DE102009029573A1

DE102009029573A1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102009029573A1
Application number: DE200910029573
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking; Alexander Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: WO2011032773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere ein Common Rail Einspritzsystem, welches eine Hochdruckpumpe (5) aufweist, welche von einer Vorförderpumpe (2) über einen Niederdruckkreislauf mit Kraftstoff versorgt wird und welche mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff über einen Hochdruckkreislauf eines ersten Kraftstoffleitungsabschnitts (21, 21'') einem Hochdruckspeicher (10) zuführt, wobei in dem Niederdruckkreislauf eine zu dem ersten Kraftstoffleitungsabschnitt (22) parallele Verbindung von einer Druckseite der Vorförderpumpe (2) zu dem Hochdruckspeicher (10) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Common Rail Einspritzsystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Hochdruckeinspritzsysteme, z. B. Common Rail Systeme bekannt, die eine Hochdruckpumpe zum Bereitstellen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff an einen Kraftstoffspeicher aufweisen, wobei eine Vorförderpumpe den Kraftstoff von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe fördert.
Eine derartige Vorförderpumpe, welche Bestandteil eines Common Rail Systems ist, ist beispielsweise aus WO 01/53686 A bekannt. Ein Kraftstoffzumesssystem weist eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe auf. Die Vorförderpumpe fördert Kraftstoff in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems, und die Hochdruckpumpe fördert den Kraftstoff in einen Hochdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems.
Weiterhin sind in DE 10 2007 058 231 A1 ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine beschrieben, mittels welcher ein Mindestdruck, d. h. ein Druck, der für den ersten Einspritzvorgang beim Starten des Motors erforderlich ist, entsprechend einer Mindestzeit für die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Anschleppens der Brennkraftmaschine und der Freigabe des ersten Einspritzvorgangs bestimmt wird.
Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Common Rail Systems jedoch, dass ein schnelles Starten nur mit sehr aufwändigen Konfigurationen und/oder Steuerungen erreicht werden kann.
Daher ist es notwendig, ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, insbesondere ein Common Rail System, bei welchem ein schneller Start durch einen schnellen Druckaufbau im Hochdruckspeicher auf einfache Art und Weise realisiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Common Rail Einspritzsystem, bereitgestellt, welches eine Hochdruckpumpe aufweist, welche von einer Vorförderpumpe über einen Niederdruckkreislauf mit Kraftstoff versorgt wird, und welche mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff über einen Hochdruckkreislauf eines ersten Kraftstoffleitungsabschnitt einem Hochdruckspeicher zuführt, wobei in dem Niederdruckkreislauf eine zu dem ersten Kraftstoffleitungsabschnitt parallele Verbindung von einer Druckseite der Vorförderpumpe zu dem Hochdruckspeicher vorgesehen ist. Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration die Vorförderpumpe, welche insbesondere als elektrische Zahnradpumpe ausgebildet ist, als Startpumpe verwendet werden, welche den Startdruck bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine bzw. des Motors eines Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Somit können auf einfache Art und Weise die Starteigenschaften der Brennkraftmaschine verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die parallele Verbindung über einen zweiten Kraftstoffleitungsabschnitt hergestellt, in welchem zumindest ein erstes Ventil angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine erste Ventil ein Startventil, welches bei Drücken höher als 10 bar öffnet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Ventil und dem Hochdruckspeicher ein Rückschlagventil angeordnet. Durch zusätzliches Vorsehen des Rückschlagventils wird verhindert, dass das erste Ventil, welches das Startventil ist, und der zweite Kraftstoffleitungsabschnitt nicht dem gesamten Druck des Hochdruckspeichers ausgesetzt sind.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein zweites Ventil vorgesehen, welches in einem dritten Kraftstoffleitungsabschnitt zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das zumindest eine zweite Ventil ein Schließventil, welches bei höheren Drücken als der von der Vorförderpumpe aufgebaute Vorförderdruck, insbesondere bei Drücken von größer 6 bar, schließt. Gemäß der Ausführungsform, welche das erste Ventil in Form eines Startventils und das zweite Ventil in Form eines Schließventils umfasst, wobei die elektrische Vorförderpumpe über das Schließventil mit der Hochdruckpumpe verbunden ist, und wobei die Vorförderpumpe parallel über das Startventil mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist, kann auf einfache Weise ein Druckaufbau bereits vor dem Starten ermöglicht werden. Soll der Motor gestartet werden, wird erst die elektrische Vorförderpumpe gestartet und erzeugt kurzfristig einen Startdruck von 80 bis 120 bar. Dabei wird das Schließventil geschlossen, so dass der Innenraum und eine Zumesseinheit der Hochdruckpumpe nicht mit zu hohem Druck beaufschlagt werden. Ist der Startdruck erreicht, wird der Vorförderdruck durch Stillstand der Vorförderpumpe gesenkt und das Schließventil öffnet, um die Hochdruckpumpe zu befüllen, so dass dann die Hochdruckpumpe starten kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine erste Ventil ein Rückschlagventil.
