DE10223077A1 - Fuel injection system for an internal combustion engine with a low-pressure reservoir has direct injection, an advance feed pump and a high-pressure pump - Google Patents
Fuel injection system for an internal combustion engine with a low-pressure reservoir has direct injection, an advance feed pump and a high-pressure pumpInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, mit einer Vorförderpumpe und mit einer Hochdruckpumpe, wobei die Vorförderpumpe Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Hochdruckpumpe fördert, wobei die Hochdruckpumpe mindestens mittelbar ein oder mehrere Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt. The invention is based on a fuel injection system for internal combustion engines with direct injection, with a Pre-feed pump and with a high pressure pump, the Pre-feed pump for fuel from a fuel tank High pressure pump promotes, the high pressure pump at least indirectly one or more fuel injectors provided.
Solche Kraftstoffeinspritzsysteme sind beispielsweise aus der DE 198 18 421 A1 bekannt. Bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem wird die Kraftstoffhochdruckerzeugung und die Mengenregelung im wesentlichen von der Hochdruckpumpe übernommen. Die elektrisch angetriebene Vorförderpumpe fördert Kraftstoff mit einem Druck von etwa 4 bis 6 bar zur Hochdruckpumpe. Dabei ist die Fördermenge der elektrischen Vorförderpumpe so ausgelegt, dass sie bei maximalem Kraftstoffbedarf der Hochdruckpumpe oder unter ungünstigsten Umständen stets ausreichend Kraftstoff zur Kraftstoffpumpe fördert. Den überwiegenden Teil der Betriebsdauer ist die Fördermenge der Vorförderpumpe demzufolge sehr viel größer als der Kraftstoffbedarf der Hochdruckpumpe. Infolgedessen ist zwischen Druckseite der Vorförderpumpe und Saugseite der Hochdruckpumpe ein Druckregler vorgesehen, der den überschüssigen von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoff wieder zurück in den Tank leitet. Such fuel injection systems are, for example, from known from DE 198 18 421 A1. With this Fuel injection system is the High-pressure fuel generation and quantity control in the essentially taken over by the high pressure pump. The electrically driven pre-feed pump delivers fuel with a pressure of about 4 to 6 bar to the high pressure pump. The flow rate of the electric pre-feed pump designed so that the maximum fuel consumption High pressure pump or always under the worst circumstances delivers sufficient fuel to the fuel pump. The Most of the operating time is the delivery rate the feed pump is therefore much larger than that High-pressure pump fuel requirement. As a result between the pressure side of the pre-feed pump and the suction side of the High pressure pump provided a pressure regulator that the excess conveyed by the pre-feed pump Pouring fuel back into the tank.
Aus der FR 27775319 ist eine elektrisch angetriebene Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt, die im Kraftstofftank angeordnet ist und direkt den zur Einspritzung erforderlichen Kraftstoffdruck bereitstellt. Die Mengenregelung dieser Hochdruckpumpe ist sehr aufwendig, da von der Güte der Druckregelung auch die Bemessung der eingespritzten Kraftstoffmenge abhängt. Außerdem wird durch eine einzige elektrisch angetriebene Hochdruckpumpe, die taktend oder modulierend betrieben wird, das elektrische Bordnetz stark beansprucht. FR 27775319 is an electrically driven High-pressure fuel pump known in the fuel tank is arranged and directly for injection provides the required fuel pressure. The Volume control of this high pressure pump is very complex because on the quality of the pressure control also the dimensioning of the injected fuel quantity depends. In addition, through a single electrically driven high pressure pump that is operated clocking or modulating, the electrical Vehicle electrical system heavily used.
