Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine
Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, mit
einer ersten Niederdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff
aus einem Kraftstofftank zur Saugseite der
Kraftstoffhochdruckpumpe und mit einer zweiten
Niederdruckpumpe.
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Viele Einspritzanlagen weisen lediglich eine mechanisch
angetriebene erste Niederdruckpumpe zur Förderung von
Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Saugseite der
Kraftstoffhochdruckpumpe auf. Bei diesen Einspritzanlagen
stellt sich das Problem, dass die erste Niederdruckpumpe
eine sehr hohe Förderleistung aufweisen muss, damit die
Kraftstoffhochdruckpumpe beim Start der Brennkraftmaschine
mit ausreichend Kraftstoff versorgt wird. Dies erfordert
eine entsprechend groß dimensionierte und teure erste
Niederdruckpumpe. Außerdem hat dieses Konzept den Nachteil,
dass im Betrieb der Brennkraftmaschine die erste
Niederdruckpumpe zu viel Kraftstoff fördert, der über eine
Drossel oder ein Druckregelventil wieder in den
Kraftstofftank zurückgeführt wird.
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Ein weiteres Problem dieser Einspritzanlagen besteht darin,
dass die Brennkraftmaschine nicht mehr mit dem Anlasser
gestartet werden kann, wenn aus Versehen der Kraftstofftank
leer gefahren wurde. Wenn der Kraftstofftank leer gefahren
wurde, befindet sich Luft in den Kraftstoffleitungen, der
ersten Niederdruckpumpe, der Kraftstoffhochdruckpumpe, den
Einspritzleitungen, einem eventuellen Common Rail und den
Einspritzventilen, bzw. Injektoren. Die Auslegung der
Starterbatterie und des Anlassers ist nicht ausreichend, um
mit der mechanisch angetriebenen Niederdruckpumpe die
vorhandene Luft aus der Einspritzanlage zu verdrängen und
anschließend einen ausreichenden Kraftstoffhochdruck an den
Einspritzdüsen bzw. Injektoren aufzubauen.
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Um das Startverhalten dieser Brennkraftmaschine zu
verbessern und das Starten der Brennkraftmaschine nach dem
Leerfahren des Kraftstofftanks überhaupt zu ermöglichen,
ist es aus der DE 199 39 051 A1 bekannt, sowohl eine
mechanisch angetriebene Kraftstoffhochdruckpumpe als auch
eine parallel dazu angeordnete elektrisch angetriebene
Kraftstoffhochdruckpumpe vorzusehen. Beim Start der
Brennkraftmaschine wird die zweite, elektrisch angetriebene
Kraftstoffhochdruckpumpe eingeschaltet, welche den
erforderlichen Hochdruck bereitstellt. Nachteilig an dieser
Einspritzanlage ist, dass zwei Kraftstoffhochdruckpumpen
vorhanden sind, was entsprechend hohe Kosten verursacht.
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Aus der DE 199 37 674 A1 ist eine Einspritzanlage bekannt,
mit einer ersten mechanisch angetriebenen Niederdruckpumpe
und einer zweiten elektrisch angetriebenen
Niederdruckpumpe. Die erste Niederdruckpumpe dient dazu,
Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Saugseite der
Kraftstoffhochdruckpumpe zu fördern. Die zweite
Niederdruckpumpe dient der Kühlung und Schmierung der
Kraftstoffhochdruckpumpe mit Kraftstoff aus dem
Kraftstofftank. Dies bedeutet, dass die zweite
Niederdruckpumpe während der gesamten Betriebsdauer der
Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Beim Starten der
Brennkraftmaschine kann über ein Schaltventil die
Förderseite der zweiten Niederdruckpumpe mit der Saugseite
der ersten Niederdruckpumpe verbunden werden, so dass auch
bei niedrigen Drehzahlen und entsprechend geringer
Förderleistung der ersten Niederdruckpumpe eine
ausreichende Förderung von Kraftstoff aus dem
Kraftstofftank zur Saugseite der Kraftstoffhochdruckpumpe
gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Kraftstoffeinspritzanlage bereitzustellen, die unter allen
Umständen ein gutes Startverhalten der Brennkraftmaschine
ermöglicht und welche außerdem sehr kostengünstig
realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer
Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einer ersten Niederdruckpumpe
zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur
Saugseite der Kraftstoffhochdruckpumpe und mit einer
zweiten Niederdruckpumpe, dadurch gelöst, dass die zweite
Niederdruckpumpe ausgangsseitig mit der Saugseite der
ersten Niederdruckpumpe in Verbindung steht.