Noch bevorzugter ist es, wenn zwischen dem Rückschlagventil und dem Hochdruckspeicher ein Druckübersetzungselement angeordnet ist.
Es ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn das Druckübersetzungselement einen mit einer Feder zusammenwirkenden Kolben aufweist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Druckübersetzungselement einen ersten Einlass, über welchen Kraftstoff über den zweiten Kraftstoffleitungsabschnitt einführbar ist, und einen zweiten Einlass auf, über welchen direkt von der Vorförderpumpe kommender Kraftstoff einführbar ist. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform, in welcher in den Niederdruckkreislauf ein Ruckschlagventil und ein Druckübersetzungselement eingebaut sind, kann die elektrische Vorförderpumpe beim Starten bereits vor dem Motorstart in Betrieb genommen werden und Kraftstoff zur Hochdruckpumpe sowie über die zusätzliche Verbindung über das Ruckschlagventil und das Druckübersetzungselement zum Hochdruckspeicher gefördert werden. Ist das gesamte System vollständig mit Kraftstoff befüllt, baut sich ein Druck auf. Dadurch bewegt sich der Kolben des Druckübersetzungselements entgegen der Feder und erzeugt einen um das Flächenverhältnis höheren Druck im Hochdruckspeicher. Nach dem Startvorgang baut sich im Hochdruckspeicher der entsprechende Druck auf, welcher durch die Hochdruckpumpe erreicht wird, und das Druckübersetzungselement wird wieder in seine Ausgangslage zurückgedrückt und steht damit für einen erneuten Schnellstart zur Verfügung. Dabei ist von Vorteil, dass der Druck der Vorförderpumpe gering gehalten werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 ein Hydraulikschema eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Teil eines Hydraulikschemas eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer Ausführungsform; und
3 einen Teil eines Hydraulikschemas eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Hydraulikschema eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Eine Vorförderpumpe 2 pumpt Kraftstoff von einem Kraftstoffbehälter 3 über eine Leitung 4 zu einer Hochdruckpumpe 5. Ein Mengensteuerventil 6 ist an der Hochdruckpumpe 5 angeordnet, welches dazu dient, die Fördermenge der Hochdruckpumpe 5 zu beeinflussen. Der durch die Hochdruckpumpe 5 geförderte Kraftstoff wird über eine Hochdruckleitung 7 in einen Hochdruckspeicher 8 gefördert. Von dem Hochdruckspeicher 8 kann Kraftstoff über Einspritzventile 9 in Brennräume der Brennkraftmaschine 10 eingespritzt werden. Weiterhin befindet sich an dem Hochdruckspeicher 8 ein Drucksensor 11, mit welchem der Druck in dem Hochdruckspeicher 8 erfassbar ist. Ein Drehzahlgeber 12 an der Brennkraftmaschine 10 erfasst darüber hinaus die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10. Ein Sensor 13 misst die Öltemperatur der Brennkraftmaschine 10. Ein Programm für die Ansteuerung der Hochdruckpumpe 5 und des Mengensteuerventils 6 ist auf einem Speichermedium 14 gespeichert, das sich in einer Steuereinheit 15 befindet. Die Steuereinheit 14 ist auch konfiguriert, um Einspritzvorgänge der Einspritzventile 9 zu steuern, wobei sie insbesondere auch den ersten Einspritzvorgang im Rahmen des Startens der Brennkraftmaschine 10 freigibt. Der Druckaufbau gemäß dieser bekannten Konfiguration wird durch das im Folgenden beschriebene Verfahren geregelt. Das Verfahren beginnt mit einer Startanforderung, welche durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs oder durch eine automatische Start-Stopp-Betriebssteuerung ausgelöst wird. In einem ersten Schritt wird mit dem Anschleppen der Brennkraftmaschine 10 durch einen elektrischen Starter begonnen, wobei sich die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine nachfolgend erhöht. Dabei wird die Hochdruckpumpe 5 angetrieben, so dass in dem Hochdruckspeicher 8 ein Druck aufgebaut wird. Die Hochdruckpumpe 5 und das Mengensteuerventil 6 werden dabei so angesteuert, dass eine maximale Fördermenge erreicht wird. Dann wird überprüft, ob bereits ein vorgegebener Mindestdruck in dem Hochdruckspeicher B erreicht ist. Der Mindestdruck ist dabei der Druck, bei dem ein erster Einspritzvorgang ausgelöst wird. Falls der Mindestdruck in dem Hochdruckspeicher 8 nicht erreicht ist, wird eine vorgegebene Mindestzeit abgewartet, bis der erste Einspritzvorgang ausgelöst wird.
