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Die Erfindung betrifft einen Niederdruckkreislauf für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Niederdruckkreislauf.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 101 48 222 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem eine Kraftstoffpumpe eine Fördermenge Kraftstoff aus einem Kraftstoffspeicher mit einem Vordruck zu einer Zumesseinheit pumpt, welche eine nachgeschaltete Hochdruckpumpe mit einer Kraftstoffmenge versorgt. Die Zumesseinheit wird dabei in Abhängigkeit einer Ansteuergröße eingestellt. Um die Belastung der Kraftstoffpumpe zu verringern und damit deren Lebensdauer zu erhöhen, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe ebenfalls in Abhängigkeit dieser Ansteuergröße erfolgt. Dadurch soll die Fördermenge der Kraftstoffpumpe derart beeinflusst werden, dass nur die für den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Kraftstoffmenge zuzüglich einer erforderlichen minimalen Kühlmenge gefördert wird. Durch die dynamische Anpassung der Fördermenge an den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine soll die mittlere Belastung der Kraftstoffpumpe verringert werden, was wiederum zu einer höheren Lebensdauer der Kraftstoffpumpe führen soll. Um einen Teil der Fördermenge der Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe zuzuführen, weist das zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzsystem einen Kühl- und Schmierstromzweig auf, welcher stromaufwärts der Zumesseinheit von einer Kraftstoffleitung, welche die Kraftstoffpumpe mit der Zumesseinheit verbindet, abzweigt.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorstehenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Niederdruckkreislauf für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, das einfach aufgebaut ist. Insbesondere soll auf die Anordnung einer Zumesseinheit zur Fördermengenregelung verzichtet werden. Die Fördermengenregelung soll stattdessen über eine geregelte Vorförderpumpe, insbesondere eine Elektrokraftstoffpumpe, erfolgen. Des Weiteren soll zur Steigerung der Robustheit der Hochdruckpumpe gewährleistet sein, dass stets eine ausreichende Kraftstoffmenge zur Schmierung und/oder Kühlung unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Hochdruckpumpe im Triebwerksraum vorhanden ist.
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Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben wir ein Niederdruckkreislauf für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen eines solchen Niederdruckkreislaufs sind in den Unteransprüchen angegeben. Des Weiteren wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorgeschlagene Niederdruckkreislauf umfasst eine Vorförderpumpe, insbesondere Elektrokraftstoffpumpe, mittels welcher Kraftstoff aus einem Kraftstofftank ansaugbar und über eine Kraftstoffleitung einer Hochdruckpumpe zuführbar ist. Zur Aufteilung der von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoffmenge in eine einem Triebwerksraum der Hochdruckpumpe zuzuführende Schmier- und/oder Kühlmenge und eine einem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe zuzuführende Fördermenge ist wenigstens eine weitere Leitung vorgesehen, welche von der Kraftstoffleitung abzweigt. Erfindungsgemäß ist in der Kraftstoffleitung ein 2/2-Wegeventil angeordnet, das in Offenstellung eine hydraulische Verbindung des Triebwerksraums mit dem Saugraum der Hochdruckpumpe bewirkt und in Schließstellung einen Nullförderbetrieb ermöglicht. Dabei ist im Nullförderbetrieb die Zuführung einer Mindestkraftstoffmenge in den Triebwerksraum zur Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe über die von der Kraftstoffleitung abzweigende Leitung sichergestellt. Das heißt, dass im Normalbetrieb das 2/2-Wegeventil geöffnet ist und der Pumpenarbeitsraum und der Triebwerksraum der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt werden. Der hydraulische Druck in beiden Räumen, d.h. im Pumpenarbeitsraum und im Triebwerksraum, liegt aufgrund der hydraulischen Verbindung über das 2/2-Wegeventils jeweils auf Zulaufdruckniveau. Dadurch ist eine optimale Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe gewährleistet. Bei Bedarf, d.h. zur Realisierung einer Nullförderung, schließt das Ventil, so dass die hydraulische Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum und dem Triebwerksraum der Hochdruckpumpe unterbrochen ist. Ist der Triebwerksraum über eine weitere Leitung stromaufwärts des Ventils an die Kraftstoffleitung angeschlossen, wird durch das Schließen des Ventils lediglich der Strömungsweg des Kraftstoffs zum Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe unterbrochen. Über die Kraftstoffleitung und die weitere Leitung gelangt jedoch weiterhin Kraftstoff in den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe. Der hydraulische Druck im Triebwerksraum ist dabei über die Fördermenge der Vorförderpumpe einstellbar. Die Fördermenge ist vorzugsweise derart eingestellt, dass eine zur Sicherstellung einer Mindestschmierung und/oder -kühlung erforderliche Kraftstoffmenge in den Triebwerksraum gelangt. In Schließstellung des Ventils kann jedoch auch der Strömungsweg des Kraftstoffs zum Triebwerksraum der Hochdruckpumpe unterbrochen sein. Eine Mindestschmierung bzw. -kühlung wird dann über eine von der Kraftstoffleitung abzweigende Leitung sichergestellt, welche das Ventil umgeht.
