DE102008050380A1

DE102008050380A1 - Einspritzsystem für Dieselkraftstoffe

Info

Publication number: DE102008050380A1
Application number: DE200810050380
Authority: DE
Inventors: Peter Prinz-Hufnagel; Erich Eder
Original assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Current assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-04-08
Also published as: EP2172642A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR) und Injektoren (13), über welche die Einspritzmenge entsprechend dem Betriebsdruck im Rail (2) gesteuert wird, wobei zur CR-Einspeisung auf ihrer Niederdruckseite mengengeregelte stößelbetätigte Monoblockpumpen (1) vorgesehen sind und dass für die Mengenzumessung eine kennfeldbasierte elektronische Steuereinheit (ECU) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR) und Injektoren, über welche die Einspritzmenge entsprechend dem Betriebsdruck im Rail gesteuert wird.
Ein bekanntes Einspritzsystem des CR-Typs ist in EP 1387079 A1 beschrieben. Es besitzt eine Hochdruckpumpe, welche über eine Durchflussmengensteuerung ein Rail mit Kraftstoff versorgt, an welches Injektoren für die einzelnen Zylinder angeschlossen sind. Die Hochdruckpumpe wird versorgt über eine Niederdruckförderpumpe, welche Kraftstoff aus einem Tank ansaugt und über ein Überdruckventil an die Hochdruckpumpe liefert. Der Druck im Rail wird mittels einer elektronischen Steuereinheit geregelt.
Bei dieser bekannten Methode der sog. Saugdrosselung wird den Hochdruckpumpen nur jene Menge Kraftstoff zugemessen, welche zur Erzeugung des Betriebsdrucks im Rail erforderlich ist. Als Folge des gedrosselten Ansaugens von Kraftstoff verdampft dieser teilweise und führt bei dessen Verdichtung zu unerwünschten Schlaggeräuschen und Bauteilbelastungen.
Derartige Nachteile können zwar durch die bekannte druckseitige Absteuerung der Überschussmenge am Rail vermieden werden. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, dass in der Regel die 3,5 bis 5-fache Menge der benötigten Einspritzmenge ins Rail gefördert werden muss, um nach druckseitiger Absteuerung gerade den nach dem Kennfeld des Motors erforderlichen Druck im Rail sicherzustellen. Da hierbei Verdichtungsenergie für ein nicht benötigtes Kraftstoffvolumen aufgebracht werden muss, sind Energieverluste von bis zu 5% der Motorleistung in Kauf zu nehmen. Außerdem führt die druckseitige Absteuerung der Übermenge zu einer nachteiligen Erwärmung des Kraftstoffs, der in den Tank rückgeführt wird.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der beiden Einspritzsysteme zu vermeiden und deren apparativen Aufwand zu reduzieren, insbesondere gegenüber der Saugdrosselregelung deren hohen Geräteaufwand für die Mengenregelung zu vermeiden und gegenüber der druckseitigen Absteuerung auf deren Druckregelventil zu verzichten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur CR-Einspeisung auf ihrer Niederdruckseite mengengeregelte stößelbetätigte Monoblockpumpen vorgesehen sind und dass für die Mengenzumessung eine kennfeldbasierte Elektronische Steuereinheit (ECU) vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Lösung erfordert einen geringen Energieaufwand infolge der Mengenregelung in den Monoblockumpen jeweils auf deren Niederdruckseite; am Rail selbst entfällt die Abregelung einer Überschussmenge; die Kontrolle des Raildrucks erfordert lediglich einen Drucksensor und als Sicherheitseinrichtung ein Überdruckventil, welches über eine Rückströmleitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Das bei der druckseitigen Abregelung am Rail erforderliche aufwendige Druckregelventil entfällt; ebensowenig ist die bei der Saugdrosselregelung den Monoblockpumpen vorgeschaltete Mengenreguliereinheit erforderlich.
Eine besonders vorteilhafte Reduzierung des apparativen Aufwands ergibt sich dadurch, dass nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Monoblockpumpen jeweils einen verdrehbaren, mit einer Steuerkante versehenen Plunger aufweisen, dessen Drehlage über die ECU steuerbar ist, so dass die für den Betriebsdruck im Rail geeignete Lage der Steuerkante nach Kennfeldvorgaben einstellbar ist.
Durch diese Ausgestaltung der Monoblockpumpen als regelbare Kolbenpumpen ist mit geringem Aufwand und bei geringem Energieverbrauch eine direkte Mengenregelung in den Monoblockpumpen verwirklicht. Diese fördern nur soviel Kraftstoff, wie zur Aufrechterhaltung des jeweiligen im Kennfeld vorgesehenen Raildrucks notwendig ist. Die genaue Einspritzmenge wird dabei über die an den Kolben (Plunger) der Monoblockpumpen vorgesehene Steuerkante zugemessen, wie Sie als solche bereits bei mechanisch geregelten Pumpen in anderem Zusammenhang bekannt ist.
Vorteilhaft wird der Pumpenplunger über eine von einem Stellglied betätigte Regelstange verdreht, welche translatorisch hin- und herbewegt wird. Als Stellglied eignet sich dabei ein Hubmagnet, ein Linearmagnet oder ein Stellmotor, wobei das Stellglied seine Weginformation über die ECU erhält, die nach dem Motorkennfeld arbeitet.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Einspritzsystems können ein oder mehrere Monoblockpumpen vorgesehen sein; dementsprechend können ein oder mehrere Pumpenplunger über eine Regelstange betätigbar sein, deren Verstellweg über die ECU ansteuerbar ist. Die nach dem Motorkennfeld geforderte Menge ergibt sich dabei entsprechend dem Verstellweg der Regelstange bzw. der Phasenlage der Steuerkante, welche zwischen Nullförderung und Vollförderung schräg zur Plungerachse verläuft.