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Vorteile der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Einspritzanlage kann die zweite
Niederdruckpumpe auf eine geringe Förderleistung ausgelegt
werden, da der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine beim
Start relativ gering ist. Sobald nach dem Start der
Brennkraftmaschine die Drehzahl derselben ansteigt, fördert
die erste Niederdruckpumpe Kraftstoff aus dem
Kraftstofftank zur Saugseite der Kraftstoffhochdruckpumpe,
so dass die zweite Niederdruckpumpe abgeschaltet werden
kann. Da die erste Niederdruckpumpe nur bei Drehzahlen
fördern muß, die oberhalb der Startdrehzahl liegen, kann
die erste Niederdruckpumpe hinsichtlich ihrer
Förderleistung auf den Betrieb der Brennkraftmaschine hin
ausgelegt werden und muss nicht auf eine ausreichende
Förderung bei Startdrehzahl ausgelegt werden. Da die zweite
Niederdruckpumpe nur während des Startvorgangs in Betrieb
ist, muss die zweite Niederdruckpumpe nicht auf die
Gesamtlebensdauer der Brennkraftmaschine, sondern nur einen
Bruchteil derselben ausgelegt werden, was zu entsprechenden
Kosteneinsparungen führt. Die erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzanlage ist deshalb kostengünstiger
selbst als Kraftstoffeinspritzanlagen mit nur einer, aber
entsprechend überdimensionierten Niederdruckpumpe.
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Bei einer Variante der Erfindung wird die erste
Niederdruckpumpe mechanisch von der
Kraftstoffhochdruckpumpe oder der Brennkraftmaschine
angetrieben, so dass die erforderliche Antriebsleistung mit
geringen Verlusten von der Brennkraftmaschine aufgebracht
werden kann.
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In weiterer Ergänzung der Erfindung wird die zweite
Niederdruckpumpe elektrisch angetrieben, so dass die
Förderleistung der zweiten Niederdruckpumpe unabhängig von
der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die
zweite Niederdruckpumpe beim Start der Brennkraftmaschine
eingeschaltet wird und/oder ausgeschaltet wird, wenn die
erste Niederdruckpumpe einen zur Versorgung der
Kraftstoffhochpumpe ausreichenden Förderdruck aufbaut. Die
zweite Niederdruckpumpe kann erfindungsgemäß auch kurz vor
dem Betätigen des Anlassers der Brennkraftmaschine
eingeschaltet werden, so dass die zweite Niederdruckpumpe
schon einen Kraftstoffdruck auf der Saugseite der
Kraftstoffhochdruckpumpe aufgebaut hat, bevor diese zu
fördern beginnt. Dadurch wird das Startverhalten der
Brennkraftmaschine weiter verbessert.
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Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist eine Bypass-
Leitung vorgesehen, die Saugseite und Druckseite der
zweiten Niederdruckpumpe verbindet und wobei in besonderes
bevorzugter Ausführung der Erfindung in der Bypass-Leitung
ein Rückschlagventil vorgesehen ist, so dass der Betrieb
der ersten Niederdruckpumpe und der
Kraftstoffhochdruckpumpe unabhängig vom Betriebszustand der
zweiten Niederdruckpumpe ist.
