DE10237586A1

DE10237586A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10237586A1
Application number: DE2002137586
Authority: DE
Inventors: Gerhard Geyer; Marcus Marheineke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-02-26
Also published as: EP1530681B2; EP1530681B1; DE50307660D1; CN1675463A; WO2004018867A1; EP1530681A1; CN100532804C

Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist wenigstens eine Hochdruckpumpe (14) auf, durch die Kraftstoff in einen Speicher (16) gefördert wird und die einen durch eine Nockenwelle (30) der Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (36) aufweist. Es ist eine Förderpumpe (12) vorgesehen, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (10) zu der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) gefördert wird, wobei mit dem Speicher (16) Injektoren (20) verbunden sind, durch die Kraftstoff an den Zylindern der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zwischen der Förderpumpe (12) und der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) ist eine Kraftstoffzumeßeinrichtung (46) angeordnet, durch die der Zufluß von Kraftstoff von der Förderpumpe (12) zu der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) derart eingestellt wird, daß durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe (14) eine Kraftstoffmenge in den Speicher (16) gefördert wird, die erforderlich ist, um im Speicher (16) einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten.

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 195 15 191 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist mehrere Hochdruckpumpen auf, die jeweils einen durch eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweisen. Es ist außerdem eine Förderpumpe vorgesehen, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zu den Hochdruckpumpen gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpen wird Kraftstoff in einen Speicher gefördert, mit dem wenigstens ein Injektor verbunden ist, durch den Kraftstoff an einem Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zur Steuerung der durch die Hochdruckpumpen in den Speicher geförderten Kraftstoffmenge ist an jeder Hochdruckpumpe ein Magnetventil angeordnet, durch das eine Verbindung der Hochdruckpumpen mit einem Entlastungsbereich gesteuert wird. Wenn durch das Magnetventil die jeweilige Hochdruckpumpe vom Entlastungsbereich getrennt ist, so wird durch diese Kraftstoff in den Speicher gefördert und wenn durch das Magnetventil die jeweilige Hochdruckpumpe mit dem Entlastungsbereich verbunden ist, so wird durch diese kein Kraftstoff in den Speicher gefördert. Da für jede Hochdruckpumpe ein Magnetventil vorhanden ist weist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen aufwendigen Aufbau auf.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß diese einen einfachen Aufbau aufweist, da nur eine Kraftstoffzumesseinrichtung erforderlich ist, durch die die durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe in den Speicher geförderte Kraftstoffmenge eingestellt wird.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist sichergestellt, daß der Druck zwischen der Förderpumpe und der Kraftstoffzumesseinrichtung begrenzt wird, wenn durch die Kraftstoffzumesseinrichtung kein oder nur ein geringer Zufluß von Kraftstoff eingestellt wird. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt, daß durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe kein Kraftstoff gefördert wird, was bei bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erforderlich ist, auch wenn durch die Kraftstoffzumesseinrichtung der Zufluß von Kraftstoff nicht völlständig verhindert werden kann. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht auch bei einer geringen Anzahl an Hochdruckpumpen eine gleichmäßige Kraftstofförderung in den Speicher.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung und 2 einen Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Schnitt entlang Linie II-II in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 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 über eine Verbindung 13 zur Saugseite von wenigstens einer, vorzugsweise mehreren, beispielsweise zwei Hochdruckpumpen 14 gefördert wird. Die Hochdruckpumpen 14 fördern 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 20 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.
Die Hochdruckpumpen 14 werden mechanisch durch eine Nockenwelle 30 der Brennkraftmaschine und damit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Hochdruckpumpen 14 weisen jeweils ein Pumpengehäuse 32 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 34 ein Pumpenkolben 36 dicht geführt ist, der in der jeweiligen Zylinderbohrung 34 einen Pumpenarbeitsraum 38 begrenzt. In den Verbindungen der Pumpenarbeitsräume 38 der Hochdruckpumpen 14 mit dem Speicher 16 ist jeweils ein Auslaßventil 40 in Form eines zum Speicher 16 hin öffnenden Rückschlagventils angeordnet, durch das die Trennung zwischen den Pumpenarbeitsräumen 38 und dem Speicher 16 beim Saughub der Pumpenkolben 36 erfolgt. In den Verbindungen der Pumpenarbeitsräume 38 der Hochdruckpumpen 14 mit der Druckseite der Förderpumpe 12 ist jeweils ein Einlaßventil 42 in Form eines zu den Pumpenarbeitsräumen 38 hin öffnenden Rückschlagventils angeordnet, durch das die Trennung zwischen den Pumpenarbeitsräumen 38 und der Förderpumpe 12 beim Förderhub der Pumpenkolben 36 erfolgt.