Aus der EP 0 733 797 A2 ist zur Vermeidung dieser Nachteile vorgesehen, dass stromabwärts eines auf der Druckseite der Hochdruckpumpe angeordneten Duckreglers ein Reduzierregler eingesetzt wird. Sowohl die FR 27753319 als auch der EP 0 733 797 A2 ist gemeinsam, dass sie nur für Kraftstoffeinspritzsysteme geeignet sind, bei denen in das Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei Saugrohreinspritzungen ist der erforderliche Hochdruck an den Einspritzventilen oder Injektoren viel geringer als bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen. From EP 0 733 797 A2 is to avoid these disadvantages provided that downstream one on the pressure side of the High pressure pump arranged pressure regulator a reducing regulator is used. Both FR 27753319 and EP 0 733 797 A2 has in common that they are only for Fuel injection systems are suitable, in which in the Intake pipe of the internal combustion engine is injected. at Intake manifold injections are at the required high pressure the injectors or injectors much less than in direct injection internal combustion engines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung bereitzustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. The invention is based on the object Fuel injection system for internal combustion engines with To provide direct injection, which the above Avoids disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung mit einer Vorförderpumpe und mit einer Hochdruckpumpe, wobei die Vorförderpumpe Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Hochdruckpumpe fördert und wobei die Hochdruckpumpe mindestens mittelbar ein oder mehrere Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt, dadurch gelöst, dass zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe ein Druckspeicher vorgesehen ist, und dass die Vorförderpumpe in Abhängigkeit des im Druckspeicher herrschenden Drucks taktend betrieben wird. This object is achieved with one Fuel injection system for internal combustion engines with Direct injection with a pre-feed pump and with a High pressure pump, the prefeed pump being fuel promotes a fuel tank to the high pressure pump and where the high pressure pump at least indirectly one or more Injectors supplied with fuel, thereby released, that between the pre-feed pump and the high pressure pump Pressure accumulator is provided and that the prefeed pump depending on the pressure in the pressure accumulator is operated clocked.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem werden dessen Hauptaufgaben - Förderung einer bedarfsgerechten Kraftstoffmenge und Bereitstellen eines gewünschten Einspritzdrucks - von der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe gemeinsam übernommen. Außerdem wird durch den Einsatz eines Druckspeichers auf der Druckseite der Vorförderpumpe und der Saugseite der Hochdruckpumpe der Energiebedarf der Vorförderpumpe minimiert, da die Vorförderpumpe nur ein Bruchteil der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine im Einsatz ist, um den Druckspeicher zu füllen. Außerdem kann wegen des Einsatzes eines Druckspeichers die Ansteuerung der Vorförderpumpe sehr einfach gehalten werden. Eine Druckregelung auf der Druckseite der Vorförderpumpe ist nicht erforderlich. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems erheblich und außerdem ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem sehr viel einfacher an verschiedene Brennkraftmaschinen adaptierbar. In the fuel injection system according to the invention its main tasks - promoting a needs-based Amount of fuel and providing a desired one Injection pressure - from the pre-feed pump and the High pressure pump taken over together. In addition, through the use of a pressure accumulator on the pressure side of the Pre-feed pump and the suction side of the high pressure pump Energy consumption of the pre-feed pump is minimized because the Pre-feed pump only a fraction of the operating time of the Internal combustion engine is in use to increase the pressure accumulator to fill. In addition, because of the use of a Pressure storage the control of the pre-feed pump very be kept simple. A pressure control on the Pressure side of the pre-feed pump is not required. This simplifies the structure of the invention Fuel injection system considerable and besides that is fuel injection system according to the invention very much easier to adapt to different internal combustion engines.
