein Druckbegrenzungsventil oder Druckregelventil begrenzt.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand zweier bevorzugten Ausführungs- Beispiele, von denen die beigefügten Fig. 1 und 2 jeweils einen sche­ matischen Aufbau zeigen. Dabei ist in

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffversorgungssystem bevorzugt für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit Common-Rail-Technik dargestellt, während

Fig. 2 dasjenige einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zeigt.

In beiden Figuren sind gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. So ist stets ein Kraftstoff-Tank 1 vorgesehen, in dem eine die­ sem zugeordnete Förderpumpe 2 in Form einer Elektro-Kraftstoffpumpe vor­ gesehen ist. Am gegenüberliegenden Ende des Kraftstoff-Versorgungs­ systems befinden sich parallel von einer Einspritzleiste 3 abzweigende ledig­ lich symbolisch dargestellte Kraftstoff-Einspritzventile 4, über die Kraftstoff in die einzelnen Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine einspritz­ bar ist. Stets ist dieser Einspritzleiste 3 eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 5 vorgeordnet, die den (im wesentlichen) von der Förderpumpe 2 zur sog. Vorlaufseite der Hochdruckpumpe 5 herangeförderten Kraftstoff auf das be­ nötigte Druckniveau bringt bzw. in der Einspritzleiste 3 das benötigte Kraft­ stoff-Druckniveau aufbaut. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dabei zur Sicherheit in der Einspritzleiste 3 stromauf der Einspritzventile 4 noch ein Druckbegrenzungsventil 6 vorgesehen.

Bei beiden Ausführungsbeispielen (Fig. 1 und Fig. 2) ist in der von der För­ derpumpe 2 zur Hochdruckpumpe 5 führenden Kraftstoff-Förderleitung 7 ein Kraftstoff-Filter 8 angeordnet. Stromab desselben befindet sich beim Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 ein Druckregler 9, der sicherstellt, daß an der sog. Vorlaufseite der Hochdruckpumpe 5 der Kraftstoff unter einem limitierten Druckniveau anliegt, und von dem eine demzufolge überschüssige Kraft­ stoffmenge in die zum Tank 1 zurückführende Rücklaufleitung 10 abzweigt. Bekanntermaßen wird von der Hochdruckpumpe 5 neben der auf das gefor­ derte hohe Druckniveau gebrachten Kraftstoffmenge noch ein Leckmengen- Kraftstoffstrom abgeführt, und zwar über eine sog. Leckleitung 11a. Auch kann von der Hochdruckpumpe 5 und/oder von den Einspritzventilen 4 eine sog. Kraftstoff-Spülmenge abgeführt werden, und zwar über eine sog. Spülleitung 11b. Sowohl die Leckleitung 11a als auch die Spülleitung 11b befinden sich dabei im sog. Hochdruckabschnitt des Kraftstoff- Versorgungssystemes, wobei jedoch diese beiden selbst Leitungen 11a und 11b nur mit relativ niedrigem Kraftstoff-Druck in der Größenordnung von ca. 0,5 bar bis ca. 1,5 bar belastet werden sollten.

Erfindungsgemäß wird nun (bei beiden bevorzugten Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2) der genannte Leckmengen-Kraftstoffstrom und/oder die Kraftstoff-Spülmenge zumindest teilweise der Vorlaufseite der Hoch­ druckpumpe 5 wieder zugeführt. Hierzu vereinigen sich die genannte Leck­ leitung 11a sowie die genannte Spülleitung 11b zu einer letztlich in der För­ derleitung 7 stromab des Filters 8 mündenden Leck- und Spül-Leitung 11. Diese der Vorlaufseite der Hochdruckpumpe 5 somit wieder zugeführte Kraftstoffmenge wurde ja bereits einmal von der Förderpumpe 2 zur Hoch­ druckpumpe 5 transportiert, so daß es energetisch bzw. wirkungsgradanaly­ tisch ungünstig wäre, diese Kraftstoffmenge in den Tank 1 zurückzuleiten und sie von diesem aus mittels der Förderpumpe 2 neuerlich der Hoch­ druckpumpe 5 zuzuführen. Daher wird die quasi überschüssige aus dem sog. Hochdruckabschnitt des Kraftstoff-Versorgungssystems kommende Kraftstoffmenge direkt wieder diesem mit der Hochdruckpumpe 5 beginnen­ den Hochdruckabschnitt zugeführt, ohne vorher in den Tank 1 zurückgeleitet zu werden.

