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Die
Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
ein Volumenstromsteuerventil 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 Schadstoffemissionen
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.
Dabei ist es vorteilhaft für
die Senkung der Schadstoffemissionen, wenn der Kraftstoff sehr präzise in
den Zylinder eingespritzt werden kann.
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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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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, mit der in einfacher Weise ein präzises und zuverlässiges Zumessen
von Kraftstoff für
die Brennkraftmaschine und ein einfacher Aufbau der Einspritzanlage
ermöglicht
werden. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Drucksteuerventil zu schaffen, das einfach zu montieren ist. Darüber hinaus
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Volumenstromsteuerventil
zu schaffen, das einfach zu montieren ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
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
der Brennkraftmaschine, mit einer Vorförderpumpe zur Förderung
von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, einer der Vorförderpumpe
stromabwärts
nachgeordneten Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in
einen Kraftstoffspeicher, einem hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe
und der Hochdruckpumpe angeordnetem Volumenstrom- und/oder Drucksteuerventil, mit dem
der Kraftstofffluss von der Vorförderpumpe
in die Hochdruckpumpe einstellbar ist, und einem Temperatursensor
zur Bestimmung einer Temperatur in der Einspritzanlage, der hydraulisch zwischen
der Vorförderpumpe
und der Hochdruckpumpe angeordnet ist.
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Dies
ist besonders vorteilhaft, da damit die Temperatur als Eingangsgröße der Hochdruckpumpe bestimmbar
ist. Wegen des großen
Einflusses der Temperatur und der Temperaturschwankungen auf das
Verhalten der Hochdruckpumpe ist damit eine gute Steuerung oder
Regelung der Hochdruckpumpe möglich.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind das Volumenstrom- und/oder Drucksteuerventil und der Temperatursensor
als Baueinheit ausgebildet. Damit kann in vorteilhafter Weise ein
geringer Montageaufwand für
das Volumenstrom- und/oder Drucksteuerventil und den Temperatursensor
erreicht werden. Es ist somit nur mehr eine hydraulische und elektrische
Schnittstelle für
die Baueinheit aus Volumenstrom- und/oder Drucksteuerventil und
Temperatursensor erforderlich. Darüber hinaus kann durch die Ausbildung
der Baueinheit aus Volumenstrom- und/oder Drucksteuerventil und
Temperatursensor eine kostengünstige
Lösung
erreicht werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Temperatursensor stromabwärts des Volumenstrom- und/oder
Drucksteuerventils angeordnet. Durch die Anordnung des Temperatursensors
stromabwärts
des Volumenstrom- und/oder Drucksteuerventils, bevorzugt nahe der
Hochdruckpumpe, kann das Signal des Temperatursensors eine hohe
Aussagekraft im Hinblick auf die Steuerung der Hochdruckpumpe erhalten.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts umfasst die Erfindung ein Volumenstromsteuerventil
mit einem Temperatursensor, wobei der Temperatursensor und das Volumenstromsteuerventil
als Baueinheit ausgebildet sind. Damit wird in vorteilhafter Weise
ein kompakter Aufbau für
das Volumenstromsteuerventil mit Temperatursensor ermöglicht.
Außerdem
kann der Montageaufwand für
das Volumenstromsteuerventil und den Temperatursensor gering gehalten
werden. Es ist nur eine hydraulische und elektrische Schnittstelle
für die
Baueinheit aus Volumenstromsteuerventil und Temperatursensor erforderlich.
Darüber
hinaus kann durch die Ausbildung der Baueinheit aus Volumenstromsteuerventil
und Temperatursensor eine kostengünstige Lösung erreicht werden.
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Gemäß eines
dritten Aspekts umfasst die Erfindung ein Drucksteuerventil mit
einem Temperatursensor, wobei der Temperatursensor und das Drucksteuerventil
als Baueinheit ausgebildet sind. Damit wird in vorteilhafter Weise
ein kompakter Aufbau für das
Drucksteuerventil mit Temperatursensor ermöglicht. Außerdem kann ein geringer Montageaufwand für das Drucksteuerventil
und den Temperatursensor erreicht werden. Für die Baueinheit aus Drucksteuerventil
und Temperatursensor ist nur noch eine hydraulische und elektrische
Schnittstelle erforderlich. Darüber
hinaus kann durch die Ausbildung der Baueinheit aus Drucksteuerventil
und Temperatursensor eine kostengünstige Lösung erzielt werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgend anhand
der schematischen Zeichnung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
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Die
in der Figur dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine weist
einen Kraftstofftank 10 auf, aus dem mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff
gefördert
wird. Die Vorförderpumpe 12 kann
mit einer nicht dargestellten Antriebswelle, die mit einer Motorwelle
der Brennkraftmaschine fest gekoppelt ist, mechanisch angetrieben
werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine elektrisch betriebene
Vorförderpumpe
einzusetzen, 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, durch das bei Überschreiten
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 ein
Teil des von der Vorförderpumpe 12 geförderten
Kraftstoffs zur Ansaugseite der Vorförderpumpe 12 zurückgeführt werden
kann. Dadurch kann der Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der
Vorförderpumpe 12 begrenzt
werden.
