DE102007004605A1

DE102007004605A1 - Hochdruckpumpe und Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102007004605A1
Application number: DE200710004605
Authority: DE
Inventors: Uwe Nigrin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: WO2008092780A1; DE102007004605B4

Abstract

Hochdruckpumpe (14) zur Förderung eines Fluids, mit einer ersten Pumpeneinheit (24a), die aufweist einen ersten Zylinder (28a) mit einer in diesem angeordneten ersten Zylinderkammer (29a) und ein stromaufwärts der ersten Zylinderkammer (29a) angeordnetes, als Rückschlagventil ausgebildetes erstes Zylinderkammereinlassventil (26a), und mindestens einer hydraulisch parallel zu der ersten Pumpeneinheit (24a) angeordneten weiteren Pumpeneinheit (24b), die aufweist einen zweiten Zylinder (28b) mit einer in diesem angeordneten zweiten Zylinderkammer (29b) und ein stromaufwärts der zweiten Zylinderkammer (29b) angeordnetes, als Rückschlagventil ausgebildetes zweites Zylinderkammereinlassventil (26b). Das erste Zylinderkammereinlassventil (26a) ist so ausgebildet, dass es sich in einer Schließstellung befindet, wenn der an ihm abfallende Druck kleiner ist als eine vorgegebene erste Druckdifferenz, und befindet sich andernfalls außerhalb der Schließstellung. Das zweite Zylinderkammereinlassventil (26b) ist so ausgebildet, dass es sich in einer Schließstellung befindet, wenn der an ihm abfallende Druck kleiner ist als eine vorgegebene zweite Druckdifferenz, und befindet sich andernfalls außerhalb der Schließstellung. Die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils (26a) ist kleiner als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils (26b).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe und eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe.
Zum Einspritzen von Kraftstoffen in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, 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 derzeit im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis zu 2000 Bar vor.
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.
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.
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 in dem Kraftstoffspeicher ein vorgegebener, von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängiger Druck erreicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe und eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, durch die ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit sehr geringen Schadstoffemissionen und ein einfacher Aufbau der Einspritzanlage ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einer ersten Pumpeneinheit, die aufweist einen ersten Zylinder mit einer in diesem angeordneten ersten Zylinderkammer und ein stromaufwärts der ersten Zylinderkammer angeordnetes als Rückschlagventil ausgebildetes erstes Zylinderkammereinlassventil, und mindestens einer hydraulisch parallel zu der ersten Pumpeneinheit angeordneten weiteren Pumpeneinheit, die aufweist einen zweiten Zylinder mit einer in diesem angeordneten zweiten Zylinderkammer und ein stromaufwärts der zweiten Zylinderkammer angeordnetes, als Rückschlagventil ausgebildetes zweites Zylinderkammereinlassventil, wobei das erste Zylinderkammereinlassventil so ausgebildet ist, dass es sich in einer Schließstellung befindet, wenn der an ihm abfallende Druck kleiner ist als eine vorgegebene erste Druckdifferenz, und sich andernfalls außerhalb der Schließstellung befindet, das zweite Zylinderkammereinlassventil so ausgebildet ist, dass es sich in einer Schließstellung befindet, wenn der an ihm abfallende Druck kleiner ist als eine vorgegebene zweite Druckdifferenz, und sich andernfalls außerhalb der Schließstellung befindet, und die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils kleiner ist als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils.
In der Schließstellung des ersten oder zweiten Zylinderkammereinlassventils ist ein Fluidstrom durch das Zylinderkammereinlassventil verhindert, außerhalb der Schließstellung des ersten oder zweiten Zylinderkammereinlassventils ist ein Fluidstrom durch das Zylinderkammereinlassventil ermöglicht.
Damit ist erreichbar, dass innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eines Fluidstroms durch die Hochdruckpumpe ein Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil ermöglicht ist, während ein Fluidstrom durch das zweite Zylinderkammereinlassventil verhindert ist.
