Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 1.
-
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist aus der
Literatur, beispielsweise Dieselmotor-Management, Verlag
Vieweg, 2. Auflage 1998, Seite 262, bekannt. Diese
Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe
auf, durch die Kraftstoff in einen Speicher gefördert wird.
Durch eine Förderpumpe wird Kraftstoff aus einem
Kraftstoffvorratsbehälter zur Saugseite der Hochdruckpumpe
gefördert. Mit dem Speicher sind an Zylindern der
Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren verbunden, durch
die Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Von den Injektoren führt ein Rücklauf für nicht
eingespritzten Kraftstoff in den Kraftstoffvorratsbehälter
ab. Von der Hochdruckpumpe führt ebenfalls ein Rücklauf für
Kraftstoff, beispielsweise für durch Leckage oder bei der
Schmierung des Antriebs der Hochdruckpumpe abzuführenden
Kraftstoff zum Kraftstoffvorratsbehälter ab. Weiterhin ist
ein Druckregelventil vorgesehen, das elektrisch betätigt
ist, und durch das Kraftstoff aus dem Speicher über einen
Ablauf in den Kraftstoffvorratsbehälter abgesteuert werden
kann. Die Rückläufe von den Injektoren und von der
Hochdruckpumpe sowie der Ablauf von der Hochdruckpumpe sind
dabei zu einer Rücklaufleitung zum Kraftstoffvorratsbehälter
zusammengefaßt. Mittels des Druckregelventils kann
beispielsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, wenn
keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, der Druck im Speicher
reduziert werden. Mittels des Druckregelventils kann der
Druck im Speicher auch im gesamten Betriebsbereich der
Brennkraftmaschine geregelt werden, wobei insbesondere im
Leerlauf der Brennkraftmaschine eine große Kraftstoffmenge
aus dem Speicher abgesteuert werden muß. Die von den
Injektoren zurückgeführte Kraftstoffmenge schwankt ebenfalls
stark und hängt vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
ab. Im Leerlauf der Brennkraftmaschine wird eine große
Kraftstoffmenge zurückgeleitet, da die eingespritzte
Kraftstoffmenge gering ist, und bei hoher Last wird eine
geringe Kraftstoffmenge zurückgeleitet, da die eingespritzte
Kraftstoffmenge groß ist. Außerdem steigt der Druck in der
Rücklaufleitung im Schubbetrieb oder im Leerlauf der
Brennkraftmaschine durch die Absteuerung von Kraftstoff
mittels des Druckregelventils an, was wiederum zur Folge
haben kann, daß wenn die Brennkraftmaschine nicht mehr im
Schubbetrieb oder Leerlauf arbeitet, durch die Injektoren
eine zu große Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Insgesamt
ist es daher bei der bekannten
Kraftstoffeinspritzeinrichtung schwierig eine optimale
Auslegung des Rücklaufs zur Erzielung eines definierten
Druckniveaus zu ermitteln, um den Einfluß von
Druckschwankungen zu begrenzen und eine optimale Funktion
sicherzustellen.
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den
Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß
durch die Zusammenführung der Rückläufe der Injektoren und
der Hochdruckpumpe zu einer gemeinsamen Rücklaufleitung mit
einer Drosselstelle und der Mündung dieser Rücklaufleitung
nach dem Druckregelventil der Einfluß von Druckschwankungen
infolge der Schwankungen der Rücklaufmenge von den
Injektoren verringert werden kann. Außerdem kann die
Drosselstelle für die Injektoren und die Hochdruckpumpe
optimal ausgelegt werden und die durch das Druckregelventil
abgesteuerte Kraftstoffmenge braucht hierbei nicht
berücksichtigt zu werden.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Durch die
Ausbildung gemäß Anspruch 4 kann eine Kühlung des
Druckregelventils erreicht werden, da dieses ständig von der
Rücklaufmenge der Injektoren und der Hochdruckpumpe
durchströmt ist.
