DE102004009792B3 - Kraftstoffzuführeinrichtung zur Versorgung der Injektoren an Brennräumen einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff - Google Patents

Kraftstoffzuführeinrichtung zur Versorgung der Injektoren an Brennräumen einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff Download PDF

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    • F02M37/04Feeding by means of driven pumps
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    • F02M37/18Feeding by means of driven pumps characterised by provision of main and auxiliary pumps

Abstract

Bei einem Verfahren zur Versorgung der Injektoren (2) an Brennräumen (36) einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff wird Kraftstoff mittels mindestens einer Kraftstoffpumpe (4, 5) aus einem Kraftstofftank (3) entnommen. Der Kraftstoff wird den Injektoren (2) durch eine Druckleitung (8) zugeführt und in dieser der Kraftstoff den Injektoren (2) als statischer Druck bereitgestellt. Vor dem Starten der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorgegebenen Temperaturniveaus (Kaltstart) wird ein Anlassdruck von ca. 10 bar bis 15 bar erzeugt und mittels der Injektoren (2) in die Brennräume (36) der Brennkraftmaschine zugeführt. Bei Erreichen mindestens eines vorgegebenen Kriteriums für die Beendigung der Kaltstartphase wird der Druck in der Druckleitung (8) auf einen Normaldruck von ca. 3 bar bis 5 bar reduziert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung zur Versorgung der Injektoren an Brennräumen einer Brennkraftmaschine, bei der den Injektoren von einer Pumpenanordnung Kraftstoff in einer Druckleitung unter statischem Druck bereitstellbar ist.
  • Es sind Verfahren und Kraftstoffzuführeinrichtungen bekannt, bei denen Kraftstoff mit einer Pumpenanordnung, die mindestens eine Kraftstoffpumpe umfasst, aus einem Kraftstofftank gefördert wird und in einer Druckleitung den Injektoren einer Brennkraftmaschine unter statischem Druck zur Einspritzung bereitgestellt wird. Eine zuschaltbare Einrichtung zur Erhöhung des Einspritzdruckes ermöglicht dabei eine Verbesserung der Gemischbildung durch Verfeinerung des Kraftstoffsprays beim Einspritzvorgang. Insbesondere bei der Inbetriebnahme einer Brennkraftmaschine kann für die ersten Verbrennungen eine gezielt dosierte Kraftstoffmenge zur Verfügung gestellt werden, um Wandfilmablagerungen entgegenzuwirken und homogene Kraftstoffgemische zu bilden, die schadstoffarm verbrennen können und so die Abgasemission der Brennkraftmaschine senken.
  • Aus der DE 101 27 516 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem für den Startvorgang der Brennkraftmaschine der Kraftstoff mit einem Druck von 45 bar bis 55 bar bereitgestellt wird. Hierfür ist eine derartige Kraftstoffzuführeinrichtung vorgesehen, bei der eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Kraftstoffpumpe statischen Einspritzdruck in einer Kraftstoff-Sammelleitung erzeugt, an welche die Injektoren der Brennkraftmaschine angeschlossen sind. Da im Stillstand der Brennkraftmaschine der hohe Einspritzdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung nachteilig ist, wird der Druck abgelassen. Um den Einspritzdruck beim Start der Brennkraftmaschine im Hinblick auf das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine rasch herzustellen, ist bei dem bekannten Kraftstoffsystem eine zusätzliche, elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe vorgesehen, welche direkt in die Kraftstoff-Sammelleitung fördert und für die Dauer des Anlassvorganges der Brennkraftmaschine zur Bereitstellung des erhöhten Kraftstoffdruckes eingeschaltet wird. Die DE 101 27 516 A1 schlägt auch eine Bauart mit zwei seriellen Kraftstoffpumpen unterschiedlicher Leistung vor, bei denen der von der ersten Pumpe geförderte Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in die Kraftstoff-Sammelleitung eingespeist wird. Bei dieser Bauart soll bei der bekannten Einrichtung der mechanische Antrieb der Kraftstoffpumpen mit einer schaltbaren Kupplung von dem Motortrieb abgekuppelt werden und an einem elektrischen Antrieb angekuppelt werden, um die Hochdruckpumpe zur Erhöhung des Kraftstoffdruckes in der Anlassphase einzusetzen. Bei der bekannten Einrichtung ist ein hoher baulicher Aufwand erforderlich, um eine Zuschaltung einer Einrichtung zur Erhöhung des Einspritzdruckes zu erreichen, da entweder eine ausschließlich für den Anlassbetrieb vorgesehene Kraftstoffpumpe vorgesehen werden muss oder in der Bauart mit abgestufter Druckerzeugung mittels Niederdruck- und Hochdruckpumpe ein aufwendiger Kupplungsapparat für die Erhöhung des Einspritzdruckes erforderlich ist.
