DE19839579C1 - Einspritzsystem - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem zeichnet sich durch ein Vordruck-Regelorgan aus, das mit einer Kraftstoffzuleitung zum Absteuern von Kraftstoff vor einem Feinfilter, der zwischen einer Hochdruckpumpe und einem Volumenstromregelorgan angeordnet ist, verbunden ist, wobei der Vordruck vom Vordruck-Regelorgan nach dem Feinfilter und vor dem Volumenstrom-Regelorgan eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselmotoren, sind in den letzten Jahren zunehmend unter dem Begriff "Common-Rail" zusammengefaßte Systeme in den Vor­ dergrund gerückt, die es ermöglichen, den Einspritzdruck von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge unabhängig zu halten und weiterhin den mittleren Einspritzdruck auf über 1500 bar zu steigern. Solche Common-Rail-Einspritzsysteme enthalten im wesentlichen eine mechanisch angetriebene Hochdruckpumpe, die von einer Vorförderpumpe mit Kraftstoff gespeist wird. Der von der Hochdruckpumpe verdichtete Kraftstoff wird über einen Hochdruckspeicher an Einspritzventile abgegeben, die den Kraftstoff in die Brennkammern der Brennkraftmaschine ein­ spritzen. Zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe ist ein Vordruck-Regelorgan und vorzugsweise auch ein Volu­ menstrom-Regelorgan angeordnet, mit denen der Druck im Kraft­ stoffzulauf der Hochdruckpumpe bedarfsabhängig geregelt wer­ den kann. Weiterhin ist der Hochdruckspeicher mit einem Hoch­ druck-Regelorgan verbunden, über das sich der Druck im Hoch­ druckspeicher einstellen läßt.

Wie in der gattungsbildenden DE 195 48 278 A1 weiter be­ schrieben ist, sind vor dem Volumenstrom-Regelorgan und dem Vordruck-Regelorgan, das den überschüssigen Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung zur Hochdruckpumpe in einen Kraft­ stoffvorratsbehälter absteuert, Filtermittel angeordnet, die verhindern, daß die empfindlichen Komponenten des Einspritz­ systems - also insbesondere Volumenstrom-Regelorgan, Hoch­ druckpumpe und Einspritzventile - von Verunreinigungen im Kraftstoff beschädigt werden. Diese Filtermittel sind zwei­ teilig ausgebildet, wobei ein Grobfilter vor der Vorförder­ pumpe angeordnet ist, um diese vor Verunreinigungen zu schüt­ zen und ein weiterer Feinfilter nach der Vorförderpumpe vor­ gesehen ist, der auch noch feinste Schmutzpartikel ausfil­ tert. Die zweiteilige Auslegung der Filtermittel hat den Vor­ teil, daß der Kraftstoff durch den Feinfilter nicht ange­ saugt, sondern von der Vorförderpumpe durch den Feinfilter gedrückt wird, so daß eine Blasenbildung bzw. Kavitation auf­ grund des am Feinfilter auftretenden großen Druckabfalls ver­ hindert wird. Weiterhin wird durch die Anordnung des Feinfil­ ters nach der Vorförderpumpe gewährleistet, daß auch kein Ab­ rieb aus der Vorförderpumpe zu den empfindlichen Komponenten des Einspritzsystems gelangt. Die Filtermittel - insbesondere auch der Feinfilter - müssen jedoch aufgrund des hohen Kraft­ stofförderstroms der Vorförderpumpe sehr groß ausgelegt wer­ den. Weiterhin muß der Feinfilter wegen seiner begrenzten Schmutzspeicherkapazität oft ausgetauscht bzw. gereinigt wer­ den.

Aus der DE 196 12 412 A1 ist weiter ein Druckfluid- Versorgungssystem bekannt, daß derart geregelt, daß der Hoch­ druckpumpe eine Fluidförderbegrenzungseinrichtung zur Anpas­ sung des Drucks in der gemeinsamen Hochdruckleitung an den Druckfluidbedarf der Verbraucher zugeordnet ist. Die Fluid­ förderbegrenzungseinrichtung weist zumindest ein Stellelement auf, welches mittels eines die momentane Druckfluidversor­ gungssituation in der gemeinsamen Hochdruckleitung wiederge­ benden Stellsignals veränderbar ist, wobei das Stellsignal von einer physikalischen Größe abgeleitet ist, die sich ent­ sprechend dem Fluidmengendurchsatz in der gemeinsamen Hoch­ druckleitung angeschlossenen, vorzugsweise einstellbaren Druckbegrenzungsventils verändert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Ein­ spritzsystem bereit zu stellen, das sowohl kleiner Filtermit­ tel als auch eine längere Lebensdauer bzw. längere Wartungs­ intervalle dieser Filtermittel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Einspritzsystem durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem zeichnet sich durch ein Vordruck-Regelorgan aus, das mit einer Kraftstoffzuleitung zum Absteuern von Kraftstoff vor einem Feinfilter, der zwi­ schen einer Vordruckpumpe und einem Volumenstrom-Regelorgan angeordnet ist, verbunden ist, wobei der Vordruck vom Vor­ druck-Regelorgan nach dem Feinfilter und vor dem Volumen­ strom-Regelorgan eingestellt wird. Diese Auslegung ermöglicht es, den Kraftstoffdurchfluß durch den Feinfilter zu reduzie­ ren und gleichzeitig dem Vordruck vor dem Volumenstrom- Regelorgan präzise zu bestimmen. Durch die Verringerung des Kraftstoffdurchflusses durch den Feinfilter kann dieser we­ sentlich kleiner ausgelegt werden. Weiterhin können auch die Wartungsintervalle des Feinfilters verlängert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1A ein Einspritzsystem gemäß einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 1B ein Regelorgan zum Einsatz in einem Einspritzsystem gemäß Fig. 1A;

