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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Kraftstofffördereinrichtung ist durch die
DE 10 2005 027 851 A1 bekannt. Diese Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit wenigstens einem Pumpenelement, durch die Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert wird, in dem wenigstens ein Injektor vorgesehen ist, durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen Antriebsbereich auf, der in einem Innenraum eines Pumpengehäuses angeordnet ist. Durch eine Förderpumpe wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter über einen Zulauf durch den Innenraum zum wenigstens einen Pumpenelement der Kraftstoffhochdruckpumpe gefördert. Vom Zulauf zwischen der Förderpumpe und dem wenigstens einen Pumpenelement der Kraftstoffhochdruckpumpe führt eine Entlastungsverbindung zu einem Entlastungsbereich ab, der beispielsweise der Kraftstoffvorratsbehälter oder eine Rücklaufleitung sein kann. Die Entlastungsverbindung wird durch ein Überdruckventil gesteuert, das die Entlastungsverbindung freigibt wenn der Druck im Zulauf zwischen der Förderpumpe und dem wenigstens einen Pumpenelement dessen Öffnungsdruck überschreitet. Das Überdruckventil weist ein Ventilglied auf, das in Öffnungsrichtung von dem im Zulauf zwischen der Förderpumpe und dem wenigstens einen Pumpenelement herrschenden Druck und in Schließrichtung durch eine Schließfeder beaufschlagt ist. Im Zulauf zwischen der Förderpumpe und dem wenigstens einen Pumpenelement und somit auch im Innenraum des Pumpengehäuses, der Teil dieses Zulaufs ist, stellt sich ein durch den Öffnungsdruck des Überdruckventils bestimmtes Druckniveau ein. Durch den von der Förderpumpe geförderten, den Innenraum mit dem Antriebsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe durchströmenden Kraftstoff wird eine Schmierung und Kühlung des Antriebsbereichs bewirkt. Bei geringer Belastung des Antriebsbereichs ist dabei ein relativ niedriges Druckniveau im Innenraum ausreichend während bei hoher Belastung ein höheres Druckniveau vorteilhaft wäre.
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Bei relativ niedrigem Druck im Innenraum des Pumpengehäuses besteht außerdem die Gefahr, dass Kavitation auftritt, also Kraftstoff verdampft oder Luft aus dem Kraftstoff ausgast, wodurch Hohlräume entstehen können und die Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Kraftstoffhochdruckpumpe beeinträchtigt wird. Wenn von der Kraftstoffhochdruckpumpe eine große Kraftstoffmenge zu fördern ist, so ist ein hoher Druck im Zulauf vorteilhaft, da hierdurch die Befüllung des wenigstens einen Pumpenelements verbessert wird.
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Der Öffnungsdruck des Überdruckventils ist bei der bekannten Kraftstofffördereinrichtung konstant und durch die Vorspannung der Schließfeder bestimmt, die nicht veränderbar ist. Hinsichtlich der Auslegung des Öffnungsdrucks des Überdruckventils ist somit ein Kompromiss erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine variable Anpassung des Druckniveaus im Innenraum des Pumpengehäuses der Kraftstoffhochdruckpumpe ermöglicht ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 kann die Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Kraftstoffhochdruckpumpe bei hoher Belastung verbessert werden. Außerdem wird durch den erhöhten Öffnungsdruck des Überdruckventils die Befüllung des wenigstens einen Pumpenelements der Kraftstoffhochdruckpumpe verbessert. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird auf einfache Weise der variable Öffnungsdruck des Überdruckventils erreicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 wird auf einfache Weise ein Druck im Steuerdruckraum des Überdruckventils erzeugt, der abhängig von der Belastung der Kraftstoffhochdruckpumpe variabel ist, da mit zunehmender Kraftstoffeinspritzmenge eine zunehmende Kraftstoffmenge im Rücklauf des wenigstens einen Injektors vorhanden ist und hierbei durch die Kraftstoffhochdruckpumpe eine große Kraftstoffmenge in den Hochdruckbereich zu fördern ist mit entsprechend hoher Belastung des Antriebsbereichs der Kraftstoffhochdruckpumpe.