  • Aus DE 100 05 589 A1 ist eine Kraftstoffversorgungsanlage bekannt, bei der ein Druckregler den für die Brennkraftmaschine relevanten Einspritzdruck wahlweise auf unterschiedliche Druckniveaus einstellt. Dabei soll zur Ermöglichung eines sicheren Heißstarts der Brennkraftmaschine der Kraftstoffdruck kurzfristig erhöht werden, um dem Einfluß der Dampfblasenbildung im warmen Brennstoff entgegen zu wirken. Dabei wird ein relevanter Druck von 3,5 bar für hohen Kraftstoffbedarf und ein erhöhter Druck von 6 bar für den Heißbetrieb vorgeschlagen, welche von zwei Kraftstoffpumpen mit jeweils 3 bar Verdichtungsvermögen erzeugt werden sollen, die in Abhängigkeit vom vorgesehenen Druckniveau parallel oder in Reihe geschaltet werden.
  • Ein Verfahren mit einer zusätzlichen Einspritzpumpe zum Aufbau des erforderlichen Hochdrucks während der Motorstartphase ist auch aus der DE 199 39 051 A1 bekannt. Die zusätzliche Kraftstoffpumpe ist elektrisch betreibbar und schaltbar und fördert direkt in die Druckleitung, so dass in der Startphase, in der die mechanisch arbeitende Kraftstoffpumpe das erforderliche Hochdruckniveau in der Druckleitung noch nicht aufbauen kann, ein wesentlich höherer Druck zur Verfügung steht. Die zusätzliche Elektropumpe arbeitet parallel zur mechanischen Pumpe und soll zur Aufrechterhaltung des Kraftstoffhochdrucks auch bei laufendem Verbrennungsmotor beitragen.
  • Die DE 195 39 885 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Kraftstoffzuführeinrichtung, bei der eine erste elektrisch angetriebene Verdrängerpumpe einer nachgeordneten mechanisch vom Motor angetriebenen Hochdruckpumpe Kraftstoff zufördert. Dabei soll die Verdrängerpumpe mehr Kraftstoff fördern als erforderlich ist und zuviel geförderter Kraftstoff durch einen Rücklauf zum Tank abfließen. Der so entstandene Speisedruck an der Hochdruckpumpe wird weiter komprimiert und in der Druckleitung auf den erforderlichen Einspritzdruck gebracht. Um dem Problem der Dampfblasenbildung in den Kraftstoffleitungen nach Druckabbau bei abgestellter Brennkraftmaschine zu begegnen, sieht die bekannte Einrichtung für die Startphase der Brennkraftmaschine vor, den Rücklauf der elektrischen Vorförderpumpe zu unterbinden, so dass die elektrische Verdrängerpumpe einen erhöhten Speisedruck erzeugt, mit dem die Kraftstoffleitungen gespült werden und Dampfblasen ausgeschoben werden. Eine bedarfsweise Erhöhung des Kraftstoffdrucks zur Verfeinerung des Einspritzsprays bei bestimmten Betriebsbedingungen über das übliche Betriebsdruckniveau ist bei der bekannten Einrichtung nicht vorgesehen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem baulichen Aufwand eine Kraftstoffzuführeinrichtung zu schaffen, mit der ohne Einschränkungen des Normalbetriebs der Einspritzdruck, insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine, erhöht werden kann und dabei eine genaue Dosierung der Kraftstoff-Einspritzmenge möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, 7 oder 15 gelöst.
  • Die Bereitstellung von Kraftstoff mit einem erhöhten Druck von lediglich ca. 10 bar bis 15 bar in der Druckleitung vor den Injektoren vor dem Starten der Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass lediglich eine begrenzte Leistung von elektrisch angetriebenen Pumpen erforderlich ist und trotzdem eine feine Zerstäubung des Kraftstoffs im Brennraum möglich ist. In Abhängigkeit mindestens eines Kriteriums für die Beendigung der Startphase wird dann der Druck auf ein Normaldruckniveau von ca. 3 bar bis 5 bar abgesenkt.
  • In der erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 ist eine auf niedrigen Druck ausgelegte Kraftstoffpumpe vorgesehen, der als zuschaltbare Einrichtung zur Erhöhung des Einspritzdruckes eine Hochdruckpumpe seriell nachgeordnet ist, wobei an einem stromab der Hochdruckpumpe liegenden Abschnitt der Druckleitung eine Entlastungsleitung angeschlossen ist, welche andererseits mit einem vor der Hochdruckpumpe liegenden Niederdruckabschnitt verbunden ist. Die Entlastungsleitung ist durch eine schaltbare Sperreinrichtung freigebbar, so dass durch Verschließen der Entlastungsleitung das Druckniveau durch Zuschaltung der Hochdruckpumpe erhöht wird. Auf diese Weise ist mit einfachen baulichen Mitteln eine Anordnung geschaffen, bei der mit einer einfach ausgestalteten Sperreinrichtung die Hochdruckpumpe zuschaltbar ist und bei freigegebener Entlastungsleitung das niedrige Druckniveau von der vorgeschalteten Kraftstoffpumpe erzeugt wird. Die Sperreinrichtung kann dabei ein Magnetventil sein, welches im Normalbetrieb stromlos und damit offen ist und zur Zuschaltung der Hochdruckpumpe zum Zwecke der Druckerhöhung in die Sperrstellung gebracht wird. Zweckmäßig ist die Hochdruckpumpe elektrisch betrieben und kann so bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine sofort das gewünschte erhöhte Druckniveau in der Druckleitung der Injektoren erzeugen.
