DE19858084C1 - Einspritzsystem und zugehöriges Betriebsverfahren - Google Patents

Einspritzsystem und zugehöriges Betriebsverfahren

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Abstract

Einspritzsystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Förderpumpe (1) zur Förderung der einzuspritzenden Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (3), einer eingangsseitig mit der Förderpumpe (1) verbundenen Hochdruckpumpe (7) zum Einspritzen der von der Förderpumpe (1) geförderten Flüssigkeit durch mindestens eine Einspritzdüse (8.1 bis 8.4) und einem zwischen der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7) angeordneten ersten Entlüftungsglied (12) zur Entlüftung des zwischen der Hochdruckpumpe (7) und der Förderpumpe (1) befindlichen Niederdruckbereichs, wobei das erste Entlüftungsglied (12) ausgangsseitig in einen Bereich mit geringerem Druck als in dem Niederdruckbereich mündet und den Niederdruckbereich bereits bei einem Druck entlüftet, der unterhalb des zum Betrieb der Hochdruckpumpe (7) erforderlichen Drucks liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Betriebsverfahren für ein derartiges Einspritzsy­ stem gemäß Anspruch 8.
Aus DE 196 25 567 A1 ist eine Kraftstoffpumpe bekannt, bei der zwischen ei­ nem Ansaugraum auf der Niederdruckseite und einem Druckraum auf der Hochdruckseite ein Kanal vorgesehen ist, der mit ei­ ner Entlüftungsvorrichtung verbunden ist. Stromauf- und stromaufwärts der Entlüftungsvorrichtung ist jeweils ein Druckventil vorgesehen, wodurch das Luftvolumen in eine ge­ richtete Strömung gezwungen wird.
Bei den bekannten Einspritzanlagen von Dieselmotoren kann beispielsweise bei einem vollständigen Leerfahren des Kraft­ stofftanks Luft in die Einspritzanlage gelangen, was eine an­ schließende Entlüftung der Einspritzanlage erforderlich macht.
So kann die in der Einspritzanlage befindliche Luft bei einer sogenannten Common-Rail-Einspritzanlage mit einer Hochdruck­ pumpe und einer vorgeschalteten Förderpumpe dazu führen, daß der zum Starten des Motors erforderliche Druck nicht oder nur zeitverzögert aufgebaut wird. In den bekannten Common-Rail- Einspritzanlagen sind deshalb im Niederdruckbereich zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe Entlüftungsventile an­ geordnet, um den Niederdruckbereich zu entlüften und damit den Eintritt von Luft in die Verdrängerräume der Hochdruck­ pumpe zu verhindern.
Problematisch an dieser Art der Entlüftung ist, daß die Ent­ lüftungsventile, die gleichzeitig die Funktion von Spülventi­ len übernehmen, im Niederdruckbereich erst bei einem Druck öffnen, der größer ist als der Öffnungsdruck der Einlaßventi­ le der Hochdruckpumpe. Einerseits wird dadurch beim Starten der gesamte Förderstrom der Förderpumpe der Hochdruckpumpe zur Verfügung gestellt, ohne daß Kraftstoff über das Entlüf­ tungsventil (Spülventil) entweicht, was zu einem Druckverlust führen würde. Andererseits ist bei dieser Art der Entlüftung ein Druckaufbau bei einem vollständig mit Luft gefüllten Nie­ derdruckbereich nicht oder nur mit zeitlicher Verzögerung möglich, da die Förderpumpe die Luft im Niederdruckbereich nur schwer auf den Öffnungsdruck des Entlüftungsventils ver­ dichten kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ein­ spritzsystem der eingangs beschriebenen Art mit einer verbes­ serten Entlüftung des Niederdruckbereichs zu schaffen.
Die Erfindung wird, ausgehend von dem vorstehend beschriebe­ nen bekannten Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs, bzw. - hinsichtlich eines Betriebsverfahrens für das erfin­ dungsgemäße Einspritzsystem - durch die Merkmale des An­ spruchs 8 gelöst.
Die Erfindung schließt die allgemeine technische Lehre ein, im Niederdruckbereich des Einspritzsystems zwischen der För­ derpumpe und der Hochdruckpumpe mindestens ein Entlüftungs­ glied anzuordnen, das den Niederdruckbereich bereits bei ei­ nem Druck entlüftet, der unterhalb des für den Betrieb der Hochdruckpumpe erforderlichen Drucks liegt. Dieses frühere Ansprechen des Entlüftungsglieds bei einem geringeren Druck ist wichtig, da die Förderpumpe sonst bei einem vollständig luftgefüllten Niederdruckbereich nicht in der Lage ist, den zum Ansprechen des Entlüftungsglieds erforderlichen Mindest­ druck aufzubauen.