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Stromabwärts der
Vorförderpumpe
ist eine Hochdruckpumpe 14 zur Förderung des Kraftstoffs in einen
Kraftstoffspeicher 16 angeordnet. Der Kraftstoffspeicher 16 ist
mit der Hochdruckpumpe 14 über eine Kraftstoffspeicherzuleitung 44 hydraulisch gekoppelt.
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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Der
Kraftstoffspeicher 16 ist des Weiteren über Leitungen mit einem Injektor 18 oder
mehreren Injektoren 18 hydraulisch gekoppelt. Jedem der
Injektoren 18 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine
zugeordnet und jeder kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff
in den Brennraum eingespritzt wird.
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Durch
die Hochdruckpumpe 14 kann der Kraftstoff, der mittels
der Injektoren 18 in Brennräume der Brennkraftmaschine
eingespritzt werden soll, einen relativ hohen Einspritzdruck erreichen.
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Überschüssiger Kraftstoff
kann von den Injektoren 18 über eine Injektorrücklaufleitung 46 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Zwischen
der Vorförderpumpe 12 und
der Hochdruckpumpe 14 ist ein Volumenstromsteuerventil 22 angeordnet,
mit dem der Kraftstofffluss von der Vorförderpumpe 12 in die
Hochdruckpumpe 14 einstellbar ist. Zwischen dem Volumenstromsteuerventil 22 und
der Hochdruckpumpe 14 ist ein Temperatursensor 24 angeordnet.
Das Volumenstromsteuerventil 22 und der Temperatursensor 24 sind
als Baueinheit 26 ausgebildet. Mittels des Temperatursensors 24 und
eines Drucksensors 25, durch den der Kraftstoffdruck in
dem Kraftstoffspeicher 16 bestimmt werden kann, sowie gegebenenfalls
in Abhängigkeit
von weiteren Eingangsgrößen, kann
das Volumenstromsteuerventil 22 so angesteuert werden,
dass eine niederdruckseitige Steuerung des der Hochdruckpumpe 14 zugeführten Kraftstoffstroms
möglich
ist.
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Die
Hochdruckpumpe 14 ist mittels einer stromabwärts der
Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden Leitung 42 mit
einem Drucksteuerventil 20 verbunden, das beispielsweise
abhängig
von dem vom Drucksensor 25 ermittelten Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher 16 angesteuert werden kann. Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffspeicher 16 kann
das Drucksteuerventil 20 öffnen und ein Teil des von
der Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs kann über die
stromabwärts
der Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden
Leitung 42 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Stromabwärts der
Vorförderpumpe 12 und stromaufwärts des
Vordruckregelventils 28 zweigt eine Spülleitung 29 ab, die
ausgangsseitig in das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 14 mündet,
so dass es möglich
ist, das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 14 während
des Betriebs mit Kraftstoff zu spülen. Damit kann eine Kühlung und
Schmierung der Hochdruckpumpe 14 bewirkt werden. Der zu
Spülungszwecken verwendete
Kraftstoff kann anschließend
vom Gehäuse
der Hochdruckpumpe 14 über
eine Rückführleitung 35 in
den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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In
der Spülleitung 29 ist
weiterhin ein Spülleitungsventil 32 und
hydraulisch in Serie hierzu eine Spülleitungsdrossel 34 angeordnet.
Die Spülleitungsdrossel 34 kann
den Kraftstoffstrom durch die Spülleitung 29 begrenzen.
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
die Rückführleitung 35 in
den Kraftstofftank 10 zurückzuführen.
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Dies
kann insbesondere bei der Inbetriebnahme der Einspritzanlage wichtig
sein, wenn sich Luft in den Leitungen gesammelt hat. Durch das Spülleitungsventil 32 kann
der über
die Spülleitung 29 abzweigende
Kraftstoffstrom freigegeben werden, wenn ein vorgegebener Kraftstoffdruck
an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 überschritten wird.
Der Differenzdruck an dem Spülleitungsventil 32 muss
dabei größer sein
als die Summe des Öffnungsdifferenzdrucks
der Einlassventile der Hochdruckpumpe 14 und des Differenzdrucks
der dazwischen liegenden Leitung, so dass die Spülung der Hochdruckpumpe 14 erst
dann einsetzt, wenn der Betriebsdruck der Hochdruckpumpe 14 erreicht
ist. Dies ist erforderlich, da nur so sichergestellt werden kann,
dass nicht Kraftstoff über
die Spülleitung 29 abgezweigt
wird, so lange der Druckaufbau an der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 noch
nicht abgeschlossen ist. Damit kann erreicht werden, dass der Druckaufbau
an der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 nicht verzögert wird.
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Zum
Schutz der in der Einspritzanlage angeordneten Aggregate, insbesondere
der Pumpen 12, 14 und der Steuerventile 22, 20 sind
an geeigneten Stellen 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 22 und der Hochdruckpumpe 14 vor
dem Volumenstromsteuerventil 22 ein zweiter Filter 38 und
zum Schutz des Drucksteuerventils 20 vor diesem ein dritter
Filter 40 angeordnet.