  • Ist der Hochdruckpumpe eine mit einem Rückschlagventil ausgestattete Bypassleitung zugeordnet, so ist für den Fall, dass das Magnetventil nicht ordnungsgemäß arbeiten sollte, bei Abschaltung der elektrischen Hochdruckpumpe weiterhin die Einspritzung im Rahmen eines Notbetriebes gewährleistet.
  • Alternativ kann gemäß Anspruch 7 in einer erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführeinrichtung als zuschaltbare Einrichtung zur Druckerhöhung ein Druckspeicher vorgesehen werden, welcher über eine Anschlussleitung und ein Ventil auf der Saugseite der Kraftstoffpumpe in die Förderleitung stromauf der Kraftstoffpumpe mündet und bei Freigabe der Anschlussleitung ein erhöhtes Druckniveau augenblicklich bereitstellt. Ein kompakter Aufbau der Kraftstoffzuführeinrichtung ist dabei möglich, indem der Druckspeicher aus einer Speiseleitung mit Kraftstoff gespeist wird, welcher hinter einem in der Druckleitung angeordneten Druckregler abzweigt. Der Rücklauf des Druckreglers, der für das niedrige Druckniveau ausgelegt ist, wird geschlossen, wodurch die Kraftstoffpumpe ein über den Nenndruck hinausgehendes Druckniveau im Schubbetrieb erreicht. Für die Regelung des Einspritzdrucks in der Betriebsart mit erhöhtem Einspritzdruck ist eine Vorsteuerung durch eine variable Drossel in der Anschlussleitung des Druckspeichers zweckmäßig.
  • Die Zuschaltung des Druckspeichers kann vorteilhaft durch eine Steuereinheit erfolgen, welche auch die Injektoren ansteuert, wobei die Steuereinheit an Drucksensoren am Druckspeicher und in der Druckleitung angeschlossen ist und bei einem möglichen Abfall des Vordrucks des Druckspeichers bzw. bei einem Druckabbau vom Hochdruck auf den niedrigen Normaldruck die Einspritzzeiten der Injektoren an den vorliegenden Einspritzdruck im Hinblick auf das optimale Einspritzergebnis anpasst, insbesondere unter Heranziehung von abgelegten Kennfelddaten. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine regelbare Kraftstoffpumpe vorgesehen, welche von der Steuereinheit unter Berücksichtigung des vom Druckspeicher bereitstellbaren Vordruckes angesteuert wird, so dass eine genaue Einstellung des Einspitzvorganges der Injektoren möglich ist.
  • Eine sehr kompakte Bauweise der Kraftstoffzuführeinsrichtung ist gegeben, wenn die Pumpenanordnung zur Bereitstellung von Kraftstoff unter statischem Druck und bedarfsweise erhöhtem Einspritzdruck eine mit dem Einspritzdruck als Regelgröße regelbare Kraftstoffpumpe ist, da auf zusätzliche Einrichtungen zur Erhöhung des Einspritzdruckes verzichtet werden kann. Dabei ist zweckmäßig in der Druckleitung ein regelbares Drucksteuerventil angeordnet, um das gewünschte Druckniveau sicherzustellen. Ein rascher Druckabbau bei der Umschaltung von Hochdruckbetrieb auf Niederdruckbetrieb ist möglich, wenn aus der Druckleitung eine mittels eines Ventils freigebbare Entlüftungsleitung abzweigt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1a1c schematische Schaltskizzen einer Kraftstoffzuführeinrichtung mit zwei Kraftstoffpumpen,
  • 2a2c schematische Schaltskizzen von Kraftstoffzuführeinrichtungen mit zwei Kraftstoffpumpen und einer an einem Druckregler angeschlossenen Entlastungsleitung,
  • 3a, 3b schematische Schaltskizzen einer Kraftstoffzuführeinrichtung mit einem Druckspeicher als schaltbare Einrichtung zur Druckerhöhung,
  • 4a, 4b Kraftstoffzuführeinrichtungen mit zwei parallel geschalteten Druckerzeugungseinheiten,
  • 5a, 5b Kraftstoffzuführeinrichtungen mit einer regelbaren Kraftstoffpumpe als Druckerzeugungseinheit.
