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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die
DE 10 2008 043 643 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich auf. Im Niederdruckbereich ist eine Förderpumpe vorgesehen, durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zu wenigstens einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in den Hochdruckbereich gefördert, wobei im Hochdruckbereich wenigstens ein Injektor angeordnet ist, durch den Kraftstoff in dem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Im Niederdruckbereich ist außerdem wenigstens ein Kraftstoffinjektor angeordnet, durch den Kraftstoff in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Versorgung dieses Kraftstoffinjektors erfolgt über eine stromabwärts der Förderpumpe abführende Verbindung mit dem Niederdruckbereich. Durch die Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine kann beispielsweise die Regeneration eines Partikelfilters oder die Funktion einer anderen Abgasnachbehandlungseinrichtung, die im Abgasbereich angeordnet ist, bewirkt oder unterstützt werden. Der im Niederdruckbereich herrschende Druck ist auf die Erfordernisse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung abgestimmt und beträgt beispielsweise bis zu etwa 5 bar. Für eine ausreichende Zerstäubung des durch den Kraftstoffinjektor eingespritzten Kraftstoffs ist dieser Druck unter Umständen zu gering. Um hier eine Verbesserung zu erreichen ist vorgesehen, dass der im Niederdruckbereich stromabwärts der Förderpumpe herrschende Druck während der Einspritzung durch den wenigstens einen Kraftstoffinjektor in den Abgasbereich erhöht wird. Hierzu sind verschiedene Ausführungen angegeben. Hierbei wird jedoch der Druck im gesamten Niederdruckbereich erhöht, wodurch sich erhöhte Belastungen für die im Niederdruckbereich angeordneten Bauteile wie Leitungen, Ventile und Dichtelemente ergeben. Dies ist insbesondere der Fall wenn der Antriebsbereich der Hochdruckpumpe zu dessen Schmierung und Kühlung mit dem Niederdruckbereich verbunden ist. Aufgrund der erhöhten Belastung müssen diese Bauteile entsprechend dimensioniert werden, wodurch der Fertigungsaufwand und die Kosten erhöht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der für die Einspritzung durch den Kraftstoffinjektor bewirkte erhöhte Druck im Niederdruckbereich nur zwischen der Förderpumpe und der Drosseleinrichtung herrscht, während stromabwärts der Drosseleinrichtung in der Verbindung zur Hochdruckpumpe ein geringerer Druck herrscht und somit keine erhöhte Belastung von den dort im Niederdruckbereich angeordneten Bauteilen vorhanden ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 und 2 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzeinrichtungen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einer Blockschaltbilddarstellung.
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Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst unter anderem wenigstens eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1 und einen Kraftstoffvorratsbehälter 3, aus dem eine Förderpumpe 5 Kraftstoff zur Saugseite der Hochdruckpumpe 1 fördert. In der Verbindung zwischen der Förderpumpe 5 und der Hochdruckpumpe 1 ist ein Kraftstofffilter 7 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher 9, an dem ein Drucksensor 10 und gegebenenfalls ein elektrisch betätigtes Druckbegrenzungsventil 11 angeordnet ist. An den Hochdruckspeicher 9 ist wenigstens ein Injektor angeschlossen, der in 1 nicht dargestellt ist.
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Das Druckbegrenzungsventil 11 mündet in eine Rücklaufleitung 13, in die auch die Leckagemengen der nicht dargestellten Injektoren abgeführt werden. Die Rücklaufleitung 13 mündet bei diesem Ausführungsbeispiel in den Kraftstoffvorratsbehälter 3 und treibt dort eine Strahlpumpe 4 an.