Zeichnung
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs in schematischer Darstellung, Fig. 2
einen Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß
einer modifizierten Ausführung und Fig. 3 einen Ausschnitt
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer weiteren
modifizierten Ausführung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs
dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine
selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder
mehrere Zylinder auf. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
weist eine Förderpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff aus
einem Kraftstoffvorratsbehälter 12 zur Saugseite einer
Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 14 wird
mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Die
Förderpumpe 10 ist an der Hochdruckpumpe 14 angeordnet,
beispielsweise an diese angeflanscht, und wird durch die
Hochdruckpumpe 14 mechanisch angetrieben. Die Förderpumpe 10
kann beispielsweise als Zahnradpumpe ausgebildet sein.
Zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 12 und der Saugseite
der Förderpumpe 10 können ein oder mehrere Filter angeordnet
sein, beispielsweise ein Vorfilter 16 und ein Feinfilter 18,
das auch einen Wasserabscheider aufweisen kann. Der
Saugseite der Förderpumpe 10 kann eine Drosselstelle 20
10 angesaugten Kraftstoffmenge.
-
Die Hochdruckpumpe 14 weist beispielsweise mehrere
Pumpenelemente 22 auf, die jeweils einen in einer
Zylinderbohrung 24 geführten Pumpenkolben 26 aufweisen, der
durch einen Antrieb 28 in einer Hubbewegung angetrieben
wird. Durch den Pumpenkolben 26 wird in der Zylinderbohrung
24 ein Pumpenarbeitsraum 30 begrenzt, in den beim Saughub
des Pumpenkolbens 26 durch ein Saugventil 32 Kraftstoff
angesaugt wird und aus dem beim Förderhub des Pumpenkolbens
26 durch ein Auslaßventil 34 Kraftstoff verdrängt wird. Die
Druckseite der Hochdruckpumpe 14 ist über eine Leitung 36,
zu der von den Pumpenarbeitsräumen 30 der Pumpenelemente 22
abführende Druckleitungen zusammengefaßt sind, mit einem
Speicher 38 verbunden. Durch die Hochdruckpumpe 14 wird
Kraftstoff unter Hochdruck in den Speicher 38 gefördert. Für
jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 40
vorgesehen, durch den Kraftstoff in den Brennraum des
Zylinders eingespritzt wird. Jeder Injektor 40 ist über eine
Leitung 42 mit dem Speicher 38 verbunden und weist ein
Kraftstoffeinspritzventil 44 und ein Steuerventil 46 auf.
Das Steuerventil 46 wird durch eine elektronische
Steuereinrichtung 48 angesteuert und bestimmt die Öffnung
des Kraftstoffeinspritzventils 44 zur
Kraftstoffeinspritzung.
-
In der Verbindung 49 zwischen der Druckseite der Förderpumpe
10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 ist eine
Kraftstoffzumeßeinrichtung 50 angeordnet, die ein elektrisch
betätigtes Regelventil 52 aufweist, durch das der
Durchflußquerschnitt von der Förderpumpe 10 zur
Hochdruckpumpe 14 kontinuierlich veränderbar ist zwischen
einem maximalen Durchflußquerschnitt und einem minimalen
Durchflußquerschnitt, der zumindest annähernd Null ist. Das
Regelventil 52 weist einen Aktor 54, beispielsweise in Form
eines Elektromagneten auf, der durch die Steuereinrichtung
48 abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
angesteuert wird, derart, daß der Saugseite der
Hochdruckpumpe 14 eine vorgegebene Kraftstoffmenge zugeführt
wird und somit durch die Hochdruckpumpe 14 eine vorgegebene
Kraftstoffmenge in den Speicher 38 gefördert wird.
