DE19910976A1

DE19910976A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit mehrstufiger Hochdruckpumpe und zwei Druckspeichern

Info

Publication number: DE19910976A1
Application number: DE19910976A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mahr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: KR20010043468A; EP1080307A1; JP2002539373A; DE19910976B4; US6415767B1; WO2000055497A1

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei unterschiedlichen, hohen Systemdrücken, wobei ein von einer ersten Pumpe (3) gespeisten erster Druckspeicher (4) für den tieferen Systemdruck und ein von einer zweiten Pumpe (6) gespeister zweiter Druckspeicher (7) für den höheren Systemdruck vorgesehen sind und wobei zumindest der zweite Druckspeicher (7) für eine Kraftstoffeinspritzung leitungsmäßig mit den Injektoren (10) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verbindbar ist, ist die zweite Pumpe (6) eingangsseitig mit dem ersten Druckspeicher (5) verbunden.

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 WO 98/09068 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 erfolgen das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe eines Ventil körpers 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. 2stufigem Düsennadelhub.

Bei dem aus der WO 98/09068 A1 bekannten hubgesteuerten Einspritzsystem wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank auf zwei unterschiedliche hohe Systemdrücke jeweils mit tels einer Pumpe verdichtet und jeweils in einen Druck speicher gefördert. Über eine Ventilsteuerung kann entwe der der höhere oder tiefere Systemdruck für eine Einsprit zung in den Düsenraum eines Injektors geleitet werden.

Aus der EP 0 711 914 A1 ist weiterhin ein druckgesteuertes Einspritzsystem bekannt, bei dem mit Hilfe einer Hoch druckpumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen Systemdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druck speicher gespeichert wird. Weiterhin wird der unter Hoch druck stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspei cher gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraft stoffzufuhr 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 Ventilsitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus der Düsenöffnung austreten kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem weist zur Verbesserung des Wirkungsgrads bei der Druckerzeugung die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Weite re vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü chen beschrieben.

Durch die Möglichkeit, zwei Drücke bzw. zwei Pumpstufen zur Verfügung zu haben, kann der tiefere Systemdruck (er ste Hochdruckstufe) zum Abdichten gegenüber der Leckage menge der zweiten Druckstufe (höherer Systemdruck) verwen det werden. Beide Pumpen sind vorzugsweise in einem Gehäu se untergebracht.

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:

- einen besseren Wirkungsgrad im Vergleich zu Systemen mit nur einer Hochdruckpumpe bzw. -stufe.
- eine bessere Abdichtung der Pumpe gegen höhere Drücke.
- 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

Verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems eines Vierzylindermotors sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nach folgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a ein Ausführungsbeispiel mit einer zentralen Ven tileinheit zur Ansteuerung der Injektoren mit dem tieferen Systemdruck und mit einer Leckage leitung für die Ventileinheit;

Fig. 1b ein der Fig. 1a entsprechendes Ausführungsbei spiel, bei dem zusätzlich für jeden Injektor ei ne Ventileinheit für den höheren Systemdruck vorgesehen ist;

Fig. 2a ein Ausführungsbeispiel mit einer zentralen Ven tileinheit zur Ansteuerung der Injektoren mit dem tieferen Systemdruck und mit einer gemeinsa men Leckageleitung für alle Injektoren;

Fig. 2b ein der Fig. 2a entsprechendes Ausführungsbei spiel, bei dem zusätzlich mit dem tieferem Sy stemdruck weitere Steuereinheiten hydraulisch angesteuert werden;

Fig. 2c ein der Fig. 2a entsprechendes Ausführungsbei spiel, bei dem zusätzlich für jeden Injektor ei ne Ventileinheit für den höheren Systemdruck vorgesehen ist;

Fig. 3a ein Ausführungsbeispiel mit jeweils einer Ven tileinheit für jeden Injektor zur Ansteuerung mit dem tieferen Systemdruck und mit einer ge meinsamen Leckageleitung für alle Ventileinhei ten;

Fig. 3b ein der Fig. 3a entsprechendes Ausführungsbei spiel, bei dem die gemeinsame Leckageleitung für die Injektoren vorgesehen ist; und

Fig. 3c ein der Fig. 3a entsprechendes Ausführungsbei spiel, bei dem zusätzlich für jeden Injektor ei ne Ventileinheit für den höheren Systemdruck vorgesehen ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei jedem der in den Figuren dargestellten Einspritzsyste me wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 1 über einen Filter 2 mittels einer ersten Hochdruckpumpe 3 auf einen Systemdruck von z. B. 200 bar verdichtet und in einen er sten Druckspeicher 4 (z. B. ein Rail) gefördert (erste Hochdruckstufe). Die Leckage der ersten Hochdruckpumpe 3 wird über eine Leitung 5 in den Kraftstofftank 1 rückge führt.

In einer weiteren Verdichterstufe wird der Kraftstoff aus dem ersten Druckspeicher 4 mittels einer zweiten Hoch druckpumpe 6 auf den gewünschten Einspritzdruck von z. B. 2000 bar (evtl. mit weiterer Saugdrosselregelung) weiter verdichtet und in einen zweiten Druckspeicher 7 (z. B. ein Rail) gefördert (zweite Hochdruckstufe). Für beide Pumpen eignen sich Reihenpumpen, Verteilerpumpen, Membranpumpen usw., wobei die erste Hochdruckstufe natürlich mindestens die komplette Vollastmenge fördern können muß. Die Leckage der zweiten Hochdruckpumpe 6 wird über eine Leitung 8 in den ersten Druckspeicher 4 rückgeführt.