Dies ist besonders vorteilhaft, da damit ein gezielter Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil bei gleichzeitiger Unterbindung des Fluidstroms durch das zweite Zylinderkammereinlassventil bei kleinen Fluidfördermengen der Hochdruckpumpe möglich ist. Dies ermöglicht ein gutes Fluidförderverhalten der Hochdruckpumpe, so dass insbesondere bei kleinen Fluidfördermengen eine sichere Förderung des Fluids erfolgen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Zylinderkammereinlassventil bezogen auf eine Schwerkraftrichtung unterhalb des zweiten Zylinderkammereinlassventils angeordnet. Damit ist es möglich, zusätzlich zu dem Abstand zwischen der vorgegebenen Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils und der vorgegebenen Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils eine durch den geodätischen Höhenunterschied bedingte zusätzliche Druckdifferenz zu erreichen, um einen gezielten Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Hochdruckpumpe genau zwei Pumpeneinheiten auf und die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils ist 0,1 bis 0,5 bar kleiner als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils. Dies hat den Vorteil, dass ein zuverlässiger gezielter Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil bei einem gleichzeitig gezielten Unterbinden des Fluidstroms durch das zweite Zylinderkammereinlassventil bei kleinen Fluidfördermengen der Zweikolben-Hochdruckpumpe möglich ist. Für größere Fluidfördermengen der Zweikolben-Hochdruckpumpe sind hingegen Fluidströme durch beide Zylinderkammereinlassventile ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Hochdruckpumpe genau drei Pumpeneinheiten auf und die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils ist 0,1 bis 0,2 bar kleiner als die vorgegebenen zweiten Druckdifferenzen der zweiten Zylinderkammereinlassventile. Damit ist in vorteilhafter Weise ein zuverlässiger gezielter Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil bei einem gleichzeitigen gezielten Unterbinden der Fluidströme durch die zweiten Zylinderkammereinlassventile für kleine Fluidfördermengen der Dreikolben-Hochdruckpumpe möglich. Für größere Fluidfördermengen der Dreikolben-Hochdruckpumpe sind hingegen Fluidströme durch alle Zylinderkammereinlassventile ermöglicht.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, und einer der Vorförderpumpe stromabwärts nachgeordneten Hochdruckpumpe, wobei die Hochdruckpumpe ausgebildet und angeordnet ist zur Förderung des Kraftstoffs in einen Kraftstoffspeicher.
Dies ist besonders vorteilhaft, da damit ein gezielter Kraftstoffstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil bei gleichzeitiger Unterbindung des Kraftstoffstroms durch das zweite Zylinderkammereinlassventil bei kleinen Kraftstofffördermengen der Hochdruckpumpe im Falle einer Kraftstoffvolumenstromregelung auf der Saugseite der Hochdruckpumpe möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, und
2 eine schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe für eine Einspritzanlage.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die in der 1 dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine weist einen Kraftstofftank 10 auf, aus dem mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff gefördert wird. Die Vorförderpumpe 12 ist mit Vorzug als Flügelzellenpumpe ausgeführt. Es kann jedoch auch eine andere Pumpenart, z. B. eine Zahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe für die Vorförderung verwendet werden. Die Vorförderpumpe 12 kann mit einer nicht dargestellten Antriebswelle, die mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine 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.
Die Vorförderpumpe 12 ist ausgangsseitig mit einem Vordrucksteuerventil 13 hydraulisch gekoppelt, durch das bei einem 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.
Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 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 ist vorzugsweise als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit einer ersten Pumpeneinheit 24a und mindestens einer weiteren Pumpeneinheit 24b ausgebildet, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt sind. In der in 1 dargestellten Ausführungsform hat die Hochdruckpumpe 14 genau eine weitere Pumpeneinheit 24b. 2 zeigt eine Ausführungsform, in der die Hochdruckpumpe 14 genau zwei weitere Pumpeneinheiten 24b aufweist. Alternativ zu diesen Ausführungsformen kann die Hochdruckpumpe 14 auch drei oder mehr weitere Pumpeneinheiten 24b aufweisen.
