DE102009059672B4

DE102009059672B4 - Brennkraftmaschine mit einem Höchstdruckeinspritzsystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102009059672B4
Application number: DE200910059672
Authority: DE
Inventors: Sven Jerzembeck
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2009-12-19
Filing date: 2009-12-19
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-12-20
Also published as: DE102009059672A1

Abstract

Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens zwei seriell angeordnete Common-Rail-Systeme (8), – mit wenigstens zwei Steckpumpen (6), – wobei sie wenigstens einen hydraulischen Koppler (7) aufweist und – wobei der hydraulische Koppler (7), der als hydraulischer Übersetzer wirkt und mit den zwei Steckpumpen (6) derart zusammenwirkt, dass sich der im ersten Common-Rail-System (8) herrschende Druck mittels des durch den hydraulischen Koppler (7) mögliche Übersetzungsverhältnis erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Common-Rail-System (8) mit dem hydraulischen Koppler (7) mit Vor- und Rücklauf verbunden ist, – wobei eine Steckpumpe (6) Kraftstoff in das erste Common-Rail-System (8) fördert und – wobei in einer Stellung das zweite Common-Rail-System (8) über die Steuerkanten des hydraulischen Kopplers (7) mit dem ersten Common-Rail-System (8) verbunden ist.

Description

Bekannte Brennkraftmaschinen verwenden Einspritzsysteme, welche ein Common-Rail-System und zwei Hochdrucksteckpumpen umfassen, diese ermöglichen maximale Einspritzdrücke, die so hoch sind, wie es die direkt ins Rail-System liefernden und mit ihm verbauten Hochdruckpumpen zu leisten in der Lage sind. Daran ist nachteilig, dass ein späteres Erhöhen des Drucks nicht möglich ist.
Aus der DE 199 10 976 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit mehrstufiger Hochdruckpumpe und zwei Druckspeichern bekannt.
Weiter ist aus der DE 199 39 422 A1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer zentralen Druckübersetzungseinheit offenbart.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die mit noch höheren Drücken betreibbar ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 11.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist es möglich, den Einspritzdruck am Injektor signifikant zu steigern, ohne ein grundlegend anderes Pumpenkonzept zu wählen. Das bereits bestehende und in Serie verwendete Einspritzsystem mit zwei Steckpumpen und einem Common-Rail-System kann durch die Erweiterung um ein zweites Rail-System vorteilhafterweise in ein Höchstdrucksystem verwandelt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein hydraulischer Koppler, der als hydraulischer Übersetzter wirkt und mit zwei Steckpumpen derart zusammenwirkt, dass der im ersten Rail-System herrschende Druck mittels des durch den Koppler mögliche Übersetzungsverhältnis erhöht wird, was sich insbesondere verbrauchs- und abgasmindernd auf den Betrieb der Brennkraftmaschine auswirkt.
Ein Ausführungsbeispiel wird in den Zeichnungen dargestellt, es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung
2 drei Zustände des hydraulischen Kopplers.
Nachfolgend erfolgt eine Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung: Befüllvorgang.
Bei der Erstinbetriebnahme wird die linke Pumpe 6 in 1 zunächst nicht mit Kraftstoff versorgt. Die FCU (Fluid Control Unit bzw. Zumesseinheit) 5 vor dieser Pumpe 6 sperrt den Kraftstoffzufluss. Die zweite Pumpe 6 hingegen fördert Kraftstoff in das erste Rail-System 8. Dadurch wird auch das zweite Rail-System 8 über die Steuerkanten des hydraulischen Übersetzers 7, wie in 2 zu sehen ist, befüllt, bis der gewünschte Druck in beiden Rail-Systemen 8 sich eingestellt hat. Der Druck im ersten und zweiten Rail-System 8 kann zu diesem Zeitpunkt als quasistatisch betrachtet werden. Der hydraulische Übersetzer 7 arbeitet noch nicht.
Betrieb
Im folgenden Schritt wird die zweite Pumpe 6 (rechts in 1) mit Kraftstoff versorgt. Der komprimierte Kraftstoff hinter der Hochdruckpumpe 6 bewegt den hydraulischen Kolben des Kopplers 7, sobald die Kraft auf den unteren Kolben (große Querschnittsfläche in 2) größer ist als die Kraft, die von oben (kleine Querschnittsfläche in 2) auf den Kolben wirkt. Sobald der Kolben die Steuerkante des Zulaufs (rechts, 2) aus dem ersten Rail-System 8 überstrichen hat, erfolgt der Kompressionsvorgang in das zweite Rail-System 8, das auch als Hochdruck-Railsystem 8 bezeichnet wird, siehe hierzu 2, Koppler 7 in der mittleren Darstellung. Es wird so lange Kraftstoff in das zweite Rail-System gefördert, bis die untere Steuerkante (links, 2) durch den Kolben geöffnet wird. In diesem Fall wird der Kraftstoff (unten, 2) im hydraulischen Übersetzer 7 durch die Steuerkannte schlagartig auf das Druckniveau des ersten Rail-Systems 8 abgebaut, siehe hierzu 2, Koppler 7, untere Darstellung. Die dazwischen geschaltete Kugelsitzdichtung 12, zwischen hydraulischem Übersetzter 7 und zweitem Rail-System 8 (Hochdruckrail) stellt sicher, dass kein hoch verdichteter Kraftstoff aus dem zweiten Rail-System 8 (1, oben) zurückfließen kann, abgesehen von dem Totvolumen in den Leitungen. Die Kräftebilanzierung auf den Kolben des hydraulischen Übersetzers 7 ist nun derart, dass die Kraft von oben auf den Kolben größer ist als die Kraft von unten. In diesem Fall bewegt der Kolben sich nach unten, überstreicht und schließt die Steuerkante (links) und öffnet die Steuerkante (rechts, 2) in das Rail-System. In diesem Fall wird der Druck in den Totvolumina in das Rail-System expandiert. Beim nächsten Hub der Hochdruckpumpe bewegt sich der Kolben wieder und es wiederholt sich die Prozedur der Verdichtung wie bereits weiter oben beschrieben. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die FCU 5, die Steckpumpen 6, die Druckbegrenzungsventile 9 und die Injektoren 11 jeweils mittels eines Rücklaufs mit dem Tank 1 verbunden sind. Der Kraftstoff aus dem Tank 1 strömt auf seinem Weg in den Brennraum durch den Vorfilter 2. Auf seinem weiteren Weg passiert der Kraftstoff, wie in 1 dargestellt, EKP (elektrische Kraftstoffpumpe) 3, anschließend passiert er den Hauptfilter 4 und die Flüssigkeits-Kontrolleinheiten (FCU) 5, die ihrerseits mit den Raildrucksensoren 10 und der nicht dargestellten Motorregelung kommunizieren. Danach strömt der Kraftstoff in die Steckpumpen 6. Von da an geht es im rechten Strang in 1 in das erste Rail-System 8 mit Raildrucksensor 10 und Druckbegrenzungsventil 9, das über einen mit dem Tank verbundenen Rücklauf verfügt. Das erste Railsystem 8 ist mit dem hydraulischen Koppler 7 mit Vor- und Rücklauf verbunden. Der Koppler 7 verfügt auch über einen Zulauf vom linken Kraftstoffstrang aus 1. Der Koppler ist mit dem Rückschlagventil 12 mit Kugeldichtung mit leicht vorgespannter Feder verbunden. Das Rückschlagventil 12 kommuniziert mit dem zweiten Rail System 8, dem oberen in 1. Das zweite Rail-System 8 kommuniziert mit vier Injektoren 11, die jeweils über eine Rücklaufleitung mit dem Tank 1 verbunden sind. Das zweite Rail-System 8 verfügt über einen Railsensor 10, der mit FCU 5 und Motorsteuerung kommuniziert und ein Druckbegrenzungsventil 9 mit Rücklauf zum Tank 1.
Bezugszeichenliste