2 zeigt einen Teil eines Hydraulikschemas eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 gemäß einer Ausführungsform. Eine Vorförderpumpe 2 ist als elektrische Zahnradpumpe ausgebildet, welche über einen elektrischen Motor 16 angetrieben wird. Die Vorförderpumpe 2 fördert Kraftstoff über die Leitung 4 von einem hier nicht dargestellten Kraftstofftank. In dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 sind ein erstes Ventil 17, ein zweites Ventil 18 und ein Rückschlagventil 19 angeordnet. Die Kraftstoffleitung 4, welche einem dritten Kraftstoffleitungsabschnitt 23 entspricht, mündet in einen ersten Kraftstoffleitungsabschnitt 21, welcher stromaufwärts der Hochdruckpumpe 5 einen Niederdruckabschnitt 21' und stromabwärts der Hochdruckpumpe 5 einen Hochdruckabschnitt 21'' umfasst, und einen zweiten Kraftstoffleitungsabschnitt 22, welcher einen Niederdruckkreislauf umfasst.
Die elektrische Vorförderpumpe 2 ist über das zweite Ventil 18, welches ein Schließventil ist, mit einer Zumesseinheit 20, welche das Mengensteuerventil 6 aufweist, und der Hochdruckpumpe 5 verbunden. Ein Ausgang des Mengensteuerventils 6 ist mit einem Rücklauf 24 verbunden. Das Schließventil schließt bei Förderdrücken, welche höher als der Vorförderdruck sind, der ungefähr in einem Bereich von 6 bis 10 bar liegt. Parallel ist die Vorförderpumpe 2 über das erste Ventil 17, welches als Startventil ausgebildet ist, mit dem Hochdruckspeicher 10 verbunden. Das Startventil öffnet bei Drücken höher als 10 bar. Zusätzlich ist das Rückschlagventil 19 stromaufwärts des Hochdruckspeichers 10 vor dem ersten Ventil 17 angeordnet, so dass das erste Ventil 17 und der zweite Kraftstoffleitungsabschnitt 22 nicht dem ganzen Druck des Hochdruckspeichers 10 ausgesetzt sind. Beim Motorstart wird die elektrische Vorförderpumpe 2 gestartet und erzeugt kurzfristig einen Startdruck von 80 bis 120 bar. Dabei wird das zweite Ventil 18 geschlossen, so dass der Innenraum der Hochdruckpumpe 5 und die Zumesseinheit 20 der Hochdruckpumpe nicht mit zu hohem Druck beaufschlagt werden. Ist der Startdruck erreicht, wird der Vorförderdruck durch Stillstand bzw. Anhalten der Vorförderpumpe 2 gesenkt und das zweite Ventil 18 öffnet sich, um die Hochdruckpumpe 5 zu befüllen, damit diese starten kann. Somit kann gemäß dieser Ausführungsform die Vorförderpumpe 2 den Startdruck schon vor dem Start des Motors bereitstellen.