Die erste Pumpeneinheit 24a hat einen ersten Zylinder 28a, in dem eine erste Zylinderkammer 29a angeordnet ist. Stromaufwärts der ersten Zylinderkammer 29a ist ein erstes Zylinderkammereinlassventil 26a angeordnet, das als Rückschlagventil ausgebildet ist. Stromabwärts der ersten Zylinderkammer 29a ist ein erstes Zylinderkammerauslassventil 30a angeordnet, das ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildet ist.
In entsprechender Weise hat die weitere Pumpeneinheit 24b einen zweiten Zylinder 28b, in dem eine zweite Zylinderkammer 29b angeordnet ist. Entsprechend ist auch ein zweites Zylinderkammereinlassventil 26b stromaufwärts der zweiten Zylinderkammer 29b und ein zweites Zylinderkammerauslassventil 30b stromabwärts der zweiten Zylinderkammer 29b angeordnet. Das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b und das zweite Zylinderkammerauslassventil 30b sind als Rückschlagventile ausgebildet.
Das erste Zylinderkammereinlassventil 26a hat eine vorgegebene erste Druckdifferenz. Ist der an dem ersten Zylinderkammereinlassventil 26a abfallende Druck kleiner als die vorgegebene erste Druckdifferenz, so befindet sich das erste Zylinderkammereinlassventil 26a in einer Schließstellung, in der ein Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil 26a verhindert ist. Ansonsten befindet sich das erste Zylinderkammereinlassventil 26a außerhalb der Schließstellung, in der ein Fluidstrom durch das erste Zylinderkammereinlassventil 26a ermöglicht ist. Entsprechend hat das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b eine vorgegebene zweite Druckdifferenz. Ist der an dem zweiten Zylinderkammereinlassventil 26b abfallende Druck kleiner als die vorgegebene zweite Druckdifferenz, so befindet sich das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b in einer Schließstellung, in der ein Fluidstrom durch das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b verhindert ist. Außerhalb der Schließstellung des zweiten Zylinderkammereinlassventils 26b ist ein Fluidstrom durch das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b ermöglicht. Die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils 26a ist kleiner als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils 26b.
Hat die Hochdruckpumpe 14, wie in der Ausführungsform der 1, neben der ersten Pumpeneinheit 24a genau eine weitere Pumpeneinheit 24b, so ist die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils 26a bevorzugt 0,1 bis 0,5 bar kleiner als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils 26b.
Der Kraftstoffspeicher 16 ist über Leitungen mit einem Injektor 18 oder mehreren Injektoren 18 hydraulisch gekoppelt. Jedem der Injektoren 18 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder Injektor 18 kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 18 in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen relativ hohen Einspritzdruck erreichen.
Überschüssiger Kraftstoff kann von den Injektoren 18 über eine Injektorrücklaufleitung 46 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
Zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist ein Volumenstromregelventil 22 angeordnet, mit dem der Kraftstofffluss von der Vorförderpumpe 12 in die Hochdruckpumpe 14 einstellbar ist. Mittels eines Drucksensors 40, durch den der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 16 bestimmt werden kann, sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen, kann das Volumenstromregelventil 22 so angesteuert werden, dass eine niederdruckseitige Regelung des der Hochdruckpumpe 14 zugeführten Kraftstoffstroms möglich ist.
Die Hochdruckpumpe 14 ist mittels einer stromabwärts der Hochdruckpumpe 14 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden Rückführleitung 42 hydraulisch mit einem Druckbegrenzungsventil 20 gekoppelt, das beispielsweise abhängig von dem vom Drucksensor 40 ermittelten Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 16 angesteuert werden kann. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffspeicher 16 kann das Druckbegrenzungsventil 20 öffnen und ein Teil des von der Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs kann über die Rückführleitung 42 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 und stromaufwärts des Vordruckregelventils 13 zweigt eine Spülleitung 35 ab, die aus gangsseitig 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 die Spülleitung 35 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
In der Spülleitung 35 sind weiterhin eine Spülleitungsdrossel 34 und hydraulisch in Serie hierzu ein Spülleitungsventil 32 angeordnet. Die Spülleitungsdrossel 34 kann den Kraftstoffstrom durch die Spülleitung 35 begrenzen.