Fig. 1C einen Ausschnitt einer Abwandlung eines Einspritzsy­ stems gemäß Fig. 1A;

Fig. 2A ein Einspritzsystem gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 2B ein Regelorgan zum Einsatz in einem Einspritzsystem gemäß Fig. 2A;

Fig. 2C einen Ausschnitt einer Abwandlung eines Einspritzsy­ stems gemäß Fig. 2A;

Fig. 3A einen Ausschnitt eines Einspritzsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3B ein Regelorgan zum Einsatz in einem Einspritzsystem gemäß Fig. 3A;

Fig. 3C eine erste Abwandlung eines Einspritzsystems gemäß Fig. 3A;

Fig. 3D eine zweite Abwandlung eines Einspritzsystems gemäß Fig. 3A; und

Fig. 3E eine dritte Abwandlung eines Einspritzsystems gemäß Fig. 3A.

Fig. 1A zeigt schematisch den Aufbau eines Einspritzsystems gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 1 über einen großporigen Vor­ filter 2, der grobe Schmutzpartikel im Kraftstoff abfängt, von einer Vorförderpumpe 3 angesaugt wird. Der Kraftstoff wird dann von der Vorförderpumpe 3 weiter über eine Kraft­ stoffzuleitung 21 zu einer Hochdruckpumpe 8 gefördert, die den Kraftstoff verdichtet und ihn unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher 11 einspeichert. Der Hochdruckspeicher 11 steht mit Einspritzventilen 13 in Verbindung, über die der Kraftstoff in die Brennkammern einer Brennkraftmaschine ein­ gespritzt wird.

Zwischen der Hochdruckpumpe 8 und dem Hochdruckspeicher 11 ist über eine Absteuerleitung 24 ein Hochdruckregelventil 9 angeschlossen, mit dem sich der Druck im Hochdruckspeicher 11 regeln läßt. Das Hochdruckregelventil 9 weist ein Druck­ schließglied 91 auf, das von einer Rückstelleinrichtung 92 mit einem Haltedruck beaufschlagt wird, und in seiner Aus­ gangsstellung die Absteuerleitung 24 verschließt. Gegen den Haltedruck der Rückstelleinrichtung 92 wirkt auf das Druck­ schließglied 91 der über eine Referenzleitung 26 beaufschlag­ te Kraftstoffdruck, der im Hochdruckspeicher 11 herrscht. Wenn der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher 11 den Halte­ druck der Rückstelleinrichtung 92 übersteigt, öffnet das Druckschließglied 91 und Kraftstoff wird aus dem Hochdruck­ speicher über die Absteuerleitung 24 in den Kraftstoffvor­ ratsbehälter 1 zurückgeleitet. Am Hochdruckregelventil 9 ist weiterhin ein Aktor 93 angeordnet, mit dem sich der Halte­ druck der Rückstelleinrichtung 92 entsprechend der gewünsch­ ten Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine und damit dem Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher einstellen läßt.

Zwischen der Vorförderpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 8 ist in der Kraftstoffzuleitung 21 weiterhin ein Volumenstromregel­ ventil 7 angeordnet, mit dem der Volumenstrom zur Hochdruck­ pumpe 8 bedarfsabhängig eingestellt werden kann. Das Volumen­ stromregelventil 7 ist mit einem Durchflußquerschnitt- Schließglied 71 versehen, auf das ein Aktor 73 gegen eine Rückstelleinrichtung 72 wirkt. In der Ausgangsstellung des Volumenstromregelventils 7 ist der Durchflußquerschnitt ge­ schlossen. Wird der Aktor 73 jedoch betätigt, so wird das Durchflußquerschnitt-Schließglied 71 gegen die Rückstellein­ richtung 72 bewegt und damit der Durchflußquerschnitt zwi­ schen dem Zulauf und dem Ablauf des Volumenstromregelventils 7 geöffnet und die Hochdruckpumpe 8 mit Kraftstoff versorgt.

Vor dem Volumenstromregelventil 7 ist in der Kraftstoffzulei­ tung 21 ein Feinfilter 4 angeordnet, der sich durch eine kleine Porengröße auszeichnet, um auch feinste Schmutzparti­ kel aus dem Kraftstoff abzuscheiden und so insbesondere die hochempfindlichen Komponenten des Einspritzsystems, d. h. die Einspritzventile 13, die Hochdruckpumpe 8 sowie das Volumen­ stromregelventil 7 vor Verschmutzung und Beschädigung zu schützen. Die Anordnung des Feinfilters 4 nach der Vorförder­ pumpe 3 gewährleistet, daß auch der Abrieb der Vorförderpumpe ausgefiltert wird. Weiterhin wird eine Blasenbildung bzw. Ka­ vitation durch die Anordnung des Feinfilters 4 nach der Vor­ förderpumpe 3 verhindert, da der Kraftstoff von der Vorför­ derpumpe 3 durch den Feinfilter 4 gedrückt und nicht ange­ saugt wird. Der Feinfilter 4 muß deshalb auch druckfest aus­ gelegt sein.