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Das
Drucksteuerventil 20 ist in der stromabwärts der
Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden
Leitung 42 angeordnet, die ausgangsseitig mit der Injektorrücklaufleitung 46 des
mindestens einen Injektors 18 gekoppelt ist. Die Rückführleitung 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 Anordnung des Volumenstromsteuerventils 22 und des
Temperatursensors 24 in der Baueinheit 26 wird
erreicht, dass die Temperatur als Eingangsgröße der Hochdruckpumpe 14 bestimmbar
ist. Wegen des großen
Einflusses der Temperatur des Kraftstoffs und dessen Temperaturschwankungen
auf das Verhalten der Hochdruckpumpe 14 wird so eine bessere
Steuerung oder Regelung der Hochdruckpumpe 14 möglich.
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Darüber hinaus
wird durch die Anordnung in der Baueinheit 26 der Montageaufwand
sowohl auf der hydraulischen als auch auf der elektrischen Seite reduziert,
da nur noch eine hydraulische und eine elektrische Schnittstelle
erforderlich sind. Aus diesem Grund werden auch Kosteneinsparungen
beim Material erreicht.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn der Temperatursensor stromabwärts des
Volumenstromsteuerventils 22 angeordnet ist und insbesondere,
wenn die Baueinheit 26 in die Hochdruckpumpe 14 integriert ist.
Durch die Anordnung des Temperatursensors 24 stromabwärts und
in großer
Nähe der
Hochdruckpumpe 14 wird erreicht, dass das Signal des Temperatursensors 24 eine
sehr hohe Aussagekraft im Hinblick auf die Steuerung der Hochdruckpumpe 14 erhält.
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Im
Folgenden soll kurz die Funktion der Einspritzanlage beschrieben
werden:
Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank 10, wobei Verunreinigungen im ersten Filter 36 zwischen
dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 zurückgehalten
werden können.
Der Druck am Ausgang der Vorförderpumpe 12 wird durch
das Vordrucksteuerventil 28 eingestellt. Der Kraftstoff
gelangt dann über
den zweiten Filter 38 zu dem Volumenstromsteuerventil 22 und
dem Temperatursensor 24, die in der Baueinheit 26 zusammengefasst
sind. Durch das Volumenstromsteuerventil 22 wird der Hochdruckpumpe 14 so
viel Kraftstoff zur Verfügung
gestellt, wie vom Kraftstoffspeicher 16 benötigt wird.
Mittels der Hochdruckpumpe 14 wird der Kraftstoff über die
Kraftstoffspeicherzuleitung 44 an den Kraftstoffspeicher 16 geliefert.
Vom Kraftstoffspeicher 16 wird der Kraftstoff den Injektoren 18 zugeführt, und
von diesen in die Brennräume
der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der für den Kraftstoffspeicher 16 erforderliche
Kraftstoffdruck wird durch das Drucksteuerventil 20 in
der abzweigenden Leitung 42 festgelegt. Steigt der Druck
in der Kraftstoffspeicherzuleitung 44 und damit im Kraftstoffspeicher 16 zu
stark an oder soll der Druck im Kraftstoffspeicher 16 gezielt
verringert werden, so kann mittels des Drucksteuerventils 20 über die
abzweigende Leitung 42 Kraftstoff in den Kraftstofftank 10 abgelassen werden.
In den Kraftstofftank wird weiter Kraftstoff aus der Rückführleitung 35 und
der Rücklaufleitung 46 von
den Injektoren 18 zurückgeführt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Einspritzanlage sind das Volumenstromsteuerventil 22 und
der Temperatursensor 24 getrennt ausgebildet, bilden also
keine Baueinheit. Das Volumenstromsteuerventil 22 ist dabei
hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe 12 und
der Hochdruckpumpe 14, der Temperatursensor 24 hydraulisch
zwischen der Volumenstromsteuerventil 22 und der Hochdruckpumpe 14 angeordnet.
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In
einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform der Einspritzanlage
ist anstelle des Volumenstromsteuerventils ein weiteres Drucksteuerventil
hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe 12 und
der Hochdruckpumpe 14 angeordnet. Hydraulisch zwischen
dem Drucksteuerventil und der Hochdruckpumpe 14 ist der
Temperatursensor 24 angeordnet. Das Drucksteuerventil und
der Temperatursensor 24 können dabei in einer Baueinheit
ausgebildet oder getrennt ausgebildet sein, also gegebenenfalls
auch keine Baueinheit bilden.
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In
einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform der Einspritzanlage
ist anstelle des Volumenstromsteuerventils ein kombiniertes Volumenstrom-/Drucksteuerventil
hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe 12 und
der Hochdruckpumpe 14 angeordnet. Der Temperatursensor 24 ist
hydraulisch zwischen dem Volumenstrom-/Drucksteuerventil und der
Hochdruckpumpe 14 angeordnet. Das Volumenstrom-/Drucksteuerventil
und der Temperatursensor 24 können dabei in einer Baueinheit
ausgebildet oder getrennt ausgebildet sein, also gegebenenfalls
auch keine Baueinheit bilden.