Zur Verbesserung des Betriebsverhaltens ist vorgesehen, dass zur Erfassung im Druckspeicher herrschenden Drucks ein Drucksensor oder ein Druckschalter vorgesehen ist. Mit Hilfe eines Drucksensors oder eines Druckschalters kann die Vorförderpumpe mit einer Zweipunktregelung taktend betrieben werden. Dadurch wird die Betriebsdauer der Vorförderpumpe minimiert und im Druckspeicher steht immer ein ausreichender Kraftstoffdruck zur Verfügung. In order to improve the operating behavior, that to record the pressure prevailing in the pressure accumulator Pressure sensor or a pressure switch is provided. With With the help of a pressure sensor or a pressure switch Pre-feed pump with a two-point control cycle operate. This will increase the operating time of the Pre-feed pump minimized and always in the pressure accumulator sufficient fuel pressure is available.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der obere Druckgrenzwert im Druckspeicher 15 bis 20 bar beträgt. Dies bedeutet, dass die Vorförderpumpe etwa die Hälfte des für eine Benzindirekteinspritzung notwendigen Kraftstoffdrucks auf sehr einfache und effiziente Weise bereitstellt. Der Rest der erforderlichen Förderarbeit wird von der Hochdruckpumpe in Abhängigkeit der nachgefragten Kraftstoffmenge und des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bereitgestellt. Dadurch, dass die Grundlast von der Vorförderpumpe übernommen wird, kann die Hochdruckpumpe kleiner ausgelegt werden, ihre Förderhöhe kann verringert werden und die Belastungen des elektrischen Bordnetzes, die sich aus dem Betrieb der Hochdruckpumpe ergeben, werden verringert. Dies gilt insbesondere wenn die Hochdruckpumpe elektrisch, insbesondere mit variabler Drehzahl, angetrieben wird. It has proven advantageous if the upper one Pressure limit in the pressure accumulator is 15 to 20 bar. This means that the pre-feed pump is about half of that for a direct fuel injection necessary fuel pressure in a very simple and efficient way. The The rest of the necessary funding is provided by the High pressure pump depending on the demand Amount of fuel and the operating condition of the Internal combustion engine provided. Because the Base load is taken over by the pre-feed pump, the High pressure pumps can be designed smaller, their head can be reduced and the loads on the electrical Vehicle electrical system resulting from the operation of the high pressure pump result are reduced. This is especially true if the High pressure pump electric, especially with variable Speed, is driven.
Zur Fördermengenregelung der Hochdruckpumpe kann auch vorgesehen sein, dass auf der Druckseite der Hochdruckpumpe ein Mengensteuerventil vorhanden ist, welches in Abhängigkeit des Drucks auf der Druckseite der Hochdruckpumpe angesteuert wird. Durch den Einsatz eines solchen Mengensteuerventils kann die Brennkraftmaschine außerdem sehr schnell von Volllast in den Leerlauf übergehen. To control the delivery rate of the high pressure pump can also be provided that on the pressure side of the high pressure pump a volume control valve is present, which in Dependence of the pressure on the pressure side of the High pressure pump is controlled. By using a Such a quantity control valve can be used in the internal combustion engine also very quickly from full load to idle pass.
Um den Energiebedarf des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems weiter zu minimieren ist außerdem vorgesehen, dass das Mengensteuerventil die abgesteuerte Kraftstoffmenge in den Niederdruckteil des Kraftstoffeinspritzsystems, d. h. auf die Saugseite der Hochdruckpumpe bzw. die Druckseite der Vorförderpumpe, leitet. To the energy requirements of the invention Fuel injection system is to be further minimized also provided that the volume control valve depleted amount of fuel in the low pressure part of the Fuel injection system, d. H. on the suction side of the High pressure pump or the pressure side of the pre-feed pump, passes.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the following drawing, the Description and the patent claims.
Zeichnungdrawing
Es zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems. The only figure shows a block diagram of a Embodiment of an inventive Fuel injection system.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems schematisch dargestellt. Eine elektrisch angetriebene Vorförderpumpe saugt über eine erste Kraftstoffleitung 3 Kraftstoff aus einem Tank 5 an und fördert den Kraftstoff in eine zweite Kraftstoffleitung 7. Die zweite Kraftstoffleitung 7 verbindet die Vorförderpumpe 1 mit einer Hochdruckpumpe 9. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hochdruckpumpe 9 durch einen drehzahlgeregelten elektrischen Motor angetrieben. Die Hochdruckpumpe 9 fördert den nunmehr unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in eine dritte Kraftstoffleitung 11, welche den Kraftstoff zu Einspritzventilen oder Injektoren 13 fördert. In der dritten Kraftstoffleitung kann auch ein in Fig. 1 nicht dargestellte Common-rail vorgesehen sein. An der zweiten Kraftstoffleitung 7, d. h. auf der Druckseite der Vorförderpumpe und der Saugseite der Hochdruckpumpe 9, ist ein Niederdruckspeicher 15 vorgesehen. A first exemplary embodiment of a fuel injection system according to the invention is shown schematically in FIG. 1. An electrically driven pre-feed pump sucks fuel from a tank 5 via a first fuel line 3 and delivers the fuel into a second fuel line 7 . The second fuel line 7 connects the prefeed pump 1 to a high-pressure pump 9 . In the exemplary embodiment shown, the high-pressure pump 9 is driven by a speed-controlled electric motor. The high-pressure pump 9 conveys the fuel, which is now under high pressure, into a third fuel line 11 , which conveys the fuel to injectors or injectors 13 . A common rail, not shown in FIG. 1, can also be provided in the third fuel line. A low-pressure accumulator 15 is provided on the second fuel line 7 , ie on the pressure side of the prefeed pump and the suction side of the high-pressure pump 9 .