  • 1 zeigt eine Kraftstoffzuführeinrichtung 1 zur Versorgung der in einen Brennraum 36 ragenden Injektoren 2 einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff. Die Kraftstoffzuführeinrichtung 1 umfasst eine Pumpenanordnung, welche über eine Förderleitung 7 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 3 in einer Druckleitung 8 unter statischem Druck zur Einspritzung bereitstellt. An die Druckleitung 8 sind die Injektoren 2 angeschlossen und werden aus dieser gespeist, wobei die Druckleitung 8 in ihrem Endabschnitt als Druckschiene ausgebildet ist, aus dem sämtliche Injektoren gemeinsam gespeist werden (Common Rail). Die Pumpenanordnung umfasst eine elektrische Kraftstoffpumpe 4, deren Eingang an die aus dem Kraftstofftank 3 führende Förderleitung 7 angeschlossen ist. Die Kraftstoffpumpe 4 ist auf den für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Einspritzdruck ausgelegt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3,8 bar. Die Pumpenanordnung weist darüber hinaus eine zuschaltbare Einrichtung 6 zur Druckerhöhung auf, welche den von der Kraftstoffpumpe 4 in der Druckleitung 8 erzeugten Betriebsdruck bedarfsweise anhebt.
  • Die zuschaltbare Einrichtung 6 weist als wirksames Mittel zur Druckerhöhung eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 5 auf, welche auf einen höheren Betriebsdruck ausgelegt ist als die Kraftstoffpumpe 4 und dieser in Serie nachgeordnet ist. Der erhöhte Betriebsdruck der Hochdruckpumpe 5 liegt im Bereich von ca. 10 bar bis 15 bar und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 14 bar. Der erhöhte Betriebsdruck ist durch eine Entlastungsleitung 13 schaltbar, in der ein schaltbares Magnetventil 10 angeordnet ist. Die Entlastungsleitung 13 zweigt stromauf der Hochdruckpumpe 5 aus der Druckleitung 8 und mündet in einen Niederdruckabschnitt 9 der Kraftstoffleitung ein. Das Magnetventil 10 befindet sich im Normalbetrieb ohne jeden Energieaufwand in geöffnetem Zustand und hält so den Einspritzdruck des in den Injektoren 2 in der Druckleitung bereitgestellten Kraftstoffs auf den Betriebsdruck der Niederdruckleitung von ca. 3 bar bis 5 bar und im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3,8 bar. Zur Aufschaltung des erhöhten Einspritzdrucks wird das Magnetventil 10 und damit die Entlastungsleitung 13 geschlossen und gleichzeitig die Hochdruckpumpe 5 eingeschaltet, so dass die Hochdruckpumpe 5 das Einspritzdruckniveau in der Druckleitung 8 sofort anhebt.
  • Sowohl der Niederdruckpumpe 4 als auch der Hochdruckpumpe 5 ist ein jeweils nachgeordneter Druckregler 11, 12 zugeordnet, wobei an den auf den niedrigen Betriebsdruck der Kraftstoffpumpe 4 ausgelegten Druckregler ein in den Tank 3 zurückführender Rücklauf 14 angeschlossen ist. An den Druckregler 12 für die Hochdruckpumpe 5 ist ein Rücklauf 15 angeschlossen, welcher in den zwischen den Kraftstoffpumpen 4 und 5 liegenden Niederdruckabschnitt 9 der Druckleitung 8 einmündet. Zwischen den Kraftstoffpumpen 4 und 5 und den ihnen jeweils nachgeordneten Druckreglern 11, 12 ist jeweils ein Rückschlagventil 16 vorgesehen, welches ein Rückströmen des unter Druck stehenden Kraftstoffs verhindert.
  • Bei der Kraftstoffzuführeinrichtung nach 1b umfasst die zuschaltbare Einrichtung zur Druckerhöhung 6 zusätzlich zu der Entlastungsleitung 13 eine mit einem Rückschlagventil 16 ausgestattete Bypassleitung 17 zur Umgehung der Hochdruckpumpe 5. Die Bypassleitung 17 ermöglicht dabei einen Notbetrieb für den Fall, dass das Magnetventil 10 in der Entlastungsleitung 13 nicht geöffnet werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1a wird durch Einschaltung der beiden Kraftstoffpumpen 4 und 5 und durch Einschaltung des Magnetventils 10 der erhöhte Einspritzdruck von 14 bar in der Druckleitung 8 erzeugt; der Druckabbau von 14 bar auf den Normaldruck erfolgt durch Ausschaltung der Hochdruckpumpe 5 und des Magnetventils 10. Beim Ausführungsbeispiel nach 1b mit einer Bypassleitung 17 der Hochdruckpumpe 5 wird im Betrieb mit angehobenem Druckniveau in der Druckleitung 8 das Magnetventil 10 ausgeschaltet. Zum Umschalten auf den niedrigeren Betriebsdruck wird die Hochdruckpumpe 5 ausgeschaltet und zur Beschleunigung des Druckabbaus das Magnetventil 10 eingeschaltet. Im Normalbetrieb mit niedrigem Einspritzdruck kann das Magnetventil 10 ausgeschaltet sein. Bei den Ausführungsbeispielen nach den 1a und 1b ist durch die integrierte Bauweise der Pumpenpakete 4, 5 ein sehr kompakter Aufbau des Kraftstoffzuführeinrichtung 1 ermöglicht.