Der Begriff Entlüftungsglied ist hierbei und im folgenden allgemein zu verstehen und umfaßt unter anderem Drosseln so­ wie Entlüftungsventile, die beispielsweise federbelastet sind und erst bei einem vorgegebenen Mindestdruck öffnen. Weiter­ hin ist der Begriff Entlüftungsglied nicht auf automatisch arbeitende Entlüftungsglieder zu beschränkt, die den Nieder­ druckbereich beim Überschreiten eines vorgegebenen Mindest­ drucks automatisch entlüften. Es ist vielmehr auch möglich, das Entlüftungsglied in Abhängigkeit von bestimmten Meßgrößen aktiv anzusteuern, um das Entlüftungsverhalten an den Be­ triebszustand der Entlüftungsanordnung anzupassen, wobei als Meßgröße beispielsweise der aktuelle Druck im Niederdruckbe­ reich oder - im Falle einer Common-Rail-Einspritzanlage - der sogenannte Rail-Druck (Einspritzdruck) in Frage kommt.
In einer Variante der Erfindung ist zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe ein Steuerventil angeordnet, daß den Volumenstrom von der Förderpumpe zu der Hochdruckpumpe steu­ ert, wobei das Entlüftungsglied zwischen der Förderpumpe und dem Steuerventil angeordnet ist und ausgangsseitig im Rück­ lauf der Hochdruckpumpe mündet, so daß vorhandene Luft in dem Einspritzsystem von der Förderpumpe in den Rücklauf der Hoch­ druckpumpe gedrückt wird.
In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung ist ein Entlüftungsglied zwischen dem Steuerventil und der Hochdruck­ pumpe angeordnet, wobei das Entlüftungsglied ausgangsseitig an der Ansaugseite der Förderpumpe mündet. Diese Anordnung des Entlüftungsglieds bietet den Vorteil, daß auch Luft zwi­ schen dem Steuerventil und der Hochdruckpumpe aus dem Ein­ spritzsystem entfernt wird.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung sind ferner Maß­ nahmen vorgesehen, um den Start auch bei einem vollständig mit Luft gefüllten Niederdruckkreis zu ermöglichen. In diesem Fall arbeitet die Förderpumpe nämlich bei einer Kombination der vorstehend beschriebenen Entlüftungsanordnung im Kurz­ schluß, da an der Ansaugseite und der Druckseite der Förder­ pumpe nahezu gleiche Druckverhältnisse herrschen und das Steuerventil für die erforderliche Füllung der Hochdruckpumpe vollständig geöffnet ist. Der für den Start notwendige Druck­ aufbau ist deshalb bei dem vorstehend beschriebenen Entlüf­ tungssystem bei einem vollständig mit Luft gefüllten Nieder­ druckbereich nicht oder nur mit zeitlicher Verzögerung mög­ lich. In dieser Variante der Erfindung ist deshalb vorgese­ hen, daß Steuerventil zwischen der Förderpumpe und der Hoch­ druckpumpe beim Starten für eine vorgegebene Zeitspanne zu schließen, um den für das Ausschieben der Luft aus dem Ent­ lüftungsglied erforderlichen Druck zu erzeugen. Das vorüber­ gehende Schließen des Steuerventils kann erforderlichenfalls mehrfach wiederholt werden, bis das Starten möglich ist.
Schließlich ist in einer Variante der Erfindung eine Zusatz­ pumpe vorgesehen, um die Förderpumpe zu unterstützen, wobei die Zusatzpumpe in der bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung elektrisch angetrieben wird. Vorzugsweise ist der Aus­ gangsdruck der Zusatzpumpe größer als der Öffnungsdruck der Einlaßventile der Hochdruckpumpe.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß sich das erfindungsgemäße Entlüftungsprinzip besonders vorteilhaft für den Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen eignet, wobei besonders die sogenannten Common-Rail- Einspritzanlagen als bevorzugtes Einsatzgebiet zu erwähnen sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Anwendun­ gen beschränkt, sondern überall dort einsetzbar, wo Flüssig­ keit unter hohem Druck eingespritzt wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Er­ findung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem mit einer Drossel zur Entlüftung des Niederdruckbereichs, wo­ bei die Drossel zwischen der Förderpumpe und dem Steuerventil angeordnet ist,
Fig. 2 ein Einspritzsystem gemäß Fig. 1 mit einer zusätz­ lichen Drossel zur Entlüftung des Niederdruckbe­ reichs zwischen dem Steuerventil und der Hochdruck­ pumpe,
Fig. 3 ein Einspritzsystem gemäß Fig. 2 mit einer Zusatz­ pumpe zur Unterstützung der Förderpumpe sowie
Fig. 4 das Betriebsverfahren der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Einspritzsysteme als Flußdiagramm.
