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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem umfassend eine
Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit, mit einer Kraftstoffvorförderpumpe
und einer Kraftstoffhochdruckpumpe, ein der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit
vorgeschaltetes Kraftstofffilter, und eine Entlüftungsvorrichtung, die zwischen
der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit und dem Kraftstofffilter angeordnet
ist, wobei die Entlüftungsvorrichtung
als Wegeventil ausgebildet ist, und einen Ventilkörper sowie
einen Ventilstößel umfasst,
wobei der Ventilstößel in einer
ersten Ventilstellung, mittels einer Ventilfeder, mit einer Dichtfläche dichtend
gegen einen am Ventilkörper
ausgebildeten Dichtsitz anpressbar ist, und wobei, in einer Ventilstellung
des Wegeventils der Ausgang des Kraftstofffilters mit dem Eingang
der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit verbunden ist, und in einer
zweiten Ventilstellung des Wegeventils der Ausgang des Kraftstofffilters
mit einem Entlüftungsaustritt
der Entlüftungsvorrichtung verbunden
ist.
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Ein
gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem
ist bereits aus der
DE
103 45 225 A1 bekannt. Zum Entlüften des Kraftstoffeinspritzsystems
ist zwischen einer Vorförderpumpe
und einem, der Vorförderpumpe
vorgeschalteten, Kraftstofffilter ein als Entlüftungsvorrichtung ausgebildetes
Wegeventil angeordnet. Das Wegeventil ist dabei derart ausgestaltet, dass
in einer ersten Stellung der Ausgang des Kraftstofffilters mit dem
Eingang der Vorförderpumpe
verbunden ist und in einer zweiten Stellung der Ausgang des Kraftstofffilters
mit einer Rücklaufleitung
verbunden ist.
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In
modernen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen muss zur Festlegung
der Druckregelstrategien die Zulauftemperatur des Kraftstoffes nahe
am Pumpeneingang erfasst werden. Hierzu wird üblicher Weise ein Temperatursensor
im Eingangsbereich der Vorförderpumpe
verwendet. Zur Anordnung des Temperatur sensors an der Vorförderpumpe
sind zusätzliche
Befestigungen und Bohrungen am Pumpengehäuse oder der Zulaufleitung
erforderlich, die den konstruktiven Aufwand des Kraftstoffeinspritzsystems
und die Herstellungskosten erhöhen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einfachem konstruktivem
Aufbau ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, welches sicher und
einfach entlüftet
werden kann, und bei dem eine einfache Messung der Fluidtemperatur
durchführbar ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch den unabhängigen
Patentanspruch 1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination
miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung baut auf einem gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem
umfassend eine Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit, mit einer Kraftstoffvorförderpumpe
und einer Kraftstoffhochdruckpumpe, ein der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit
vorgeschaltetes Kraftstofffilter, und eine Entlüftungsvorrichtung, die zwischen
der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit und dem Kraftstofffilter angeordnet
ist, wobei die Entlüftungsvorrichtung
als Wegeventil ausgebildet ist und einen Ventilkörper sowie ein Ventilstößel umfasst,
wobei der Ventilstößel in einer
ersten Ventilstellung, mittels einer Ventilfeder mit einer Dichtfläche dichtend
gegen einen am Ventilkörper ausgebildeten
Dichtsitz anpressbar ist, und wobei, in der ersten Ventilstellung
des Wegeventils der Ausgang des Kraftstofffilters mit dem Eingang
der Kraftstoffhochdruckpumpeneinheit verbunden ist, und in einer
zweiten Ventilstellung des Wegeventils der Ausgang des Kraftstofffilters
mit einem Entlüftungsaustritt
der Entlüftungsvorrichtung
verbunden ist, dadurch auf, dass das Wegeventil einen Temperatursensor
zur Erfassung der Kraftstofftemperatur umfasst, indem die Ventilfeder
als Widerstandsdraht ausgebildet ist. Die Entlüftungs funktion sowie die Temperaturmessung
werden somit im Wegeventil zusammengefasst. Zusätzliche Befestigungen oder Bohrungen
zur Montage eines Temperatursensors sind nicht erforderlich. Durch
die Ausbildung des Temperatursensors als Ventilfeder wird zusätzlich auf einen
separaten Temperatursensor verzichtet. Hierdurch verringern sich
die Bauteilanzahl sowie die Kosten. Mit Hilfe des Widerstandsdrahts
kann auf besonders einfache Weise die Ventilfeder als Temperatursensor
ausgebildet werden. Die Veränderung
des elektrischen Widerstandes der Ventilfeder ist dabei ein Maß für die Temperaturänderung
bzw. die Temperatur des Fluides.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die Enden der Ventilfeder durch den Ventilstößel geführt sind. Durch diese Maßnahme kann
die Ventilfeder zum einen auf besonders einfache Weise mit dem Ventilstößel verbunden
werden, zum anderen ergibt das Durchführen der Enden der Ventilfeder
durch den Ventilstößel eine besonders
einfache Kontaktierung der Ventilfeder.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden
die Enden der Ventilfeder Kontakte für einen Gegenstecker aus. Hierdurch
ist eine weiter vereinfachte Kontaktierung der, als Temperatursensor
ausgebildeten, Ventilfeder gewährleistet.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist die Ventilfeder, vorzugsweise über den Gegenstecker, mit einem Steuergerät verbunden, über welches
die Signale vom Temperatursensor erfassbar und auswertbar sind.