Die Pumpenkolben 36 der Hochdruckpumpen 14 werden direkt durch die Nockenwelle 30 der Brennkraftmaschine angetrieben, durch die auch die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt werden. Die Nockenwelle 30 weist dabei zusätzliche Nocken 44 entsprechend der Anzahl der Hochdruckpumpen 14 auf, durch die die Pumpenkolben 36 in einer Hubbewegung angetrieben werden. Die Nocken 44 sind vorzugsweise als Mehrfachnocken, beispielsweise wie in 2 dargestellt als Dreifachnocken ausgebildet, so daß jeder Pumpenkolben 36 bei einer Umdrehung der Nockenwelle 30 drei Hübe ausführt. Bei zwei Hochdruckpumpen 14 erfolgen somit bei einer Umdrehung der Nockenwelle 30 sechs Förderhübe der Pumpenkolben 36. Hierdurch ergeben sich auch bei einer geringen Anzahl von Hochdruckpumpen 14 eine gleichmäßige Kraftstofförderung in den Speicher und nur geringe Druckschwankungen im Speicher 16. Die Pumpenkolben 36 stützen sich über einen Stößel 43, beispielsweise einen Rollenstößel, am Nocken 44 ab, wobei die Anlage zwischen Stößel 43 und Nocken 44 durch eine Feder 45 sichergestellt wird. Während eines jeweiligen Saughubs der Pumpenkolben 34, wenn diese sich radial nach innen bewegen, sind die Pumpenarbeitsräume 38 bei geöffneten Einlaßventilen 42 mit dem Auslaß der Förderpumpe 12 verbunden und werden mit Kraftstoff befällt, wobei die Pumpenarbeitsräume 38 durch die geschlossenen Auslaßventile 40 vom Speicher 16 getrennt sind. Während eines jeweiligen Förderhubs der Pumpenkolben 36, wenn diese sich radial nach außen bewegen, sind die Pumpenarbeitsräume 38 bei geöffneten Auslaßventilen 40 mit dem Speicher 16 verbunden und durch die geschlossenen Einlaßventile 42 von der Druckseite der Förderpumpe 12 getrennt.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist außerdem eine Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 auf, die zwischen der Druckseite der Förderpumpe 12 und der Saugseite der Hochdruckpumpen 14 angeordnet ist. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 ist beispielsweise durch ein elektrisch betätigtes Proportionalventil gebildet, das einen Aktor 47, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor, und einen durch diesen bewegbares Ventilglied 48 aufweist, durch das ein veränderlicher Durchflußquerschnitt eingestellt wird. Der Aktor 47 wird durch die Steuereinrichtung 23 derart angesteuert, daß durch das Ventilglied 48 der Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 ein bestimmter Durchflußquerschnitt in der Verbindung zwischen der Förderpumpe 12 und den Hochdruckpumpen 14 eingestellt wird. Der Durchflußquerschnitt kann dabei durch das Ventilglied 48 kontinuierlich zwischen einem maximalen Durchflußquerschnitt und einem minimalen Durchflußquerschnitt verstellt werden. Vorzugsweise kann durch das Ventilglied 48 der Durchflußquerschnitt zumindest annähernd vollständig verschlossen werden. Mit der Steuereinrichtung 23 ist ein Drucksensor 49 verbunden, durch den zumindest mittelbar der im Speicher 16 herrschende Druck erfaßt wird, und von dem ein elektrisches Signal für den Druck der Steuereinrichtung 23 zugeführt wird. Der Steuereinrichtung 23 werden außerdem Signale für Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von weiteren Sensoreinrichtungen beispielsweise für die Drehzahl, die Last, die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine zugeführt. Abhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wird ein bestimmter Sollwert für den Druck im Speicher 16 vorgegeben, wobei durch den Drucksensor 49 der Steuereinrichtung 23 ein Signal für den Istwert des Drucks zugeführt wird. Abhängig von einer Abweichung des Istwerts vom Sollwert wird durch die Steuereinrichtung 23 die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 derart angesteuert, daß diese Abweichung beseitigt wird. Wenn der Istwert für den Druck im Speicher 16 geringer ist als der Sollwert, so wird durch die Steuereinrichtung 23 die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 derart angesteuert, daß diese einen größeren Durchflußquerschnitt zwischen der Förderpumpe 12 und den Hochdruckpumpen 14 einstellt, so daß durch die Hochdruckpumpen 14 eine größere Kraftstoffmenge in den _ Speicher 16 gefördert wird. Wenn der Istwert für den Druck im Speicher 16 größer ist als der Sollwert, so wird durch die Steuereinrichtung 23 die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 derart angesteuert, daß diese einen kleineren Durchflußquerschnitt zwischen der Förderpumpe 12 und den Hochdruckpumpen 14 einstellt, so daß durch die Hochdruckpumpen 14 eine geringere Kraftstoffmenge in den Speicher 16 gefördert wird.
Von der Verbindung 13 zwischen der Förderpumpe 12 und den Hochdruckpumpen 14 zweigt stromaufwärts vor der Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 eine Bypassverbindung 50 ab, die zu einem Entlastungsbereich führt, als der beispielsweise ein zum Kraftstoffvorratsbehälter 10 führender Rücklauf 54 oder die Saugseite der Förderpumpe 12 dienen kann. In der Bypassverbindung 50 ist ein zum Entlastungsbereich hin öffnendes Überströmventil 52 angeordnet, das ein Druckventil ist, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks öffnet und die Bypassverbindung 50 zum Entlastungsbereich freigibt. Wenn durch die Hochdruckpumpen 14 keine Vollförderung erfolgen soll und die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 nicht den maximalen Durchflußquerschnitt freigibt, so steigt der Druck zwischen der Förderpumpe 12 und der Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 an und wenn der Öffnungsdruck des Überströmventils 52 überschritten wird, so fließt Kraftstoff zum Entlastungsbereich ab, so daß der Druck zwischen der Förderpumpe 12 und der Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 begrenzt wird.