Durch das Spülleitungsventil 32 kann der über die Spülleitung 35 abzweigende Kraftstoffstrom freigegeben werden, wenn ein vorgegebener Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 überschritten wird. Dabei muss sichergestellt sein, 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 35 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.
Zum Schutz der in der Einspritzanlage angeordneten Aggregate, insbesondere der Pumpen 12, 14 und des Volumenstromregelventils 22 sind an geeigneten Stellen Filter 36, 38 angeordnet. So ist zum Schutz der Vorförderpumpe 12 hydraulisch zwischen dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 ein erster Filter 36 vorgesehen. Des Weiteren ist zum Schutz des Volumenstromregelventils 22 ein zweiter Filter 38 angeordnet.
Die Rückführleitung 42 ist vorzugsweise ausgangsseitig mit der Injektorrücklaufleitung 46 des mindestens einen Injektors 18 gekoppelt. Die Spülleitung 35, die Rückführleitung 42 und die Injektorrücklaufleitung 46 von den Injektoren 18 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Hochdruckpumpe 14 mit einem Pumpengehäuse 48, in der die erste Pumpeneinheit 24a und zwei weitere Pumpeneinheiten 24b angeordnet sind. Die Hochdruckpumpe 14 ist bevorzugt in einer Tragevorrichtung 49 in einer Schwerkraftrichtung S gelagert. Die erste Pumpeneinheit 24a ist bezogen auf die Schwerkraftrichtung S bevorzugt unterhalb der zwei weiteren Pumpeneinheiten 24b angeordnet. Die erste Pumpeneinheit 24a und die zwei weiteren Pumpeneinheiten 24b sind zueinander vorzugsweise in einem Winkel von jeweils 120 Grad angeordnet.
Die Hochdruckpumpe 14 weist zentral eine Antriebswelle 50 auf, die mit einem Exzenterring 52 in Wirkverbindung steht und in einer Drehrichtung R entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar im Pumpengehäuse 48 gelagert ist.
Die Pumpeneinheiten 24a, 24b weisen jeweils einen Kolben 58a, 58b auf. Die Kolben 58a, 58b sind axial bewegbar in einer Bohrung in den Zylindern 28a, 28b gelagert und stehen mit dem Exzenterring 52 in Wirkverbindung.
Um die Zylinderkammern 29a, 29b mit Fluid befüllen zu können, weisen diese jeweils eine Zylinderkammerzulaufleitung 54a, 54b auf, in der jeweils vorzugsweise das erste Zylinderkammereinlassventil 26a bzw. das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b angeordnet ist. Die Zylinderkammereinlassventile 26a, 26b erleichtern die Befüllung der Zylinderkammern 29a, 29b und verhindern beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus den Zylinderkammerzulaufleitungen 54a, 54b. Hat die Hochdruckpumpe 14, wie in der hier gezeigten Ausführungsform, die eine erste Pumpeneinheit 24a und die zwei weiteren Pumpeneinheiten 24b, so ist besonders bevorzugt, wenn die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils 26a der ersten Pumpeneinheit 24a 0,1 bis 0,2 bar kleiner ist als die vorgegebenen zweiten Druckdifferenzen der zweiten Zy linderkammereinlassventile 26b der zwei weiteren Pumpeneinheiten 24b.
Die Zylinderkammern 29a, 29b weisen weiter jeweils eine Zylinderkammerablaufleitung 56a, 56b, in denen jeweils das erste Zylinderkammerauslassventil 30a bzw. das zweite Zylinderkammerauslassventil 30b angeordnet ist. Damit kann jeweils Fluid aus den Zylinderkammern 29a, 29b ausgestoßen werden.