Das in Fig. 1 dargestellte Einspritzsystem dient zum Ein­ spritzen von Dieselkraftstoff in die Brennräume eines Diesel­ motors mit vier Zylindern. Der Dieselkraftstoff wird hierbei zunächst von einer Förderpumpe 1 über einen Kraftstoffilter 2 aus einem Kraftstoffbehälter 3 abgepumpt, wobei die Förder­ pumpe 1 über eine Welle 4 mechanisch von der Brennkraftma­ schine angetrieben wird. Parallel zu der Förderpumpe 1 ist ein automatisch arbeitender Vordruckregler 5 angeordnet, der den Ausgangsdruck der Förderpumpe 1 konstant hält, indem beim Überschreiten eines vorgegebenen Sollwerts automatisch Kraft­ stoff zur Saugseite der Förderpumpe 1 zurückgeführt wird.
Anschließend wird der Kraftstoff über ein Steuerventil 6 ei­ ner Hochdruckpumpe 7 zugeführt, die den erforderlichen hohen Einspritzdruck erzeugt und ausgangsseitig mit vier Injektoren 8.1 bis 8.4 verbunden ist, um den Kraftstoff in die Brennräu­ me einzuspritzen. Hinter der Hochdruckpumpe 7 ist hierbei ein Hochdruckregler 9 angeordnet, der von einer elektronischen Steuereinheit 10 gesteuert wird und einen vorgegebenen Ein­ spritzdruck einstellt, indem bei einem Überschreiten des ge­ wünschten Einspritzdrucks Kraftstoff in den Rücklauf der Hochdruckpumpe 7 abgegeben wird und zurück in den Kraftstoff­ behälter 3 fließt. Darüber hinaus sind die vier Injektoren 8.1 bis 8.4 mit einer gemeinsamen Leckageleitung verbunden, die eine Rückführung des Leckage-Kraftstoffstroms in den Kraftstoffbehälter 3 ermöglicht.
Zwischen der Förderpumpe 1 und dem Steuerventil 6 ist weiter­ hin ein Spülventil 11 angeordnet, das ein Spülen der Hoch­ druckpumpe 7 mit Kraftstoff ermöglicht. Das Spülventil 11 öffnet jedoch erst bei einem Druck, der über dem Öffnungs­ druck der Einlaßventile der Hochdruckpumpe 7 liegt, so daß das Spülventil 11 bei einem vollständig mit Luft gefüllten Niederdruckbereich nicht in der Lage ist, den Niederdruckbe­ reich zu entlüften.
Gemäß der Erfindung weist das Einspritzsystem im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Drossel 12 auf, die zwischen der Förderpumpe 1 und dem Steuerventil 6 angeordnet ist und aus­ gangsseitig in den Rücklauf der Hochdruckpumpe 7 mündet. Hierdurch wird vorhandene Luft in dem Einspritzsystem von der Förderpumpe 1 in den Rücklauf der Hochdruckpumpe 7 gedrückt, so daß bei geringen Luftmengen im Niederdruckbereich eine ef­ fektive Entlüftung erreicht wird. Die Drossel 12 ist hierbei so ausgelegt, daß der Förderstrom der Förderpumpe 1 wesent­ lich größer ist als der Kraftstoffstrom über die Drossel 12. Dies ist wichtig, da die Drossel 12 andernfalls bei einem vollständig entlüfteten Niederdruckbereich einen Druckabfall im Niederdruckbereich verursachen würde.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Einspritzsystems, das weitgehend mit dem vorste­ hend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Einspritzsy­ stem übereinstimmt, so daß für die entsprechenden Bauteile bzw. Baugruppen in Fig. 2 dieselben Bezugszeichen verwendet werden und diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten Merkmalen weist dieses Einspritzsystem eine weitere Drossel 13 zur Entlüftung des Niederdruckbereichs auf, wobei die Drossel 13 zwischen dem Steuerventil 6 und der Hochdruckpumpe 7 angeordnet ist und ausgangsseitig an der Saugseite der För­ derpumpe 1 mündet. Auch diese Drossel 13 ist so ausgelegt, daß der Förderstrom der Förderpumpe 1 wesentlich größer als der über die Drossel 13 fließende Kraftstoffstrom ist, damit die Drossel 13 keinen Druckabfall im Niederdruckbereich ver­ ursacht. Vorteilhaft an dieser Anordnung der Drossel 13 ist, daß auch Luft im Bereich zwischen dem Steuerventil 6 und der Hochdruckpumpe 7 abgeführt werden kann. Hinsichtlich des Be­ triebsverfahrens dieses Einspritzsystems wird auf das in Fig. 4 dargestellte Flußdiagramm und die zugehörige Beschrei­ bung verwiesen.
