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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, der ein Stopp-Start-System aufweist, mit zumindest einem Kraftstoffeinspritzsystem, welches zumindest ein Pumpelement aufweist, welches Kraftstoff über zumindest eine Pumpleitung in Richtung zu zumindest einer Common Rail fördert, an welcher zumindest eine Rücklaufleitung angeschlossen ist.
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Die
DE 195 47 877 A1 befaßt sich mit einem Kraftstoffhochdruckspeichersystem für ein in Brennkraftmaschinen eingesetztes Kraftstoffeinspritzsystem, in dem Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe in mindestens einen zentralen Kraftstoffhauptspeicher gefördert wird, um ihn von dort elektrisch gesteuerten Einspritzventilen zuzuführen. Bei betriebsbedingten Laständerungen müssen im Hochdruckspeicher erhebliche Druckänderungen innerhalb weniger Motorumdrehungen erzeugt werden können, wobei die
DE 195 47 877 A1 beispielhaft erläutert, dass mittels der Hochdruckpumpe zusätzlicher Kraftstoff in den Kraftstoffhochdruckspeicher gefördert werden könne. Die Hochdruckpumpe hätte dann nahezu die doppelte Kraftstoffmenge zu fördern, und wäre auch hierfür auszulegen, so dass die Hochdruckpumpe für den Hauptanteil der Gesamtbetriebszeit überdimensioniert wäre. Um die Hochdruckpumpe, insbesondere hinsichtlich der Laständerungen zu entlasten, und um eine kleiner ausgelegte Hochdruckpumpe verwenden zu können, schlägt die
DE 195 47 877 A1 daher vor, dass ein Kraftstoffzusatzspeicher hydraulisch an dem Kraftstoffhauptspeicher angeschlossen ist, wobei in der hydraulischen Verbindung zwischen den Kraftstoffspeichern ein fremdbetätigtes, elektrisch gesteuertes Ventil angeordnet ist. So könnte Kraftstoff bei Laständerungen im Betrieb des Verbrennungsmotors aus dem Kraftstoffzusatzspeicher dem Kraftstoffhauptspeicher zugeführt werden, ohne dass die Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff fördern müßte.
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Die
DE 102 23 077 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit Direkt-Einspritzung. Das System weist eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe auf. Die Vorförderpumpe fördert Kraftstoff zur Hochdruckpumpe, welche mindestens mittelbar ein oder mehrere Injektoren mit Kraftstoff versorgt. Zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe ist ein Druckspeicher vorgesehen, wobei die Vorförderpumpe in Abhängigkeit des im Druckspeicher herrschenden Drucks taktend betrieben wird. Mit anderen Worten wird die Vorförderpumpe abgestellt, wenn ein bestimmter Druck in dem Druckspeicher herrscht.
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Die
DE 10 2004 017 729 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Niederdruck- und einem Hochdruckbereich. Niederdruckseitig wird die dem Mengenbedarf der Brennkraftmaschine angepaßte Kraftstoffmenge geregelt, indem Kraftstoff im Niederdruckbereich mit einer Kraftstoffpumpe aus dem Kraftstoffbehälter gefördert und über einen Vorlaufkreislauf zur Saugseite einer Hochdruckpumpe geführt wird. Über eine Rücklaufleitung strömt überschüssiger Kraftstoff zurück zum Kraftstoffbehälter. In der Rücklaufleitung ist ein Rückschlagventil angeordnet, dessen Funktion nicht näher beschrieben ist. Zwischen der Rücklaufleitung und der Vorlaufleitung ist eine Drosselverbindung angeordnet.
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Die
DE 30 44 254 A1 befaßt sich mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem Hochdruckspeicher. Druckentlastungsleitungen aller Einspritzventile münden in einen allen gemeinsamen Niederdruckspeicher, von dem eine Rücklaufleitung abzweigt, und in dem ein Brennstoffdruckniveau einstellbar sowie in einem bestimmten Verhältnis zu jenem des Hochdruckspeichers gehalten ist. Dem nach einem Vorschaltventil gelegenen Brennstoffweg ist an beliebiger Stelle ein Pufferspeicherraum zugeordnet. Der Pufferspeicherraum bildet ein Zusatzvolumen, dem eine begrenzte Elastizität aufgeprägt ist, und kann selbst nachgiebig ausgebildet und durch einen Hohlkörper mit elastisch verformbarer Wandung begrenzt sein.
