DE102010064221A1

DE102010064221A1 - Einspritzpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102010064221A1
Application number: DE201010064221
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Alexander Schenck Zu Schweinsberg; Thorsten Allgeier; Andreas Roth; Peter Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-06-28
Also published as: WO2012089371A1

Abstract

Eine Einspritzpumpe (22) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzpumpe (22) mit einer mechanischen Druckregeleinrichtung (40) versehen ist, die dazu angepasst ist, mit einer elektronischen Einspritzeinrichtung (38) an der Brennkraftmaschine zusammenzuwirken.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer derartigen Einspritzpumpe und ein Verfahren zum Bereitstellen eines geregelten Drucks für eine elektronische Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine.
Heutige Kraftstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Ottomotoren, arbeiten als so genannte Direkteinspritzung (DI) mit Einspritzdrücken von bis zu 200 bar. Der Druck wird mittels einer so genannten Hochdruck- bzw. Einspritzpumpe erzeugt, die bei bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen mechanisch vom Verbrennungsmotor bzw. Motor angetrieben wird. Ein elektromechanisches Mengensteuerventil steuert die von der Einspritzpumpe pro Zeiteinheit in einen Hochdruckbereich, ein so genanntes Rail, geförderte Kraftstoffmenge. Am Rail sind als elektronische Einspritzeinrichtung elektromagnetische Einspritzventile angeschlossen, mittels denen der Kraftstoff unter Hochdruck am zugehörigen Motor eingespritzt wird. Zusammen mit einem Hochdrucksensor und dem elektromechanischen Mengensteuerventil regelt ein Motor-Steuergerät den Druck im Hochdruckbereich auf das gewünschte Niveau. Die Ansteuerung der Einspritzventile erfolgt dabei auf der Basis des mit dem Hochdrucksensor am Rail gemessenen Drucksignals.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es derartige Kraftstoffeinspritzsysteme bei gleicher oder nahezu gleicher Funktion kostengünstiger zu gestalten.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Einspritzpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer mechanischen Druckregeleinrichtung versehen, die dazu angepasst ist, mit einer elektronischen Einspritzeinrichtung an der Brennkraftmaschine zusammenzuwirken.
Gemäß der Erfindung ist eine mechanisch geregelte Einspritzpumpe mit einer modernen elektronischen Hochdruck-Einspritzung kombiniert. Aufgrund dieser Gestaltung können das sonst erforderliche Mengensteuerventil, eine sonst erforderliche elektrische Endstufe in einem zugehörigen Steuergerät, sonst erforderliche Kabel im Kabelbaum und vorzugsweise auch der sonst erforderliche Drucksensor am Hochdruckbereich entfallen. Dies senkt die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Systems erheblich.
Durch den Entfall der genannten elektrischen Komponenten reduziert sich auch der Verbrauch an elektrischer Energie des Systems und damit ergibt sich ein insgesamt geringerer Kraftstoffverbrauch.
Zugleich können im Vergleich zu rein mechanischen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystemen die elektronische Hochdruck-Einspritzung und die dafür entwickelten Einspritz-Strategien weiterverwendet werden. Damit ist es möglich, die heutigen Vorgaben bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs sowie des Kohlendioxid-Ausstoßes einzuhalten.
Das Niederdrucksystem der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage ist im Wesentlichen gegenüber bekannten Systeme unverändert.
Die erfindungsgemäße Einspritzpumpe ist bevorzugt mechanisch angetrieben, wodurch eine ebenfalls insgesamt besonders kostengünstige Lösung möglich ist. Die Einspritzpumpe wird dabei vorzugsweise von einer Nockenwelle des zugehörigen Motors angetrieben.
Die mechanische Druckregeleinrichtung ist besonders vorteilhaft mit der Einspritzpumpe zu einem Pumpenmodul kombiniert. Vorzugsweise wird also die Druckerzeugung mittels der Einspritzpumpe und die Druckregelung in einer Einheit zusammengeführt. Dadurch kann der Bauraum klein gehalten werden und insgesamt die Pumpe mit Ihrer Regelung autark gestaltet werden, so dass Sie im Hinblick auf Ihre Einbaulage und ihre Anschlüsse weitgehend frei verbaut werden kann.
Die mechanische Druckregeleinrichtung ist bevorzugt mit einer Druckabsteuerung gestaltet. Besonders bevorzugt ist die Druckregeleinrichtung als Kolbenschieberventil mit einem über einen Steuerschlitz verschiebbaren Kolben gestaltet. Der Kolben ist dabei bevorzugt mittels einer Feder, insbesondere einer Schraubenfeder, vorgespannt, so dass er sich erst bei Erreichen eines Sollregeldrucks über den Steuerschlitz bewegt. Der Kolben gibt dann dort eine Fläche frei, über die der unter Druck stehende Kraftstoff in den Niederdruckbereich abströmen kann.
Die mechanische Druckregeleinrichtung ist vorzugsweise mit einer festen bzw. konstanten Saugdrosselung gestaltet. Dabei ist saugseitig von der Einspritzpumpe, insbesondere an deren Einlass, eine Drossel vorgesehen. Die Drossel dient zum Reduzieren der pro Zeiteinheit zur Einspritzpumpe fließenden Kraftstoff bzw. Fluidmenge und kommt erst zur Geltung, wenn die Fluidmenge pro Zeiteinheit derart groß ist, dass an der Drossel überhaupt eine Drosselwirkung entsteht. Bei kleiner Pumpendrehzahl und damit kleiner Fördermenge kommt die Drossel hingegen noch nicht zur Geltung. Durch die Anordnung der Drossel vor der Einspritzpumpe wird also die Kraftstoffmenge nur bei hohen Motor- und damit Pumpendrehzahlen wirksam begrenzt. Gerade die Pumpenförderung im Kaltstart, bei geringen Drehzahlen, bleibt hingegen praktisch unbeeinflusst. Die Kombination der Einspritzpumpe mit einer eingangsseitigen Drossel ist insbesondere sinnvoll, weil die Einspritzpumpen in der Regel auf die notwendige Kaltstartmenge ausgelegt sein müssen und dadurch im warmen Betrieb bei höheren Drehzahlen überdimensioniert sind. Alternativ oder zusätzlich ist die Saugdrosselung variabel, bevorzugt als federbelastetes Kolbenschieberventil mit Steuerschlitz, welches hydraulisch mit dem Pumpenausgang gekoppelt ist, gestaltet.
