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Die
Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine und
ein Drucksteuerventil.
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Zum
Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen
zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail"-Anlagen ausgeführt sind.
Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren
aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff
versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im Kraftstoffspeicher
unter einem Druck von bis zu 2000 bar vor.
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Einspritzanlagen
für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise
verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefördert wird,
um in Brennräume der
Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Derartige Einspritzanlagen
für Brennkraftmaschinen
stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung
des Kraftstoffs in die Brennräume
der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks.
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Dies
ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der
zulässigen Schadstoffemission
von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind,
erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen,
durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise
die Bildung von Ruß stark
abhängig
von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine.
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Die
Einspritzanlage kann mit geeigneten Steuer- und Regelaggregaten
eine hohe Genauigkeit des Einspritzdrucks des Kraftstoffs in die
Brennräume
der Brennkraftmaschine erreichen.
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Aus
der
EP 1 296 060 B1 ist
eine Einspritzanlage für
eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Vorförderpumpe, mit der Kraftstoff
aus einem Kraftstofftank zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert werden
kann. Eine der Vorförderpumpe
hydraulisch nachgeschaltete Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff dann in einen
Kraftstoffspeicher, von wo aus er dann an mit dem Kraftstoffspeicher
hydraulisch gekoppelte Injektoren verteilt werden kann. Zwischen
dem Kraftstofftank und der Vorförderpumpe
ist ein Regelventil angeordnet, durch das ein Kraftstoffdurchfluss
vom Kraftstofftank zur Vorförderpumpe eingestellt
werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung des Regelventils kann so
in dem Kraftstoffspeicher ein vorgegebener, von den Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine abhängiger
Druck erreicht werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit des Einspritzdrucks
des Kraftstoffs in die Brennräume
der Brennkraftmaschine, einen einfachen Aufbaus der Einspritzanlage
sowie einen niedrigen Kostenaufwand der Einspritzanlage ermöglicht.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drucksteuerventil
zu schaffen, das einfach zu montieren ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Einspritzanlage
für eine Brennkraftmaschine,
mit mindestens einem mit einem Kraftstoffspeicher gekoppelten Injektor,
einer Vorförderpumpe
zur Förderung
von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, einer der Vorförderpumpe
stromabwärts
nachgeordneten Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in
den Kraftstoffspeicher, einem der Hochdruckpumpe stromabwärts nachgeordneten
Drucksteuerventil, mit dem der in den Kraftstoffspeicher herzustellende
Druck einstellbar ist, und einem Drucksensor zur Bestimmung eines Drucks
in der Einspritzanlage. Der Drucksensor ist hydraulisch zwischen
der Hochdruckpumpe und dem Drucksteuerventil angeordnet.
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Der
Vorteil des ersten Aspekts der Erfindung besteht darin, dass der
Kraftstoffdruck als die entscheidende Eingangsgröße für die Injektoren ausgangsseitig
der Hochdruckpumpe bestimmbar ist. Durch diese Anordnung des Drucksensors
sind so unmittelbar Rückschlüsse auf
das Verhalten der Pumpe möglich.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind der Drucksensor und das Drucksteuerventil als
Baueinheit ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Aufwand für die Montage
des Drucksensors und des Drucksteuerventils gering ist. In dieser Anordnung
können
das Drucksteuerventil und der Drucksensor über eine einzige hydraulische
Schnittstelle zusammen in die Einspritzanlage eingebaut werden.
Weiter kann der Aufwand für
die elektrischen Anschlüsse,
insbesondere die Steckverbindungen, gering sein. Dies ermöglicht sowohl
einen geringen Materialbedarf als auch einen geringen Zeitaufwand bei
der Installation von Drucksensor und Drucksteuerventil. Folglich
können
so niedrige Material- und Arbeitskosten erreicht werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Drucksteuerventil stromaufwärts des
Kraftstoffspeichers angeordnet. Ist insbesondere das Drucksteuerventil
nahe dem Kraftstoffspeicher angeordnet, so kann damit ein Rückstau von
Kraftstoff vom Drucksteuerventil zurück in die Hochdruckpumpe vermieden
werden.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Drucksteuerventil in einer stromabwärts der Hochdruckpumpe und
stromaufwärts
des Kraftstoffspeichers abzweigenden Leitung angeordnet, die ausgangsseitig
mit einer Injektorrücklaufleitung
des mindestens einen Injektors gekoppelt ist.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts umfasst die Erfindung ein Drucksteuerventil mit
einem Drucksensor, wobei der Drucksensor und das Drucksteuerventil
als Baueinheit ausgebildet sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Einspritzanlage
für eine
Brennkraftmaschine und
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2 ein
Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Einspritzanlage.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
einer Einspritzanlage für
eine Brennkraftmaschine dargestellt, mit einem Kraftstofftank 10,
aus dem Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe 12 gefördert wird.