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Im Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 kann optional ein Temperatursensor T angeordnet sein. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist über einen Kraftstoffzulauf 15, den Filter 7 und die Förderpumpe 5 hydraulisch mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 3 verbunden. Stromabwärts der Förderpumpe 5 ist an den Kraftstoffzulauf 15 über eine Verbindung 14 ein Kraftstoffinjektor 16 angeschlossen. Durch den Kraftstoffinjektor 16 kann bei Bedarf Kraftstoff in den Abgasbereich (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Durch die gezielte Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasbereich an einer stromaufwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung wie beispielsweise eines Partikelfilters gelegenen Stelle, kann die Funktion, beispielsweise Regenerierung des Partikelfilters, ausgelöst oder unterstützt werden.
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Der Kraftstoffzulauf 15 verbindet eine Druck- oder Förderseite der Förderpumpe 5 mit einem Innenraum 17 des Pumpengehäuses der Hochdruckpumpe 1, so dass der gesamte Förderstrom der Förderpumpe 5 in den Innenraum 17 gelangt. Eine Verbindungsleitung 18 stellt eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses einerseits sowie einer Zumesseinheit 19 und der Rücklaufleitung 13 andererseits her. Zwischen der Verbindungsleitung 18 und der Rücklaufleitung 13 ist ein Druckregelventil 20 angeordnet.
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Die Zumesseinheit 19 dient dazu, die von einem oder mehreren Pumpenelementen 21 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angesaugte Kraftstoffmenge und damit auch deren Fördermenge zu steuern. Dazu werden die Saugseiten der Pumpenelemente 21 über eine Verteilleitung 23 mit dem Ausgang der Zumesseinheit 19 hydraulisch verbunden. Die Zumesseinheit 19 kann als Proportionalventil ausgebildet sein, das bedarfsabhängig einen variablen Durchflussquerschnitt einstellt, oder als Taktventil, das bedarfsabhängig geöffnet und geschlossen wird. Die Zumesseinheit 19 wird dabei von einer elektronischen Steuereinrichtung 40 derart angesteuert, dass im Hochdruckspeicher 9 ein vorgegebener Druck erzeugt wird. Alternativ kann die Zumesseinheit 9 auch entfallen, indem die Förderpumpe 5 mit einem variablen elektrischen Antrieb 6 versehen wird, der durch eine elektronische Steuereinrichtung 40 angesteuert wird. Der Antrieb 6 der Förderpumpe 5 wird dabei derart angesteuert, dass durch die Förderpumpe 5 eine definierte Kraftstoffmenge zur Hochdruckpumpe 1 gefördert wird und durch diese in den Hochdruckspeicher 9 gefördert wird, die erforderlich ist, um im Hochdruckspeicher 9 einen vorgegebenen Druck zu erzeugen. Der Drucksensor 10 des Hochdruckspeichers 9 ist mit der Steuereinrichtung 40 verbunden, so dass diese ein Signal für den im Hochdruckspeicher 9 herrschenden Druck erhält.
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Die Pumpenelemente 21 bestehen im wesentlichen aus Saugventilen 25, hochdruckseitigen Rückschlagventilen 27 und einem Kolben 29, der in einer Zylinderbohrung (ohne Bezugszeichen) oszilliert. Die Kolben 29 der Pumpenelemente 21 werden beispielsweise über Rollenstößel 31 von Nocken 33 einer Antriebswelle 35 angetrieben. Die Pumpenelemente 21 fördern unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 34 in den Hochdruckspeicher 9.
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Die Nocken 33 sind Teil einer Antriebswelle 35, die zu beiden Seiten der Nocken 33 in einem ersten Lager und in einem zweiten Lager in einem Pumpengehäuse (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 35 ist in dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses angeordnet. Die Lager der Antriebswelle 35 werden zwangsweise von einem Teilstrom des von dem Kraftstoffzulauf 15 in den Innenraum 17 des Pumpengehäuses strömenden Kraftstoffs durchströmt und sind in dem Blockschaltbild gemäß 1 als Drosselstellen dargestellt. Das erste Lager hat in 1 das Bezugszeichen 39, während das zweite Lager mit dem Bezugszeichen 41 versehen wurde.