Die ausgewerteten Daten können
anschließend zur
Steuerung oder Regelung des Kraftstoffeinspritzsystems sowie zur
Auswahl einer geeigneten Druckregelstrategie verwendet werden.
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Eine
weitere erfindungsgemäß bevorzugte Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, dass der Ventilstößel aus einem gegenüber dem
Temperatursensor thermisch schlecht leitenden Material besteht. Hierdurch
werden thermische Rückwirkungen
des Wegeventils auf dem Sensor minimiert, wodurch eine besonders
exakte Temperaturmessung des Fluides möglich ist.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist der Ventilstößel aus
einem Kunststoff hergestellt. Der Kunststoff ist gegenüber dem
Temperatursensor thermisch schlecht leitend und zusätzlich preiswert
und einfach zu bearbeiten. Besonders bevorzugt wird ein Kunststoff
eingesetzt, der kraftstoffresistent ist und sich daher besonders
gut für
den Einsatz in Kraftstoffeinspritzsystemen eignet.
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Zusammenfassend
lässt sich
somit feststellen, dass das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem
mit einem Wegeventil, welches ein Temperatursensor zur Erfassung
der Fluidtemperatur umfasst, in überraschend
einfacher Weise die Entlüftung des
Kraftstoffeinspritzsystems sowie die Erfassung der Fluidtemperatur
in einem Ventil vereint. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ventilfeder
als Temperatursensor kann dabei auf zusätzliche Temperatursensoren
verzichtet werden, wodurch sich der Aufbau des Kraftstoffeinspritzsystems
stark vereinfacht und die Montage des Systems erheblich vereinfacht
wird.
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Ausführungsbeispiele
und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen
erläutert.
Es zeigt schematisch:
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1 eine
Schnittdarstellung eines in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem
verwendeten Wegeventils;
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2 einen
Schaltplan eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Wegeventil
entsprechend 1.
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Gleich
bzw. funktionsgleiche Bauteile werden nachfolgend figurübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung eines in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem verwendeten
Wegeventils 1. Das Wegeventil 1 ist als 3/2-Wegeventil 1' ausgebildet.
Die linke Seite in 1 zeigt das Wegeventil 1 in
einer ersten, nachfolgend als geschlossene Stellung bezeichneten
Position. Die rechte Seite in 1 zeigt
das Wegeventil 1 in einer zweiten, nachfolgend als geöffnete Stellung bezeichneten
Position.
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Das
Wegeventil 1 umfasst einen Ventilkörper 2 mit einem Eintritt 16,
einem ersten Ausgang 17 und einem zweiten Ausgang, der
nachfolgend als Entlüftungsaustritt 13 bezeichnet
wird. Der Ventilkörper 2 weist
eine Führungsbohrung 24 auf,
in der ein Ventilstößel 4 längsbewegbar
geführt
ist. Am Ventilstößel 4 ist
ein Ventilteller 25 mit einer Dichtfläche 5 ausgebildet.
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In
geschlossener Ventilstellung fließt der Kraftstoff vom Eintritt 16 des
3/2-Wegeventils 1' zum ersten
Ausgang 17. Der Entlüftungsaustritt 13 ist durch
die Anlage des Ventilstößels 4 mit
der Dichtfläche 5 gegen
einen Dichtsitz 6 des Ventilkörpers 2 verschlossen,
so dass kein Kraftstoff durch den Entlüftungsaustritt 13 austreten
kann. Der Ventilstößel 4 wird
in geschlossener Ventilstellung durch eine Ventilfeder 3,
dichtend gegen den am Ventilkörper 2 ausgebildeten
Dichtsitz 6 gedrückt.
