DE10205187A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe (12) auf, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (10) zur Saugseite einer Hochdruckpumpe (14) gefördert wird, wobei die Hochdruckpumpe (14) abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine Kraftstoff in einen Speicher (16) fördert. Es ist eine Kraftstoffmeßeinrichtung (44) zur Einstellung der durch die Hochdruckpumpe (14) in den Speicher (16) geförderten Kraftstoffmenge vorgesehen. Zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) ist ein elektrisch betätigtes Absperrventil (46) angeordnet, durch das die Hochdruckpumpe (14) vollständig von der Förderpumpe (12) trennbar ist. Mittels des Absperrventils (46) kann auch bei nicht vollständig abdichtender Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) erreicht werden, daß durch die Hochdruckpumpe (14) kein Kraftstoff gefördert wird.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE 198 53 103 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe gefördert wird, wobei die Hochdruckpumpe Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher fördert. Weiterhin ist eine Kraftstoffzumeßeinrichtung vorgesehen, die zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung dient zur Steuerung der durch die Hochdruckpumpe in den Speicher geförderten Kraftstoffmenge abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung umfaßt einen Aktor in Form eines Elektromagneten und ein durch diesen betätigtes Regelventil, das ein schieberförmiges Ventilglied aufweist, das durch einen Anker des Elektromagneten gegen eine Rückstellfeder bewegbar ist. Das Ventilglied steuert in Zusammenwirkung mit einer Ablauföffnung des Ventilgehäuses über seinen Außenmantel hubabhängig einen Durchflußquerschnitt von der Förderpumpe zur Hochdruckpumpe. In einer Schließstellung des Ventilglieds befindet sich dieses mit seinem Außenmantel in Überdeckung mit der Ablauföffnung, so daß der Durchflußquerschnitt vollständig verschlossen wird. Da das Ventilglied in der Zylinderbohrung des Ventilgehäuses jedoch verschiebbar sein muß ist zwischen dessen Außenmantel und der Zylinderbohrung ein geringer Spalt vorhanden, durch den eine Leckmenge an Kraftstoff hindurchtreten und über die Ablauföffnung zur Hochdruckpumpe gelangen kann, auch wenn aufgrund der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise im Schubbetrieb, durch die Hochdruckpumpe kein Kraftstoff gefördert werden soll. Es sind daher Maßnahmen erforderlich, um diese Leckmenge an Kraftstoff abzuführen, so daß diese nicht zur Hochdruckpumpe gelangen kann. Hierzu ist eine Bypassverbindung vom Auslaß der Förderpumpe zum Kraftstoffvorratsbehälter vorgesehen, in der eine Drosselstelle angeordnet ist. Hierdurch wird der Aufbau und die Fertigung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufwendig.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Absperrventil auf einfache Weise erreicht werden kann, daß durch die Hochdruckpumpe kein Kraftstoff mehr gefördert wird.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist eine ausreichende Schmierung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe sichergestellt auch wenn diese keinen Kraftstoff fördert.
    • Zeichnung
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gemäß einem ersten Ausführungbeispiel und Fig. 2 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Das Kraftfahrzeug weist einen Kraftstoffvorratsbehälter 10 auf, in dem Kraftstoff für den Betrieb der Brennkraftmaschine bevorratet ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 12 auf, durch die Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 zu einer Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 14 fördert Kraftstoff in einen Speicher 16, der beispielsweise rohrförmig oder in beliebiger anderer Form ausgebildet sein kann. Vom Speicher 16 führen Leitungen 18 zu an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordneten Injektoren 20 ab. An den Injektoren 20 ist jeweils ein elektrisches Steuerventil 22 angeordnet, durch das eine Öffnung der Injektoren gesteuert wird, um so eine Kraftstoffeinspritzung durch den jeweiligen Injektor 20 zu bewirken oder eine Kraftstoffeinspritzung zu verhindern. Die Steuerventile 22 werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 23 angesteuert, durch die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Temperatur und weiteren, der Zeitpunkt und die Dauer der Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 20 bestimmt wird. Von den Injektoren 20 führt ein Rücklauf für nicht verbrauchten Kraftstoff zumindest mittelbar beispielsweise über eine für alle Injektoren gemeinsame Leitung 24 in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurück. Vom Speicher 16 kann ebenfalls eine Leitung 26 zum Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurückführen, in der ein Druckbegrenzungsventil 28 angeordnet ist, um zu verhindern, daß sich im Speicher 16 ein unzulässig hoher Druck aufbaut.
  • Die Hochdruckpumpe 14 wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine und damit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Förderpumpe 12 kann ebenfalls mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei für die Hochdruckpumpe 14 und die Förderpumpe 12 eine gemeinsame Antriebswelle vorgesehen sein kann. Die Förderpumpe 12 kann alternativ auch beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb aufweisen.
