DE102010039211A1

DE102010039211A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010039211A1
Application number: DE201010039211
Authority: DE
Inventors: Sascha Ambrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe 16, die aus einem Kraftstofftank zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert, der über eine Hochdruckleitung mit einem Kraftstoffinjektor verschaltet ist, wobei die Hochdruckpumpe 16 einen von einem Pumpenzylinderkopf 1 abgedeckten Arbeitsraum 3 aufweist, in den der Kraftstoff von einem über einen Rollenstößel von einer Pumpennockenwelle 18 betätigten Pumpenkolben 2 verdichtet wird, und wobei die Hochdruckpumpe 16 kraftstoffgeschmiert ist. Erfindungsgemäß wird eine robuste kraftstoffgeschmierte Hochdruckpumpe 16 bereitgestellt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kraftstoffförderkreis von dem Kraftstoffschmierkreis getrennt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, die aus einem Kraftstofftank zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert, der über eine Hochdruckleitung mit einem Kraftstoffinjektor verschaltet ist, wobei die Hochdruckpumpe einen von einem Pumpenzylinderkopf abgedeckten Arbeitsraum aufweist, in dem der Kraftstoff von einem über einen Rollenstößel von einer Pumpennockenwelle betätigten Pumpenkolben verdichtet wird, und wobei die Hochdruckpumpe kraftstoffgeschmiert ist.
Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem ist aus der DE 10 2006 000 002 A1 bekannt und wird bei einem Common-Rail-Einspritzsystem verwendet. Die in diesem Dokument beschriebene Hochdruckpumpe weist einen Kraftstoffförderkreis und einen Kraftstoffschmierkreis auf, die miteinander als gemeinsamer Kraftstoffkreis verschaltet sind.
Allgemein ist bekannt, dass die Hochdruckpumpe entweder mit Öl oder dem betankten Kraftstoff geschmiert und gekühlt werden kann. Bei ölgeschmierten Hochdruckpumpen kann Schmieröl in den Kraftstoff gelangen, was sich nachteilig auf die Abgasemissionen auswirken kann. Gelangt Kraftstoff in das Schmieröl, kann dies Auswirkungen auf die Schmierölqualität und damit auf die Schmiereigenschaften haben.
Bei kraftstoffgeschmierten Hochdruckpumpen sind die geschilderten Einflüsse nicht vorhanden, dagegen ist die Schmierung abhängig von der Qualität des Kraftstoffs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste kraftstoffgeschmierte Hochdruckpumpe bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kraftstoffförderkreis von dem Kraftstoffschmierkreis getrennt ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kraftstoffqualität beispielsweise länderabhängig variiert und es sogenannte Schlechtkraftstoffländer gibt, in denen die Kraftstoffqualität nicht vorgegebenen Anforderungen entspricht. Dieser Schlechtkraftstoff erfüllt vorgegebene Spezifikationen (Wasser, Partikel, Viskosität, Dichte, Biodiesel, und anderes) nicht und kann zu Schäden an der Hochdruckpumpe führen, da insbesondere zwischen der Laufrolle des Rollenstößels und der Nockenlauffläche der Pumpennockenwelle ein unzulässiger Schlupf auftreten kann. Dadurch, dass der Kraftstoffförderkreis von dem Kraftstoffschmierkreis getrennt ist, kann der Kraftstoffschmierkreis mit optimiertem Kraftstoff als geschlossenes System betrieben werden, während der Kraftstoffförderkreis den Schlechtkraftstoff zur Verbrennung in den Arbeitsräumen der Brennkraftmaschine fördert. Der Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Schlechtkraftstoff ist möglich bzw. kann toleriert werden, wobei aber durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Schädigung der Hochdruckpumpe ausgeschlossen ist.