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Verbrennungsmotoren werden heutzutage mit so genannten Stopp-Start-Systemen ausgeführt, um bei einem kurzzeitigen Stopp des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor abzuschalten, um so Kraftstoff bei stehendem Kraftfahrzeug einzusparen. Mit geeigneten Mitteln wird der Verbrennungsmotor bei einem gewünschten Fortsetzen der Fahrt erneut gestartet.
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Stopp-Start-Systeme liefern deutliche Einsparungen im Kraftstoffverbrauch z. B. eines Pkws sowie anderen Kraftfahrzeugen.
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Um z. B. Dieselmotoren mit Common Rail mit einem Stopp-Start-System ausrüsten zu können, ist es notwendig, nach kurzer Zeit genügend Druck im Common Rail zur Verfügung zu stellen, um die erste Einspritzung durchführen zu können. Da der Druck im Hochdrucksystem nach einem Stopp des Verbrennungsmotors durch Leckage einbricht, muß der benötigte Druck während des Startvorganges erneut aufgebaut werden. Der Start des Motors nach einem komplett oder teilweise durchgeführten Stopp des Motors muß dabei so schnell wie möglich durchführbar sein um unerwünschte Verzögerungen z. B. in kritischen Straßensituationen zu vermeiden oder ein komfortables Fahrverhalten zu gewährleisten.
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Zum Start z. B. eines Diesel Motors mit Common Rail System ist es notwendig einen Mindestdruck im Rail System bereitzustellen. Beispielhaft beträgt dieser Mindestdruck 100–150 bar, wobei dieser Mindestdruck in Abhängigkeit des verwendeten Systems variiert. Der Rail-Druck ist daher einer der Faktoren, welcher die Startgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors beeinflußt.
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Typischerweise fällt der Druck im Hochdruckbereich des Common Rail System nach und bereits während des Motorstopps schnell ab. Der Druckabfall wird dabei hauptsächlich durch Leckagestellen an den Injektoren, der Pumpe oder auch eingebauten Ventilen verursacht.
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Natürlich sind verschiedene Aufbauformen denkbar. Variationsmöglichkeiten sind beispielsweise:
- a) Injektoranzahl
- b) Common Rail Anzahl [z. B. 2 Common Rails]
- c) Zusätzliches Verteiler Rail
- d) Zusätzliche Ventile, z. B. zur Druckregelung
usw.
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Zum erneuten Start des Motors muß der Druck im Rail System auf schnelle Weise wieder soweit angehoben werden, dass ein Start möglich ist. Die Druckerhöhung kann in derzeit bekannten Systemen nur durch die bereits verwendete Hochdruckpumpe erfolgen, welche typischerweise über den Motor angetrieben wird. Aus verschiedenen Gründen, z. B. Kosteneinsparung und Energieeffizienz werden möglichst kleine Pumpen eingesetzt. Dieses bezieht sich zum einen auf die physikalische Baugröße aber auch auf den erzeugten Volumenstrom pro Umdrehung.
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Der Druckaufbau durch die Hochdruckpumpe hängt entscheidend von dem Füllungsgrad der Kolbenkammer der Hochdruckpumpe, dem Luftgehalt der Flüssigkeit (Diesel) und dem Startdruck bei Motor- bzw. Pumpenstart ab.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor, insbesondere dessen Kraftstoffeinspritzsystem der Eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, dass der Druck im Railsystem ohne großen Aufwand nach einem Stopp des Verbrennungsmotors schnellstens auf einen ausreichend hohen Startdruck angehoben werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor bzw. durch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Rücklaufleitung ein Steuerelementsystem aufweist, welches zum Einen einen Kraftstoffdruck zu einem Kraftstoffbehälter bzw. Tank abläßt, wenn ein kalibrierter Druckbetrag-Grenzwert in der Rücklaufleitung erreicht ist, und welches zum Anderen einen weiteren Druckabfall in der Rücklaufleitung durch Kraftstofffluß von der Rücklaufleitung in den Kraftstoffbehälter bzw. Tank verhindert, so dass die Rücklaufleitung als Kraftstoffdruckspeicher ausgeführt ist. Das Steuerelementsystem ist vorteilhaft noch so ausgebildet, dass ein Kraftstofffluß von dem Tank in Richtung zur bzw. in die Rücklaufleitung erlaubt wird.
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Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Steuerelementsystem aus zwei Rückschlagventilen gebildet ist. Möglich ist aber auch, wenn das Steuerelementsystem aus einem einzigen aktiven Ventil gebildet ist. Das aktive Ventil kann Verluste des zweiten Rückschlagventils verringern, wenn sich der Verbrennungsmotor in seiner normalen Betriebsphase befindet.