Im Folgenden soll die Funktion der Einspritzanlage für die Brennkraftmaschine und insbesondere die der Hochdruckpumpe 14 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 13 eingestellt. Der Kraftstoff gelangt dann zu dem Volumenstromregelventil 22. Durch eine Drosselung des Kraftstoffstroms mittels des Volumenstromregelventils 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.
In der Startphase der Brennkraftmaschine ist das Spülleitungsventil 32 geschlossen, so dass ein Druckaufbau auf der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 erfolgen kann. Das Hubvolumen der Vorförderpumpe 12 ist deutlich größer gewählt als das Fördervolumen der Hochdruckpumpe 14, um so beim Start einen ausreichenden Förderstrom zur Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 zu gewährleisten.
Zum leichteren Verständnis der Funktion der Hochdruckpumpe 14 soll sich der Kolben 58a der ersten Pumpeneinheit 24a der Hochdruckpumpe 14 in einem Ausgangszustand in einer Position befinden, in der er einen minimalen Abstand zur Antriebswelle 50 aufweist.
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 50 in Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn wird der Kolben 58a der ersten Pumpeneinheit 24a durch den Exzenterring 52 axial von der Antriebswelle 50 wegbewegt. Dabei sind das Zylinderkammereinlassventil 26a und das Zylinderkammerauslassventil 30a geschlossen. Durch die Bewegung des Kolbens 58a kann eine Kompression des in der ersten Zylinderkammer 29a befindlichen Fluids erfolgen. Das komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über das nun geöffnete erste Zylinderkammerauslassventil 30a und die Zylinderkammerablaufleitung 56a zu dem Kraftstoffspeicher 16 hin ausgestoßen werden.
Im weiteren Betrieb wird der Kolben 58a durch die entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung D der Antriebswelle 50 mittels des Exzenterrings 52 radial zur Antriebswelle 50 hin bewegt. Über das erste Zylinderkammereinlassventil 26a und die Zylinderkammerzulaufleitung 54a wird die erste Zylinderkammer 29a mit Fluid befüllt. Der Kolben 58a der ersten Pumpeneinheit 24a hat nun wieder seinen Ausgangszustand mit einem minimalen Abstand zur Antriebswelle 50 erreicht. Anschließend kann wieder ein neuer Hub zur Kompression des Fluids erfolgen.
Ist der von der Hochdruckpumpe 14 geförderte Kraftstoffstrom – wie etwa beim Start der Hochdruckpumpe 14 – sehr gering, so kann der Druckabfall an den Zylinderkammereinlassventilen 26a, 26b sehr klein sein. Liegt der Druckabfall unterhalb der vorgegebenen zweiten Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils 26b, jedoch oberhalb der vorgegebenen ersten Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils 26a, so kann der Kraftstoff über das erste Zylinderkammereinlassventil 26a der ersten Pumpeneinheit 24a in die erste Zylinderkammer 29a gesaugt werden. Dagegen kann der Kraftstoff nicht über das oder die zweiten Zylinderkammereinlassventile 26b der weiteren Pumpeneinheiten 24b in die zweite oder die zweiten Zylinderkammern 29a gelangen. Es wird so erreicht, dass im Falle sehr geringer Kraftstoffströme der Kraftstoff nur mehr über die erste Pumpeneinheit 24a gefördert wird, wodurch eine gute Kompression des Kraftstoffs und damit ein geeigneter Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 16 erreicht werden kann.
Durch die Anordnung der ersten Pumpeneinheit 24a bezogen auf die Schwerkraftrichtung S bevorzugt unterhalb der zwei weiteren Pumpeneinheiten 24b kann erreicht werden, dass eine zusätzliche durch den geodätischen Höhenunterschied bedingte statische Druckdifferenz zwischen der ersten Pumpeneinheit 24a und den weiteren Pumpeneinheiten 24b zu dem Abstand der vorgegebenen ersten Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils 26a und der vorgegebenen zweiten Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils 26b hinzukommt, wodurch der Kraftstoffstrom über die erste Pumpeneinheit 24a zusätzlich bevorzugt sein kann.