  • Die Kraftstoffzuführeinrichtung 1 nach 1c weist eine Entlastungsleitung 13 mit darin angeordnetem Magnetventil 10 auf, welche in den Rücklauf 15 zum Kraftstofftank einmündet. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt ein schneller Druckabbau vom höheren Druckniveau zum Normaldruckniveau im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach den 1a und 1b, bei denen der Druckabbau gegen die fördernde Niederdruckpumpe 4 erfolgen muss. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der beim Druckabbau abgesteuerte Kraftstoff in den drucklosen Rücklauf 15 zum Tank abgegeben. Der Normaldruck nach der Nennleistung der Niederdruckpumpe 4 wird durch ein Druckbegrenzungsventil 18 in der Entlastungsleitung 13 sichergestellt. Die Hochdruckpumpe 5 kann im Normalbetrieb und niedrigem Druckniveau in der Druckleitung 8 abgeschaltet werden, da der Kraftstoff über die mit Rückschlagventil 16 ausgestattete Bypassleitung 17 geführt wird.
  • Bei den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführeinrichtung 1 nach den 2a, 2b und 2c sind jeweils hinter einer Kraftstoffpumpe 4 für den Normalbetrieb seriell nachfolgende und zuschaltbare Hochdruckpumpen 5 vorgesehen, wobei Druckregler 11 und 12 für das jeweilige Druckniveau im Normalbetrieb und im Betrieb mit erhöhtem Druckniveau hinter beiden Kraftstoffpumpen 4, 5 in der Druckleitung 8 angeordnet sind. Die Druckreglereinheiten 11, 12 können mit einem Kraftstofffilter 19 ausgestattet sein, welcher auf den zu dem Injektor 2 fließenden Kraftstoff einwirkt. Bei den Ausführungsbeispielen nach 2a2c ist die vom Magnetventil 10 zur Aufschaltung des erhöhten Betriebsdruckes beherrschte Entlastungsleitung 13 an den Druckregler 11 angeschlossen, welcher auf den niedrigeren Einspritzdruck gemäß der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 4 ausgelegt ist. Die Entlastungsleitung 13 ist dabei zugleich Rücklauf zum Kraftstofftank 3. Das Magnetventil 10 kann dabei – wie in 2a gezeigt – hinter dem Niederruckregler 11 angeordnet sein oder auch gemäß 2b und 2c vor dem Druckregler 11. Durch Einmündung der Entlastungsleitung 13 in den drucklosen Rücklauf in den Kraftstofftank 3 sind Hystereseerscheinungen ausgeschlossen.
  • Die Bypassleitung 17 mit dem Rückschlagventil 16 erlaubt bei der seriellen Anordnung gemäß 2a und 2c eine Abschaltung der Hochdruckpumpe 5 im Normalbetrieb mit niedrigerem Druckniveau in der Druckleitung 8. Im Ausführungsbeispiel nach 2b sind die Druckregler 11, 12 in parallelen Leitungszweigen der Druckleitung 8 angeordnet, von denen einer die Entlastungsleitung 13 bildet, die von dem Magnetventil 10 zur Aufschaltung des erhöhten Betriebsdruckes absperrbar ist.
  • Das Kraftstoffzuführsystem nach 2c ist besonderes vorteilhaft für Injektoranordnungen mit einer mehrere Injektoren 2 speisenden Sammelleitung (Rail). Dabei bildet der über dem letzten in der Reihe geschalteten Injektor 2 bis zum freien Railende 20 hinausgehende Teil der Sammelleitung die Entlastungsleitung zur Aufschaltung des erhöhten Betriebsdrucks in der Druckleitung 8. Wird das Magnetventil 10 durch Strombeaufschlagung geschlossen, so kann die in der seriellen Anordnung zweier Kraftstoffpumpen 4, 5 nachgeordnete Hochdruckpumpe 5 den Betriebsdruck in der Druckleitung 8 anheben.