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Durch den Einsatz einer geregelten Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe, welche zugleich die Funktion der Fördermengenregelung zu übernehmen vermag, ist die Anordnung einer Zumesseinheit entbehrlich. Dadurch wird der Aufbau des Niederdruckkreislaufes vereinfacht, da ein Bauteil entfällt. Zugleich kommt zwar ein neues Bauteil in Form des 2/2-Wegeventils hinzu, dieses kann jedoch deutlich einfacher aufgebaut sein als eine Zumesseinheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das 2/2-Wegeventil hydraulisch steuerbar. Die zur Steuerung des 2/2-Wegeventils erforderliche Kraftstoffmenge ist dabei über eine von der Kraftstoffleitung abzweigende Leitung direkt oder indirekt einem Steuerraum des 2/2-Wegeventils zuführbar. Das 2/2-Wegeventil benötigt demnach keine elektrischen Anschlüsse oder Kontaktierungen und ist somit einfach aufgebaut und einfach in den Niederdruckkreislauf integrierbar. Ein solches Ventil erweist sich zudem als wenig schadensanfällig, so dass die Robustheit des Systems gesteigert werden kann.
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Vorzugsweise wird der Steuerraum des 2/2-Wegeventils von einem verschiebbaren Ventilelement begrenzt, das an seinem dem Steuerraum abgewandten Ende von der Druckkraft einer Feder beaufschlagt wird. Die Druckkraft der Feder wirkt vorzugsweise in Schließrichtung, d.h., dass zum Öffnen des Ventils der hydraulische Druck im Steuerraum derart erhöht werden muss, dass die in Schließrichtung wirkende Druckkraft der Feder überwunden wird. Über die Federkraft ist demnach der Öffnungsdruck des 2/2-Wegeventils einstellbar. Das verschiebbare Ventilelement kann beispielsweise als Ventilschieber ausgebildet sein, welcher in Offenstellung im Wesentlichen druck- bzw. kraftausgeglichen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Feder in einem Federraum aufgenommen, welcher zur Abführung einer Leckagemenge an eine Rücklaufleitung angeschlossen ist. Der hydraulische Druck im Federraum entspricht demnach bevorzugt dem Rücklaufdruck. Bei Bedarf kann der hydraulische Druck im Federraum jedoch auch auf einen anderen Druck ausgelegt werden. Der hydraulische Druck im Federraum bewirkt neben der Druckkraft der Feder eine weitere in Schließrichtung wirkende Kraft, die es beim Öffnen des Ventils zu überwinden gilt.
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Wie bereits erwähnt kann das 2/2-Wegeventil im Strömungsweg der dem Saugraum zuzuführenden Fördermenge oder im Strömungsweg der dem Triebwerksraum zuzuführenden Schmier- und/oder Kühlmenge angeordnet sein. Die Anbindung des jeweils anderen Raums erfolgt dann stromaufwärts des 2/2-Wegeventils über eine von der Kraftstoffleitung abzweigende weitere Leitung.
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Im Fall, dass das 2/2-Wegeventil im Strömungsweg der dem Saugraum zuzuführenden Fördermenge angeordnet ist, ist der Triebwerksraum stromaufwärts des 2/2-Wegeventils über eine abzweigende Leitung an die Kraftstoffleitung angeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass in Schließstellung des 2/2-Wegeventils weiterhin eine Versorgung des Triebwerksraums mit Kraftstoff durch die Vorförderpumpe gewährleistet ist.