Nach der Vorförderpumpe 3 und vor dem Feinfilter 4 zweigt ei­ ne Absteuerleitung 23 von der Kraftstoffzuleitung 21 ab, in der ein Vordruckregelventil 5 angeordnet ist, mit dem sich der Kraftstoffdruck vor dem Volumenstromregelventil 7 ein­ stellen und überschüssiger Kraftstoff absteuern läßt. Das Vordruckregelventil 5 weist ein von einer Rückstelleinrich­ tung 52 mit einem Haltedruck beaufschlagtes Druckstellglied 51 auf, das den Kraftstoffdurchfluß durch das Vordruckregel­ ventil bestimmt. Gegen den Haltedruck der Rückstelleinrich­ tung 52 wirkt auf das Druckstellglied 51 der von der Vorför­ derpumpe 3 erzeugte Kraftstoffdruck nach dem Feinfilter 4 und vor dem Volumenstromregelventil 7, der dem Druckstellglied 51 des Vordruckregelventils 5 über eine Referenzleitung 25, die zwischen dem Feinfilter 4 und dem Volumenstromregelventil 7 von der Kraftstoffzuleitung 21 abzweigt, beaufschlagt wird. In der Referenzleitung 25 ist weiterhin eine Drossel 6 ange­ ordnet, um die in der Kraftstoffzuleitung 21 auftretenden Druckschwankungen, die durch das Pumpen des Kraftstoffstroms entstehen, zu dämpfen, so daß am Vordruckregelventil 5 ein zeitlich gemittelter Kraftstoffdruck als Referenzwert an­ liegt. Die Drossel 6 kann dabei auch als Drosselstelle im Vordruckregelventil 5 selbst integriert sein, bzw. durch eine geeignete Querschnittsauslegung der Referenzleitung 25 er­ zielt werden.

Durch das Abgreifen des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzu­ leitung 21 nach dem Feinfilter 4 über die Referenzleitung 25 wird gewährleistet, daß der im Feinfilter 4 auftretende Druckabfall bei der Einstellung des Kraftstoffdrucks durch das Vordruckregelventil 5 berücksichtigt wird, so daß sich eine hohe Regelgüte erzielen läßt. Da der Kraftstoff, der zur Einstellung des Vordrucks vor dem Volumenstromregelventil 7 von dem Vordruckregelventil 5 abgesteuert wird, jedoch be­ reits vor dem Feinfilter 4 von der Kraftstoffzuleitung 21 ab­ gezweigt wird, wird der Kraftstoffdurchfluß durch den Fein­ filter 4 reduziert, so daß der Feinfilter im Vergleich zu herkömmlichen Filtern klein ausgelegt werden kann. Weiterhin wird auch die Schmutzbelastung des Feinfilters verringert, wodurch sich dessen Lebensdauer bzw. die erforderlichen War­ tungsintervalle verlängern.

Der von der Kraftstoffzuleitung 21 über das Vordruckregelven­ til 5 abgeregelte Kraftstoff wird über eine Spülleitung 27 durch die Hochdruckpumpe 8 zu deren Kühlung und Schmierung hindurchgeleitet und dann anschließend in den Kraftstoffvor­ ratsbehälter 1 zurückgeführt. Der über das Vordruckregelven­ til 5 abgesteuerte Kraftstoff kann jedoch auch direkt dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 zugeführt oder vor die Vorförder­ pumpe 3 wieder in die Kraftstoffzuleitung 21 eingespeist wer­ den. Falls der durch das Vordruckregelventil 5 abgeregelte Kraftstoff nicht zur Kühlung und Schmierung der Hochdruckpum­ pe 8 verwendet wird, kann eine separate Spülleitung vorgese­ hen sein, die vorzugsweise ebenfalls vor dem Feinfilter 4 von der Kraftstoffzuleitung 21 abzweigt, um die Belastung des Feinfilters 4 mit Kraftstoff so gering wie möglich zu halten.

Das in Fig. 1A gezeigte Einspritzsystem wird folgendermaßen betrieben: Abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Fahrerwunsch wird Kraftstoff über die Einspritzventi­ le 13 in die Brennkammern der Brennkraftmaschine einge­ spritzt. In der Ausgangsstellung ist die Kraftstoffzuleitung 21 zwischen der Vorförderpumpe 3 und der Hochdruckpumpe 8 durch das Durchflußquerschnitt-Schließglied 71 des Volumen­ stromregelventils 7 unterbrochen. Gleichzeitig sind die Ab­ steuerleitungen 23, 24 durch das Vordruckregelventil 5 bzw. das Hochdruckregelventil 9 geschlossen.

In Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wird dann über den Aktor 73 des Volumen­ stromregelventils 7 die Verbindung zwischen Vorförderpumpe 3 und Hochdruckpumpe 8 geöffnet. Gleichzeitig wird über den Ak­ tor 93 am Hochdruckregelventil 9 der gewünschte Kraftstoff­ druck im Hochdruckspeicher 11 eingestellt. Der Vordruck vor dem Volumenstromregelventil 7 ergibt sich durch den Halte­ druck der Rückstelleinrichtung 52 auf das Druckstellglied 51 im Vordruckregelventil 5. Wenn der über die Referenzleitung 25 vor dem Volumenstromregelventil 7 abgegriffene Vordruck den eingestellten Haltedruck übersteigt, wird Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 21 von dem Vordruckregelventil 5 über die Absteuerleitung 23 vor dem Feinfilter 4 abgezweigt und über die durch die Hochdruckpumpe 8 geführte Spülleitung 27 in den Kraftstoffvorratsbehälter 1 zurückgeführt.