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Die erfindungsgemäße Einspritzanlage kann auch als Common-
Rail-Einspritzanlage ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren
Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
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In der einzigen Figur ist ein Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Einspritzanlage dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Eine erste Niederdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff über eine
Niederdruckleitung 3 aus einem Kraftstofftank 5 zu einer
Kraftstoffhochdruckpumpe 7. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel wird die erste Niederdruckpumpe 1
mechanisch von der Kraftstoffhochdruckpumpe 7 angetrieben.
Alternativ kann die erste Niederdruckpumpe 1 auch von der
Nockenwelle oder der Kurbelwelle einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine angetrieben werden. Die erste
Niederdruckpumpe 1 kann aber auch elektrisch angetrieben
werden.
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In der Niederdruckleitung 3 ist eine elektrisch
angetriebene zweite Niederdruckpumpe 9 angeordnet. Die
zweite Niederdruckpumpe 9 wird über Signalleitungen 11 von
einem Steuergerät 13 ein- und ausgeschaltet.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 7 fördert in eine
Hochdruckleitung 15, welche bspw. mit einem nicht
dargestellten Common Rail in Verbindung steht.
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Die zweite Niederdruckpumpe 9 kann schon vor dem Betätigen
des Anlassers der nicht dargestellten Brennkraftmaschine
angeschaltet werden, so dass schon ein ausreichender Druck
auf der Saugseite der Kraftstoffhochdruckpumpe 7 anliegt,
wenn der Anlasser der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine betätigt wird. Sobald die
Brennkraftmaschine angesprungen ist, erhöht sich deren
Drehzahl und die erste Niederdruckpumpe 1 beginnt
ausreichend zu fördern. Sobald die Förderung der ersten
Niederdruckpumpe ausreicht, um die Kraftstoffhochdruckpumpe
7 mit Kraftstoff zu versorgen, kann die zweite
Niederdruckpumpe 9 abgeschaltet werden.
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Da die zweite Niederdruckpumpe 9 nur während des
Startvorgangs der Brennkraftmaschine betrieben wird, genügt
es, die zweite Niederdruckpumpe 9 auf eine Lebensdauer von
wenigen hundert Stunden auszulegen. Die Lebensdauer der
Brennkraftmaschine liegt in der Größenordnung von 10 000 h.
Dadurch können erhebliche Kosten bei der Herstellung der
zweiten Niederdruckpumpe 9 eingespart werden. Eine weitere
erhebliche Kosteneinsparung kann dadurch realisiert werden,
dass erfindungsgemäß die erste Niederdruckpumpe 1 nur
Kraftstoff bei Drehzahlen fördern muss, die deutlich über
der Startdrehzahl der Brennkraftmaschine liegen. Dadurch
kann die Förderleistung und somit die Dimensionierung der
ersten Pumpe auf die Betriebsdrehzahlen der nicht
dargestellten Brennkraftmaschine abgestimmt werden und muss
nicht schon bei der Startdrehzahl eine ausreichende
Förderleistung erreichen.
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Zum Aufrechterhalten einer Notfahrfunktion kann auch
vorgesehen werden, bei Ausfall der ersten Niederdruckpumpe
1 die zweite Niederdruckpumpe 9 auch während des
Notbetriebs der Brennkraftmaschine eingeschaltet zu lassen.
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Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Einspritzanlage weist eine Bypass-Leitung
17 mit einem Rückschlagventil 19 auf. Durch die Bypass-
Leitung ist sichergestellt, dass die erste Niederdruckpumpe
1 auch dann Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 5 zur
Niederdruckseite der Kraftstoffhochdruckpumpe 7 fördern
kann, wenn die zweite Niederdruckpumpe 9 nicht in Betrieb
ist. Das Rückschlagventil 19 stellt sicher, dass kein
Kurzschluss zwischen Druckseite und Saugseite der zweiten
Niederdruckpumpe 9 entstehen kann, wenn die zweite
Niederdruckpumpe 9 eingeschaltet ist.