Alternativ oder zusätzlich ist ferner die mechanische Druckregeleinrichtung mit einer Kolbenhubvariierung gestaltet. Bei dieser Ausgestaltung ist die Einspritzpumpe dazu eingerichtet, dass der Hub des bzw. der zugehörigen Kolben im Betrieb verändert bzw. variiert werden kann, so dass die Einspritzpumpe eine pro Zeiteinheit veränderte Fördermenge liefert.
Mit der mechanischen Druckregeleinrichtung ist darüber hinaus vorteilhaft eine Überdrucksicherung geschaffen. Die Überdrucksicherung bzw. Druckbegrenzungsfunktion ist insbesondere vorteilhaft, wenn z. B. in einer Nachheizphase des zugehörigen Motors es zu einer Erwärmung des Kraftstoffs und damit zu einem Druckanstieg im Kraftstoffeinspritzsystem kommt. Die Überdrucksicherung verhindert sicher eine derartige Druckerhöhung im so genannten Hot-Peak, indem der Kraftstoff bei steigendem Druck über die Überdrucksicherung von der Druckseite der Pumpe in den Niederdruckbereich abgesteuert wird.
Falls das Druckregelkonzept bereits einen übermäßigen Druckanstieg im Rail sicher vermeidet, kann auf ein sonst optional vorzusehendes Druckbegrenzungsventil am Hochdruckbereich verzichtet werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer derartigen Einspritzpumpe geschaffen. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem ist bevorzugt an einer Niederdruckseite der Einspritzpumpe ein Dämpfer angekoppelt. Vor allem bei Einspritzpumpen, die mit einem hin und her bewegbaren Kolben bzw. als Kolbenpumpen, also mit diskontinuierlicher Förderung, arbeiten, ist ein solcher Dämpfer vorteilhaft.
An einer Hochdruckseite der Einspritzpumpe ist vorzugsweise ein in Richtung der Einspritzpumpe sperrendes Rückschlagventil vorgesehen, um einen übermäßigen Druckabfall im Hochdruckbereich aufgrund von Restleckage im Niederruckbereich zu vermeiden. Bei einer Kolbenpumpe als Einspritzpumpe kann diese Funktion bereits durch das Auslassventil der Kolbenpumpe übernommen werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum Bereitstellen eines geregelten Drucks für eine elektronische Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mittels einer Einspritzpumpe und einer mit dieser gekoppelten mechanischen Druckregeleinrichtung geschaffen, bei dem die elektronische Einspritzeinrichtung den real anliegenden Druck mittels eines Druckmodells der mechanischen Druckregeleinrichtung ermittelt. Durch die Verwendung einer mechanischen Druckregeleinrichtung kann das Kraftstoffeinspritzsystem stark vereinfacht werden und durch die Verwendung eines Druckmodels der mechanischen Druckregeleinrichtung kann ferner auf einen sonst notwendigen Drucksensor nebst dessen Verkabelung und Auswertung in einem Steuergerät verzichtet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Losung anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die 1 ein hydraulisches Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems.
In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 einer weiter nicht veranschaulichten Brennkraftmaschine dargestellt, bei dem flüssiger Kraftstoff, vorliegend Benzin, aus einem Tank 12 mittels einer elektrischen Kraftstoffpumpe 14 durch einen Filter 16 in eine Leitung 18 gefördert wird. An der Leitung 18 ist optional ein Niederdruckspeicher bzw. Dämpfer 20 angeschlossen.
Die Leitung 18 befindet sich an der Saugseite einer als Hochdruckpumpe gestalteten Einspritzpumpe 22, in deren Druckraum 24 ein als Rückschlagventil gestaltetes Einlassventil 26 hineinführt. Der Druckraum 24 der Pumpe 22 ist mittels eines in einem Pumpengehäuse 28 gelagerten Pumpenkolbens 30 in seinem Volumen veränderbar. Aus dem Druckraum 24 führt eine Leitung 32 durch ein ebenfalls als Rückschlagventil gestaltetes Auslassventil 34 in ein einen Hochdruckbereich bildendes Rail 36.
An dem Rail 36 sind als elektronische bzw. elektronisch gesteuerte Einspritzeinrichtung vier elektromagnetische Hochdruck-Einspritzventile 38 angeordnet, mittels denen der derart unter Hochdruck bereitgestellte Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
Die Einspritzpumpe 22 ist mit einer mechanischen Druckregeleinrichtung 40 versehen, die dazu angepasst ist, mit den als elektronische Einspritzeinrichtung wirkenden Hochdruck-Einspritzventilen 38 an der Brennkraftmaschine zusammenzuwirken. Die Einspritzpumpe 22 wird dabei direkt von einer Nockenwelle 42 der Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben. Sie ist zusammen mit der Druckregeleinrichtung 40, insbesondere in einem einzigen Gehäuse, zu einem Pumpenmodul kombiniert. Alternativ oder zusätzlich sind auch das Einlassventil 26, das Auslassventil 34 und/oder der Dämpfer 20 in diesem Pumpenmodul bzw. Pumpengehäuse 28 angeordnet.
Die mechanische Druckregeleinrichtung 40 weist eine Druckabsteuerung auf, die den Druck in der Leitung 32 sowie dem Rail 36 auf einen von der Drehzahl der Einspritzpumpe 22 abhängigen Betriebsdruck einregelt. Dabei ist die mechanische Druckregeleinrichtung 40 mit einer weiter nicht im Detail veranschaulichten Saugdrosselung in Gestalt einer Drosselscheibe gestaltet, welche an der Saugseite der Einspritzpumpe 22, also an der Leitung 18, ausgebildet ist.
Darüber hinaus ist die Einspritzpumpe 22 alternativ so gestaltet, dass der Hub Ihres Pumpenkolbens 30 im Betrieb mittels der mechanischen Druckregeleinrichtung 40 variiert werden kann.
Dabei ermittelt die Steuerung der elektronisch gesteuerten Hochdruck-Einspritzventile 38 den am Rail 36 anliegenden Druck nicht mittels eines Drucksensors, sondern mittels eines Druckmodells der mechanischen Druckregeleinrichtung 40. Die Steuerung schätzt in Abhängigkeit des Betriebspunkts der Einspritzpumpe 22 anhand des Druckmodels ab, welchen Druck die Druckregeleinrichtung 40 eingestellt haben wird und regelt entsprechend die Hochdruck-Einspitzventile 38.