Fig. 1B zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Vor­ druckregelventils, das in einem Einspritzsystem, wie es in Fig. 1A gezeigt ist, eingesetzt werden kann. Das Vordruckre­ gelventil weist ein Gehäuse 150 auf, in dem eine zylindrische Innenbohrung 151 ausgebildet ist. In dieser zylindrische In­ nenbohrung 151 sitzen ein erster Kolben 152 und ein zweiter Kolben 153, die jeweils mit an ihren Umfangsflächen ange­ brachten O-Ringen 159 gegen die zylindrische Innenbohrung 151 abgedichtet sind. Der erste Kolben 152 und der zweite Kolben 153 sind weiterhin über eine zylindrische Stange 154, die mittig auf dem ersten und dem zweiten Kolben sitzt, starr miteinander verbunden. Der Durchmesser der zylindrischen Stange 154 ist dabei kleiner ausgelegt als der Durchmesser der Innenbohrung 151 des Gehäuses 150, so daß ein Steuerraum 158 ausgebildet ist.

Der erste Kolben 152 ist mit einer Feder 155 gegen eine erste Stirnfläche 156 des Gehäuses 150 abgestützt. In der ersten Stirnfläche 156 ist weiterhin eine Leckagebohrung 121 vorge­ sehen, die für eine Druckentlastung des Federraumes sorgt und den in den Federraum einfließenden Kraftstoff-Leckagestrom über eine Leitung 122 absteuert. In einer zweiten Stirnfläche 157 des Gehäuses 150 ist eine Steuerbohrung 123 eingebracht, die an die Referenzleitung 25 angeschlossen ist. In den Steu­ erraum 158 des Vordruckregelventils führen weiterhin eine Zu­ laufbohrung 124 und eine Ablaufbohrung 125, die an die Ab­ steuerleitung 23 angeschlossen sind. Die Länge der zylindri­ schen Stange 154 und die Position der Zulaufbohrung 124 sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß die Zulaufbohrung 124 über den gesamten möglichen Verschiebweg des ersten und des zweiten Kolbens 152, 153 Verbindung zum Steuerraum 158 hat. Die Ablaufbohrung 125 dagegen ist so ausgelegt, daß sie in der Ausgangsstellung des ersten Kolbens 152 vollständig ver­ schlossen wird. Wenn der über die Referenzleitung 25 den zweiten Kolben 153 beaufschlagende Kraftstoffdruck die Halte­ kraft der Feder 155 übersteigt, wird das aus dem ersten Kol­ ben 152, der Stange 154 und dem zweiten Kolben 153 bestehende Bauteil gegen die Feder 155 verschoben und der Querschnitt der Ablaufbohrung 125 so weit geöffnet, daß durch Absteuern von Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 21 über die Ab­ steuerleitung 23 sich der vor dem Volumenstromregelventil 7 gewünschte Druck einstellt.

Um das in Fig. 1B gezeigte Vordruckregelventil ansteuerbar auszulegen, besteht weiterhin die Möglichkeit, die Haltekraft der Feder 155 durch Verkürzen oder Verlängern des Federwegs im Federraum mittels einer verschiebbaren ersten Stirnfläche 156 des Gehäuses 150 zu verstellen.

Wesentlich bei der Auslegung des Vordruckregelventils in Fig. 1B ist jedoch, daß der Kraftstoffdruck im Steuerraum 158 das Kräftegleichgewicht zwischen der Haltekraft der Feder 155, die den ersten Kolben 152 beaufschlagt und dem über die Refe­ renzleitung 25 zugeführten Gegendruck, der den zweiten Kolben 153 beaufschlagt, nicht beeinflußt. Dies wird dadurch er­ reicht, daß die dem Kraftstoffdruck im Steuerraum 158 ausge­ setzten Flächen des ersten Kolbens 152 und des zweiten Kol­ bens 153 gleich groß sind.

Fig. 1C zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1A gezeigten Aus­ führungsform, bei der das Vordruckregelventil 5 in einer Wirkverbindung 53 mit dem Volumenstromregelventil 7 steht, um den Vordruck vor dem Volumenstromregelventil optimal einstel­ len zu können. Für die Wirkverbindung 53 wird vorzugsweise eine Auslegung gewählt, bei der das Volumenstromregelventil 7 und das Vordruckregelventil 5 so angesteuert werden, daß sich mit einer Vergrößerung des Volumenstroms eine Vordruckerhö­ hung einstellt, wodurch sich eine progressiv steigende Steue­ rungskennlinie des Volumenstroms und damit eine verbesserte Regelgüte bei gleichzeitiger Verringerung des Energiever­ brauchs der Vorförderpumpe 3 ergibt.