Die Steuerkante ist zweckmäßig als obenliegende Steuerkante ausgebildet, mit welcher die Mengenförderung erst beginnt, wenn ein Saugloch für den in den Pumpenzylinder einströmenden Kraftstoff von der Steuerkante überdeckt ist. Dabei wird die Höhe der Steuerkante und damit der Pumpennutzhub bestimmt durch die jeweilige Drehlage des Pumpenplungers. Bei obenliegender Steuerkante beginnt die Förderung erst, nachdem diese das Saugloch geschlossen hat.
Gegenüber der obenliegenden Steuerkante wäre der Einsatz einer untenliegenden Steuerkante nachteilig, weil bei dieser die Kraftstoffmenge erst nach Erreichen des maximalen Raildrucks abgesteuert wird. Hingegen ermöglicht die obenliegende Steuerkante die energiesparende Absteuerung der Kraftstoffmenge auf der Niederdruckseite des Plungers, d. h. erst nach der Mengenzumessung wird das Hochdruckniveau erreicht.
Es wird nur soviel Einspritzmenge zuzüglich Übermenge für Leckagen verdichtet, wie für die Aufrechterhaltung des Raildrucks, der durch die ECU vorgeben wird, notwendig ist.
Zum Ausgleich der für eine Schrägkantensteuerung typischen Seitenkräfte, die zu einseitiger Belastung und Schäden am Pumpenelement führen können, bietet sich die Anordnung zweier gleichartiger Steuerkanten gegenüberliegend bezüglich der Plungerlängsachse an, so dass sich die Seitenkräfte aufheben.
Es versteht sich von selbst, dass am Rail druckseitig ein Überdruckventil vorgesehen ist, welches über eine Rückströmleitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Eine derartige Maßnahme ist aus Sicherheitserwägungen unerlässlich.
Ferner ist am Rail ein Drucksensor angeschlossen, der mit der ECU kommuniziert und die Steuerung des Betriebsdrucks im Rail entsprechend den Vorgaben des Kennfelds ermöglicht.
Neben der Mengenzumessung des Kraftstoffs ist es noch erforderlich, dass die Phasen und Zeiten der Kraftstoffeinspritzung gesteuert werden, was durch entsprechende Bestromung der Injektoren über die ECU erzielbar ist.
Ein CR-System mit Hochdruckpumpen auf Basis von Monoblockpumpen, mit druckseitiger Absteuerung, kann bis zu Raildruckwerten von ca. 1400 bar ausgelegt werden. Ist es von den Emissionsgrenzen her möglich mit z. B. 800 bar Einspritzdruck auszukommen, können Low-Cost-Injektoren eingesetzt werden, die in Verbindung mit Minihochdruckpumpen und pumpenseitiger Mengenzumessung ein sehr kostengünstiges CR-System ergeben.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung des Einspritzsystems und
2 eine schematische Ansicht einer aufgeschnittenen Monoblockpumpe mit obengesteuerter Steuerkante ihres Plungers.
Gemäß 1 sind zwei Monoblockpumpen 1 zur Versorgung des Rails 2 vorgesehen. Die Rollenstößel der Monoblockpumpen 1 werden mittels einer Nockenwelle 3 betätigt.
Die Monoblockpumpen 1 fördern in das Rail 2 eine nach dem Motorkennfeld geforderte Kraftstoffmenge, welche von einer elektronischen Steuereinheit 4 über eine Signalleitung 5 zugemessen wird. Die Signalleitung 5 dient der Ansteuerung eines zu 2 näher beschriebenen Stellglieds in Form eines Hubmagneten 6, welcher eine Regelstange 7 translatorisch betätigt. Wie in 2 gezeigt, betreibt die Regelstange 7 die Drehung der Plunger 8 der Monoblockpumpen 1, so dass deren Steuerkante 9 entsprechend dem jeweiligen Druckaufbau bezüglich einer Saugöffnung 10 im Pumpenzylinder 11 geeignet positionierbar ist. Entsprechend der Drehlage des Plungers 8 wird eine zugemessene Menge Kraftstoff verdichtet und dem Rail 2 über Hochdruckleitungen 12 zugeführt.
Jedem Motorzylinder ist ein Injektor 13 zugeordnet, der über eine Hochdruckleitung 14 aus dem Rail 2 versorgt wird.
Ein am Rail angeschlossenes Überdruckventil 15 ist über eine Rückströmleitung 16 mit dem Kraftstofftank 17 verbunden.
Am gegenüberliegenden Ende des Rails 2 ist ein Drucksensor 18 vorgesehen, der über eine Steuerleitung 19 mit der ECU verbunden ist. Die Injektoren 13 sind jeweils über eine Steuerleitung 23 mit der ECU 4 verbunden, so dass sie entsprechend den Kennfeldvorgaben ansteuerbar sind. Die Injektoren 13 sind ferner jeweils über eine Leckageleitung 26 mit dem Kraftstofftank 17 verbunden.
Die Zuförderung des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank 17 zu den Monoblockpumpen 1 erfolgt mittels einer Förderpumpe 20 über eine Kraftstoffzulaufleitung 21, in welche ein Kraftstofffilter 22 eingebaut ist. Als Förderpumpe 20 eignet sich eine elektrische Membranpumpe oder eine übliche Kolbenpumpe. Über die Kraftstoffzulaufleitung 21 werden die beiden Kolbenpumpen 1 mit Kraftstoff bei einem Druck auf der Zulaufseite von bis zu 2 bar versorgt. Die Verdichtung der zugemessenen Kraftstoffmenge erfolgt dann über deren Plunger 8 nach Maßgebe der kennfeldgesteuerten Positionierung der Steuerkanten 9 der Plunger 8.
Beide Monoblockpumpen 1 sind über Leckageleitungen 25 mit dem Kraftstofftank 17 verbunden.
In 2 ist eine mittlere Drehlage der Steuerkante 9 des Plungers 8 gezeigt, wobei damit eine teilgedrosselte Mengenzumessung verwirklicht ist. Da es sich um eine sog. obenliegende Steuerkante handelt, beginnt der Nutzhub nach dem Überfahren der Saugöffnung 10 durch die Steuerkante 9, während der Plunger 8 in axialer Richtung nach oben bewegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1387079 A1 [0002]