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Im Fall, dass das 2/2-Wegeventil im Strömungsweg der dem Triebwerksraum der Hochdruckpumpe zuzuführenden Schmier- und/oder Kühlmenge angeordnet ist, ist der Pumpenarbeitsraum stromaufwärts des 2/2-Wegeventils über eine abzweigende Leitung an die Kraftstoffleitung angeschlossen. In Schließstellung des 2/2-Wegeventils ist demnach die hydraulische Verbindung des Triebwerksraums mit der Vorförderpumpe über die Kraftstoffleitung unterbrochen. Eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe ist dann über eine weitere von der Kraftstoffleitung abzweigende Leitung sichergestellt. Die weitere abzweigende Leitung dient demnach als Bypass-Leitung, mittels welcher das 2/2-Wegeventil umgangen werden kann. Somit ist auch in Schließstellung des Ventils eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe gewährleistet.
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Eine weiterbildende Maßnahme sieht vor, dass in der weiteren von der Kraftstoffleitung abzweigenden Leitung zur Umgehung des 2/2-Wegeventils eine Drossel angeordnet ist. Die Drossel soll der Übertragung von Druckpulsationen aus dem Triebwerksraum in den Pumpenarbeitsraum entgegen wirken, da ansonsten die Gefahr eines ungewollten Öffnens des Saug- bzw. Einlassventils der Hochdruckpumpe besteht. Denn über die Bypass-Leitung bleiben der Triebwerksraum und der Pumpenarbeitsraum auch in Schließstellung des 2/2-Wegeventils weiterhin hydraulisch verbunden. Durch die in der Bypass-Leitung angeordnete Drossel werden die Druckpulsationen im Triebwerksraum jedoch soweit abgeschwächt, dass es nicht mehr zu einem ungewollten Öffnen des Einlassventils kommen kann.
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Weiterhin bevorzugt ist der Triebwerksraum der Hochdruckpumpe an eine Rücklaufleitung angeschlossen. Die an den Triebwerksraum angeschlossene Rücklaufleitung ermöglicht die Rückführung der dem Triebwerksraum zugeführten Schmier- und/oder Kühlmenge. Bevorzugt ist die Rücklaufleitung an den Kraftstofftank angeschlossen, so dass der Niederdruckkreislauf durch die Rücklaufleitung geschlossen wird. Weiterhin bevorzugt ist in der Rücklaufleitung ein drosselndes Element, beispielsweise eine Drossel oder ein Überströmventil, angeordnet. Mittels des drosselnden Elementes kann die Rücklaufmenge gestaut werden, so dass der hydraulische Druck im Triebwerksraum der Hochdruckpumpe angehoben wird. Dadurch wird die Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe weiter optimiert.