Fig. 2A zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Einspritzsystems, bei dem im folgenden nur auf die Unter­ schiede zu Fig. 1A eingegangen wird. Ein Vordruckregelventil 50 ist über eine weitere Referenzleitung 30 an die Kraft­ stoffleitung 21 zwischen dem Volumenstromregelventil 7 und der Hochdruckpumpe 8 angeschlossen. Ein Druckstellglied 501 im Vordruckregelventil 50 wird auf der einen Seite von dem Haltedruck einer Rückstelleinrichtung 502 und dem über eine Referenzleitung 30 zugeführten Kraftstoffdruck, der in der Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Volumenstromregelventil 7 herrscht, beaufschlagt. Auf die andere Seite des Druck­ schließgliedes 501 im Vordruckregelventil 50 wirkt der über die Referenzleitung 25 beaufschlagte Kraftstoffdruck, der vor dem Volumenstromregelventil 7 in der Kraftstoffzuleitung 21 herrscht. Durch diese Auslegung wird der Kraftstoffdruck vor dem Volumenstromregelventil 7 um einen vorgegebenen Wert, der durch die Haltekraft der Rückstelleinrichtung 502 bestimmt ist, größer eingestellt als der Kraftstoffdruck nach dem Vo­ lumenstromregelventil 7. Wenn die tatsächlich vorliegende Druckdifferenz diesen vorgegebenen Wert dann überschreitet, steuert das Vordruckregelventil 50 über die Absteuerleitung 23, die vor dem Feinfilter 4 an die Kraftstoffzuleitung 21 angeschlossen ist, Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 21 solange ab, bis die gewünschte Druckdifferenz wieder erreicht ist. Die Einstellung einer definierten Druckdifferenz vor und nach dem Volumenstromregelventil 7 sorgt dafür, daß der Druckabfall über das Volumenstromregelventil 7 unabhängig von dem durch das Durchflußquerschnitt-Schließglied 71 einge­ stellten Öffnungsquerschnitt ist. Hierdurch wird eine hohe Regelgüte bei der Kraftstoffzuführung zur Hochdruckpumpe 8 und zum Hochdruckspeicher 11 erreicht. Weiterhin läßt sich die Druckdifferenz des Kraftstoffs vor und nach dem Volumen­ stromregelventil 7 so einstellen, daß der Öffnungsquerschnitt des Durchflußquerschnitt-Schließgliedes 71 günstig gefertigt und verstellt werden kann.

Um Druckschwankungen in der Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Volumenstromregelventil 7, die insbesondere durch das Ansau­ gen der Hochdruckpumpe 8 entstehen, auszugleichen und so am Vordruckregelventil 50 einen zeitlich gemittelten Kraftstoff­ druck über die Referenzleitung 30 anzulegen, ist in der Refe­ renzleitung 30 eine weitere Drossel 15 vorgesehen. Diese Drossel kann jedoch auch im Vordruckregelventil 50 selbst in­ tegriert sein, bzw. durch eine geeignete Auslegung des Durch­ flußquerschnitts der Referenzleitung 30 erzielt werden.

An die Kraftstoffzuleitung 21 ist weiterhin vor dem Feinfil­ ter 4 über eine Absteuerleitung 31 ein Druckbegrenzungsventil 14 angeschlossen, mit dem sich der maximal zulässige Kraft­ stoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 21 zur Hochdruckpumpe 8 einstellen läßt. Das Druckbegrenzungsventil 14 weist ein Druckschließglied 141 auf, das von einer Rückstelleinrichtung 142 mit einem Haltedruck belegt ist, der die Absteuerleitung 31 gegen den über eine Referenzleitung 32 am Druckstellglied 141 anliegenden Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 21 verschließt.

Um die Druckschwankungen in der Kraftstoffzuleitung 21 auszu­ mitteln, ist eine Drossel 16 in der Referenzleitung 32 ange­ ordnet. Diese Drossel kann auch im Druckbegrenzungsventil 14 selbst integriert sein oder durch eine geeignete Auslegung des Durchflußquerschnitts der Referenzleitung 32 erzielt wer­ den.

Das Druckbegrenzungsventil 14 gewährleistet, daß sich bei ei­ ner Vollförderung der Hochdruckpumpe 8 der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 21 nicht über einen durch die Rück­ stelleinrichtung 141 am Druckbegrenzungsventil 14 eingestell­ ten Maximalwert hinaus aufschaukeln kann. Bei einem gedros­ selten Betrieb der Hochdruckpumpe 8 stellt sich in den Zylin­ dern der Hochdruckpumpe ein Druck ein, der dem Dampfdruck des Kraftstoffs entspricht. Der Druck zwischen dem Volumenstrom­ regelventil 7 und den Einlaßventilen der Hochdruckpumpe 8 hat dann einen Wert, der dem Druckverlust der Einlaßventile plus dem Dampfdruck in den Zylindern der Hochdruckpumpe ent­ spricht. Bei dem Kraftstoffdruck vor dem Volumenstromregel­ ventil 7 ist weiterhin noch der vom Vordruckregelventil 5 eingestellte Druckabfall über das Volumenstromregelventil 7 zu berücksichtigen.

Im Vollastbetrieb der Hochdruckpumpe 8 dagegen wird der Druck in den Zylindern der Hochdruckpumpe 8 direkt durch den Kraft­ stoffdruck vor dem Volumenstromregelventil 7 abzüglich den an dem Volumenstromregelventil 7 sowie an den Einlaßventilen der Hochdruckpumpe 8 auftretenden Druckverlusten bestimmt. Insbe­ sondere bei kleiner Drehzahl der Hochdruckpumpe 8 kann der Druckabfall am Volumenstromregelventil 7 kleiner als die am Vordruckregelventil 5 eingestellte Druckdifferenz ausfallen, so daß das Vordruckregelventil 5 sich vollständig schließt. Damit jedoch der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 21 sich nicht über einen maximal zulässigen Kraftstoffdruck aufschaukeln kann, wird bei einem Überschreiten des maximal zulässigen Kraftstoffdrucks das Druckbegrenzungsventil 14 ge­ öffnet und Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 21 über die Absteuerleitung 31 abgesteuert. Der von dem Druckbegrenzungs­ ventil 14 abgesteuerte Kraftstoff wird der Spülleitung 27 zum Kühlen und Schmieren der Hochdruckpumpe 8 zugeführt. Es be­ steht jedoch auch die Möglichkeit, den abgesteuerten Kraft­ stoff direkt in den Kraftstoffvorratsbehälter 1 zurückzufüh­ ren oder vor die Vorförderpumpe 3 wieder der Kraftstoffzulei­ tung 21 zuzuführen.