Fig. 3 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im wesentlichen mit dem in Fig. 2 darge­ stellten Einspritzsystem übereinstimmt und ebenfalls entspre­ chend dem in Fig. 4 dargestellten Betriebsverfahren arbei­ tet.
Darüber hinaus weist dieses Einspritzsystem eine Zusatzpumpe 15 auf, die von einem Elektromotor 16 angetrieben wird und der Förderpumpe 1 zur Unterstützung vorgeschaltet ist, wobei der Ausgangsdruck der Zusatzpumpe 15 hinreichend groß ist, um den Öffnungsdruck der Pumpeneinlaßventile zu überschreiten. Die Drossel 13 ist hierbei mit einem Rückschlagventil 17 in Serie geschaltet, um zu verhindern, daß die Zusatzpumpe 15 im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs, d. h. bei geschlossenem Steu­ erventil 6 und dementsprechend ohne Kraftstoffeinspritzung, Kraftstoff an dem Steuerventil 6 vorbei über die Drossel 13 zu der Hochdruckpumpe 7 fördert.
Fig. 4 zeigt schließlich als Flußdiagramm ein erfindungsge­ mäßes Betriebsverfahren für die in den Fig. 2 bzw. 3 dar­ gestellten Einspritzsysteme, das die Entlüftung des Nieder­ druckbereichs durch eine besondere Ansteuerung des Steuerven­ tils 6 zusätzlich unterstützt.
So besteht bei dem in Fig. 1 dargestellten Einspritzsystem das Problem, daß bei einem vollständig mit Luft gefüllten Niederdruckbereich beispielsweise nach einem Leerfahren des Kraftstofftanks 3 das Starten nicht oder nur schwer möglich ist. In diesem Fall herrscht nämlich auf der Saugseite und auf der Druckseite der Förderpumpe 1 derselbe Druck, so daß die Förderpumpe 1 im Kurzschluß arbeitet, da das Steuerventil 6 von der Steuereinheit 10 vollständig geöffnet wird, um für die notwendige Füllung des Hochdruckteils zu sorgen.
Zu Beginn wird der Anlasser des Dieselmotors betätigt, wo­ durch die Förderpumpe 1 und die Hochdruckpumpe 7 von der Wel­ le 4 angetrieben werden. Weiterhin wird das Steuerventil 6 von der Steuereinheit 10 vollständig geöffnet, um die erfor­ derliche Kraftstoffmenge an den Injektoren 8.1 bis 8.4 be­ reitzustellen. Das Vordruckregelventil 5 und das Hochdruckre­ gelventil 9 sind hierbei zunächst geschlossen, da der jewei­ lige Druck unter den vorgegebenen Sollwerten liegt. Die Steu­ ereinheit 10 mißt dann über einen Drucksensor 14 den an den Injektoren 8.1 bis 8.4 anliegenden Einspritzdruck und ver­ gleicht diesen mit einem vorgegebenen Schwellwert. Beim Über­ schreiten des Schwellwerts erfolgt dann in herkömmlicher Wei­ se der Motorstart. Falls der gemessene Einspritzdruck dagegen nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne auf den vorge­ gebenen Schwellwert ansteigt, so ist dies gewöhnlich darauf zurückzuführen, daß der Niederdruckbereich weitgehend mit Luft gefüllt ist. Zur Unterstützung der Entlüftung wird das Steuerventil 6 dann von der Steuereinheit 10 für eine vorge­ gebene Zeitspanne geschlossen, woraufhin dann von dem Druck­ sensor 14 erneut der Einspritzdruck gemessen wird. Dieser Zy­ klus aus Schließen des Steuerventils 6 und Messen des Ein­ spritzdrucks wird dann solange wiederholt, bis der Einspritz­ druck den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Claims (9)

1. Einspritzsystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit
einer Förderpumpe (1) zur Förderung der einzuspritzenden Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (3),
einer eingangsseitig mit der Förderpumpe (1) verbundenen Hochdruckpumpe (7) zum Einspritzen der von der Förderpumpe (1) geförderten Flüssigkeit durch mindestens eine Einspritz­ düse (8.1 bis 8.4) und
einem zwischen der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7) angeordneten ersten Entlüftungsglied (12) zur Entlüftung des zwischen der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7) be­ findlichen Niederdruckbereichs,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Entlüftungsglied (12) ausgangsseitig in einen Bereich mit geringerem Druck als in dem Niederdruckbereich mündet und den Niederdruckbereich bereits bei einem Druck entlüftet, der unterhalb des zum Betrieb der Hochdruckpumpe (7) erforderlichen Drucks liegt.