Hierdurch wird sichergestellt, dass der Entlüftungsaustritt 13 in
Ruhestellung stets geschossen ist (siehe linke Seite in 1).
In geöffneter
Ventilstellung ist der Ventilteller 25 mit der Dichtfläche 5 vom
Dichtsitz 6 des Ventilkörpers 2 abgehoben.
Hierdurch wird der Entlüftungsaustritt 13 des
Wegeventils 1 freigegeben und Luft und/oder Kraftstoff
kann aus dem Kraftstoffeinspritzsystem abgeführt werden (siehe rechte Seite der 1).
Je nach Ausbildung des Wegeventils wird dabei der erste Ausgang 17 vollständig oder
nur teilweise verschlossen.
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Die
Ansteuerung des Wegeventils 1 kann manuell oder über einen
Aktor, der beispielsweise elektromagnetisch betrieben wird, erfolgen.
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Das
Wegeventil 1 ist innerhalb des Kraftstoffsystems vorzugsweise
derart räumlich
angeordnet, dass es oberhalb der mit Fluid durchströmten Kraftstoffleitung
sitzt. Die Luft, die im Fluidsystem vorhanden ist strömt, aufgrund
der im Bezug zum Kraftstoff geringeren Dichte, stets an der Oberseite
der Leitung und kann so auf einfache Weise aus dem Fluidsystem abgeführt werden,
ohne dass große
Mengen an Kraftstoff durch den Entlüftungsaustritt 13 entweichen.
Die Ventilfeder 3 ist als Spiralfeder ausgebildet und weist
parallel zueinander verlaufende Enden 14 auf. Die Enden 14 sind
durch den Ventilstößel 4 hindurchgeführt. Durch
Einspressen bzw. Einkleben der Enden 14 kann eine sichere
Befestigung der Ventilfeder 3 im Ventilstößel 4 erfolgen.
Der den geraden Enden 14 der Ventilfeder 3 gegenüberliegende
Endbereich stützt
sich gegen eine Wandung des Strömungskanals
ab. Die Ventilfeder 3 ragt damit über den gesamten Strömungsquerschnitt
des Strömungskanals
in die Strömung
hinein. Zur Messung der Kraftstofftemperatur ist die Ventilfeder 3 als
Temperatursensor 3' ausgebildet.
Hierzu ist die Ventilfeder 3 als Widerstandsdraht ausgebildet.
Je nach Temperatur des Kraftstoffs ändert sich dabei der Widerstand
des Widerstandsdrahtes. Mit einer Auswerteeinheit lässt sich
daher auf einfache Weise, in Abhängigkeit
vom momentanen Widerstand des Widerstandsdrahtes, auf die Kraftstofftemperatur
schließen.
Die geraden Enden 14 der Ventilfeder 3 ragen dabei
ein Stück
aus dem Ventilstößel 4 hinaus,
so dass sie auf diese Weise einen Kontakt für einen Gegenstecker bilden,
welcher zur Auswerteeinheit führt. Ein
Steuergerät 30 erfasst
dabei die Signale vom Temperatursensor und wertet diese aus. Die
ausgewerteten Temperatursignale können dann gleichzeitig zum
Steuern oder Regeln des Kraftstoffeinspritzsystems sowie zur Festlegung
einer Druckregelstrategie verwendet werden.
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Der
Ventilstößel 4 besteht
dabei im Wesentlichen aus einem gegenüber dem Temperatursensor 3' thermisch schlecht
leiten den Material. Hierdurch können
thermische Rückwirkungen
zwischen dem Ventilstößel 4 und
der Ventilfeder 3 auf ein Minimum reduziert werden. Als
Material für
den Ventilstößel 4 ist
dabei insbesondere Kunststoff geeignet. Kunststoffe haben neben
ihrer schlechten Leitfähigkeit
insbesondere den Vorteil, dass sie je nach Auswahl des Kunststoffs
resistent gegen Kraftstoff sind. Zudem sind sie preiswert und einfach
zu bearbeiten.