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Kraftstoffschmierkreis einen Tank auf, der über eine Förderpumpe mit einem Pumpengehäuseraum und weiter über eine Leitung mit einer eingesetzten Drossel mit einer Rückführleitung in den Tank verschaltet ist. Weiterhin weisen die Lagerstellen einer Pumpennockenwelle der Hochdruckpumpe ebenfalls eine Verbindung mit der Rücklaufleitung auf. Durch die in die Leitung eingesetzte Drossel wird der Kraftstoffdruck in dem Pumpeninnenraum auf einen Druck gehalten, der gleich oder höher ist als der Kraftstoffdruck vor dem Saugventil des Kraftstoffförderkreises. Dadurch ist insbesondere bei einem Saughub des Pumpenkolbens sichergestellt, dass ein Eindringen von (Schlecht)-Kraftstoff aus dem Arbeitsraum in den Pumpeninnenraum unterbleibt. Zusätzlich zu der Drossel kann in die Leitung ein Ventil eingesetzt sein. Optional ist es im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen, in die Leitung nur ein Ventil einzuschalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in die Rückführleitung ein Wärmetauscher eingesetzt. Dieser Wärmetauscher führt die in dem Kraftstoffschmierkreis beim Betrieb der Hochdruckpumpe entstehende Wärme ab. Da der Kraftstoffschmierkreis mit einer relativ geringen Kraftstoffmenge betrieben werden kann, ist eine Wärmeabfuhr über einen Wärmetauscher sinnvoll. Der Wärmetauscher kann in weiterer Ausgestaltung mit dem Kraftstoffförderkreis oder einem sonstigen Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine verschaltet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist der in einem Pumpenzylinder geführte Pumpenkolben über eine benachbart zu einem Pumpenkolbenfuß angeordnete Lineardichtung zu dem Pumpenzylinder abgedichtet. Durch diese Lineardichtung wird verhindert, dass aus dem Pumpenarbeitsraum Kraftstoff entlang dem Pumpenzylinder zu dem Rollenstößel gelangt und der dort zur Schmierung eingesetzte optimierte Kraftstoff beeinflusst beziehungsweise verschlechtert wird. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung oberhalb der Lineardichtung ein Ringspalt angeordnet sein, der über eine Abführleitung mit dem Niederdrucksystem des Kraftstoffeinspritzsystems verschaltet ist. Durch diese Ausgestaltung wird eventuell in den Ringspalt gelangter Schlechtkraftstoff sicher abgeführt. In weiterer Ausgestaltung kann in die Abführleitung ein Abführventil eingesetzt sein
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen in einem Pumpenzylinder geführten Pumpenkolben als Teil eines Kraftstoffförderkreises,
2 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffschmierkreises und
3 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffförderkreises
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Schnitt durch einen Teilbereich einer Hochdruckpumpe 16 (siehe auch 2) für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer insbesondere mit Dieselkraftstoff betriebenen selbstzündenden Brennkraftmaschine. Die Hochdruckpumpe 16 weist ein Pumpengehäuse auf, das von einem Pumpenzylinderkopf abgedeckt ist. Der Pumpenzylinderkopf weist einen Pumpenzylinder 1 auf, in dem ein Pumpenkolben 2 über einen Rollenstößel, der auf einer Pumpennockenwelle 18 (2) abrollt, auf und ab bewegt wird. Dabei fördert der Pumpenkolben 2 in einem Arbeitsraum 3 befindlichen Kraftstoff über eine Förderleitung 4, in die ein Rückschlagventil 5 eingesetzt ist, in einem Hochdruckspeicher unter einem Druck von bis zu 3000 bar. Zugeführt wird der Kraftstoff – wie in der Beschreibung zu 3 noch detailliert erläutert wird – von einer Kraftstoffförderpumpe 26 aus einem Kraftstofftank 25 über einen Kraftstofffilter 27 und eine Zumesseinheit 28 über eine Zuführleitung 6 mit einem eingesetzten Saugventil 7 in den Arbeitsraum 3.
Bei der Förderung des Kraftstoffs kann Kraftstoff durch Leckage aus dem Arbeitsraum 3 entlang des Pumpenkolbens 2 in Richtung zu einem Pumpenfuß 8 gelangen. Um dies zu verhindern, ist im unteren Bereich des Pumpenzylinders 1 eine Lineardichtung 9 eingebaut. Zusätzlich kann oberhalb der Lineardichtung 9 ein Ringspalt 10 angeordnet sein, der über eine Abführleitung 11 mit der Zuführleitung 6 verschaltet ist. Zusätzlich kann in die Abführleitung 11 ein Abführventil 12 eingeschaltet sein, das sicherstellt, dass Kraftstoff nur in Richtung zu der Zuführleitung 6 gelangen kann. Dieser beschriebene Kraftstoffkreis stellt einen Teil des Kraftstoffförderkreises des Kraftstoffeinspritzsystems dar, wobei der Kraftstoffförderkreis wahlweise mit Kraftstoff normaler Kraftstoffqualität oder auch mit Schlechtkraftstoff betrieben werden kann.