Die Vorförderpumpe 12 kann
von einer (nicht dargestellten) Antriebswelle mechanisch angetrieben
werden, wobei die Antriebswelle mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine
fest gekoppelt sein kann. Alternativ ist es auch möglich, die
Vorförderpumpe 12 elektrisch
zu betreiben, wodurch eine Steuerung der Förderleistung der Vorförderpumpe 12 unabhängig von
der Förderleistung
weiterer Pumpen möglich
ist.
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Die
Vorförderpumpe 12 ist
ausgangsseitig mit einem Vordrucksteuerventil 28 hydraulisch
gekoppelt, das beim Überschreiten
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 einen
Teil des von der Vorförderpumpe 12 geförderten
Kraftstoffs zur Ansaugseite der Vorförderpumpe 12 zurückführt und
damit den Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 weitgehend
konstant hält.
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Der
Vorförderpumpe 12 ist
stromabwärts eine
Hochdruckpumpe 14 nachgeordnet, die über eine Kraftstoffspeicherzuleitung 44 Kraftstoff
in einen Kraftstoffspeicher 16 fördert. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann
der Kraftstoff, der mittels Injektoren 18 in Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen relativ hohen
Einspritzdruck erreichen. Die Hochdruckpumpe 14 kann vorzugsweise
als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit mehreren Zylindereinheiten
ausgebildet sein, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen
bekannt sind.
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Die
Hochdruckpumpe 14 ist stromabwärts mit dem Kraftstoffspeicher 16 verbunden,
der wiederum über
Leitungen hydraulisch mit dem einen Injektor 18 oder mehreren
Injektoren 18 gekoppelt ist. Jedem der Injektoren 18 ist
ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder kann so
angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt
wird. Überschüssiger Kraftstoff
kann von den Injektoren 18 über eine Injektorrücklaufleitung 46 zum
Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Zur
Regelung des Einspritzdrucks weist die Einspritzanlage in einer
stromabwärts
der Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden
Leitung 42 ein Drucksteuerventil 22 auf, das mit
einem Drucksensor 24 gekoppelt ist. Der Drucksensor 24 ist
hydraulisch zwischen der Hochdruckpumpe 14 und dem Drucksteuerventil 22 angeordnet.
Der Drucksensor 24 und das Drucksteuerventil 22 sind
als eine Baueinheit 26 ausgebildet. Über den Drucksensor wird der
Kraftstoffdruck stromabwärts
der Hochdruckpumpe 14 gemessen und das Drucksteuerventil 22 in
Abhängigkeit von
dem gemessenen Kraftstoffdruck angesteuert. Beim Überschreiten
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks öffnet das Drucksteuerventil 22,
und ein Teilstrom des von Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs
kann über
die stromabwärts
der Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigende
Leitung 42 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Zwischen
der Vorförderpumpe 12 und
der Hochdruckpumpe 14 ist weiter ein Volumenstromsteuerventil 20 angeordnet,
das eine niederdruckseitige Steuerung des Kraftstoffstroms ermöglicht,
der der Hochdruckpumpe 14 zugeführt werden soll. Das Volumenstromsteuerventil 20 kann
hierzu in Abhängigkeit
von dem durch den Drucksensor 24 gemessenen Kraftstoffdruck
sowie in Abhängigkeit
von weiteren Eingangsgrößen gesteuert
werden.
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Zwischen
der Vorförderpumpe 12 und
dem Vordruckregelventil 28 zweigt eine Spülleitung 29 ab, die
ausgangsseitig in das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 14 mündet.
Damit kann während
des Betriebs der Hochdruckpumpe 14 das Gehäuse der
Hochdruckpumpe 14 gespült
werden, wodurch eine Kühlung
und Schmierung der Hochdruckpumpe 14 ermöglicht wird.
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In
der Spülleitung 29 ist
ein Spülleitungsventil 32 und
hydraulisch in Serie hierzu eine Spülleitungsdrossel 34 angeordnet.
Hydraulisch parallel zu dem Spülleitungsventil 32 und
der Spülleitungsdrossel 34 ist
eine Entlüftungsdrossel 30 angeordnet.