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In 2 ist
ein Schaltplan eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Wegeventil 1 entsprechend 1 dargestellt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Tank 27, in
dem eine Intankpumpe 18 angeordnet ist, die vorzugsweise
elektrisch gesteuert ist. Die Intankpumpe 18 fördert den
im Tank 27 befindlichen Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 29 zum
Eingang eines Kraftstofffilters 10. Der durch den Kraftstofffilter 10 gefilterte
Kraftstoff wird weiter über
eine Kraftstoffleitung 11 zu einer Vorförderpumpe 8 gefördert. Zwischen
der Vorförderpumpe 8 und dem
Kraftstofffilter 10 ist ein, entsprechend 1, ausgebildetes
Wegeventil 1 angeordnet. Das Wegeventil 1 ist
als 3/2-Wegeventil 1' ausgebildet
und dient zur Entlüftung
des Kraftstoffeinspritzsystems. In seiner geschlossenen Stellung
stellt das 3/2-Wegeventil 1' eine
Verbindung zwischen dem Ausgang des Kraftstofffilters 10 und
dem Eingang der Vorförderpumpe 8 her.
In geöffneter
Stellung stellt das 3/2-Wegeventil 1' eine Verbindung zwischen dem Ausgang des
Kraftstofffilters 10 und dem Entlüftungsaustritt 13 her.
Der Entlüftungsaustritt 13 führt das
Kraftstoff/Luftgemisch über
eine Rücklaufleitung 28 zum Tank 27 zurück. Vorzugsweise
ist ein Sichtfenster 26 in oder an der Rücklaufleitung 28 angebracht,
mit der man optisch feststellen kann, ob sich noch Luft in der Rücklaufleitung 28 befindet.
Je nach Ausbildung des Wegeventils 1 kann in der geöffneten
Stellung des 3/2-Wegeventils 1' die Verbindung zwischen dem Kraftstofffilter 10 und
der Vorförderpumpe 8 komplett oder
nur teilweise gesperrt sein. Bei einer Ausbildung entsprechend 1 besteht
auch in geöffneter
Ventilstellung ein Durchtritt vom Kraftstofffilter 10 zur
Vorförderpumpe 8.
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Da
sich die Luft aber am oberen Teil der Leitung befindet wird diese
wirkungsvoll aus der Leitung über
das 3/2-Wegeventil 1' und dem Entlüftungsaustritt 13 aus
dem Kraftstoffeinspritzsystem ausgeführt.
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In
einer kostengünstigen
Variante ragt der Entlüftungsaustritt 13 frei
in den Motorraum, so dass nach Austreten einiger Tropfen Kraftstoff
das 3/2-Wegeventil 1' von
der geöffneten
in die geschlossene Stellung bewegt werden kann. Die austretenden Kraftstofftropfen
können
beispielsweise über
einen Becher aufgefangen werden. Das 3/2-Wegeventil 1' kann dabei
manuell oder durch einen elektrischen Aktor betätigt werden.
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Die
Vorförderpumpe 8 ist über eine
weitere Kraftstoffleitung 12 mit einer ihr nachgeschalteten Hochdruckpumpe 9 verbunden.
Zwischen dem Eingang der Hochdruckpumpe 9 und dem Ausgang
der Vorförderpumpe 8 ist
eine Kraftstoffzumessvorrichtung vorgesehen, die vorzugsweise als
Volumenstromregelventil 15 arbeitet und dazu dient, der Hochdruckpumpe 9 eine
definierte Kraftstoffmenge zuzumessen. Die Hochdruckpumpe 9 fördert Kraftstoff
unter hohem Druck über
einen Kraftstoffverteiler den sogenannten Common-Rail 19 zu
den Injektoren 20 die dem Kraftstoffverteiler 19 nachgeschaltet
sind, wodurch Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine einspritzbar
ist.
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Im
Ausgang oder im Kraftstofffilter 10 ist optional eine weitere
Entlüftungsvorrichtung 21 mit
einer Entlüftungsleitung 22 vorsehbar,
mit der Luft im Kraftstofffilter 10 oder in der Zulaufleitung 29 abführbar ist.
Beim Leerfahren des Tanks 27, beim Wechsel des Kraftstofffilters 10 oder
andere Systemkomponenten kann Luft in den Zulaufleitungen 29 und
in der Kraftstoffleitung 11 eintreten. Die Vorförderpumpe 8 hat
nur eine begrenzte Fähigkeit,
Luft aus den Kraftstoffleitungen 11 durch Fördern zu
entfernen. Dadurch kann insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine
nur ein verzögertes
Starten stattfinden oder gar ein Starten der Brennkraftmaschine
unmöglich
gemacht werden.
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Die
Entlüftung
des Kraftstoffsystems lässt sich
einfach durchführen.
Das Grundprinzip hierzu ist bereits bei der Beschreibung der 1 erläutert worden.