3 zeigt einen Teil eines Hydraulikschemas eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist in den Niederdruckkreislauf, welcher den zweiten Kraftstoffleitungsabschnitt 22 und den dritten Kraftstoffleitungsabschnitt 23 sowie den Niederdruckabschnitt 21' des ersten Kraftstoffleitungsabschnitts 21 umfasst, eine Verbindung von der Druckseite der Vorförderpumpe 2 zum Hochdruckspeicher 10 eingebaut. In dieser Verbindung ist das erste Ventil 17, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist, eingebaut, so dass eine Rückströmung von dem Hochdruckspeicher 10 verhindert wird. Parallel zu diesem Rückschlagventil ist ein Druckübersetzungselement 25 vorgesehen, welches einen mit einer Feder 26 zusammenwirkenden Kolben 27 aufweist. Das Drückübersetzungselement 25 weist einen ersten Einlass 31 und einen zweiten Einlass 32 auf, wobei über den ersten Einlass 31 Kraftstoff über das erste Ventil 17 zuführbar ist, und über den zweiten Einlass 32 Kraftstoff, welcher direkt von der Vorförderpumpe 2 kommt, zuführbar ist. Auch gemäß dieser Ausführungsform kann beim Starten des Motors die elektrische Vorförderpumpe 2 bereits vor dem Motorstart in Betrieb genommen werden und Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe 5 sowie über die oben beschriebene Verbindung über das als Rückschlagventil ausgebildete erste Ventil 17 zum Hochdruckspeicher 10 fördern. Ist das System vollständig mit Kraftstoff befüllt, baut sich ein Druck auf. Dadurch bewegt sich der Kolben 27 des Druckübersetzungselements 25 entgegen der Feder 27 und erzeugt einen um das Flächenverhältnis höheren Druck im Hochdruckspeicher 10. Nach dem Startvorgang baut sich im Hochdruckspeicher 10 der entsprechende Druck auf, welcher durch die Hochdruckpumpe 5 erzeugt wird, und das Druckübersetzungselement 25 wird wieder in seine Ausgangslage zurückgedrückt und steht somit für einen erneuten Schnellstart zur Verfügung. In der Figur kennzeichnen die Bezugszeichen 28 und 29 darüber hinaus jeweilige Rückläufe sowie das Bezugszeichen 30 einen Zulauf zu einem oder eine Vielzahl von hier nicht dargestellten Injektoren.
Insgesamt betrachtet wird durch die erfindungsgemäße Konfiguration ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 bereitgestellt, wobei mittels einer einfachen Anordnung die Starteigenschaften einer Brennkraftmaschine verbessert werden, und wobei insbesondere ein schneller Start ermöglicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 01/53686 A [0003]
DE 102007058231 A1 [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere Common Rail Einspritzsystem, welches eine Hochdruckpumpe (5) aufweist, welche von einer Vorförderpumpe (2) über einen Niederdruckkreislauf mit Kraftstoff versorgt wird, und welche mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff über einen Hochdruckkreislauf eines ersten Kraftstoffleitungsabschnitts (21, 21'') einem Hochdruckspeicher (10) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Niederdruckkreislauf eine zu dem ersten Kraftstoffleitungsabschnitt (21, 21'') parallele Verbindung von einer Druckseite der Vorförderpumpe (2) zu dem Hochdruckspeicher (10) vorgesehen ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Verbindung über einen zweiten Kraftstoffleitungsabschnitt (22) hergestellt ist, in welcher zumindest ein erstes Ventil (17) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Ventil (17) ein Startventil ist, welches bei Drücken höher als 10 bar öffnet.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ventil (17) und dem Hochdruckspeicher (10) ein Rückschlagventil (19) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Ventil (18) vorgesehen ist, welches in einem dritten Kraftstoffleitungsabschnitt (23) zwischen der Vorförderpumpe (2) und der Hochdruckpumpe (5) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zweite Ventil (18) ein Schließventil ist, welches bei höheren Drücken als der von der Vorförderpumpe (2) aufgebaute Vorförderdruck, insbesondere bei Drücken von größer 6 bar, schließt.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Ventil (17) ein Rückschlagventil ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem als Rückschlagventil ausgebildeten ersten Ventil (17) und dem Hochdruckspeicher (10) ein Druckübersetzungselement (25) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübersetzungselement einen mit einer Feder (26) zusammenwirkenden Kolben (27) aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübersetzungselement (25) einen ersten Einlass (31), über welchen Kraftstoff über den zweiten Kraftstoffleitungsabschnitt (22) einführbar ist, und einen zweiten Einlass (32) aufweist, über welchen direkt von der Vorförderpumpe (2) kommender Kraftstoff einführbar ist.