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Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 in vereinfachter Darstellung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstofffördereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und 2 die Kraftstofffördereinrichtung ausschnittsweise gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 und 2 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst eine Kraftstofffördereinrichtung mit wenigstens einer Kraftstoffhochdruckpumpe 10, durch die Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert wird, in dem beispielsweise ein Hochdruckspeicher 12 vorgesehen ist. Mit dem Hochdruckspeicher 12 ist wenigstens ein Injektor 14 verbunden, durch den Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Durch eine Förderpumpe 16 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 18 zur Kraftstoffhochdruckpumpe 10 gefördert. Die Förderpumpe 16 kann einen elektrischen Antrieb aufweisen oder mechanisch angetrieben werden, beispielsweise von der Kraftstoffhochdruckpumpe 10. Die Förderpumpe 16 kann wie in 1 dargestellt im Kraftstoffvorratsbehälter 18, in einer hydraulischen Leitung zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 18 oder wie in 1 mit gestrichelten Linien dargestellt und mit 16a bezeichnet an der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 angeordnet sein. Die wenigstens eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird von der Brennkraftmaschine angetrieben.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist wenigstens ein Pumpenelement 20 auf, das jeweils einen Pumpenzylinder 22 und einen im Pumpenzylinder 22 beweglichen Pumpenkolben 24 umfasst. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Gehäuse 26 auf, das mehrteilig ausgebildet sein kann und in dem in einem Innenraum 28 eine rotierend angetriebene Antriebswelle 30 um eine Drehachse 31 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 30 weist wenigstens einen Nocken 32 auf oder alternativ einen Exzenter. Die Antriebswelle 30 ist beispielsweise über zwei Lagerstellen, insbesondere Gletlagerstellen, im Pumpengehäuse 26 gelagert, wobei in Richtung der Drehachse 31 betrachtet beiderseits des Nockens 32 jeweils eine Lagerstelle vorgesehen ist. Der Pumpenkolben 24 wird durch den Nocken 32 oder Exzenter der Antriebswelle 30 zumindest mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 31 der Antriebswelle 30 angetrieben.
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Der Pumpenkolben 24 begrenzt mit seinem der Antriebswelle 14 abgewandten Ende im Pumpenzylinder 22 einen Pumpenarbeitsraum 34. Der Pumpenarbeitsraum 34 ist über ein in diesen hinein öffnendes Einlassrückschlagventil 36 mit einem von der Förderpumpe 16 herführenden Zulauf 38 verbindbar, über den der Pumpenarbeitsraum 34 beim radial nach innen zur Drehachse 31 der Antriebswelle 30 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 24 mit Kraftstoff befüllt wird. Der Pumpenarbeitsraum 34 weist außerdem über ein aus diesem heraus öffnendes Auslassrückschlagventil 40 eine Verbindung mit einem Ablauf 42 auf, der zum Hochdruckspeicher 12 führt und über den beim radial nach außen von der Drehachse 31 der Antriebswelle 30 weg gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 24 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 34 verdrängt wird. Der Pumpenkolben 24 stützt sich mittelbar über ein Element in Form eines Rollenstößels 44 am Nocken 32 der Antriebswelle 30 ab.
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In dem Zulauf 38 von der Förderpumpe 16 zum Einlassrückschlagventil 36 des wenigstens einen Pumpenelements 20 kann eine Kraftstoffzumesseinrichtung 46 vorgesehen sein, durch die die vom Pumpenelement 20 angesaugte und in den Hochdruckspeicher 12 geförderte Kraftstoffmenge bedarfsabhängig variabel eingestellt werden kann. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 46 kann beispielsweise als Proportionalventil ausgebildet sein, durch das unterschiedlich große Durchflussquerschnitte im Zulauf 38 eingestellt werden können. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 46 wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 48 angesteuert. Mit der Steuereinrichtung 48 ist ein Drucksensor 49 verbunden, durch den der Druck im Hochdruckspeicher 12 erfasst wird und durch die Steuereinrichtung 48 wird die Kraftstoffzumesseinrichtung 46 so angesteuert, dass der im Hochdruckspeicher 12 herrschende Druck zumindest im wesentlichen gleich einem Solldruck ist.
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Der Zulauf 38 von der Förderpumpe 16 zum wenigstens einen Pumpenelement 20 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 verlauft durch den Innenraum 28 des Pumpengehäuses 26, in dem der Antriebsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 angeordnet ist, der die Antriebswelle 30 mit deren Lagerstellen und den Rollenstößel 44 umfasst. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 46 ist vorzugsweise in dem Teil des Zulaufs 38 angeordnet, der zwischen dem Innenraum 28 und dem wenigstens einen Pumpenelement 20 verläuft. Von dem Teil des Zulaufs 38, der zwischen der Förderpumpe 16 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 46 verläuft, führt eine Entlastungsverbindung 50 zu einem Entlastungsbereich ab, beispielsweise zu einem Rücklauf 52 in den Kraftstoffvorratsbehälter 18 oder auf die Saugseite der Förderpumpe 16. Die Entlastungsverbindung 50 führt vorzugsweise vom Innenraum 28 oder von dem zwischen dem Innenraum 28 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 46 verlaufenden Teil des Zulaufs 38 ab. Die Entlastungsverbindung 50 wird durch ein Überdruckventil 54 gesteuert, das die Entlastungsverbindung 50 bei Erreichen von dessen Öffnungsdruck freigibt. Bei Verwendung einer elektrisch angetriebenen Förderpumpe 16, die im Kraftstoffvorratsbehälter 18 angeordnet ist, führt die Entlastungsverbindung 50 vorzugsweise wie in 1 mit durchgezogener Linie dargestellt und mit 50 bezeichnet in den Rücklauf 52 zum Kraftstoffvorratsbehälter 18. Wenn die Förderpumpe 16 mechanisch von der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 angetrieben ist führt die Entlastungsverbindung 50 vorzugsweise wie in 1 mit gestrichelter Linie dargestellt und mit 50a bezeichnet zur Saugseite der Förderpumpe 16a.