Die Entlüftung
des Kraftstoffeinspritzsystems soll deshalb nachfolgend nur noch
kurz erläutert
werden. Die Pumpen 18, 8 und 9 werden
betätigt,
beispielsweise durch Betätigen
des Anlassers der Brennkraftmaschine. Die Entlüftungsvorrichtung wird durch
Drücken
des Tasters am 3/2-Wegeventil 1' bzw. durch Ansteuerung über den
Aktor betätigt,
d.h. in seine geöffnete
Stellung gebracht. Durch die Intaktpumpe 18 schiebt der
Kraftstoff über
die Kraftstoffleitung 29, den Kraftstofffilter 10 und
die Kraftstoffleitungen 11 Luft vor sich her, die über den
Entlüftungsaustritt 13 des
3/2-Wegeventils 1' und
die Rücklaufleitung 28 in
Richtung des Tanks 27 ausgeschieden wird. Wenn die Entlüftung beendet
wird, beispielsweise durch einen Erfahrungswert, einer vorgegebenen
Zeit oder optisch durch ein Sichtfenster 26, das in der
Rückführleitung 28 oder
am Entlüftungsaustritt 13 der
Entlüftungsvorrichtung
angeordnet ist, wird das 3/2-Wegeventil 1' in seine geschlossene Stellung
bewegt.
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Durch
die räumliche
Nähe des
3/2-Wegeventils 1' zur
Vorförderpumpe 8 ist
nach dem Entlüftungsvorgang
in der Kraftstoffleitung 11 praktisch keine Luft mehr enthalten.
Eine geringe Luftmenge kann zwischen dem 3/2-Wegeventil 1' und der Vorförderpumpe 8 enthalten
sein, da dieses Volumen aber klein gehalten wird, kann diese geringe
Luftmenge durch die Vorförderpumpe 8 schnell
weggefördert werden.
Vorzugsweise ist das 3/2-Wegeventil 1' direkt am Eingang der Vorförderpumpe 8 angeordnet. Alternativ
ist das 3/2-Wegeventil 1' näher am Eingang
der Vorförderpumpe
als am Ausgang des Kraftstofffilters 10 angeordnet. Durch
Drücken,
bzw. Betätigen
des 3/2-Wegeventils 1' und gleichzeitigem
Einschalten der Pumpen 18, 8 und 9 ist
somit vorteilhaft eine einfache und schnelle Entlüftung durchführbar.
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Vorzugsweise
wird nur die Intankpumpe 18 gleichzeitig oder in zeitlicher
Korrelation mit den Drücken
oder Betätigen
des 3/2-Wegeventils 1' betätigt, also
ohne die Vorförderpumpe 8 oder
die Hochdruckpumpe 9 zu betreiben. Dies hat den Vorteil,
dass die meist als elektrische Pumpe ausgebildete Intankpumpe 18 vor
dem Startvorgang der Brennkraftmaschine, beispielsweise beim Einschalten
der Zündung
oder Drehen des Zündschlüssels eingeschaltet werden
kann, um den Entlüftungsvorgang
einzuleiten. Die Hochdruckpumpe 9 und die damit mechanisch
verbundene Vorförderpumpe 8 sind
oft nur mit Hilfe einer Drehung der Kurbelwelle antreibbar, also mit
Hilfe eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine. So ist vorteilhaft
ein Entlüftungsvorgang
ohne Startvorgang möglich.
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Durch
den als Ventilfeder 3 ausgebildeten Temperatursensor 3' kann die Fluidtemperatur
direkt am Eingang der Vorförderpumpe 8 gemessen
werden. Der Temperatursensor 3' ist vorzugsweise mit einem Steuergerät 30 verbunden,
das die Fluidtemperatur erfasst und auswertet. Die Werte können anschließend zur
Auswahl einer Druckregelstrategie genutzt werden. Die Ventilfeder 3 dient
gleichzeitig dazu, den Entlüftungsaustritt 13 im
Ruhezustand, d. h. ohne Ansteuerung zu verschließen und so zu verhindern, dass
im normalen Betrieb Kraftstoff durch den Entlüftungsaustritt 13 austreten
kann.
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem
weist somit in besonders vorteilhafter Weise ein Wegeventil 1 auf,
welches zwei Funktionen, nämlich
die Entlüftung
des Kraftstoffeinspritzsystems und die Temperaturmessung des Fluidstroms
in einem Bauteil vereint. Hierdurch ergibt sich konstruktiv be sonders
einfacher, bauraumoptimierter Aufbau des Kraftstoffeinspritzsystems.