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Bei der bevorzugten Ausgestaltung des Steuerelementsystems mit zwei Rückschlagventilen, übernimmt das erste der beiden Rückschlagventile die Aufgabe, den Kraftstoffdruckbetrag aus der Rücklaufleitung zum Tank hin abzulassen, wenn ein kalibrierter Druckbetrag-Grenzwert in der Rücklaufleitung erreicht ist. Das zweite der beiden Rückschlagventile sorgt dafür, dass kein weiterer Kraftstoff von der Rücklaufleitung in den Tank fließen kann und dadurch der Kraftstoffdruck in der Rücklaufleitung aufrechterhalten wird, wenn der Verbrennungsmotor bzw. das Kraftfahrzeug kurzzeitig stoppt.
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Zweckmäßig ist, wenn das erste der beiden Rückschlagventile in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Rücklaufleitung gesehen stromab des zweiten Rückschlagventils angeordnet ist. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die beiden Rückschlagventile entgegengesetzt zueinander montiert sind. Das bedeutet, dass das erste Rückschlagventil mit seinem bevorzugt federbelasteten Schließelement in Richtung zur Rücklaufleitung orientiert ist, wobei das zweite Rückschlagventil mit seinem bevorzugt federbelasteten Schließelement in Richtung zum Kraftstoffbehälter bzw. zum Tank orientiert ist. Zweckmäßig ist, wenn der kalibrierte Druckbetrag-Grenzwert des ersten Rückschlagventils beispielsweise 3 bar aufweist, und der Öffnungsdruck des zweiten Rückschlagventils so gering wie möglich ist.
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Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Rücklaufleitung aus der Common Rail kommend in dem Pumpelement bzw. in dessen Saugseite mündet, wobei das Steuerelementsystem, bzw. die beiden Rückschlagventile stromauf der Einmündung angeordnet sind. Die beiden Rückschlagventile stehen mit dem Tank in Verbindung.
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Die Rücklaufleitung bildet so quasi einen Kraftstoffspeicher, bzw. einen Kraftstoffdruckspeicher, welcher direkt mit dem Pumpelement in Verbindung steht. Bei einem Stopp des Verbrennungsmotors wird der in dem Kraftstoff der Rücklaufleitung herrschende Druck gespeichert, und steht dem Pumpelement bei einem erneuten Start des Verbrennungsmotors sofort zur Verfügung. Vorteilhaft wird so durch zusammenwirken des Steuerelementsystems mit der Rücklaufleitung, welche bei einem Stopp des Verbrennungsmotors noch die Doppelfunktion als Druckspeicher hat, das Pumpelement mit dem notwendigen Startdruck bzw. mit der notwendigen Kraftstoffmenge versorgt, um den erforderlichen Rail-Startdruck schnell aufbauen zu können. Dies wird durch den hohen Druck stromauf des Pumpelementes erreicht.
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In besonders günstiger Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rücklaufleitung zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig aus einem elastischen Material, weiter bevorzugt aus einem Gummischlauch gebildet ist. So kann die Rücklaufleitung dem darin gespeicherten Druck nachgeben, also ihr Volumen vergrößern, und diesen erhöhten Druck, bzw. die erhöhte Kraftstoffmenge bei dem erneuten Start des Verbrennungsmotors an das Pumpelement abgeben.
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Ersichtlich ist der mit der Erfindung erreichte, weitere Vorteil, dass keine zusätzlichen Komponenten für einen zusätzlichen Kraftstoffspeicher erforderlich sind. Hinsichtlich begrenzter Bauraumbedingungen im Motorraum ist dies ein erheblicher Vorteil. Denn die Rücklaufleitung selbst übernimmt zusätzlich zu ihrer, im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, eigentlichen Funktion des Rückführens überschüssigen Kraftstoffs noch die (Doppel-)Funktion als dehnbarer Kraftstoffdruckspeicher, z. B. wenn der Verbrennungsmotor z. B. an einer Ampel oder beispielsweise an einem Bahnübergang gestoppt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
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1 eine prinzipielle Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems.
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1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 in prinzipieller Darstellung für einen Verbrennungsmotor 5, welches zumindest ein Pumpelement 2 aufweist, das Kraftstoff aus zumindest einem Kraftstoffbehälter 3 ansaugt und über zumindest eine Pumpenleitung 4 in Richtung zu zumindest einer Common Rail 6 leitet. Zumindest eine Injektorleitung ist vorgesehen, welche den geförderten Kraftstoff zu zumindest einem in der 1 nicht dargestellten Injektor weiterleitet.