  • 3a und 3b zeigen Kraftstoffzuführeinrichtungen 1 zur Versorgung der Injektoren 2 einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, bei der eine elektrische Kraftstoffpumpe 4 zur Erzeugung des für den Normalbetrieb vorgesehenen Druckniveaus in der Druckleitung 8 vorgesehen ist. Zur Anhebung des Druckniveaus ist ein zuschaltbarer Druckspeicher 25 vorgesehen, welcher über eine Anschlussleitung 24 und ein Ventil 27 an die Förderleitung 7 stromauf der Kraftstoffpumpe 4 angeschlossen ist. Das Ventil 27 zur Anbindung des Druckspeichers 25 kann – wie gezeigt – mit einem Rückschlagventil 16 gegen den drucklosen Kraftstofftank gesichert sein, wobei besonderes vorteilhaft ein 3/2-Wegeventil eingesetzt wird, dessen Schaltsymbol rechts neben dem Bezugszeichen 27 dargestellt ist.
  • Wie in 3 gezeigt ist, kann mit dem Druckspeicher 25 das Druckniveau im Einlassbereich der Kraftstoffpumpe 4 angehoben werden und so das Gesamtdruckniveau in der Druckleitung 8 angehoben werden. Hinter der Kraftstoffpumpe 4 ist ein Druckregler 11 vorgesehen, welcher im Normalbetrieb das Druckniveau einregelt und überschüssigen Kraftstoff über den Rücklauf 14 entlüftet. In dem Rücklauf 14 ist ein Magnetventil 10 angeordnet, welches bei einer Zuschaltung des Druckspeichers 25 zur Anhebung des Druckniveaus geschlossen wird. Zur Speisung des Druckspeichers 25 zweigt eine Speiseleitung 23 stromab des Druckreglers 11 aus der Druckleitung ab und ist über ein Mehrwegeventil 28 an den Druckspeicher 25 angeschlossen. Die Aufladung des Druckspeichers 25 abhängig vom Speicherdruck kann durch die Pumpenförderung im Schubbetrieb gewährleistet werden. Zur Druckregelung in der Betriebsart mit erhöhtem Betriebsdruck ist in der Anschlussleitung des Druckspeichers 25 eine variable Drossel 26 vorgesehen.
  • Die Druckzuschaltung durch den Druckspeicher 25 wird von einer Steuereinheit 21 überwacht, welche über Signalleitungen 33 mit einem Drucksensor 22 in der Druckleitung 8 und mit einem Drucksensor 22 am Ausgang des Druckspeichers 25 zur Erfassung des Innendruckes verbunden ist. Abhängig von den erfassten Daten steuert die Steuereinheit 21 über Einstellung der variablen Drossel 26 den Druck in der Druckleitung 8. Die Steuereinheit 21 für die Gemischbildung ist über Steuerleitungen 35 mit den Injektoren 2 verbunden und passt durch geeignete Variation der Einspritzparameter, insbesondere der Einspritzzeit, die vorliegenden Istwerte der Druckzustände im Hinblick auf die optimale Gemischbildung an. Zur Anpassung der Einspritzzeiten der Injektoren 2 zieht die Steuereinheit 21 abgespeicherte Daten aus einem Durchflusskennfeld heran. Zur Einstellung des Druckniveaus in der Druckleitung 8 kann anstelle eines variabel einstellbaren Drosselorgans 26 eine regelbare Kraftstoffpumpe 4 eingesetzt werden, welche entsprechend vom Steuergerät 21 ansteuerbar ist.
  • 3b zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Kraftstoffzuführeinrichtung 1 mit einem Druckspeicher 25 als zuschaltbare Einrichtung zur Anhebung des Einspritzdrucks, bei der die Regelung des Druckniveaus in der Druckleitung 8 durch zwei Druckregler 11, 12 vorgesehen ist, welche jeweils in parallelen Leitungszweigen der Druckleitung 8 angeordnet sind. Der Leitungszweig, in den der Druckregler 11 für das niedrigere Druckniveau angeordnet ist, ist von einem Magnetventil 10 für den Betrieb mit erhöhtem Betriebsdruck absperrbar, wodurch der Kraftstoff durch die Bypassleitung 17 und den darin angeordneten Druckregler 12 für den erhöhten Betriebsdruck den Injektoren 2 zugeführt wird. Der im Normalbetrieb mit niedrigem Betriebsdruck freigegebene Leitungszweig ist mit einem Rückschlagventil 16 gesichert.
  • Bei diesen bezüglich des baulichen Aufwandes besonders günstigen Ausgestaltungen der Kraftstoffzuführeinrichtung 1 mit Druckspeichern wird der Druckspeicher 25 derartig ausgelegt, dass unter Berücksichtigung der Absteuermenge das erhöhte Druckniveau in der Startphase der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Dem Druckspeicher ist dabei ein Drucksensor 22 oder Druckschalter zugeordnet, mit dem nötigenfalls auch ein Start der Brennkraftmaschine mit dem niedrigeren Druckniveau durchgeführt werden kann. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann zwischen zwei Niveaus des Einspritzdruckes umgeschaltete werden, wobei die Programmierung von Übergangsfunktionen bei der Umschaltung zwischen den Druckniveaus im Steuergerät der Brennkraftmaschine nicht erforderlich sind.