Der in 2 dargestellte Kraftstoffschmierkreis ist von dem Kraftstoffförderkreis getrennt. Der Kraftstoffschmierkreis entnimmt aus einem eigenen Tank 13, der beispielsweise ein sonst als Reduktionsmitteltank verwendeter Tank 13 sein kann, Kraftstoff über eine Förderpumpe 14 und führt diesen über einen Filter 15 dem Pumpeninnenraum 24 der Hochdruckpumpe 16 zu. Von dem Pumpeninnenraum 24 der Hochdruckpumpe 16 gelangt der Schmierkraftstoff einerseits nach einer zu Schmierzwecken gewünschten Durchströmung von Lagerstellen 17a, 17b der Pumpennockenwelle 18 zurück in eine Rückführleitung 19, die in den Tank 13 einmündet. Zusätzlich mündet in die Rückführleitung 19 eine Leitung 20 ein, aus der aus dem Pumpeninnenraum 24 der Hochdruckpumpe 16 der nicht über die Lagerstellen 17a, 17b abgeführter Schmierkraftstoff in die Rückführleitung 19 eingeleitet wird. Um zu gewährleisten, dass der Kraftstoffdruck in dem Pumpeninnenraum 24 gleich oder höher ist als vor dem Saugventil 7 und um gleichzeitig eine sichere Schmierung der Lagerstellen 17a, 17b zu gewährleisten, ist in die Leitung 20 eine Drossel 21 eingesetzt. Zusätzlich kann zu der Drossel 21 auch noch ein Ventil eingesetzt sein. Dies ist in der Strichlinie dargestellten Leitung 20a dargestellt. Der Kraftstoffdruck in dem Pumpeninnenraum 24 soll gleich oder höher sein als der Kraftstoffdruck vor dem Saugventil 7, damit beispielsweise bei einem Saughub des Pumpenkolbens 2 kein (Schlecht)-Kraftstoff aus dem Kraftstoffförderkreis entlang des Pumpenkolbens 2 in den Probleminnenraum 24 gelangt.
Zur Kühlung kann in die Rückführleitung 19 ein Wärmetauscher 23 eingeschaltet sein, der beispielsweise mit dem Kraftstoffförderkreis oder einem sonstigen Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine für einen Wärmeübertrag kombiniert ist. Der Kraftstoffschmierkreis wird mit optimiertem Kraftstoff als geschlossenes System betrieben. Der optimierte Kraftstoff weist ein Wechselintervall von beispielsweise größer als 30.000 Kilometer auf und entspricht (westeuropäischem) Kraftstoff mit abgesicherter Spezifikation (Wasser, Partikel, Viskosität, Dichte, Alterungsbeständigkeit, Biodiesel usw.).
Der 3 dargestellte Kraftstoffförderkreis weist einen Kraftstofftank 25 auf, aus dem eine Kraftstoffförderpumpe 26 Kraftstoff über einen Kraftstofffilter 27 und einer Zumesseinrichtung 28 und das Saugventil 7 dem Arbeitsraum drei (1) zuführt. An geeigneter Stelle vor der Zumesseinrichtung 28 zweigt eine Überdruckleitung 29 ab, in die ein Überdruckventil 30 eingesetzt ist. Die Überdruckleitung 29 mündet entweder in den Kraftstofftank 25 oder in die Ansaugleitung vor der Kraftstoffpumpe 26. Sofern die Kraftstoffförderpumpe 26 beispielsweise durch einen elektrischen Antrieb regelbar ist, kann die Zumesseinrichtung und die Überdruckleitung 29 entfallen und die Menge des in den Arbeitsraum eingebrachten Kraftstoffs allein durch die Kraftstoffförderpumpe 16 bestimmt werden. Hinter der Zumesseinheit 28 und vor dem Saugventil 7 mündet in die Zuführleitung 6 die in 1 beschriebene Abführleitung 11 ein. Der Kraftstoffförderkreis ist im Ergebnis von dem Kraftstoffschmierkreis hydraulisch getrennt und kann beispielsweise mit einem Schlechtkraftstoff betrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006000002 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (16), die aus einem Kraftstofftank zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert, der über eine Hochdruckleitung mit einem Kraftstoffinjektor verschaltet ist, wobei die Hochdruckpumpe (16) einen von einem Pumpenzylinderkopf (1) abgedeckten Arbeitsraum (3) aufweist, in den der Kraftstoff von einem über einen Rollenstößel von einer Pumpennockenwelle (18) betätigten Pumpenkolben (2) verdichtet wird, und wobei die Hochdruckpumpe (16) kraftstoffgeschmiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffförderkreis von dem Kraftstoffschmierkreis getrennt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffschmierkreis einen Tank (13) aufweist, der über eine Förderpumpe (14) mit einem Pumpengehäuseraum (24) und weiter über eine Leitung (20, 20a) mit einer eingesetzten Drossel (21) mit einer Rückführleitung (19) in den Tank (13) verschaltet ist und dass Lagerstellen (17a, 17b) einer Pumpennockenwelle (18) der Hochdruckpumpe (16) ebenfalls eine Verbindung mit der Rücklaufleitung (19) aufweisen.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Leitung (20a) eine Drossel (21) und ein Ventil (22) eingesetzt sind.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rückführleitung (19) ein Wärmetauscher (23) eingesetzt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (23) mit dem Kraftstoffförderkreis verschaltet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem Pumpenzylinder (1) geführte Pumpenkolben (2) über eine benachbart zu einem Pumpenkolbenfuß (8) angeordnete Lineardichtung (9) zu dem Pumpenzylinder (1) abgedichtet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Lineardichtung (9) ein Ringspalt (10) angeordnet ist, der über eine Abführleitung (11) mit dem Niederdrucksystem des Kraftstoffförderkreises verschaltet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Abführleitung (11) ein Abführventil (12) eingesetzt ist.