Mittels der Entlüftungsdrossel 30 ist
es möglich,
gegebenenfalls in den Leitungen befindliche Luft über die Spülleitung 29 und
eine Spülrücklaufleitung 35 in
den Kraftstofftank 10 zurückzuführen. Dies kann insbesondere
bei der Inbetriebnahme der Einspritzanlage wichtig sein, wenn sich
Luft in den Leitungen gesammelt hat. Die Spülleitungsdrossel 34 dient
dazu, den zu Spülungszwecken
in die Spülleitung 29 abgezweigten
Kraftstoffstrom zu begrenzen. Das Spülleitungsventil 32 ist
so ausgelegt, dass es den über
die Spülleitung 29 laufenden
Kraftstoffstrom erst beim Überschreiten
eines vorgesehenen Kraftstoffdrucks der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 freigibt. Der Öffnungsdruck
am Spülleitungsventil 32 muss dabei
größer sein
als der Öffnungsdruck
der (nicht dargestellten) Einlassventile der Hochdruckpumpe 14 und
der dazwischen liegenden Leitung. Nur so ist sichergestellt, dass
die Spülung
der Hochdruckpumpe 14 erst dann einsetzt, wenn der Betriebsdruck
der Hochdruckpumpe 14 erreicht ist. Damit wird sichergestellt,
dass der Druckaufbau an der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 nicht
verzögert
wird.
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Der
zu Spülungszwecken
verwendete Kraftstoff kann die Hochdruckpumpe 14 über die
Spülrücklaufleitung 35 verlassen
und über
diese in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Vorzugsweise
sind zum Schutz vor im Kraftstoffstrom mitgeführten Partikeln oder zum Abscheiden
von Wasser vor der Vorförderpumpe 12,
dem Volumenstromsteuerventil 20 und der Baueinheit 26 aus
Drucksteuerventil 22 und Drucksensor 24 ein oder
mehrere Filter 36, 38, 40 angeordnet.
So ist zum Schutz der Vorförderpumpe 12 hydraulisch
zwischen dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 ein erster
Filter 36 vorgesehen. Des Weiteren sind zum Schutz des
Volumenstromsteuerventils 20 und der Hochdruckpumpe 14 vor
dem Volumenstromsteuerventil 20 ein zweiter Filter 38 und
zum Schutz des Drucksteuerventils 22 vor diesem ein dritter
Filter 40 angeordnet.
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Das
Drucksteuerventil 22 ist in der stromabwärts der
Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden
Leitung 42 angeordnet, die ausgangsseitig mit einer Injektorrücklaufleitung 46 des
mindestens einen Injektors 18 gekoppelt ist. Die Spülrücklaufleitung 35,
die abzweigende Leitung 42 und die Injektorrücklaufleitung 46 von
den Injektoren 18 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
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Durch
die Ausführung
der Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und
Drucksensor 24 ist es möglich,
das Drucksteuerventil 22 und den Drucksensor 24 über eine
einzige gemeinsame hydraulische Schnittstelle in der stromabwärts der
Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden
Leitung 42 zu montieren. Des Weiteren ist es möglich, das Drucksteuerventil 22 und
den Drucksensor 24 mit einer einzigen elektrischen Kontaktierung
auszustatten. Damit wird sowohl Material für die hydraulische als auch
für die
elektrische Kopplung eingespart. Darüber hinaus kann der Montageaufwand
reduziert werden. Durch die Anordnung des Drucksteuerventils 22 und
des Drucksensors 24 in der Baueinheit 26 wird
weiter die Messung und die Steuerung bzw. die Regelung des Drucks
optimiert. Der Druck wird durch den Drucksensor 24 unmittelbar
an der Stelle durch den Drucksensor 24 erfasst, wo er durch
das Drucksteuerventil 22 gesteuert werden soll.
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Vorzugsweise
wird die Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und
Drucksensor 24 direkt zusammen in einer Einheit mit der
Hochdruckpumpe 14 ausgeführt. Damit kann die Zahl der
hydraulischen und elektrischen Schnittstellen weiter gesenkt werden,
wodurch auch der Montageaufwand der Einspritzanlage weiter reduziert
werden kann. Durch die Ausführung
von Drucksteuerventil 22, Drucksensor 24 und Hochdruckpumpe 14 ist
außerdem
eine zusätzliche
Materialeinsparung möglich.
Insgesamt kann so eine weitere Kosteneinsparung erreicht werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und
Drucksensor 24 direkt am hydraulischen Austritt der Hochdruckpumpe 14,
etwa durch Einschrauben in den Druckanschluss der Hochdruckpumpe 14,
montiert wird.