  • 4a und 4b zeigen Kraftstoffzuführeinrichtungen 1 mit einer Pumpenanordnung seriell aufeinanderfolgender Kraftstoffpumpen 4, 5 und einer parallel zu dieser Pumpenanordnung vorgesehenen zweiten Druckerzeugungseinheit, welche eine auf den niedrigeren Einspritzdruck ausgelegte Kraftstoffpumpe 4 umfasst. Die zweite Druckerzeugungseinheit 29 ist mit einem Druckregler 11 für den niedrigen Normaldruck der Kraftstoffeinspritzung ausgestattet, dessen abgesteuerter Kraftstoff über einen Rücklauf 14 zum Tank 3 zurückfließt. Die Pumpenanordnung mit der Niederdruckpumpe 4 und der seriell nachfolgenden Hochdruckpumpe 5 ist mit einem Druckregler 12 für das höhere Druckniveau der Hochdruckpumpe 5 ausgestattet. An der Druckleitung 8 ist stromab des Druckreglers 12 eine Entlastungsleitung 13 angeschlossen, welche von einem Magnetventil 10 freigebbar ist. Die Entlastungsleitung 13 kann in den drucklosen Rücklauf 15 zum Kraftstofftank 3 einmünden oder wie in 4b dargestellt in den zwischen den Kraftstoffpumpen 4 und 5 liegenden Niederdruckabschnitt 9 der Druckleitung 8 führen. Bei dieser Ausgestaltung der Kraftstoffzuführeinrichtung 1 kann auf ein Druckbegrenzungsventil 18 gemäß 4a verzichtet werden, wohingegen die Einmündung der Entlastungsleitung 13 in den drucklosen Rücklauf 15 zu einer Beschleunigung des Druckabbaus bei der Umschaltung vom Betrieb mit höherem Einspritzdruck zum Normalbetrieb führt.
  • 4b zeigt eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit parallel zur Pumpenanordnung zweier serieller Kraftstoffpumpen 4, 5 vorgesehener zweiter Druckerzeugungseinheit 29, bei der die Druckleitung 8 zur Speisung der Injektoren 2 mit einem separaten Hochdruckrail 30 ausgestattet sein kann. Dabei ist die Pumpenanordnung zur Erzeugung des zuschaltbaren Hochdrucks mittels Schnellkupplungen 31 mit den weiteren Anlagenteilen adaptierbar.
  • Bei den Kraftstoffzuführeinrichtungen 1 nach 5a und 5b ist für die zuschaltbare Anhebung des Einspritzdrucks in der Druckleitung 8 eine regelbare Kraftstoffpumpe 34 vorgesehen. Abhängig von den Steuersignalen einer nicht dargestellten Steuereinheit fördert die Kraftstoffpumpe 34 das gewünschte Druckniveau in der durch Rückschlagventil 16 gesicherten Druckleitung 8 zu den Injektoren 2. Die Regelgröße für die Regelung der Kraftstoffpumpe 34 bildet dabei der Einspritzdruck, welcher durch einen an der Druckleitung 8 angeordneten Drucksensor 22 ermittelt und der Steuereinheit für die Kraftstoffpumpe 34 zugeführt wird. Gemäß 5a ist ein Drucksteuerventil 32 in der Druckleitung 8 vorgesehen, welches elektronisch geregelt wird und überschüssigen Druck über einen Rücklauf 14 zum Kraftstofftank 3 abbaut. 5b zeigt eine demgegenüber preisgünstigere Variante einer Kraftstoffzuführeinrichtung mit regelbarer Kraftstoffpumpe 34, bei der zum Druckabbau ein Rücklauf 14 aus der Druckleitung 8 vorgesehen ist, in dem ein Magnetventil 10 angeordnet ist. Dabei wird beim Druckabbau zum Umschalten vom Betrieb mit höherem Einspritzdruck zum Betrieb mit niedrigerem Einspritzdruck das Magnetventil 10 geöffnet und der erforderliche Einspritzdruck durch die Kraftstoffpumpe 34 eingeregelt.
  • Der erfindungsgemäß zuschaltbare Hochdruck erlaubt einen Start- und Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine mit erhöhtem Kraftstoffdruck ohne Einschränkung des Normalbetriebszustandes und eröffnet die Möglichkeit von Mehrfacheinspritzungen zur Verbesserung der Abgasemission. Durch die Verwendung von Druckspeichern kann schon bei der ersten Zündung bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ein idealer Kraftstoffdruck durch die sofortige Anhebung des Druckniveaus bereitgestellt werden. Die bedarfsweise Erhöhung des Einspritzdruckes durch eine zuschaltbare Einrichtung kann auch in höheren Lastbereichen der Brennkraftmaschine genutzt werden, um mit erhöhtem Einspritzdruck dem größeren Bedarf an Kraftstoff nachzukommen. Die Ausgestaltung der Kraftstoffzuführeinrichtung mit einer parallel angeordneten zweiten Druckerzeugungseinheit erlaubt zusätzlich die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine mit unterschiedlichen Kraftstoffsorten zu betreiben.