1: Tank
2: Vorfilter
3: EKP
4: Hauptfilter
5: FCU
6: PF 45 Hochdrucksteckpumpen
7: hydraulischer Koppler
8: Rail
9: DBV (Druckbegrenzungsventil)
10: Raildrucksensor
11: Injektor
12: Kugeldichtung mit leicht vorgespannter Feder
Rü: Rücklauf in den Tank

Claims

Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens zwei seriell angeordnete Common-Rail-Systeme (8), – mit wenigstens zwei Steckpumpen (6), – wobei sie wenigstens einen hydraulischen Koppler (7) aufweist und – wobei der hydraulische Koppler (7), der als hydraulischer Übersetzer wirkt und mit den zwei Steckpumpen (6) derart zusammenwirkt, dass sich der im ersten Common-Rail-System (8) herrschende Druck mittels des durch den hydraulischen Koppler (7) mögliche Übersetzungsverhältnis erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Common-Rail-System (8) mit dem hydraulischen Koppler (7) mit Vor- und Rücklauf verbunden ist, – wobei eine Steckpumpe (6) Kraftstoff in das erste Common-Rail-System (8) fördert und – wobei in einer Stellung das zweite Common-Rail-System (8) über die Steuerkanten des hydraulischen Kopplers (7) mit dem ersten Common-Rail-System (8) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Raildrucksensor (10) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Common-Rail-Systeme (8) wenigstens ein Druckbegrenzungsventil (9) aufweisen.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Common-Rail-System (8) wenigstens einen Injektor (11) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurab gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einem Common-Rail-System (8) und dem hydraulischen Koppler (7) wenigstens ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor jeder Hochdruckpumpe (6) eine Zumesseinheit (5) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor den Zumesseinheiten (5) ein Hauptfilter (4) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Hauptfilter (4) eine elektrische Kraftstoffpumpe (3) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor der elektrischen Kraftstoffpumpe (3) und nach dem Tank (1) ein Vorfilter (2) angeordnet ist.