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Das Überdruckventil 54 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 56 auf, das in Öffnungsrichtung durch den im Zulauf 38 herrschenden Druck und in Schließrichtung durch eine vorgespannte Schließfeder 58 beaufschlagt ist. Die Schließfeder 58 ist in einem Raum 60 des Überdruckventils 54 angeordnet, der über eine Verbindung 62, in der vorzugsweise eine Drosselstelle 64 angeordnet ist, mit einem Entlastungsbereich verbunden ist, beispielsweise dem Rücklauf 52. Durch die Drosselstelle 64 werden Druckschwankungen im Raum 60 gedämpft, die das Öffnungs- und Schließverhalten des Überdruckventils 54 beeinflussen könnten. Der Öffnungsdruck des Überdruckventils 54 bestimmt das Druckniveau im Zulauf 38 und somit auch im Innenraum 28 des Pumpengehäuses 26. Der Antriebsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere auch die Lagerstellen der Antriebswelle 30, werden durch den Kraftstoff im Innenraum 28 geschmiert und gekühlt. Die Lagerstellen der Antriebswelle 30 sind mit einem Entlastungsbereich verbunden, beispielsweise dem Rücklauf 52 zum Kraftstoffvorratsbehälter 18. Die Lagerstellen werden dabei von Kraftstoff durchströmt, der aus dem Innenraum 28 des Pumpengehäuses 26 in den Rücklauf 52 strömt. Die Lagerstellen bilden dabei Drosselstellen in der Verbindung des Innenraums 28 mit dem Rücklauf, die in den 1 und 2 mit der Bezugszahl 66 bezeichnet sind. Die die Lagerstellen 66 durchströmende Kraftstoffmenge ist abhängig von der Differenz zwischen dem im Innenraum 28 herrschenden Druck und dem im Rücklauf 52 herrschenden Druck.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Öffnungsdruck des Überdruckventils 54 veränderlich ist, insbesondere abhängig vom Betriebszustand der Kraftstoffhochdruckpumpe. Bei einem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Kraftstofffördereinrichtung ist dabei vorgesehen, dass beispielsweise eine Abstützung 57 der Schließfeder 58 mittels eines Aktors 59, der beispielsweise ein Elektromagnet sein kann, verstellbar ist. Der Aktor 59 kann von der Steuereinrichtung 48 abhängig vom Betriebszustand der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 angesteuert werden. Als Betriebszustand der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 kann deren Belastung, insbesondere die von dieser geförderte Kraftstoffmenge berücksichtigt werden. Die Belastung entspricht dabei dem im Hochdruckspeicher 12 herrschenden Druck, das heißt bei hohem Druck im Hochdruckspeicher 12 liegt eine hohe Belastung der Kraftstoffhochdruckpumpe vor und bei geringem Druck eine geringe Belastung. Bei geringer Belastung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10, also geringer Fördermenge, kann der Öffnungsdruck des Überdruckventils 54 auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt werden, so dass im Innenraum 28 ein relativ niedriger Druck herrscht und entsprechend der relativ geringen Druckdifferenz zwischen Innenraum 28 und Rücklauf 52 nur eine relativ geringe Kraftstoffmenge die Lagerstellen 66 durchströmt. Bei hoher Belastung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10, also großer Fördermenge, kann der Öffnungsdruck des Überdruckventils 54 auf einen höheren Wert eingestellt werden, so dass im Innenraum 28 ein höherer Druck herrscht und entsprechend der größeren Druckdifferenz zwischen Innenraum 28 und Rücklauf 52 eine größere Kraftstoffmenge die Lagerstellen 66 durchströmt als bei geringer Belastung. Durch den erhöhten Öffnungsdruck des Überdruckventils 54 wird außerdem die Befüllung des wenigstens einen Pumpenelements 20 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 verbessert, so dass die Kraftstofffördermenge erhöht ist.