Claims (17)

  1. Kraftstoffzuführeinrichtung zur Versorgung der Injektoren einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, mit einem Kraftstofftank (3), aus dem Kraftstoff von einer mindestens eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (4, 5) umfassenden Pumpenanordnung durch eine Förderleitung (7) förderbar und einer Druckleitung (8) den Injektoren (2) unter statischem Druck bereitstellbar ist, wobei einer ersten, auf niedrigen Druck ausgelegten elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (4) eine von einem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor angetriebene Hochdruckpumpe (5) seriell nachgeordnet ist, welche unterhalb eines vorgegebenen Temperaturniveaus (Kaltstart) zugeschaltet wird abhängig von der Stellung einer schaltbaren Sperreinrichtung (10) in einer Entlastungsleitung (13), welche an einen stromab der Hochdruckpumpe (5) liegenden Abschnitt der Druckleitung (8) angeschlossen ist.
  2. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung ein Magnetventil (10) ist.
  3. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckpumpe (5) eine mit einem Rückschlagventil (16) ausgestattete Bypassleitung (17) zugeordnet ist.
  4. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsleitung (13) an eine auf den niedrigeren Einspritzdruck ausgelegten Druckbegrenzungseinrichtung (11) in der Druckleitung (8) angeschlossen ist.
  5. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung ein Druckregler (11) ist.
  6. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (8) als mehrere Injektoren (2) speisende Sammelleitung (Rail) ausgebildet ist und die Druckbegrenzungseinrichtung (11) ein am freien Ende der Sammelleitung angeordnetes Druckbegrenzungsventil (18) ist.
  7. Kraftstoffzuführeinrichtung zur Versorgung der Injektoren einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, mit einem Kraftstofftank (3), aus dem Kraftstoff von einer mindestens eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (4, 5) umfassenden Pumpenanordnung durch eine Förderleitung (7) förderbar und einer Druckleitung (8) den Injektoren (2) unter statischem Druck bereitstellbar ist, wobei die Pumpenanordnung eine zuschaltbare Einrichtung (6) zur Erhöhung des Einspritzdruckes aufweist, welche als Druckspeicher (25) ausgeführt ist, welcher über eine Anschlussleitung (24) und ein Ventil (27) in die Förderleitung (7) mündet.
  8. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (25) aus einer Speiseleitung (23) mit Druck beaufschlagbar ist, welche hinter einem in der Druckleitung (8) angeordneten Druckregler (11) abzweigt, welcher auf den niedrigeren Einspritzdruck ausgelegt ist.
  9. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Druckregler (11) eine Rücklaufleitung (14) angeschlossen ist, welche zur Erhöhung des Einspritzdruckniveaus von einer Sperreinrichtung (10) abgesperrt wird.
  10. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anschlussleitung (24) des Druckspeichers (25) ein variabel einstellbares Drosselorgan (26) angeordnet ist.
  11. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (4) regelbar ist.
  12. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Drucksensoren (22) an dem Druckspeicher (25) und/oder an der Druckleitung (8) mit der Eingangsseite einer Steuereinheit (21) verbunden sind, welche auf ihrer Ausgangsseite über eine Steuerleitung (35) zur Steuerung des Einspritzvorganges mit den Injektoren (2) verbunden ist.
  13. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Pumpenanordnung eine zweite Druckerzeugungseinheit (29) geschaltet ist, welche eine auf den niedrigeren Einspritzdruck ausgelegte Kraftstoffpumpe (4') umfasst.
  14. Kraftstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsleitung (13) in eine drucklose Rücklaufleitung (14, 15) mündet.
  15. Kraftstoffzuführeinrichtung zur Versorgung der Injektoren einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, mit einem Kraftstofftank (3), aus dem Kraftstoff von einer mindestens eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (34) umfassenden Pumpenanordnung durch eine Förderleitung (7) förderbar und einer Druckleitung (8) den Injektoren unter statischem Druck und bedarfsweise erhöhtem Einspritzdruck bereitstellbar ist, wobei die Kraftstoffpumpe (34) regelbar ist und die Regelgröße der Kraftstoffpumpe (34) der jeweilige Einspritzdruck ist.
  16. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckleitung (8) ein regelbares Drucksteuerventil (32) angeordnet ist.
  17. Kraftstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Druckleitung (8) eine mittels Ventils (10) freigebbare Entlüftungsleitung (14) abzweigt.
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