Claims

Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR) und Injektoren (13), über welche die Einspritzmenge entsprechend dem Betriebsdruck im Rail (2) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur CR-Einspeisung auf ihrer Niederdruckseite mengengeregelte stößelbetätigte Monoblockpumpen (1) vorgesehen sind und dass für die Mengenzumessung eine kennfeldbasierte Elektronische Steuereinheit (ECU) vorgesehen ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Monoblockpumpen (1) jeweils einen verdrehbaren, mit einer Steuerkante (9) versehenen Plunger (8) aufweisen, dessen Drehlage über die ECU (4) steuerbar ist, so dass die für den Betriebsdruck im Rail (2) geeignete Lage der Steuerkante (9) einstellbar ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Pumpenplunger (8) über eine Regelstange (7) betätigbar sind, deren Verstellweg über die ECU (4) ansteuerbar ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Betätigung der Regelstange (7) ein über die ECU (4) elektrisch angetriebenes Stellglied in Form eines Linearmagneten oder eines Stellmotors vorgesehen ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkante (9) als obenliegende Steuerkante ausgebildet ist, mit welcher die Mengenförderung erst beginnt, wenn ein Saugloch (10) für den in den Pumpenzylinder (11) einströmenden Kraftstoff von der Steuerkante (9) überdeckt ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Rail (2) druckseitig ein Überdruckventil (15) vorgesehen ist, welches über eine Rückströmleitung (16) mit einem Kraftstofftank (17) verbunden ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Rail (2) angeschlossener Drucksensor (18) mit der ECU (4) über eine Steuerleitung (19) kommuniziert.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen der Kraftstoffeinspritzung durch Bestromung der Injektoren (13) über die ECU (4) gesteuert werden.