-
Von der Verbindung 49 zwischen der Druckseite der
Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 führt
stromaufwärts vor der Kraftstoffzumeßeinrichtung 50 eine
Bypassverbindung 56 ab. In der Bypassverbindung 56 ist ein
Druckventil 58 angeordnet, durch das eine Verbindung 60 zum
Antrieb 28 der Hochdruckpumpe 14 gesteuert wird. Über die
Verbindung 60 wird dem Antrieb 28 Kraftstoff zu dessen
Schmierung zugeführt. Durch das Druckventil 58 wird die
Verbindung 60 zum Antrieb 28 erst bei Überschreiten eines
vorgegebenen Druckes freigegeben, so daß bei geringem Druck,
insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, zunächst
kein Kraftstoff für die Schmierung des Antriebs 28
abgezweigt wird, sondern die gesamte durch die Förderpumpe
10 geförderte Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 14
zugeführt wird. Stromabwärts nach dem Druckventil 58 ist in
der Vebrindung 60 eine Drosselstelle 62 angeordnet, um den
Durchfluß von Kraftstoff zum Antrieb 28 zu begrenzen.
Parallel zu der Verbindung 60 ist in der Bypassverbindung 56
eine weitere Verbindung 64 zum Antrieb 28 vorgesehen, in der
eine weitere Drosselstelle 66 angeordnet ist. Die Verbindung
64 mit der Drosselstelle 66 ermöglicht eine Entlüftung, so
daß der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 nur Kraftstoff
zugeführt wird und eventuell vorhandene Luft in den Antrieb
28 entweichen kann.
-
Stromabwärts nach der Kraftstoffzumeßeinrichtung 50 führt
von der Verbindung 49 der Druckseite der Förderpumpe 10 mit
der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 eine weitere Verbindung
70 zu einem Entlastungsbereich ab, der die Saugseite der
Förderpumpe 10 sein kann. In der Verbindung 70 ist eine
Drosselstelle 72 angeordnet. Unter bestimmten
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere im
Schubbetrieb, darf durch die Hochdruckpumpe 14 kein
Kraftstoff in den Speicher 38 gefördert werden und somit
darf der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 kein Kraftstoff
zugeführt werden. Unter Umständen kann nicht sichergestellt
werden, daß durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung 50 der
Durchflußquerschnitt der Verbindung 49 vollständig
verschlossen wird, so daß noch Kraftstoff zur Saugseite der
Hochdruckpumpe 14 gelangt. Die Verbindung 70 dient dazu, in
diesem Fall den Kraftstoff von der Saugseite der
Hochdruckpumpe 14 abzuführen, so daß dieser nicht durch die .
Hochdruckpumpe 14 angesaugt wird. Durch die Drosselstelle 72
wird die abfließende Kraftstoffmenge begrenzt.
-
Der Druck im Speicher 38 wird mittels eines Drucksensors 74
erfaßt, der mit der Steuereinrichtung 48 verbunden ist. Der
Druck im Speicher 38 ist durch ein Druckregelventil 76veränderbar, durch das ein Ablauf 78 vom Speicher 38 zu
einem Entlastungsbereich gesteuert wird, als der zumindest
mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 12 dienen kann. Der
Ablauf 78 ist mit einer in den Kraftstoffvorratsbehälter 12
mündenden Ablaufleitung 79 verbunden. Das Druckregelventil
76 wird durch die Steuereinrichtung 48 angesteuert und kann
beispielsweise als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein, das
zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung
umschaltbar ist, oder als Proportionalventil, durch das ein
Durchflußquerschnitt im Ablauf 78 verändert wird. Es kann
vorgesehen sein, daß im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine,
wenn keine Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 40
erfolgt und durch die Hochdruckpumpe 14 kein Kraftstoff in
den Speicher 38 gefördert wird, durch das Druckregelventil
76 Kraftstoff aus dem Speicher 38 abgesteuert wird, der
durch den Ablauf in den Entlastungsbereich gelangt, so daß
der Druck im Speicher 38 reduziert wird.