Allerdings liegt der genannte Leckmengen-Kraftstoffstrom und/oder die ge­ nannte Kraftstoff-Spülmenge, die über die Leck- und Spül-Leitung 11 der Vorlaufseite der Hochdruckpumpe 5 wieder zugeführt werden, zunächst nicht unter dem an dieser Seite von der Hochdruckpumpe 5 geforderten bzw. benötigten Druckniveau vor. Aus diesem Grund ist in der Leck- und Spül-Leitung 11 eine weitere Kraftstoffpumpe 12 vorgesehen, die die in die­ ser Leitung 11 geführte Kraftstoffmenge auf das geforderte Druckniveau bringt. Stromab dieser weiteren Kraftstoffpumpe 12 - nebenbei bemerkt ist die Fließrichtung des Kraftstoffs in den einzelnen, teilweise auch nicht näher bezeichneten Leitungen durch Pfeile verdeutlicht - ist bei beiden Ausfüh­ rungsbeispielen sicherheitshalber noch ein Kraftstoff-Filter 8' vorgesehen, da sowohl der Kraftstoff-Leckmengenstrom, als auch die sog. Kraftstoff- Spülmenge hinzugekommene Verschmutzungspartikel oder auch Abrieb (von der zusätzlichen Kraftstoffpumpe 12) enthalten kann. Dabei kann bei der Anordnung nach Fig. 1 abweichend von der dargestellten Einleitung stromauf der Hochdruckpumpe 5 sowie stromab des Kraftstoff-Filters 8 alter­ nativ die Einleitung auch stromauf dieses Kraftstoff-Filters 8 erfolgen, so daß dann selbstverständlich kein weiteres Kraftstoff-Filter 8' erforderlich ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in der Leck- und Spülleitung 11 stromab des Filters 8' sowie stromauf der Mündung in die Förderleitung 7 noch ein geeignet - d. h. zur weiteren Kraftstoffpumpe 12 hin - sperrendes Rückschlagventil 13 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dieses aufgrund des dort in der Förderleitung 7 vorhandenen Druckreglers 9 nicht erforderlich, da der Druck stromab desselben geringer ist als der von der weiteren Kraftstoffpumpe 12 erzeugte Druck. Dafür befindet sich beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in der Leck- und Spül-Leitung 11 stromauf der weiteren Kraftstoffpumpe 12 ein Druckbegrenzungsventil 6', welches ei­ nen überschüssigen Anteil von Kraftstoff in eine letztlich im Tank 1 münden­ de Rücklaufleitung 10 abzweigt. Dieses Druckbegrenzungsventil 6', welches alternativ auch als Druckregelventil ausgebildet sein kann, reguliert somit den Kraftstoffdruck in der Leck- und Spülleitung 11. Beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 2, bei welchem die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 5 selbst ge­ spült wird, d. h. eine Kraftstoff-Spülmenge durch diese hindurchgeleitet wird, ist in der Spülleitung 11b eine Drosselstelle 14 vorgesehen, die den Kraft­ stoff-Spülmengenstrom mengenmäßig begrenzt, um die Förder-Verluste auf ein vertretbares Maß zu begrenzen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird diese Drossel-Funktion durch einen baulich bevorzugt in der Hoch­ druckpumpe 5 integrierten Druckregler 9' übernommen.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Versorgungs­ systemes besteht in der Nutzung der unvermeidbaren Kraftstoff-Leckmenge sowie des Kraftstoff-Spülmengenstromes, die/der in der weiteren Kraftstoff­ pumpe 12 geeignet komprimiert und dann der Vorlaufseite der Hochdruck­ pumpe 5 zugeführt wird, so daß insgesamt die dem Tank 1 zugeordnete Förderpumpe 2 eine dementsprechend geringere Förderleistung erbringen muß. Diese Förderpumpe 2 kann daher vorteilhafterweise dementsprechend kleiner, leichter und kostengünstiger ausgelegt werden. Vorteilhafterweise gelangt auch keine bzw. im wesentlichen keine nahe der Brennkraftmaschi­ ne erwärmte Kraftstoffmenge zurück in den Kraftstoff-Tank 1.

Die weitere Kraftstoffpumpe 12 kann im übrigen mechanisch oder elektrisch angetrieben sein. Beiden Ausführungsbeispielen ist ferner gemein, daß es sich beim Kraftstoff-Tank 1 um einen solchen der sog. Sattel-Bauweise han­ delt. Da sich die einzige Förderpumpe 2 lediglich in einer beiden Hälften (hier in der rechten Tank-Hälfte) des Tanks 1 befinden kann, ist in der anderen Tank-Hälfte wie an sich üblich eine Saugstrahlpumpe 15 vorgesehen, die Kraftstoff von der linken Tank-Hälfte in die rechte Tank-Hälfte fördert. Wäh­ rend beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 diese Saugstrahlpumpe 15 über die genannte Rücklaufleitung 10 gespeist wird, wird sie beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 von der Förderleitung 7 abzweigend gespeist, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Kraftstoff-Tank

2

Förderpumpe (Elektro-Kraftstoffpumpe)

3

Einspritzleiste

4

Einspritzventil

5

Kraftstoff-Hochdruckpumpe

6

,

6

' Druckbegrenzungsventil

7

Kraftstoff-Förderleitung (zwischen

2

und

5

)

8

,

8

' Kraftstoff-Filter

9

,

9

' Druckregler

10

Rücklaufleitung

11

Leck- und Spül-Leitung

11

a Leckleitung

11

b Spülleitung

12

(weitere) Kraftstoffpumpe

13

Rückschlagventil

14

Drosselstelle

15

Saugstrahlpumpe

Claims (3)

1. Kraftstoff-Versorgungssystem für eine mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine, nahe derer eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe (5) angeordnet ist, die von einer einem Kraftstoff­ tank (1) zugeordneten Förderpumpe (2) mit Kraftstoff versorgt wird und wobei aus dem zwischen Hochdruckpumpe (5) und Brennkraft­ maschine liegenden Hochdruckabschnitt des Kraftstoff- Versorgungssystemes eine Kraftstoff-Leckmenge und/oder Kraftstoff- Spülmenge abgezweigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Leckmenge oder Spülmenge mittels einer weiteren Kraftstoffpumpe (12) der Vorlauf­ seite der Hochdruckpumpe (5) zugeführt wird.

2. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckmenge und/oder Spülmenge über eine geeignete Drosselstelle (14) und/oder ein Druckbegren­ zungsventil (6') oder Druckregelventil begrenzt wird.

3. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kraftstoffpumpe (12) me­ chanisch oder elektrisch angetrieben ist.