Von der Verbindung 13 zwischen der Förderpumpe 12 und den Hochdruckpumpen 14 zweigt stromabwärts nach der Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 zwischen dieser und den Hochdruckpumpen 14 außerdem eine weitere Bypassverbindung 56 zu einem Entlastungsbereich ab, als der wiederum der Rücklauf 54 oder die Saugseite der Förderpumpe 12 dienen kann. In der weiteren Bypassverbindung 56 ist eine Drosselstelle 58 vorgesehen. Bei bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei Schubbetrieb, darf durch die Hochdruckpumpen 14 kein Kraftstoff in den Speicher 16 gefördert werden. Wenn durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 der Durchflußquerschnitt zwischen der Förderpumpe 12 und den Hochdruckpumpen 14 nicht zuverlässig vollständig verschlossen werden kann, so gelangt noch Kraftstoff durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46 hindurch. Dieser Kraftstoff wird über die weitere Bypassverbindung 58 in den Entlastungsbereich abgeführt, so daß dieser nicht von den Hochdruckpumpen 14 angesaugt und in den Speicher 16 gefördert wird. Durch die Drosselstelle 58 wird die zum Entlastungsbereich abfließende Kraftstoffmenge begrenzt.
Die Hochdruckpumpen 14 sind wirkungsmäßig parallel zueinander geschaltet und diese fördern unabhängig voneinander Kraftstoff in den Speicher 16. Die Hochdruckpumpen 14 sind beispielsweise in eine Öffnung 60 eines Gehäuses 61, beispielsweise einem Kurbelgehäuse oder einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingesetzt. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 46, die Bypassverbindung 50 mit dem Überströmventil 52 und die Bypassverbindung 56 mit der Drosselstelle 58 können ebenfalls am Gehäuse der Brennkraftmaschine, insbesondere deren Kurbelgehäuse 61 oder Zylinderkopf, angeordnet sein. Die Förderpumpe 12 kann einen eigenen Antrieb, beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb aufweisen, oder durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, beispielsweise ebenfalls durch die Nockenwelle 30. In der Verbindung der Förderpumpe 12 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 kann ein Kraftstoffilter 62 angeordnet sein, das als Vorfilter ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann in der Verbindung 13 der Förderpumpe 12 mit den Hochdruckpumpen 14 ein Kraftstoffilter 63 angeordnet sein, das als Feinfilter ausgebildet sein kann. Es kann außerdem ein Druckregelventil 64 vorgesehen sein, durch das der Druck im Speicher 16 eingestellt werden kann, indem durch dieses eine Verbindung zu einem Entlastungsbereich gesteuert wird, über die Kraftstoff aus dem Speicher 16 abgesteuert werden kann. Anstelle des Druckregelventils kann auch ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, durch das der Druck im Speicher 16 begrenzt wird.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (14), durch die Kraftstoff in einen Speicher (16) gefördert wird und die einen durch eine Nockenwelle (30) der Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (36) aufweist, mit einer Förderpumpe (12), durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (10) zu den Hochdruckpumpen (14) gefördert wird, wobei mit dem Speicher (16) Injektoren (20) verbunden sind, durch die Kraftstoff an den Zylindern der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Förderpumpe (12) und der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) eine Kraftstoffzumeßeinrichtung (46) angeordnet ist, durch die der Zufluß von Kraftstoff von der Förderpumpe (12) zu der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) derart eingestellt wird, daß durch die wenigstens eine Hochdruckpumpe (14) eine Kraftstoffmenge in den Speicher (16) gefördert wird, die erforderlich ist, um im Speicher (16) einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung (46) ein variabler Durchflußquerschnitt in der Verbindung (13) zwischen der Förderpumpe (12) und der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) eingestellt wird.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzumeßeinrichtung (46) durch eine elektronische Steuereinrichtung (23) angesteuert wird, mit der eine Senuoreinrichtung (49) zur Erfaßung des Drucks im Speicher (16) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Förderpumpe (12) und der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) eine Bypassverbindung (50) zu einem Entlastungsbereich (54) abführt, die durch ein Überströmventil (52) gesteuert wird, das die Bypassverbindung (50) bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks freigibt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kraftstoffzumeßeinrichtung (46) und der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) eine Bypassverbindung (56) zu einem Entlastungsbereich (54) abführt, in der eine Drosselstelle (58) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Hochdruckpumpe (14) und die Kraftstoffzumeßeinrichtung (46) sowie gegebenenfalls das Überströmventil (52) und/oder die Drosselstelle (58) an einem Gehäuse, vorzugsweise einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (30) der Brennkraftmaschine für den Antrieb des Pumpenkolbens (36) der wenigstens einen Hochdruckpumpe (14) einen Mehrfachnocken (44) aufweist.