DE19910971A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Hochdruckpumpe und zwei Druckspeichern - Google Patents

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei unterschiedlichen, hohen Systemdrücken, wobei ein von einer Hochdruckpumpe (3) gespeister erster Druckspeicher (4) für den höheren Systemdruck und ein zweiter Druckspeicher (6) für den tieferen Systemdruck vorgesehen sind und wobei zumindest der erste Druckspeicher (4) für eine Kraftstoffeinspritzung leitungsmäßig mit den Injektoren (10) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verbindbar ist, ist das Druckniveau der Hochdruckpumpe (3) größer als der höhere Systemdruck und weist der erste Druckspeicher (3) ein zum zweiten Druckspeicher (6) führendes Überdruckventil (5) und der zweite Druckspeicher (6) ein Überdruckventil (7) auf.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentan­ spruchs 1.

Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem ist beispielswei­ se durch die EP 0 711 914 A1 bekanntgeworden.

Die Verwendung von Kraftstoffeinspritzsystemen mit Druck­ speichern ist bei Dieselmotoren bzw. bei der Benzindirekt­ einspritzung bekannt. Diese Systeme arbeiten mit einer Hochdruckpumpe und teilweise mit einer Vorförderpumpe (Druck bis ca. 10 bar). Es sind auch Systeme mit Saugdros­ selregelung bekannt.

Bei den Injektoren für die Einspritzung des Dieselkraft­ stoffes wird derzeit zwischen hub- und druckgesteuerten Systemen unterschieden. Bei einem druckgesteuerten Kraft­ stoffeinspritzsystem wird durch den im Düsenraum eines In­ jektors herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilkörper (z. B. eine Düsennadel) gegen die Wirkung einer Schließ­ kraft aufgesteuert und so eine Düsenöffnung für eine Ein­ spritzung des Kraftstoffes freigegeben. Bei einem hubge­ steuerten Kraftstoffeinspritzsystem erfolgt das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe eines Ventilkör­ pers aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens zweier Kraftstoffdrücke in dem Düsenraum und in einem Steuerraum. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in den Zy­ linder austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, wäh­ rend unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff im Einspritzsystem zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Bei den Injektoren gibt es wei­ terhin Einspritzdüsen mit variablem Spritzlochquerschnitt (Variodüse) bzw. 2-stufigem Düsennadelhub.

Bei dem aus der EP 0 711 914 A1 bekannten druckgesteuerten Einspritzsystem wird mit Hilfe einer Hochdruckpumpe Kraft­ stoff auf einen ersten hohen Systemdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druckspeicher gespeichert. Weiterhin wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspeicher gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr mittels eines 2/2- Wegventils ein zweiter hoher Systemdruck von ca. 400 bar aufrechterhalten wird. Über eine Ventilsteuereinheit wird dann entweder der tiefere oder höhere Systemdruck in den Düsenraum eines Injektors geleitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventil­ sitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus der Düsenöffnung austreten kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem weist die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Weite­ re vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü­ chen beschrieben.

Bei diesem Einspritzsystem erzeugt die Hochdruckpumpe ein Druckniveau über dem bei Vollast der Brennkraftmaschine maximalen Einspritzdruck, d. h., die Fördermenge der Hoch­ druckpumpe ist größer als die maximal erforderliche Vol­ lastmenge. Ein Druckbegrenzer (Druckregler) am Druckspei­ cher für den höheren Systemdruck (zweite Hochdruckstufe, z. B. ca. 800 bis ca. 1800 bar) entläßt die Mehrmenge in einen zweiten Druckspeicher (erste Hochdruckstufe, z. B. ca. 200 bis 1000 bar), dessen Druck über einen weiteren Druckbegrenzer zum Tankrücklauf hin geregelt ist.

Der Druck der ersten Hochdruckstufe (z. B. ca. 200 bar) kann z. B. verwendet werden, um eine hydraulische Ventil­ verstellung der Einlaß- bzw. Auslaßventile, eine Verstel­ lung der Nockenwellenzuordnung, eine Betätigung von Motor­ bremssystemen usw. zu ermöglichen. Weiterhin kann mit dem Druck der ersten Hochdruckstufe eine Voreinspritzung und/ oder eine Nacheinspritzung realisiert werden.

Für bestimmte Anwendungen, z. B. bei Ottomotoren, kann eine hydraulische Übersetzung von Schmieröl in Kraftstoff oder umgekehrt erfolgen (wahlweise in der ersten bzw. zweiten Hochdruckstufe). Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Druck der ersten Hochdruckstufe zur Steuerung des Öff­ nungsquerschnittes bzw. zur Ansteuerung von Einspritzdüsen (Steuerdruck) hub- oder druckgesteuert zu verwenden. Die Steuerung des Hubes kann sehr einfach über Druck/Weg er­ folgen (Federkraft) oder über einen festen Anschlag. Die Drücke können über piezoelektrische oder Magnetventile ge­ schaltet werden, wobei der Steuerdruck für alle Zylinder zentral über ein Ventil oder lokal über mehrere Ventile geschaltet werden kann. Für die Ansteuerung der Einspritz­ düsen eignet sich ggf. auch deren Leckölleitung. Mit die­ sem Steuerdruck der ersten Hochdruckstufe kann z. B. auch eine Variodüse angesteuert werden. Das System ist geeignet für Otto- und Dieselmotoren.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystems ermöglicht außerdem:

• - eine Steuerung von am Motor vorhandenen Systemen wie z. B. von Ein- bzw. Auslaßorganen über das Kraftstoffsy­ stem.
• - eine kompakte Bauweise. Piezoelektrische oder Magnetven­ tile können an dem bzw. an den Druckspeichern vorgesehen werden und brauchen nicht im Zylinderkopf direkt in bzw. am Düsenhalter angeordnet zu werden.
• - eine Ansteuerung von Einspritzdüsen druck- oder hubge­ steuert sowie auch stufenlos oder über einen Huban­ schlag, und zwar unabhängig vom Einspritzdruck.
• - eine geringe elektrische Leistung für die Betätigung von piezoelektrischen oder Magnetventilen, da geringe Steu­ erdrücke und geringe Wege möglich sind.
• - eine modulare Bauweise.
• - daß das System frei in der Wahl des Einspritzbeginns ist. Daher sind Vor- und Nacheinspritzung möglich.
• - die Verwendung des Drucks der ersten Hochdruckstufe für eine Vor- und/oder Nacheinspritzung. Durch den geringe­ ren Einspritzdruck werden eine Rußbildung und eine Öl­ verdünnung weitgehend vermieden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge­ genstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich­ nung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoff­ einspritzsystems ist in der Zeichnung schematisch darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem ei­ nes Vierzylindermotors mit einer Hochdruckpumpe und zwei Druckspeichern.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in der Figur dargestellten Einspritzsystem wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 1 über einen Filter 2 mittels einer Hochdruckpumpe 3 auf einen Druck von z. B. 1800 bar verdichtet und in einen ersten Druckspeicher 4 (z. B. ein Rail) gefördert. Der dort herrschende Druck ist über ein Überdruckventil 5 auf einen (höheren) Systemdruck (zweite Hochdruckstufe) von z. B. 1500 bar begrenzt bzw. geregelt. Das Druckniveau der Hochdruckpumpe 3 ist demnach größer als dieser Systemdruck und somit die Fördermenge der Hochdruckpumpe 3 größer als die bei Vollast erforder­ liche Kraftstoffmenge, so daß die Mehrmenge über das Über­ druckventil 5 in einen zweiten Druckspeicher 6 (z. B. ein Rail) gefördert wird. Der dort herrschende Druck ist auf einen (tieferen) Systemdruck (erste Hochdruckstufe), z. B. ca. 200 bar, über ein Überdruckventil 7 begrenzt, das den Kraftstoffrücklauf über eine Leckageleitung 8 zum Kraft­ stofftank 1 regelt. Diese Leckageleitung 8 wird auch von der Hochdruckpumpe 3 genutzt.

Der im ersten Druckspeicher 4 befindliche Kraftstoff wird über vier Leitungen 9 zu den Injektoren 10 der vier Zylin­ der gefördert und dort in den Brennraum des jeweiligen Zy­ linders eingespritzt. Gesteuert über ein zentrales Ventil 11 kann der im zweiten Druckspeicher 6 befindliche Kraft­ stoff über eine zu den Injektoren 10 führende gemeinsame Leitung 12 für eine Vor- und/oder Nacheinspritzung verwen­ det werden. Weiterhin kann der tiefere Systemdruck dazu verwendet werden, Ventile 13 für eine hydraulische Ver­ stellung der Einlaß- bzw. Auslaßventile, eine Verstellung der Nockenwellenzuordnung, eine Betätigung von Motorbrems­ systemen usw. über eine Leitung 14 zu anzusteuern.

Die Ventile 11, 13 können als piezoelektrische oder Ma­ gnetventile ausgeführt sein.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschi­ ne, mit mindestens zwei unterschiedlichen, hohen Systemdrücken, mit einem von einer Hochdruckpumpe (3) gespeisten er­ sten Druckspeicher (4) für den höheren Systemdruck und mit einem zweiten Druckspeicher (6) für den tie­ feren Systemdruck, wobei zumindest der erste Druckspeicher (4) für eine Kraftstoffeinspritzung leitungsmäßig mit den Injekto­ ren (10) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschi­ ne verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckniveau der Hochdruckpumpe (3) größer als der höhere Systemdruck ist und daß der erste Druckspeicher (3) ein zum zweiten Druckspeicher (6) führendes Überdruckventil (5) und der zweite Druckspeicher (6) ein Überdruckventil (7) aufweist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (7) des zwei­ ten Druckspeichers (6) an eine Leckageleitung (8) an­ geschlossen ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Injektoren (10) mit dem zweiten Druckspeicher (6) über eine zen­ trale Ventileinheit (11) oder jeweils über lokale Ventileinheiten verbunden sind.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckspeicher (6) über eine oder mehrere Ventilein­ heiten (13) mit mindestens einer hydraulischen Steu­ ereinheit des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden ist.