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Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe ist das Druckregelventil 20 stromabwärts des Innenraums 17 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeordnet. Das Druckregelventil 20 umfasst einen Steuerkolben 55, der durch eine Feder 56 in Schließrichtung beaufschlagt ist und eine Leckageleitung 57.
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Durch die Anordnung des Druckregelventils 20 stromabwärts des Innenraums 17 herrscht in dem Innenraum 17 nahezu der gleiche Druck wie auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5. In der Regel beträgt der Überdruck auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5 und damit des Innenraums 17 etwa 3 bis 6 bar. Dieser im Innenraum 17 herrschende Druck führt unter Anderem dazu, dass Kraftstoff durch die Lager 39 und 41 gepresst wird. Da das erste Lager 39 und das zweite Lager 41 in der Regel als Gleitlager ausgebildet sind, bildet sich durch die zwangsweise Durchströmung der Lager 39 und 41 in den Lagern 39 und/oder 41 ein hydrodynamischer Schmierkeil aus. Dadurch erhöht sich die Belastbarkeit des ersten Lagers 39 und des zweiten Lagers 41 erheblich und gleichzeitig wird auch die Wärmeabfuhr aus dem ersten Lager 39 und dem zweiten Lager 41 verbessert.
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Der Bereich zwischen der Förderseite der Förderpumpe 5 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 1 mit deren Innenraum 17 bildet einen Niederdruckbereich und der Bereich der Förderseite der Hochdruckpumpe 1 mit dem Hochdruckspeicher 9 bildet einen Hochdruckbereich.
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Erfindungsgemäß ist im Niederdruckbereich stromabwärts der Förderpumpe 5, also auf deren Förderseite, eine verstellbare Drosseleinrichtung 42 angeordnet, wobei die Verbindung 14 zum Kraftstoffinjektor 16 zwischen der Förderseite der Förderpumpe 5 und der Drosseleinrichtung 42 im Niederdruckbereich abführt. Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Drosseleinrichtung 42 als ein elektrisches Schaltventil ausgebildet, das zwischen einer ersten Schaltstellung mit keiner oder nur geringer Drosselwirkung und einer zweiten Schaltstellung mit starker Drosselwirkung umschaltbar ist und das von der Steuereinrichtung 40 angesteuert wird. Die Drosseleinrichtung 42 weist einen elektrischen oder elektromagnetischen Aktor 44 auf, durch den ein Ventilglied 46 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 48 beweglich ist.
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In Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen keine Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffinjektors 16 in deren Abgasbereich erforderlich ist, wird die Drosseleinrichtung 42 durch die Steuereinrichtung 40 in die Schaltstellung mit keiner oder nur geringer Drosselwirkung gebracht, wobei die gesamte Fördermenge der Förderpumpe 5 zur Hochdruckpumpe 1 gelangt. In Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen eine Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffinjektors 16 in deren Abgasbereich erforderlich ist, wird die Drosseleinrichtung 42 durch die Steuereinrichtung 40 in die Schaltstellung mit starker Drosselwirkung gebracht, wodurch sich zwischen der Drosseleinrichtung 42 und der Förderseite der Förderpumpe 5 ein erhöhter Druck einstellt. Die Einspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor 16 wird durch die Steuereinrichtung 40 bedarfsabhängig gesteuert. Die Drosselwirkung der Drosseleinrichtung 42 in deren Schaltstellung mit starker Drosselwirkung ist so bestimmt, dass sich eine Druckerhöhung auf das für die Einspritzung mittels des Kraftstoffinjektors 16 erforderliche Druckniveau einstellt. Die Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffinjektors 16 in den Abgasbereich erfolgt somit mit diesem erhöhten Druck und ein Teil der Fördermenge der Förderpumpe 5 gelangt nicht zur Hochdruckpumpe 1 sondern zum Kraftstoffinjektor 16. Im Kraftstoffzulauf 15 zwischen der Drosseleinrichtung 42 und der Hochdruckpumpe 1 herrscht dabei ein geringerer Druck als in der Verbindung 14 des Kraftstoffinjektors 16.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Drosseleinrichtung 42 zwischen mehr als zwei Schaltstellungen verstellbar ist, in denen die Drosseleinrichtung unterschiedliche Drosselwirkungen aufweist. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die Drosseleinrichtung kontinuierlich zwischen Schaltstellungen mit unterschiedlichen Drosselwirkungen verstellbar ist. Die Drosseleinrichtung 42 bildet vorzugsweise mit der Förderpumpe 5 eine gemeinsame Baugruppe und kann beispielsweise an ein Gehäuse der Förderpumpe 5 angebaut oder in dieses integriert sein.