Claims

Einspritzpumpe (22) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzpumpe (22) mit einer mechanischen Druckregeleinrichtung (40) versehen ist, die dazu angepasst ist, mit einer elektronischen Einspritzeinrichtung (38) an der Brennkraftmaschine zusammenzuwirken.
Einspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mechanisch angetrieben ist.
Einspritzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Druckregeleinrichtung (40) mit der Einspritzpumpe (22) zu einem Pumpenmodul kombiniert ist.
Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Druckregeleinrichtung (40) mit einer Druckabsteuerung gestaltet ist.
Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Druckregeleinrichtung (40) mit einer Saugdrosselung gestaltet ist.
Einspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Druckregeleinrichtung (40) mit einer Kolbenhubvariierung gestaltet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (10) mit einer Einspritzpumpe (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Niederdruckseite (18) der Einspritzpumpe (22) ein Dämpfer (20) angekoppelt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Hochdruckseite (32) der Einspritzpumpe (22) ein in Richtung der Einspritzpumpe (22) sperrendes Rückschlagventil vorgesehen ist.
Verfahren zum Bereitstellen eines geregelten Drucks für eine elektronische Einspritzeinrichtung (38) einer Brennkraftmaschine mittels einer Einspritzpumpe (22) und einer mit dieser gekoppelten mechanischen Druckregeleinrichtung (40), bei dem die elektronische Einspritzeinrichtung (38) den real anliegenden Druck mittels eines Druckmodells der mechanischen Druckregeleinrichtung (40) ermittelt.