  • Die Hochdruckpumpe 14 kann als Radialkolbenpumpe ausgebildet sein und weist mehrere, beispielsweise drei mit gleichmäßigem Winkelabstand voneinander angeordnete Pumpenelemente 30 auf, die jeweils einen durch einen Polygon 32 in Verbindung mit einer Exzenterwelle in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben 34 aufweisen, die jeweils einen Pumpenarbeitsraum 36 begrenzen. In den Verbindungen der Pumpenarbeitsräume 36 mit dem Speicher 16 ist jeweils ein zum Speicher 16 hin öffnendes Rückschlagventil 38 angeordnet, durch das die Trennung zwischen den Pumpenarbeitsräumen 36 und dem Speicher 16 beim Saughub der Pumpenkolben 34 erfolgt. In den Verbindungen der Pumpenarbeitsräume 36 mit der Förderpumpe 12 ist jeweils ein zu den Pumpenarbeitsräumen 36 hin öffnendes Rückschlagventil 39 angeordnet, durch das die Trennung zwischen den Pumpenarbeitsräumen 36 und der Förderpumpe 12 beim Förderhub der Pumpenkolben 34 erfolgt. Während eines jeweiligen Saughubs der Pumpenkolben 34, wenn diese sich radial nach innen bewegen, sind die Pumpenarbeitsräume 36 bei geöffneten Rückschlagventilen 39 mit dem Auslaß der Förderpumpe 12 verbunden und werden mit Kraftstoff befüllt, wobei die Pumpenarbeitsräume 36 durch die geschlossenen Rückschlagventile 38 vom Speicher 16 getrennt sind. Während eines jeweiligen Förderhubs der Pumpenkolben 34, wenn diese sich radial nach außen bewegen, sind die Pumpenarbeitsräume 36 bei geöffneten Rückschlagventilen 38 mit dem Speicher 16 verbunden und durch die geschlossenen Rückschlagventile 39 vom Auslaß der Förderpumpe 12 getrennt.
  • Zwischen der Förderpumpe 12 und dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 sind vorzugsweise ein oder mehrere Filter angeordnet. Es kann beispielsweise ausgehend vom Kraftstoffvorratsbehälter 10 zunächst ein Grobfilter 40 und diesem nachgeordnet ein Feinfilter 42 vorgesehen sein, wobei der Feinfilter 42 zusätzlich einen Wasserabscheider aufweisen kann.
  • Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist außerdem eine Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 auf, die bei einem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel zwischen der Förderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 angeordnet ist. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 weist ein durch einen elektrischen Aktor 45, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor, betätigtes Regelventil 46 auf, durch das der Durchfluß von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 kontinuierlich verstellbar ist. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 23 angesteuert, in der Weise, daß der Hochdruckpumpe 14 eine definierte Kraftstoffmenge zugeführt wird, die dann wiederum durch die Hochdruckpumpe 14 unter Hochdruck in den Speicher 16 gefördert wird, um im Speicher 16 einen vorgegebenen, von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Druck aufrechtzuerhalten. Am Speicher 17 ist dabei ein Drucksensor 17 angeordnet, der mit der Steuereinrichtung 23 verbunden ist, die somit Signale über den tatsächlichen Druck im Speicher 16 erhält und die die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 derart ansteuert, daß der Durchfluß von Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 14 so eingestellt wird, daß der vorgegebene Druck im Speicher 16 erreicht wird.
  • Zwischen dem Auslaß der Förderpumpe 12 und der Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 ist ein elektrisch betätigtes Absperrventil 46 angeordnet, durch das die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 und damit die Hochdruckpumpe 14 vollständig von der Förderpumpe trennbar ist. Das Absperrventil 46 ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet, das zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Schaltstellung umschaltbar ist. Das Absperrventil 46 weist einen Aktor 48 auf, der beispielsweise ein Elektromagnet oder ein Piezoaktor sein kann, und der durch die Steuereinrichtung 23 angesteuert wird. Wenn aufgrund bestimmter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise im Schubbetrieb, durch die Hochdruckpumpe 14 kein Kraftstoff in den Speicher 16 gefördert werden soll, so wird durch die Steuereirichtung 23 das Absperrventil 46 in seine geschlossene Schaltstellung gebracht. Wenn durch die Hochdruckpumpe 14 Kraftstoff in den Speicher 16 gefördert werden soll, so wird durch die Steuereinrichtung 23 das Absperrventil 46 in seine geöffnete Schaltstellung gebracht und durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 der Durchfluß von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 geregelt. Das Absperrventil 46 kann alternativ auch zwischen der Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 und der Hochdruckpumpe 14 angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Funktion des Absperrventils 46 ist dabei gleich wie vorstehend beschrieben. Dadurch, daß mittels des Absperrventils 46 der Durchfluß von Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 14 vollständig gesperrt werden kann, können die Rückschlagventile 39 der Pumpenelemente 30 derart ausgelegt sein, daß diese bereits bei einem geringen Druck öffnen. Dies ermöglicht eine gute Befüllung der Pumpenarbeitsräume 36 beim Saughub der Pumpenkolben 34 und einen guten Liefergrad der Hochdruckpumpe 14.