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Aus der Common Rail 6 führt eine Rücklaufleitung 7 überschüssigen Kraftstoff in Richtung zu dem Kraftstoffbehälter 3. Die Rücklaufleitung 7 mündet in der Saugseite des Pumpelementes 2, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Hochdruckpumpe 2 ausgeführt ist.
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Die Rücklaufleitung 7 weist ein Steuerelementsystem 10 auf, welches, wie beispielhaft dargestellt, zwei Rückschlagventile 8 und 9 aufweist. Das erste Rückschlagventil 8 ist stromab des zweiten Rückschlagventils 9 aber stromauf der Einmündung der Rücklaufleitung 7 in das Pumpelement 2 angeordnet. Beide Rückschlagventile 8, 9 stehen mit dem Kraftstoffbehälter 3 in Verbindung.
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Das erste Rückschlagventil 8 ist so ausgeführt, dass ein Druckabbau in den Kraftstoffbehälter 3 erfolgen kann, wenn ein kalibrierter Grenzwert des Kraftstoffdruckes in der Rücklaufleitung 7 erreicht bzw. überschritten ist. Das zweite Rückschlagventil 9 ist so ausgeführt, dass kein Kraftstoff aus der Rücklaufleitung 7 in den Tank 3 fließen kann und dadurch der Kraftstoffdruckbetrag in der Rücklaufleitung 7 aufrechterhalten bleibt, wenn der Verbrennungsmotor 5 stoppt. Das Steuerelementsystem 10 bzw. das zweite Rückschlagventil 9 ist so ausgeführt, dass Kraftstoff von dem Tank 3 in Richtung zur bzw. in die Rücklaufleitung 7 fließen kann.
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Wie beispielhaft dargestellt ist vorgesehen, dass die beiden Rückschlagventile 8, 9 entgegengesetzt zueinander montiert sind. Das bedeutet, dass das erste Rückschlagventil 8 mit seinem bevorzugt federbelasteten Schließelement 11 in Richtung zur Rücklaufleitung 7 orientiert ist, wobei das zweite Rückschlagventil 9 mit seinem bevorzugt federbelasteten Schließelement 12 in Richtung zum Kraftstoffbehälter 3 bzw. zum Tank 3 orientiert ist. Zweckmäßig ist, wenn der kalibrierte Druckbetrag-Grenzwert des ersten Rückschlagventils 8 einen Grenzwert von beispielsweise drei bar aufweist und ein Druckbetrag-Grenzwert des zweiten Rückschlagventils 9, bzw. sein Öffnungsdruck, geringer ist.
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Die Rücklaufleitung 7 ist in bevorzugter Ausgestaltung als Gummischlauch ausgeführt, so dass die Rücklaufleitung 7 vorzugsweise vollständig nachgiebig bzw. dehnbar ausgeführt ist.
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Der Verbrennungsmotor 5 weist ein Stopp-Start-System auf. Wird der Verbrennungsmotor 5 bzw. das Kraftfahrzeug kurzzeitig z. B. an einer Ampel gestoppt, bewirkt das Steuerelementsystem 10 bzw. das zweite Rückschlagventil 9 ein sperren der Rücklaufleitung 7 in Richtung zum Tank 3, so dass Kraftstoff mit seinem innewohnenden Druck in der Rücklaufleitung 7 gespeichert wird. Das bedeutet, dass die Rücklaufleitung 7 als Kraftstoffdruckspeicher fungiert, wenn der Verbrennungsmotor 5 stoppt bzw. gestoppt wird. Die Rücklaufleitung 7 kann sich aufgrund ihrer zumindest abschnittsweisen Ausgestaltung als Gummischlauch unter dem anstehenden Druck dehnen und so nicht nur den Druckbetrag aufrechterhalten, sondern durch Volumenvergrößerung auch eine entsprechende Kraftstoffmenge unter dem relativ hohen Druck speichern. Dadurch, dass die Rücklaufleitung 7 zum Pumpelement 2 weitergeführt ist, bzw. in dessen Saugseite mündet, steht der aufrechterhaltene Druckbetrag bzw. die gespeicherte Kraftstoffmenge bei einem erneuten Start des Verbrennungsmotors 5 sofort zur Verfügung, wodurch der erforderliche Startdruck schnellstens aufgebaut werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19547877 A1 [0002, 0002, 0002]
- DE 10223077 A1 [0003]
- DE 102004017729 A1 [0004]
- DE 3044254 A1 [0005]