Das Druckbegrenzungsventil 14 kann mit seiner Absteuerleitung 31 alternativ auch von der Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Feinfilter 4 oder nach dem Volumenstromregelventil 7 abzwei­ gen. Die in Fig. 2A gezeigte Anordnung hat jedoch den Vor­ teil, daß das Druckbegrenzungsventil 14 den Kraftstoff be­ reits vor dem Feinfilter 4 ableitet, so daß die Belastung des Feinfilters 4 verringert wird, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Feinfilters beiträgt.

Fig. 2B zeigt schematisch die Ausführung eines Vordruckregel­ ventlis, wie es in dem in Fig. 2A gezeigten Einspritzsystem eingesetzt werden kann. Dieses Vordruckregelventil entspricht weitgehend dem in Fig. 1B gezeigten Vordruckregelventil. Statt einer Leckagebohrung in der ersten Stirnfläche 156 des Gehäuses 150 ist jedoch eine Steuerbohrung 129 eingebracht, die an die Referenzleitung 30 angeschlossen ist, die das Vor­ druckregelventil mit der Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Vo­ lumenstromregelventil 7 verbindet. Durch diese Steuerbohrung 129 wird der erste Kolben 152 neben der Haltekraft der Feder 155 auch mit dem Kraftstoffdruck auf der Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Volumenstromregelventil 7 beaufschlagt. Der sich ergebende Gesamtdruck auf den ersten Kolben 152 befindet sich im Kräftegleichgewicht mit dem auf den zweiten Kolben 153 wirkenden Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 21 vor dem Volumenstromregelventil 7, so daß sich eine Druckdiffe­ renz im Kraftstoffdruck vor und nach dem Volumenstromregel­ ventil 7 einstellt, die durch den Haltedruck der Feder 155 bestimmt ist. Auch das Vordruckregelventil gemäß Fig. 2B kann z. B. durch eine bewegliche erste Stirnfläche 156 des Gehäuses 150 ansteuerbar ausgelegt werden.

In Fig. 2C ist eine Abwandlung des in Fig. 2A gezeigten Ein­ spritzsystems dargestellt, bei der analog zu der in Fig. 1C gezeigten Ausführungsform das Volumenstromregelventil 7 über eine Wirkverbindung 503 mit dem Vordruckregelventil 50 gekop­ pelt ist. Diese Wirkverbindung 503 ermöglicht es, über das Vordruckregelventil 50 die Druckdifferenz in der Kraftstoff­ zuleitung 21 vor und nach dem Volumenstromregelventil 7 ent­ sprechend den gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraft­ maschine einzustellen, wobei sich eine progressiv steigende Steuerkennlinie des Volumenstroms durch das Volumenstromre­ gelventil 7 erzielen läßt, die eine hohe Regelgüte bei einem geringen Energieverbrauch der Vorförderpumpe 3 gewährleistet.

Fig. 3A zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform eines Einspritzsystems, bei dem das Vordruckregelventil 50 und das Druckbegrenzungsventil 14 kombiniert sind. Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist die Referenzleitung 25 sowohl an das Druckbe­ grenzungsventil 14 als auch an das Vordruckregelventil 50 an­ geschlossen.

Wie Fig. 3B zeigt, besteht bei dem in Fig. 3A die Möglich­ keit, das Vordruckregelventil und das Druckbegrenzungsventil in einem Regelorgan zu integrieren. Das in Fig. 3B gezeigte Kombinationsventil weist ein Gehäuse 250 mit einer zylindri­ schen Innenbohrung 251 auf, in der vier Kolben 252, 253, 254, 255 angeordnet sind, wobei der erste Kolben 252 und der zwei­ te Kolben 253 über eine erste zylindrische Stange 256 und der dritte Kolben 254 und der vierte Kolben 255 über eine zweite zylindrische Stange 257 starr miteinander verbunden sind. Die zylindrischen Stangen 256, 257 besitzen einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Innenbohrung 251, so daß jeweils ein Steuerraum 260, 261 ausgebildet, der über ei­ ne Zulaufbohrung 221 und die Absteuerleitung 31 bzw. über eine Zulaufbohrung 222 und die Absteuerleitung 21 an die Kraftstoffzuleitung 21 vor dem Feinfilter 4 angeschlossen ist. Die Zulaufbohrungen 221, 222 sind dabei so angeordnet, daß sie bei jeder Kolbenstellung Verbindung zu den jeweiligen Steuerräumen 260, 261 haben.