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Weiterhin wird zur Lösung der Eingangs gestellten Aufgaben ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem vorgeschlagen, das einen erfindungsgemäßen Niederdruckkreislauf umfasst. Ferner umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem eine Hochdruckpumpe zur Hochdruckförderung, einen Hochdruckspeicher zur Speicherung des auf Hochdruck geförderten Kraftstoffs sowie wenigstens ein an den Hochdruckspeicher angeschlossenes Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung des auf Hochdruck geförderten Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Über den Niederdruckkreislauf des Kraftstoffeinspritzsystems ist stets eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe in allen Betriebszuständen sichergestellt, da über das im Strömungsweg des Kraftstoffs angeordnete 2/2-Wegeventil eine Verbindung des Triebwerksraums der Hochdruckpumpe mit der Vorförderpumpe und/oder dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe bedarfsgerecht geöffnet oder geschlossen werden kann. Im Normalbetrieb ist das Ventil geöffnet und der Druck im Triebwerksraum liegt auf Zulaufdruckniveau. Dadurch ist eine optimale Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe, insbesondere der Lagerstellen der Antriebswelle der Hochdruckpumpe, gewährleistet. Der Druck im Triebwerksraum bewirkt einen Leckagestrom, der über die Lagerstellen der Antriebswelle einer Rücklaufleitung zugeführt wird. In Schließstellung des 2/2-Wegeventils ist die Verbindung des Triebwerksraums zur Vorförderpumpe bzw. zum Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe unterbrochen und die Versorgung mit einer Mindestkraftstoffmenge zur Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe zugleich über eine Abzweigleitung sichergestellt. Ist die Abzweigleitung als das 2/2-Wegeventil umgehende Bypass-Leitung ausgebildet, ist bevorzugt über eine in der Abzweigleitung angeordnete Drossel sichergestellt, dass Druckpulsationen aus dem Triebwerksraum nicht in den Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe übertragen werden. Wird über die Abzweigleitung zugleich eine Steuermenge dem 2/2-Wegeventil zugeführt, ist die Drossel vorzugsweise zwischen dem Triebwerksraum und dem Steuerraum des Ventils angeordnet. Dadurch wird ferner eine Übertragung etwaiger Druckpulsationen in den Steuerraum unterbunden. Sofern die Steuermenge über eine separate Abzweigleitung dem Ventil zugeführt wird, welche in Verbindung mit dem Triebwerksraum steht, erfolgt die Anordnung der Drossel vorzugsweise in der zum Steuerraum des Ventils führenden Abzweigleitung.
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Gleichwohl mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem vorzugsweise Diesel in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, kann der zuvor beschriebene erfindungsgemäße Niederdruckkreislauf in allen Pumpenanordnungen eingesetzt werden, die ohne Zumesseinheit oder gesteuertes Saugventil mengengeregelt betrieben werden. Die Vorförderpumpe der Pumpenanordnung kann dabei an der Hochdruckpumpe montiert oder über Schlauchleitungen mit der Hochdruckpumpe verbunden sein. Als mengengeregelte Vorförderpumpe findet vorliegend bevorzugt eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe Einsatz.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems und
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Bestandteil der in den 1 und 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzsysteme ist jeweils ein Niederdruckkreislauf, welcher einen Kraftstofftank 1 zur Bevorratung des Kraftstoffs sowie eine Vorförderpumpe 2 umfasst, mittels welcher der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 einer Hochdruckpumpe 4 zuführbar ist. Die Hochdruckpumpe 4 weist einen Triebwerksraum 5 sowie einen Pumpenarbeitsraum 6 auf, welche beide mit Kraftstoff versorgt werden müssen. Von einer Kraftstoffleitung 3 zweigt daher wenigstens eine weitere Leitung 7, 8 ab, so dass eine Teilung der Kraftstoffmenge in eine Förder- und eine Schmier- und/oder Kühlmenge möglich ist. Die Fördermenge wird dem Pumpenarbeitsraum 6 der Hochdruckpumpe 4 und die Schmier- bzw. Kühlmenge dem Triebwerksraum 5 der Hochdruckpumpe 4 zugeführt. Um die Rückführung der Schmier und/oder Kühlmenge in den Niederdruckkreislauf zu ermöglichen, ist der Triebwerksraum 5 ferner an eine Rücklaufleitung 16 angeschlossen, welche vorzugsweise – wie in der 1 dargestellt – direkt in den Kraftstofftank 1 des Niederdruckkreislaufes mündet. Im Ausführungsbeispiel der 2 wird die Rücklaufmenge einem Kraftstofftank 1‘ zugeführt, welcher zum Schließen des Kreislaufs mit dem Kraftstofftank 1 verbindbar ist. Die dem Pumpenarbeitsraum 6 der Hochdruckpumpe 4 zugeführte Fördermenge gelangt über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 20 in den Pumpenarbeitsraum eines Pumpenelementes, in welchem der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert und danach über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 21 einem Hochdruckspeicher 18 zugeführt wird. An dem Hochdruckspeicher 18 ist wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil 19 angeschlossen, mittels dessen der Kraftstoff im Brennraum einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) einspritzbar ist.