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Im
Folgenden soll kurz die Funktionsweise der ersten Ausführungsform
der Einspritzanlage erläutert
werden:
Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank 10, wobei der zwischengeschaltete erste
Filter 36 den Kraftstoff von Partikelverschmutzung und
freien Wasseranteilen reinigen kann, um einen Verschleiß und Korrosion
in der Einspritzanlage zu verhindern. Mittels des Vordruckregelventils 28 wird
der Druck des der Hochdruckpumpe 14 zuzuführenden
Kraftstoffs begrenzt. Die Vorförderpumpe 12 führt den Kraftstoff über den
zweiten Filter 38 dem Volumenstromsteuerventil 20 zu.
An diesem kann der Kraftstoffvolumenstrom für die Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 eingestellt
werden. Die Hochdruckpumpe 14 liefert dem Kraftstoffspeicher 16 über die
Kraftstoffspeicherzuleitung 44 die für die Injektoren 18 benötigte Kraftstoffmenge.
Dabei kann der für den
Kraftstoffspeicher 16 erforderliche Druck mittels der Baueinheit 26 aus
Drucksteuerventil 22 und Drucksensor 24 vorgegeben
werden. Das Drucksteuerventil 22 öffnet dabei jeweils so weit,
dass der vorgegebene Druck am Drucksensor 24 eingehalten werden
kann. Über
die stromabwärts
der Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigende
Leitung 42 fließt
der Kraftstoff, der über
das Drucksteuerventil 22 freigegeben wurde, zusammen mit
dem Kraftstoff aus der Spülrücklaufleitung 35 und
dem über
die Injektorrücklaufleitung 46 von
den Injektoren 18 abfließenden Kraftstoff in den Kraftstofftank 10 zurück.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
der Einspritzanlage gezeigt. Im Folgenden sind im Wesentlichen nur
die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform der Einspritzanlage
beschrieben.
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Die
Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und Drucksensor 24 ist
in der Kraftstoffspeicherzuleitung 44 zwischen der Hochdruckpumpe 14 und
dem Kraftstoffspeicher 16 angeordnet. Dies bedeutet, dass
das Drucksteuerventil 22 stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 angeordnet
ist. Der Kraftstofffluß von
der Druckseite der Hochdruckpumpe 14 erfolgt nun nur mehr
auf einem Strömungsweg
von der Hochdruckpumpe 14 über die Kraftstoffspeicherzuleitung 44,
den Drucksensor 24, das Drucksteuerventil 22 und
den Kraftstoffspeicher 16 zu den Injektoren 18.
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Vorzugsweise
wird die Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und
Drucksensor 24 in einer Einheit mit dem Kraftstoffspeicher 16 ausgebildet. Damit
kann die Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und
Drucksensor 24 relativ weit von der Druckseite der Hochdruckpumpe 14 entfernt
angeordnet sein. Durch die vergleichsweise große Entfernung von der Hochdruckpumpe 14 kann
ein Rückstau
vom Drucksteuerventil 22 zurück in die Hochdruckpumpe 14 vermieden
werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Baueinheit 26 aus
Drucksteuerventil 22 und Drucksensor 24 direkt
am hydraulischen Eintritt in den Kraftstoffspeicher 16,
z. B. durch Einschrauben in den Kraftstoffspeicher 16,
montiert wird.
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Die
Funktionsweise der zweiten Ausführungsformen
der Einspritzanlage unterscheidet sich von der Funktion der ersten
Ausführungsform
der Einspritzanlage dadurch, dass Kraftstoff nun von der Druckseite
der Hochdruckpumpe 14 nur noch über die Kraftstoffspeicherzuleitung 44 zu
der Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 22 und
Drucksensor 24 und von dieser Baueinheit 26 zum
Kraftstoffspeicher 16 gelangt, um von dort in die Injektoren 18 eingespeist zu
werden. Der Rücklauf
von Kraftstoff von der Druckseite der Hochdruckpumpe 14 zum
Kraftstofftank 10 erfolgt nur noch über die Injektorrücklaufleitung 46 von
den Injektoren 18.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Einspritzanlage sind das Drucksteuerventil 22 und der Drucksensor 24 getrennt
ausgebildet, bilden also keine Baueinheit. Das Drucksteuerventil 22 ist
dabei stromabwärts
des Drucksensors 24 in der Kraftstoffspeicherzuleitung 44 zwischen
der Hochdruckpumpe 14 und dem Kraftstoffspeicher 16 oder
zwischen der Hochdruckpumpe 14 und dem Kraftstofftank 10 in
der stromabwärts
der Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden Leitung 42 angeordnet.