  • Es kann vorgesehen sein, daß parallel zur Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 vom Auslaß der Förderpumpe 12 eine Verbindung 50 zu einem Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 geführt ist. Der Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 ist dabei durch die Exzenterwelle mit dem Polygon sowie den auf diesem ablaufenden Pumpenkolben 34 gebildet. Durch die Verbindung 50 wird dem Antriebsbereich Kraftstoff zugeführt, der zur Schmierung dient. Die Verbindung 50 wird durch ein Druckventil 52 gesteuert. Wenn durch die Förderpumpe 12 der vorgegebene Öffnungsdruck des Druckventils 52 überschritten wird, so öffnet das Druckventil 52 und gibt die Verbindung 50 frei, so daß Kraftstoff in den Antriebsbereich gelangt und dort eine ausreichende Schmierung sicherstellt. Das Druckventil 52 weist außerdem einen Leckanschluß 53 auf, durch den eine eventuell vorhandene Leckage von Kraftstoff zur Saugseite der Förderpumpe 12 zurückgeführt wird. Stromabwärts nach dem Druckventil 52 ist eine Drosselstelle 54 in der Verbindung 50 vorgesehen, durch die der Durchfluß durch die Verbindung 50 begrenzt wird, damit nicht zu viel an Kraftstoffmenge zum Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 abgezweigt wird. Beim Starten der Brennkraftmaschine wird durch die Förderpumpe 12 und die drehzahlabhängig angetriebene Hochdruckpumpe 14zunächst nur eine geringe Kraftstoffmenge gefördert, die für den Druckaufbau im Speicher 16 und die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird. Hierbei ist das Druckventil 52 geschlossen, so daß keine Kraftstoffmenge für die Schmierung der Hochdruckpumpe 14 abgezweigt wird, sondern die gesamte von der Förderpumpe 12 geförderte Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird. Durch das Druckventil 52 und die Drosselstelle 54 ist außerdem eine Entlüftung ermöglicht, falls durch die Förderpumpe 12 zunächst Luft gefördert wird. Parallel zum Druckventil 52 kann in der Verbindung 50 eine weitere Drosselstelle 56 vorgesehen sein, über die der Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 eine ständig geöffnete Verbindung mit der Förderpumpe 12 aufweist.
  • Wenn durch die Hochdruckpumpe 14 bei geschlossenem Absperrventil 46, beispielsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, kein Kraftstoff gefördert wird, so kann durch die Förderpumpe 12 weiterhin Kraftstoff gefördert werden, der über das geöffnete Druckventil 52 und/oder die weitere Drosselstelle 56 dem Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 zu dessen Schmierung zugeführt wird.
  • In Fig. 2 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 ist dabei zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 und der Förderpumpe 12 angeordnet. Das Absperrventil 46 ist zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 und der Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 angeordnet und ansonsten gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Alternativ kann das Absperrventil 46 wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, auch zwischen der Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 und der Förderpumpe 12 angeordnet sein. Wenn durch die Hochdruckpumpe 14 kein Kraftstoff gefördert werden soll, so wird das Absperrventil 46 durch die Steuereinrichtung 23 in seine geschlossene Schaltstellung gebracht. In diesem Fall wird auch durch die Förderpumpe 12 kein Kraftstoff mehr gefördert, so daß eine Schmierung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe 14 auf andere Weise sichergestellt sein muß, beispielsweise indem der Rücklauf 24 der Injektoren 20 in den Antriebsbereich geleitet wird.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (12), durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (10) zur Saugseite einer Hochdruckpumpe (14) gefördert wird, wobei die Hochdruckpumpe (14) abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine Kraftstoff in einen Speicher (16) fördert, mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) zur Einstellung der durch die Hochdruckpumpe (14) in den Speicher (16) geförderten Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) ein elektrisch betätigtes Absperrventil (46) angeordnet ist, durch das die Hochdruckpumpe (14) vollständig von der Förderpumpe (12) trennbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (46) als 2/2- Wegeventil ausgebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) angeordnet ist und daß das Absperrventil (46) in Reihe mit der Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) zwischen dieser und der Förderpumpe (12) oder zwischen der Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) und der Hochdruckpumpe (14) angeordnet ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (14) einen Antriebsbereich (32) aufweist, der zu dessen Schmierung eine parallel zur Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) und zum Absperrventil (46) verlaufende Verbindung (50) mit dem Auslaß der Förderpumpe (12) aufweist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (50) des Antriebsbereichs (32) mit der Förderpumpe (12) durch ein zum Antriebsbereich (32) hin öffnendes Druckventil (52) gesteuert wird.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (50) des Antriebsbereichs (32) mit der Förderpumpe (12) wenigstens eine Drosselstelle (54; 56) vorgesehen ist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) zwischen der Förderpumpe (12) und dem Kraftstoffvorratsbehälter (10) angeordnet ist und daß das Absperrventil (46) in Reihe mit der Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) zwischen dieser und dem Kraftstoffvorratsbehälter (10) oder zwischen der Kraftstoffzumeßeinrichtung (44) und der Förderpumpe (12) angeordnet ist.
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