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Beide Systeme der 1 und 2 weisen ein im Strömungsweg des Kraftstoffs angeordnetes 2/2-Wegeventil 9 auf, über welches eine hydraulische Verbindung des Triebwerksraums 5 mit dem Pumpenarbeitsraum 6 der Hochdruckpumpe 4 herstellbar ist. Das 2/2-Wegeventil 9 weist hierzu ein verschiebbares Ventilelement 11 auf, das mit einer ersten Stirnfläche einen Steuerraum 10 begrenzt, welcher über eine von der Kraftstoffleitung 3 abzweigende weitere Leitung 8 mit Kraftstoff versorgt wird. Die dem Steuerraum 10 abgewandte zweite Stirnfläche des verschiebbaren Ventilelementes 11 wird von der Druckkraft einer Feder 12 beaufschlagt, welche in einem Federraum 13 aufgenommen ist. Der Federraum 13 ist zur Abführung einer Leckagemenge über eine Rücklaufleitung 14 an den Kraftstofftank 1 bzw. 1‘ angeschlossen. Im Federraum 13 liegt somit im Wesentlichen der Rücklaufdruck vor.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ist in der abzweigenden Leitung 8, über welche dem Steuerraum 10 Kraftstoff zugeführt wird, eine Drossel 15 angeordnet, mit welcher eine Übertragung von Druckpulsationen aus dem Triebwerksraum 5 in den Steuerraum 10 entgegengewirkt wird. Denn bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das 2/2-Wegeventil 9 im Strömungsweg der dem Pumpenarbeitsraum 6 der Hochdruckpumpe 4 zuzuführenden Fördermenge angeordnet. Der Anschluss des Triebwerksraums 5 der Hochdruckpumpe erfolgt dagegen stromaufwärts des 2/2-Wegeventils 9 über eine weitere von der Kraftstoffleitung 3 abzweigende Leitung 7. Über die Leitungen 7, 8 könnten demnach Druckpulsationen aus dem Triebwerksraum in den Steuerraum übertragen werden. Dies wird jedoch durch die Anordnung der Drossel 15 in der Leitung 8 unterbunden. Ein weiteres drosselndes Element 17 ist in der Rücklaufleitung 16 angeordnet. Das drosselnde Element 17 bewirkt eine Erhöhung des hydraulischen Drucks im Triebwerksraum 5. Die Anordnung eines drosselnden Elementes 17 in der Rücklaufleitung 16 ist somit vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich. Auf die Anordnung eines drosselnden Elementes 17 in der Rücklaufleitung 16 kann demnach auch verzichtet werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 ist das 2/2-Wegeventil 9 im Strömungsweg einer dem Triebwerksraum 5 der Hochdruckpumpe 4 zuzuführenden Schmier- und/oder Kühlmenge angeordnet. Der Anschluss des Pumpenarbeitsraums 6 der Hochdruckpumpe 4 erfolgt demgegenüber stromaufwärts des Ventils 9 über eine von der Kraftstoffleitung 3 abzweigende Leitung 7. Um eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe 4 sicherzustellen, ist der Triebwerksraum 5 über eine weitere Leitung 8 an die Kraftstoffleitung 3 angeschlossen, welche das Ventil 9 umgeht. Die weitere Leitung 8 ist demnach als Bypass-Leitung ausgebildet. Von der Bypass-Leitung 8 zweigt eine weitere Leitung ab, über welche der Steuerraum 10 des 2/2-Wegeventils 9 an die Kraftstoffversorgung angeschlossen ist. Um die Übertragung von Druckpulsationen aus dem Triebwerksraum 5 in den Steuerraum 10 des Ventils 9 zu unterbinden, ist wiederum eine Drossel 15 in der Leitung 8 angeordnet. Die Drossel 15 ist hierzu stromabwärts der abzweigenden Steuerleitung angeordnet. Die Drossel 15 vermag auf diese Weise einer Übertragung von Druckpulsationen aus dem Triebwerksraum 5 sowohl in den Pumpenarbeitsraum 6, als auch in den Steuerraum 10 entgegen zu wirken.
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In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen werden jeweils die von der Kraftstoffleitung 3 abzweigenden Leitungen 7 und 8 an einer gemeinsamen Kreuzungsstelle mit der Kraftstoffleitung 3 zusammengeführt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Abzweige können auch in Strömungsrichtung des Kraftstoffs nacheinander angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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