2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch geken­ nzeichnet, daß zwischen der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7) ein Steuerventil (6) angeordnet ist, um den Flüssigkeitsstrom von der Förderpumpe (1) zur Hochdruck­ pumpe (7) zu steuern, wobei das erste Entlüftungsglied (12) eingangsseitig zwischen der Förderpumpe (1) und dem Steuer­ ventil (6) angeordnet ist und ausgangsseitig in den Rücklauf der Hochdruckpumpe (7) mündet.
3. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g­ ekennzeichnet, daß zwischen der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7) ein Steuerventil (6) angeordnet ist, um den Flüssigkeitsstrom von der Förderpumpe (1) zur Hochdruckpumpe (7) zu steuern, wobei zwischen dem Steuerven­ til (6) und der Hochdruckpumpe (7) ein zweites Entlüftungs­ glied (13) angeordnet ist, das ausgangsseitig auf die Saug­ seite der Förderpumpe (1) mündet.
4. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d­ adurch gekennzeichnet, daß das erste Ent­ lüftungsglied (12) und/oder das zweite Entlüftungsglied (13) als Drossel ausgebildet ist, wobei die Drossel (12, 13) so ausgelegt ist, daß der über die Drossel (12, 13) fließende Flüssigkeitsstrom wesentlich kleiner ist als der Förderstrom der Förderpumpe (1).
5. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen eingangsseitig mit der Hochdruck­ pumpe (7) verbundenen Drucksensor (14) zur Messung des von der Hochdruckpumpe (7) erzeugten Einspritzdrucks und eine eingangsseitig mit dem Drucksensor (14) verbundene Steuerein­ heit (10), die das Steuerventil (6) im Niederdruckbereich bei einem zu geringen Einspritzdruck vorübergehend schließt, um auch bei einem vollständig luftgefüllten Niederdruckbereich eine Entlüftung zu ermöglichen.
6. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d­ adurch gekennzeichnet, daß der Förderpum­ pe (1) zur Unterstützung eine eingangsseitig mit dem Vorrats­ behälter (3) verbundene Zusatzpumpe (15) vorgeschaltet ist.
7. Einspritzsystem nach Anspruch 6 und Anspruch 3, dadur­ ch gekennzeichnet, daß das zweite Entlüf­ tungsglied (13) mit einem Rückschlagventil (17) in Serie ge­ schaltet ist, um zu verhindern, daß die Zusatzpumpe (15) Kraftstoff über das zweite Entlüftungsglied (13) zu der Hoch­ druckpumpe (7) fördert.
8. Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit den folgenden Schritten:
  • 1. Öffnen des Steuerventils (6) zwischen der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7),
  • 2. Starten der Förderpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (7),
  • 3. Messen des von der Hochdruckpumpe (7) erzeugten Einspritz­ drucks,
  • 4. Vergleichen des gemessenen Einspritzdrucks mit einem vorge­ gebenen Schwellwert,
  • 5. Schließen des Steuerventils (6) für eine vorgegebene Zeit­ dauer bei einem Unterschreiten des Schwellwerts.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (6) wiederholt geschlossen und geöffnet wird, bis der Einspritzdruck den vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
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