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In 2 ist die Kraftstofffördereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Aufbau grundsätzlich gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch die Ausbildung hinsichtlich der Veränderung des Öffnungsdrucks des Überdruckventils 154 abweichend ist. Der Raum 160 des Überdruckventils 154 ist als Steuerdruckraum ausgebildet, in dem ein abhängig von der Belastung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 veränderlicher Steuerdruck herrscht, der in Schließrichtung auf das Ventilglied 156 wirkt. Von dem wenigstens einen Injektor 14 führt ein Rücklauf 70 in einen Entlastungsbereich ab, der beispielsweise der Kraftstoffvorratsbehälter 12 sein kann. Der Injektorrücklauf 70 kann auch in den Rücklauf 52 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 münden. Der wenigstens eine Injektor 14 weist ein nicht dargestelltes Steuerventil auf, das von der Steuereinrichtung 46 angesteuert wird und durch das die Kraftstoffeinspritzung des Injektors 14 gesteuert wird, indem während der Kraftstoffeinspritzung Kraftstoff aus einem Steuerraum des Injektors 14 in den Injektorrücklauf 70 abgesteuert wird. Die in den Injektorrücklauf 70 abgesteuerte Kraftstoffmenge ist dabei abhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge, da mit zunehmender Kraftstoffeinspritzmenge das Steuerventil länger geöffnet ist und somit eine größere Kraftstoffmenge in den Injektorrücklauf 70 abgesteuert wird. Mit zunehmender Kraftstoffeinspritzmenge muss durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 auch eine größere Kraftstoffmenge in den Hochdruckspeicher 12 gefördert werden, so dass die Belastung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 proportional der Kraftstoffmenge ist, die durch den Injektorrrücklauf 70 strömt.
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Der Steuerdruckraum 160 des Überdruckventils 154 ist mit dem Injektorrücklauf 70 verbunden, wobei im Injektorrücklauf 70 stromabwärts von dessen Verbindung mit dem Steuerdruckraum 160 und stromaufwärts der Einmündung des Injektorrücklaufs 70 in den Rücklauf 52 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 eine Drosselstelle 72 vorgesehen ist. In der Verbindung des Injektorrücklaufs 70 mit dem Steuerdruckraum 160 kann die Drosselstelle 64 zur Dämpfung von Druckschwankungen vorgesehen sein. Durch die Drosselstelle 72 wird ein von der durch den Injektorrücklauf 70 strömenden Kraftstoffmenge abhängiger Druck im Steuerdruckraum 160 des Überdruckventils 154 erzeugt, wobei mit zunehmender Kraftstoffrücklaufmenge ein zunehmender Steuerdruck erzeugt wird und entsprechend ein höherer Öffnungsdruck des Überströmventils 154 eingestellt wird. Hierdurch wird außerdem die Befüllung des wenigstens einen Pumpenelements 20 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 verbessert.
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Die Drosselstelle 72 ist so ausgelegt, dass bei im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretender minimaler Kraftstoffdurchflussmenge im Injektorrücklauf 70 zumindest annähernd kein erhöhter Druck im Steuerdruckraum 160 des Überdruckventils 154 erzeugt wird und der Öffnungsdruck des Überdruckventils 154 durch die Vorspannung der Schließfeder 58 bestimmt ist. Die Drosselstelle 72 ist außerdem so ausgelegt, dass bei im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretender maximaler Kraftstoffdurchflussmenge im Injektorrücklauf 70 ein Druckanstieg im Steuerdruckraum 160 des Überdruckventils 154 um etwa 0,5 bis 2 bar bewirkt wird.
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Bei beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Kraftstofffördereinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Förderpumpe 16 einen elektrischen Antrieb aufweist, durch den die Förderpumpe 16 mit konstanter Drehzahl betrieben wird und somit eine etwa konstante Kraftstoffmenge fördert. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der elektrische Antrieb der Förderpumpe 16 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit variabler Drehzahl betrieben wird, so dass die von der Förderpumpe 16 geförderte Kraftstoffmenge veränderlich ist. Auch in diesem Fall ergibt sich durch die Erhöhung des Öffnungsdrucks der Überdruckventils 54 bzw. 154 eine Erhöhung des Drucks im Innenraum 28 des Pumpengehäuses 26. Der variable Öffnungsdruck des Überdruckventils 54 bzw. 154 ermöglicht eine Minimierung des Energiebedarfs für den elektrischen Antrieb der Förderpumpe 16, da sowohl Druck als auch Fördermenge minmiert sind.
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Die Förderpumpe 16 kann auch mechanisch angetrieben sein, insbesondere durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10, wobei die Förderpumpe 16 dann mit zunehmender Drehzahl der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 eine zunehmende Kraftstoffmenge fördert. Auch in diesem Fall ergibt sich durch die Erhöhung des Öffnungsdrucks der Überdruckventils 54 bzw. 154 eine Erhöhung des Drucks im Innenraum 28 des Pumpengehäuses 26.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005027851 A1 [0002]