Zwischen dem zweiten Kolben 253 und dem dritten Kolben 254 ist weiterhin ein Druckraum 263 ausgebildet, der über eine Steuerbohrung 223 mit der Referenzleitung 25, die an den Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Feinfilter 4 angeschlossen ist, verbunden ist. Der erste Kolben 152 ist mit einer ersten Feder 258 gegen eine erste Stirnfläche des Gehäuses 250 abge­ stützt, der vierte Kolben 255 mit einer zweiten Feder 259 ge­ gen eine zweite Stirnfläche des Gehäuses 250. In der ersten Stirnfläche des Gehäuses 250 ist weiterhin eine Steuerbohrung 224 eingebracht, die an die Referenzleitung 30 angeschlossen ist, die von der Kraftstoffzuleitung 21 nach dem Volumen­ stromregelventil 7 abzweigt. In der zweiten Stirnfläche des Gehäuses 250 befindet sich eine Leckagebohrung 225, die für eine Druckentlastung des Federraums sowie für ein Ableiten des Kraftstoff-Leckagestroms sorgt. Im Gehäuse 250 des Kombi­ nationsventils sind weiter zwei Ablaufbohrungen 226, 227 vor­ gesehen, wobei die erste Ablaufbohrung 226 durch den ersten Kolben 252 in dessen Ausgangsstellung und die zweite Ablauf­ bohrung 227 durch den vierten Kolben 255 in dessen Ausgangs­ stellung verschlossen wird.

Der Verbund aus dem ersten Kolben 252, der Stange 256 und dem zweiten Kolben 253 wirkt als Vordruckregelventil, wobei auf den ersten Kolben 252 der Haltedruck der ersten Feder 258 und der Kraftstoffdruck nach dem Volumenstromregelventil 7, auf den zweiten Kolben 253 dagegen der Kraftstoffdruck vor dem Volumenstromregelventil 7 wirkt. Wenn die Druckdifferenz zwi­ schen dem Kraftstoffdruck vor dem Volumenstromregelventil 7 und nach dem Volumenstromregelventil 7 den durch den Halte­ druck der Feder 258 eingestellten Wert überschreitet, ver­ schiebt sich der erste Kolben 252 gegen die Feder 258 und öffnet die erste Ablaufbohrung 226 so weit, bis sich wieder der gewünschte Druckabfall einstellt.

Der Verbund aus dem dritten Kolben 254, der Stange 257 und dem vierten Kolben 255 wirkt als Druckbegrenzungsventil, wo­ bei die Haltedruck der zweiten Feder 259, der auf den vierten Kolben 255 wirkt, sich im Kräftegleichgewicht mit dem Kraft­ stoffdruck vor dem Volumenstromregelventil 7, der auf den dritten Kolben 254 wirkt, befindet. Wenn dieser Kraftstoff­ druck den durch die Feder 259 eingestellten Wert überschrei­ tet, verschiebt sich der vierte Kolben 255 gegen die Feder 259 und gibt dann die zweite Ablaufbohrung 257 so weit frei, bis wieder der gewünschte Maximalwert des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuleitung 21 erreicht ist.

In Fig. 3C ist eine erste Abwandlung des in Fig. 3A gezeigten Einspritzsystems dargestellt, bei der analog zu der in Fig. 2A gezeigten Variante zwischen dem Volumenstromregelventil 7 und dem Vordruckregelventil 50 die Wirkverbindung 503 ange­ ordnet ist, um die Druckdifferenz in der Kraftstoffzuleitung 21 vor und nach dem Volumenstromregelventil 7 gleichsinnig mit der Einstellung des Volumenstroms durch das Volumenstrom­ regelventil zu ändern, so daß sich eine progressiv steigende Steuerkennlinie des Volumenstroms und damit eine hohe Regel­ güte bei gleichzeitiger Verringerung des Energieverbrauchs der Vorförderpumpe 3 ergibt.

Fig. 3D zeigt eine zweite Abwandlung, bei der neben der Wirk­ verbindung 503, die das Volumenstromregelventil 7 an das Vor­ druckregelventil 50 koppelt, auch zwischen dem Vordruckregel­ ventil 50 und dem Druckbegrenzungsventil 14 eine Wirkverbin­ dung 143 besteht. Diese zusätzliche Wirkverbindung 143 ermög­ licht es, nicht nur die Druckdifferenz in der Kraftstoffzu­ leitung 21 vor und nach dem Volumenstromregelventil 7 über die Wirkverbindung 503 und das Vordruckregelventil 50 so ein­ zustellen, daß sich eine progressiv steigende Steuerkennlinie des Volumenstroms durch das Volumenstromregelventil 7 ergibt, sondern weiterhin auch über die Wirkverbindung 143 und das Druckbegrenzungsventil 14 den maximal zulässigen Kraftstoff­ druck in der Kraftstoffzuleitung 21 an die gewünschten Be­ triebsbedingungen der Brennkraftmaschine anzupassen. Hierbei wird vorzugsweise eine Auslegung gewählt, bei der der maximal zulässige Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 21 pro­ portional mit einer Zunahme des Volumenstroms ansteigt. Diese Einstellung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aufgrund einer entsprechenden Auslegung der Hochdruckpumpe 8 und der hochdruckseitigen Druckregelung durch das Hochdruckregelven­ til 9 hohe Betriebszeitanteile im Einspritzsystem mit Voll­ förderung auftreten.