Die den Kraftstoff in die einzelnen Zylinder einspritzen den vier Injektoren 10 sind für eine Einspritzung mit dem höheren Systemdruck mit dem zweiten Druckspeicher 7 und für eine Einspritzung mit dem tieferen Systemdruck mit dem ersten Druckspeicher 4 leitungsmäßig verbunden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1a wird der Kraftstoff aus dem zweiten Druckspeicher 7 über eine gemeinsame Hoch druckleitung 9 allen Injektoren 10 zugeleitet. Auch der Kraftstoff aus dem ersten Druckspeicher 4 wird, zentral von einer Ventileinheit 11 gesteuert, über eine gemeinsame Hochdruckleitung 12 allen Injektoren 10 zugeleitet. Die Leckage der zentralen Ventileinheit 11 wird über eine Lei tung 13 in den Kraftstofftank 1 rückgeführt. Das Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 1b unterscheidet sich von dem der Fig. 1a dadurch, daß die Injektoren 10 über separate Hoch druckleitungen 109 mit dem Druckspeicher 7 verbunden sind. Über je eine (lokale) Ventileinheit 14 in jeder Hochdruck leitung 109 kann die Einspritzung für jeden Zylinder ein zeln gesteuert werden.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a ist in Fig. 2a für eine Abfuhr von Leckage die gemeinsame Leitung 15 nicht mit der zentralen Ventileinheit 11, sondern mit den Injektoren 10 verbunden. Der Druck der ersten Hoch druckstufe kann z. B. auch verwendet werden, um eine hy draulische Ventilverstellung der Einlaß- bzw. Auslaßventi le, eine Verstellung der Nockenwellenzuordnung, eine Betä tigung von Motorbremssystemen usw. zu ermöglichen. Dazu ist bei dem in Fig. 2b gezeigten Ausführungsbeispiel der erste Druckspeicher 4 zusätzlich über eine Leitung 16 über Ventileinheiten 17 mit einer oder mehreren hydraulischen Steuereinheiten (nicht gezeigt) des Kraftstoffeinspritzsy stems verbunden. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2c un terscheidet sich von dem der Fig. 2a dadurch, daß die In jektoren 10 über separate Hochdruckleitungen 109 mit dem Druckspeicher 7 verbunden sind. Über je eine (lokale) Ven tileinheit 14 in jeder Hochdruckleitung 109 kann die Ein spritzung für jeden Zylinder einzeln gesteuert werden.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen der Kraftstoff aus dem ersten Druckspeicher 4 auf die ein zelnen Injektoren 10 nicht zentral über eine einzige Ven tileinheit, sondern separat über Leitungen 112 mit je ei ner Ventileinheit 111 für jeden Injektor 10 zugemessen wird. Während im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a für all diese Ventileinheiten 111 zur Ableitung von Leckage in Richtung zum Kraftstofftank eine gemeinsame Leitung 113 vorgesehen ist, ist in Fig. 3b für die Injektoren 10 eine ebenfalls zum Kraftstofftank 1 führende gemeinsame Leitung 15 vorgesehen. Schließlich zeigt Fig. 3c noch ein Ein spritzsystem, bei dem zusätzlich für jeden Injektor 10 je weils eine eigene Hochdruckleitung 109 und eine Ventilein heit 14 für den höheren Systemdruck vorgesehen ist.

Die Ventile 11, 111, 14 können als piezoelektrische oder Magnetventile ausgeführt sein.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschi ne, mit mindestens zwei unterschiedlichen, hohen Sy stemdrücken,
mit einem von einer ersten Pumpe (3) gespeisten er sten Druckspeicher (4) für den tieferen Systemdruck und mit einem von einer zweiten Pumpe (6) gespeisten zweiten Druckspeicher (7) für den höheren System druck,
wobei zumindest der zweite Druckspeicher (7) für eine Kraftstoffeinspritzung leitungsmäßig mit den Injekto ren (10) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschi ne verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Pumpe (6) eingangsseitig mit dem er sten Druckspeicher (4) verbunden ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Leckage der ersten Pumpe (3) eine auf niederes Druckniveau, insbesondere zum Kraftstofftank (1), führende Leckageleitung (5) vor gesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß für die Leckage der zweiten Pumpe (6) eine zum ersten Druckspeicher (4) führende Leckageleitung (8) vorgesehen ist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ein zelnen Injektoren (10) mit dem ersten Druckspeicher (4) über eine zentrale Ventileinheit (11) oder je weils über lokale Ventileinheiten (111) verbunden sind.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Leckage der zentralen Ventileinheit (11) bzw. der lokalen Ventileinheiten (111) eine auf niederes Druckniveau, insbesondere zum Kraftstofftank (1), führende Leckageleitung (13; 113) vorgesehen ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Leckage der einzelnen Injektoren (10) eine auf niede res Druckniveau, insbesondere zum Kraftstofftank (1), führende Leckageleitung (15) vorgesehen ist.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckspeicher (4) über eine oder mehrere Ventilein heiten (17) mit mindestens einer hydraulischen Steu ereinheit des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden ist.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpen (3, 6) in einem gemeinsamen Gehäuse zu zwei Pumpstufen zusammengefaßt sind.