Die Vorförderpumpe 1 fördert Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 9 und in den Niederdruckspeicher 15 bis dieser ein bestimmtes Druckniveau, beispielsweise von 20 bar, erreicht hat. Sobald ein erster Drucksensor 17, welcher den Druck in der zweiten Kraftstoffleitung 7 und damit auch den Druck im Niederdruckspeicher 15 misst, das Erreichen des vorgesehenen Höchstdrucks im Niederdruckspeicher 15 festhält, wird die Vorförderpumpe 1 abgeschaltet. Ein nicht dargestelltes Rückschlagventil verhindert, dass Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffleitung 7 in den Tank 47 abfließt. The prefeed pump 1 delivers fuel to the high-pressure pump 9 and into the low-pressure accumulator 15 until the latter has reached a certain pressure level, for example of 20 bar. As soon as a first pressure sensor 17 , which measures the pressure in the second fuel line 7 and thus also the pressure in the low-pressure accumulator 15, detects that the intended maximum pressure in the low-pressure accumulator 15 has been reached , the feed pump 1 is switched off. A check valve, not shown, prevents fuel from flowing out of the second fuel line 7 into the tank 47 .
Wenn die Vorförderpumpe 1 abgeschaltet ist, übernimmt der Niederdruckspeicher 15 die Kraftstoffversorgung der Hochdruckpumpe 9. Die Vorförderpumpe 1 bleibt so lange abgeschaltet, bis der erste Drucksensor 17 das erreichen eines unteren Druckgrenzwerts feststellt und die Vorförderpumpe 1 wieder eingeschaltet wird. Anstelle des ersten Drucksensors 17 kann auch ein Druckschalter eingesetzt werden. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird als Niederdruckbereich der Teil des Kraftstoffeinspritzsystems angesehen, der zwischen Druckseite der Vorförderpumpe 1 und Saugseite der Hochdruckpumpe 9 angeordnet ist. When the pre-feed pump 1 is switched off, the low-pressure accumulator 15 takes over the fuel supply of the high-pressure pump 9 . The feed pump 1 remains switched off until the first pressure sensor 17 detects that a lower pressure limit value has been reached and the feed pump 1 is switched on again. Instead of the first pressure sensor 17 , a pressure switch can also be used. In connection with the invention, the part of the fuel injection system which is arranged between the pressure side of the prefeed pump 1 and the suction side of the high pressure pump 9 is regarded as the low pressure region.
Um den Einspritzdruck und die Einspritzmenge zu regeln, ist der elektrische Antrieb der Hochdruckpumpe 9 als drehzahlgeregelter Antrieb ausgelegt. Somit können sowohl Einspritzmenge als auch Einspritzdruck in der dritten Kraftstoffleitung 11, bzw. an den Injektoren 13, feinfühlig und verlustarm eingeregelt werden. In order to regulate the injection pressure and the injection quantity, the electric drive of the high-pressure pump 9 is designed as a speed-controlled drive. In this way, both the injection quantity and the injection pressure in the third fuel line 11 , or at the injectors 13 , can be regulated sensitively and with little loss.