Alternativ zu der in Fig. 3D gezeigten Ausgestaltung ist auch eine dritte Variante möglich, wie sie in Fig. 3E gezeigt ist, bei der eine Wirkverbindung 504 zwischen Volumenstromregel­ ventil 7 und Vordruckregelventil 50 und eine Wirkverbindung 144 zwischen Volumenstromregelventil 7 und Druckbegrenzungs­ ventil 14 parallel zueinander geschaltet sind. Mit dieser Ausführungsform läßt sich eine Regelung analog zu der in Zu­ sammenhang mit Fig. 3D beschriebenen erzielen. Vorteilhaft ist jedoch, daß durch die Parallelschaltung der Wirkverbin­ dungen 504, 144 eine größere Sicherheit gegen ein Aufschwin­ gen des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleitung 21 gegeben ist. Die in Fig. 3D und 3E gezeigten Varianten können auch bei einem Einspritzsystem, wie es in Fig. 2A dargestellt ist, eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, bei der Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (1) von einer Vorförderpumpe (3) und einer Hochdruckpumpe (8) über eine Kraftstoffzuleitung (21) in einen Hochdruckspeicher (11) ein­ gespeist wird, wobei zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe Filtermittel (4) zum Filtern des Kraftstoffs und ein Vordruck-Regelorgan (5; 50), um den Druck im Kraft­ stoffzulauf zur Hochdruckpumpe zu regeln, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Vordruck-Regelorgan (5; 50) mit der Kraftstoffzulei­ tung (21) vor dem Filtermittel (4) über eine Absteuerleitung (23) zum Abführen von Kraftstoff und nach dem Filtermittel (4) über eine Referenzleitung (25) zum Anlegen des Kraft­ stoffdruckes an das Vordruck-Regelorgan verbunden ist, wobei das Vordruck-Regelorgan den Druck nach dem Filtermittel durch Abregeln von Kraftstoff vor dem Filtermittel einstellt.

2. Einspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Verbindung zwischen der Kraftstoffzuleitung (21) und Vordruck-Regelorgan (5; 50) über die Referenzleitung (25) eine Drosseleinrichtung (6) vorgesehen ist.

3. Einspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vom Vordruck-Regelorgan (5; 50) aus der Kraftstoffzuleitung (21) über die Absteuerleitung (23) vor dem Filtermittel (4) abgeregelte Kraftstoff der Hochdruckpum­ pe (8) zur Kühlung und/oder Schmierung über eine Spülleitung (27) zugeführt wird.

4. Einspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vordruck-Regelorgan
ein Gehäuse (150), das über eine Zulaufbohrung (124) und eine Auslaufbohrung (125) mit der Absteuerleitung (23) ver­ bunden ist und über einer Steuerbohrung (123) mit der Refe­ renzleitung (25) verbunden ist,
einen ersten Kolben (152) und einen zweiten Kolben (153), zwischen denen ein Steuerraum (158) ausgebildet ist und die über eine Stange (154) verbunden sind, aufweist,
wobei der Steuerraum über die Zulaufbohrung (124) mit der Absteuerleitung (23) verbunden ist, wobei die dem Steuer­ raum zugewandte Seite des ersten Kolbens (152) und die dem Steuerraum zugewandte Seite des zweiten Kolbens (153) die gleiche Fläche aufweisen, wobei die dem Steuerraum abgewandte Seite des ersten Kolbens (152) mit dem Haltedruck einer Rück­ stelleinrichtung (155) beaufschlagt wird, wobei die dem Steu­ erraum abgewandte Seite des zweiten Kolbens (153) über die Steuerbohrung (123) mit der Referenzleitung (25) in Verbin­ dung steht und wobei der erste Kolben (151) und der zweite Kolben so angeordnet sind, daß in der Ruhestellung die Aus­ laufbohrung (125) verschlossen ist und daß die Absteuerlei­ tung (23) freigegeben wird, wenn der über die Referenzleitung (25) und die Steuerbohrung (123) auf den zweiten Kolben (153) wirkende Kraftstoffdruck den auf den ersten Kolben (252) wir­ kenden Haltedruck der Rückstelleinrichtung (155) übersteigt.

5. Einspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorförderpumpe (3) und der Hochdruckpumpe (8) ein Volumenstrom-Regelorgan (7) zum Einstellen des Volumenstroms zur Hochdruckpumpe vorgesehen ist, wobei die Referenzleitung (25) des Vordruck-Regelorgans (50) vor dem Volumenstrom-Regelorgan mit der Kraftstofflei­ tung (21) verbunden ist, wobei eine zusätzliche Referenzlei­ tung (30) nach dem Volumenstrom-Regelorgan mit der Kraft­ stoffzuleitung verbunden ist, und wobei das Vordruck- Regelorgan den Kraftstoffdruck vor dem Volumenstrom- Regelorgan um einen vorgegebenen Druckwert höher einstellt als den Kraftstoffdruck nach dem Volumenstrom-Regelorgan.

6. Einspritzsystem gemäß Anspruch 5, wobei in der Verbin­ dung zwischen dem Vordruck-Regelorgan (50) und der Kraft­ stoffzuleitung (21) über die zusätzliche Referenzleitung (30) eine Drosseleinrichtung (15) vorgesehen ist.

7. Einspritzsystem gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Gehäuse (150) des Vordruck-Regelorgans eine Steuerbohrung (129) vorgesehen ist, die die den Steuerraum (158) abgewandte Seite des ersten Kolbens (152) mit der zu­ sätzlichen Referenzleitung (30) verbindet.

8. Einspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß vor dem Filtermittel (4) ein Druck­ begrenzungs-Regelorgan (14) über eine Absteuerleitung (31) mit der Kraftstoffzuleitung (21) verbunden ist, um einen ma­ ximalen Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung einzustel­ len.

9. Einspritzsystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vordruck-Regelorgan und das Druckbegrenzungs- Regelorgan in einem Gehäuse (250) integriert sind, wobei der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung (21) nach dem Fil­ termittel (4) und vor dem Volumenstrom-Regelorgan (7) über die Referenzleitung (25) durch Abregeln von Kraftstoff vor dem Filtermittel über die Absteuerleitungen (23, 31) einge­ stellt wird.