-
Von den Injektoren 40 führt ein Rücklauf 80 ab, durch den
von den Injektoren 40 nicht eingespritzter Kraftstoff und
durch die Steuerventile 44 abgesteuerter Kraftstoff in einen
Entlastungsbereich abgeführt wird. Von der Hochdruckpumpe 14
führt ebenfalls ein Rücklauf 82 für Kraftstoff in einen
Entlastungsbereich ab, durch den der zur Schmierung den
Antrieb 28 durchströmende Kraftstoff und gegebenenfalls
infolge Leckage an den Pumpenelementen 22 austretender
Kraftstoff abgeleitet wird. Der Rücklauf 80 der Injektoren
40 und der Rücklauf 82 der Hochdruckpumpe 14 sind zu einer
gemeinsamen Rücklaufleitung 84 zusammengefaßt, die in einen
Zulauf 77 oder in den Ablauf 78 des Druckregelventils 76
mündet. In der Rücklaufleitung 84 ist stromaufwärts vor
deren Mündung in das Druckregelventil 76 eine Drosselstelle
86 angeordnet. Die Drosselstelle 86 ist in ihrer
Dimensionierung auf die optimale Funktion der Injektoren 40
und der Hochdruckpumpe 14 ausgelegt. Die durch das
Druckregelventil 76 aus dem Speicher 38 abgesteuerte
Kraftstoffmenge durchströmt nicht die Drosselstelle 86 und
braucht somit bei der Auslegung der Dimensionierung der
Drosselstelle 86 nicht berücksichtigt zu werden. Der Ablauf
78 und die Ablaufleitung 79 können mit relativ großem
Querschnitt ausgeführt werden, um auch eine relativ große
durch das Druckregelventil 76 abgesteuerte Kraftstoffmenge
abführen zu können, ohne daß ein hoher Gegendruck in der
Ablaufleitung 79 entsteht. Alternativ zu der vorstehend
erläuterten Ausführung kann auch wie in Fig. 1 gestrichelt
dargestellt vorgesehen sein, daß die gemeinsame
Rücklaufleitung 84 bis in den Kraftstoffvorratsbehälter 12
geführt ist oder in die Ablaufleitung 79 des
Druckregelventils 76 mündet.
-
Die von den Injektoren 40 und der Hochdruckpumpe 14 kommende
Rücklaufmenge an Kraftstoff fließt zusammen mit der
gegebenenfalls durch das Druckregelventil 76 abgesteuerte
Kraftstoffmenge über den Ablauf 78 und die Ablaufleitung 79
in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 zurück. Das
Druckregelventil 76 wird ständig von der
Kraftstoffrücklaufmenge der Injektoren 40 und der
Hochdruckpumpe 14 durchströmt, auch wenn durch das
Druckregelventil 76 selbst kein Kraftstoff aus dem Speicher
38 abgesteuert wird, und dadurch gekühlt.
-
In Fig. 2 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ausschnittsweise gemäß einer modifizierten Ausführung
dargestellt, bei der der grundsätzliche Aufbau gleich ist
wie vorstehend zur Fig. 1 beschrieben. Der Rücklauf 80 der
Injektoren 40 und der Rücklauf 82 der Hochdruckpumpe 14
münden dabei in ein Y-förmiges Leitungsstück 88, das auch
die Drosselstelle 86 enthalten kann, und von dem die
gemeinsame Rücklaufleitung 84 abführt, die über das
Druckregelventil 76 oder direkt zum
Kraftstoffvorratsbehälter 24 geführt sein kann.
-
In Fig. 3 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ausschnittsweise gemäß einer weiteren modifizierten
Ausführung dargestellt, bei der der grundsätzliche Aufbau
wiederum gleich ist wie vorstehend zur Fig. 1 beschrieben.
Der Rücklauf 80 der Injektoren 40 ist dabei zur
Hochdruckpumpe 14 geführt und mündet dort in den Rücklauf 82
der Hochdruckpumpe 14. Von der Hochdruckpumpe 14 führt die
gemeinsame Rücklaufleitung 84 zum Druckregelventil 76 und
mündet in dessen Zulauf 77. Die Drosselstelle 86 ist dabei
vorzugsweise an der Hochdruckpumpe 14, beispielsweise in
einem Anschlußstück 87 an dieser angeordnet.
-
Die vorstehend erläuterten Ausbildungen der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung ermöglichen ein sogenanntes
2-Regler-Konzept, bei dem sowohl mittels der
Kraftstoffzumeßeinrichtung 50 durch eine Saugregelung der
Hochdruckpumpe 14 als auch mittels des Druckregelventils 76
eine Regelung des Drucks im Speicher 38 erfolgen kann.