Liegt der von der Hochdruckpumpe 14 geförderte Kraftstoffstrom – wie etwa beim Normalbetrieb der Hochdruckpumpe 14 – in einem höheren Bereich, so ist auch der Druckabfall an den Zylinderkammereinlassventilen 26a, 26b größer. Überschreitet der Druckabfall an den Zylinderkammereinlassventilen 26a, 26b die vorgegebene zweite Druckdifferenz des oder der zweiten Zylinderkammereinlassventile 26b, so kann der Kraftstoff sowohl über das erste Zylinderkammereinlassventil 26a der ersten Pumpeneinheit 24a in die erste Zylinderkammer 29a als auch über das oder die zweiten Zylinderkammereinlassventile 26b der weiteren Pumpeneinheiten 24b in die zweite oder die zweiten Zylinderkammern 29b gelangen. Bei höheren Kraftstoffströmen kann der Kraftstoff also sowohl über die erste Pumpeneinheit 24a und die mindestens eine weitere Pumpeneinheit 24b in den Kraftstoffspeicher 16 gefördert werden, eine bevorzugte Förderung über die erste Pumpeneinheit 24a ist in diesem Fall nicht gegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1296060 B1 [0005]

Claims

Hochdruckpumpe (14) zur Förderung eines Fluids, mit – einer ersten Pumpeneinheit (24a), die aufweist einen ersten Zylinder (28a) mit einer in diesem angeordneten ersten Zylinderkammer (29a) und ein stromaufwärts der ersten Zylinderkammer (29a) angeordnetes, als Rückschlagventil ausgebildetes erstes Zylinderkammereinlassventil (26a), und – mindestens einer hydraulisch parallel zu der ersten Pumpeneinheit (24a) angeordneten weiteren Pumpeneinheit (24b), die aufweist einen zweiten Zylinder (28b) mit einer in diesem angeordneten zweiten Zylinderkammer (29b) und ein stromaufwärts der zweiten Zylinderkammer (29b) angeordnetes, als Rückschlagventil ausgebildetes zweites Zylinderkammereinlassventil (26b), wobei – das erste Zylinderkammereinlassventil (26a) so ausgebildet ist, dass es sich in einer Schließstellung befindet, wenn der an ihm abfallende Druck kleiner ist als eine vorgegebene erste Druckdifferenz, und sich andernfalls außerhalb der Schließstellung befindet, – das zweite Zylinderkammereinlassventil (26b) so ausgebildet ist, dass es sich in einer Schließstellung befindet, wenn der an ihm abfallende Druck kleiner ist als eine vorgegebene zweite Druckdifferenz, und sich andernfalls außerhalb der Schließstellung befindet, und – die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils (26a) kleiner ist als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils (26b).
Hochdruckpumpe (14) nach Anspruch 1, wobei das erste Zylinderkammereinlassventil (26a) bezogen auf eine Schwerkraftrichtung (S) unterhalb des zweiten Zylinderkammereinlassventils (26b) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (14) nach Anspruch 1 oder 2, die genau zwei Pumpeneinheiten (24a, 24b) aufweist und die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils (26a) 0,1 bis 0,5 bar kleiner ist als die vorgegebene zweite Druckdifferenz des zweiten Zylinderkammereinlassventils (26b).
Hochdruckpumpe (14) nach Anspruch 1 oder 2, die genau drei Pumpeneinheiten (24a, 24b) aufweist und die vorgegebene erste Druckdifferenz des ersten Zylinderkammereinlassventils (26a) 0,1 bis 0,2 bar kleiner ist als die vorgegebenen zweiten Druckdifferenzen der zweiten Zylinderkammereinlassventile (26b).
Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit – einer Vorförderpumpe (12) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (10), und – einer der Vorförderpumpe (12) stromabwärts nachgeordneten Hochdruckpumpe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochdruckpumpe (14) ausgebildet und angeordnet ist zur Förderung des Kraftstoffs in einen Kraftstoffspeicher (16).