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Wenn die Steuerung oder Regelung der Förderung der Hochdruckpumpe 1 in den Hochdruckspeicher 9 durch einen variablen elektrischen Antrieb 6 der Förderpumpe 5 erfolgt so kann vorgesehen sein, dass in Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen eine Einspritzung durch den Kraftstoffinjektor 16 erfolgt, der Antrieb 6 derart angesteuert wird, dass durch die Förderpumpe 5 eine erhöhte Kraftstoffmenge gefördert wird, das bedeutet eine größere Kraftstoffmenge als zur Erzeugung des erforderlichen Drucks im Hochdruckspeicher 9. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine ausreichende Druckerhöhung für die Einspritzung durch den Kraftstoffinjektor 16 erfolgt und eine ausreichende Kraftstoffmenge gefördert wird zur Versorgung der Hochdruckpumpe 1 und des Kraftstoffinjektors 16. Gegebenenfalls kann die Steuerung oder Regelung des im Hochdruckspeicher 9 herrschenden Drucks in Betriebsphasen mit Einspritzung durch den Kraftstoffinjektor 16 durch das Druckbegrenzungsventil 11 erfolgen.
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In 2 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausschnittsweise gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist, jedoch die Drosseleinrichtung 142 modifiziert ist. Die Drosseleinrichtung 142 wird dabei nicht elektrisch sondern hydraulisch betätigt. In der Verbindung 14 des Kraftstoffinjektors 16 mit dem Niederdruckbereich ist eine Drosselstelle 150 angeordnet, wobei das Ventilglied 146 der Drosseleinrichtung 142 einerseits mit einem Bereich stromaufwärts vor der Drosselstelle 150 und andererseits mit einem Bereich stromabwärts nach der Drosselstelle 150 verbunden ist. Wenn durch den Kraftstoffinjektor 16 kein Kraftstoff eingespritzt wird, so strömt durch die Verbindung 14 kein Kraftstoff und es entsteht somit auch kein Druckabfall über die Drosselstelle 150. Auf das Ventilglied 146 wirkt somit keine resultierende Druckkraft und das Ventilglied 146 befindet sich in einer Stellung, in der die Drosseleinrichtung 142 keine oder nur eine geringe Drosselwirkung aufweist. Das Ventilglied 146 kann gegebenenfalls durch eine Feder 148 in dieser Stellung gehalten werden. Wenn durch den Kraftstoffinjektor 16 Kraftstoff eingespritzt wird, so strömt durch die Verbindung 14 Kraftstoff und es entsteht somit ein Druckabfall über die Drosselstelle 150. Auf das Ventilglied 146 wirkt somit eine resultierende Druckkraft und das Ventilglied 146 wird gegen die Feder 148 in eine Stellung bewegt, in der die Drosseleinrichtung 142 eine starke Drosselwirkung aufweist. Die Drosseleinrichtung 142 wird somit abhängig vom Durchfluss durch die Verbindung 14 des Kraftstoffinjektors 16 verstellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Drosseleinrichtung 142 zwischen zwei Schaltstellungen mit keiner bzw. nur geringer und starker Drosselwirkung verstellbar ist, zwischen mehr als zwei Schaltstellungen oder kontinuierlich verstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008043643 A1 [0002]