Zusätzlich ist in der dritten Kraftstoffleitung 11 noch ein zweiter Drucksensor 21 vorgesehen, der den Druck in der dritten Kraftstoffleitung 11, der dem Einspritzdruck entspricht, misst. Wenn der zweite Drucksensor 21 einen zu hohen Druck in der dritten Kraftstoffleitung 11 erkennt, steuert er über nicht dargestellte Mittel ein Mengensteuerventil 23 an, welches in einer Bypassleitung 25 um die Hochdruckpumpe 9 angeordnet ist. Dadurch fließt Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich und infolgedessen sinkt der Druck im Hochdruckbereich ab. Sobald der Druck im Hochdruckbereich auf den gewünschten Wert abgesunken ist, wird das Mengensteuerventil 23 wieder geschlossen. Damit der Druck im Niederdruckkreis ein bestimmtes Niveau nicht übersteigen kann, ist aus Sicherheitsgründen zwischen Kraftstoffleitung 7 und Kraftstofftank 5 ein nicht dargestelltes Druckbegrenzungsventil vorgesehen. In addition, in the third fuel pipe 11, a second pressure sensor 21 is provided which measures the pressure in the third fuel line 11, which corresponds to the injection pressure. If the second pressure sensor 21 detects an excessively high pressure in the third fuel line 11 , it controls a quantity control valve 23 , which is arranged in a bypass line 25 around the high-pressure pump 9 , by means not shown. As a result, fuel flows from the high pressure area to the low pressure area and as a result the pressure in the high pressure area drops. As soon as the pressure in the high-pressure area has dropped to the desired value, the quantity control valve 23 is closed again. So that the pressure in the low-pressure circuit cannot exceed a certain level, a pressure relief valve, not shown, is provided between fuel line 7 and fuel tank 5 for safety reasons.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem ist, dass die Niederdruckseite keinen mechanischen Druckregler benötigt und eine Rücklaufleitung entfallen kann. Außerdem läuft die Vorförderpumpe nur sehr kurz, um den Speicher 15 zu füllen, so dass die Anforderungen an Lebensdauer und Fördermenge der Vorförderpumpe 1 geringer sind als bei herkömmlichen Vorförderpumpen. Die Steuerung der Vorförderpumpe 1 erfolgt durch eine einfache Zweipunktregelung. An advantage of the fuel injection system according to the invention is that the low-pressure side does not require a mechanical pressure regulator and a return line can be omitted. In addition, the pre-feed pump runs only very briefly in order to fill the accumulator 15 , so that the requirements regarding the service life and delivery rate of the pre-feed pump 1 are lower than in conventional pre-feed pumps. The feed pump 1 is controlled by a simple two-point control.
Wenn sowohl die Vorförderpumpe als auch die Hochdruckpumpe elektrisch angetrieben werden, ist eine besonders flexible Einbausituation des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems gegeben. D. h. es müssen nahezu keine Anpassungen an die Brennkraftmaschine vorgenommen werden und außerdem wird die Hochdruckpumpe 9 nicht mit den hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Durch die Drehzahlregelung der Hochdruckpumpe 9 kann das Druckniveau im Hochdruckbereich einfach und effizient geregelt werden. Wenn die Regelgüte der Druckregelung im Hochdruckbereich nicht ausreichend gut sein sollte, kann durch das optional vorgesehene Mengensteuerventil 23 eine Feinregulierung des Drucks im Hochdruckbereich vorgenommen werden. In der Summe ergibt sich dadurch ein vereinfachtes und preisgünstigeres Regelkonzept auch für den Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems. If both the pre-feed pump and the high-pressure pump are electrically driven, there is a particularly flexible installation situation of the fuel injection system according to the invention. I.e. Almost no adjustments to the internal combustion engine have to be made and, moreover, the high pressure pump 9 is not subjected to the high temperatures of the internal combustion engine. By regulating the speed of the high-pressure pump 9 , the pressure level in the high-pressure area can be regulated simply and efficiently. If the control quality of the pressure control in the high pressure range is not sufficiently good, the optionally provided quantity control valve 23 can be used to fine-tune the pressure in the high pressure range. All in all, this results in a simplified and less expensive control concept for the high-pressure area of the fuel injection system.
Schließlich verbessert sich auch das Kalt- und das Heißstartverhalten der Brennkraftmaschine, da schon die Vorförderpumpe einen Druck von 15 bis 20 bar bereitstellt, was der Bildung von Dampfblasen entgegenwirkt. Finally, the cold and that improves Hot start behavior of the internal combustion engine, since that already Pre-feed pump provides a pressure of 15 to 20 bar, which counteracts the formation of vapor bubbles.
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