DE19933198A1 - Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzvorrichtung für flüssige Kraftstoffe - Google Patents
Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzvorrichtung für flüssige KraftstoffeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzeinrichtung für flüssige Kraftstoffe, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei der aus einem Kraftstofftank der Kraftstoff mittels einer Vorpumpe über die Förderleitung und eine Hochdruckpumpe in einen Druckspeicherraum gefördert wird, der mit wenigstens einer Einspritzdüse in Verbindung steht, wobei der Druck im Druckspeicherraum über ein steuerbares Druckhalteventil geregelt wird und die Kraftstoffzuflußmenge zur Hochdruckpumpe in Abhängigkeit von der Durchflußmenge durch das Druckhalteventil (8) in der Weise geregelt wird, daß bei einem Ansteigen der durch eine Abströmleitung des Druckhalteventils abgeführte Durchflußmenge die Zuflußmenge zur Hochdruckpumpe vermindert wird.
Description
Einspritzeinrichtungen für flüssige Kraftstoffe, insbesondere
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen an einer Kolbenbrennkraftma
schine sind so ausgebildet, daß der Kraftstoff über eine
Hochdruckpumpe in einen Druckspeicherraum gefördert wird, aus
dem dann durch Öffnen der Einspritzventile der Kraftstoff mit
einem vorgegebenen praktisch konstanten Druck in den jeweili
gen Brennraum eingeführt werden kann.
Um nun den Druck des Kraftstoffs im Druckspeicher entspre
chend den Anforderungen an vorgebbare Drücke regeln zu kön
nen, wurde bisher dem Druckspeicher ein Druckhalteventil zu
geordnet, dessen Schließkraft durch eine Feder einerseits und
einen in seiner Bestromung steuerbaren Elektromagneten ande
rerseits aufgebracht wurde. Durch Verstellen des Magnetstro
mes läßt sich ein entsprechender Druck im Druckspeicherraum
im wesentlichen konstant einstellen. Mit diesem bekannten Sy
stem ist eine schnelle, stabile und präzise Druckregelung
möglich. Die Druckregelung erfolgt im wesentlichen auf mecha
nischem Weg durch das Druckhalteventil. Ein zusätzlicher,
elektronischer Regelkreis, der auf den Elektromagneten des
Druckhalteventils einwirkt, ist nur erforderlich, um die von
mechanischen Regler verbleibenden Regelabweichungen auszu
gleichen. Von der Hochdruckpumpe verursachte Druckstöße wer
den vom Druckhalteventil gedämpft, wobei über das Druckhalte
ventil auch ein schneller Abbau des Drucks im Druckspeicher
möglich ist.
Der Nachteil dieses bekannten Systems besteht darin, daß die
Hochdruckpumpe immer die maximale Fördermenge fördert, so daß
der von der Kolbenbrennkraftmaschine nicht abgenommene Kraft
stoff über das Druckhalteventil zum Kraftstofftank zurück
fließt. Hieraus resultieren nicht nur Leistungsverluste, son
dern aufgrund der Reibung ist auch eine spürbare Erwärmung
des in den Kraftstofftank zurückfließenden Kraftstoffs fest
zustellen, so daß dies bei einem Betrieb einer Kolbenbrenn
kraftmaschine über längere Zeit bei geringer Tankfüllung zu
einer spürbaren Aufheizung des Tankinhaltes führt.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde zur Druckregelung zwi
schen einer Vorpumpe und der Hochdruckpumpe ein elektrisch
verstellbares Mengendosierventil vorgesehen. Dieses Mengendo
sierventil wurde von einem elektronischen Regler angesteuert,
der den Stellwert aus Kennfeldern und der gemessenen Regelab
weichung des Drucks ermittelt. Der Vorteil dieses Systems be
steht darin, daß nur die gerade benötigte Kraftstoffmenge un
ter Hochdruck gesetzt wird. Der Nachteil dieses Systems be
steht jedoch in einer sehr aufwendigen Technik. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, daß die Hochdruckpumpe eine "Totzeit"
in der Regelstrecke darstellt. Die elektronische Druckrege
lung muß daher entsprechend träge abgestimmt sein, um
Schwingneigungen des Systems zu vermeiden. Diese Ausführungs
form kann somit auf schnelle Druckschwankungen nicht reagie
ren. Der Druck im Druckspeicher kann nur über Injektor-
Leckagen und durch Abführung des Kraftstoffs über die Ein
spritzventile abgebaut werden. Damit ist ein zusätzliches Si
cherheitsventil erforderlich.
Eine Kombination dieser beiden Varianten ist zwar möglich,
jedoch mit einem erheblichen Herstellungs- und Kostenauswand
verbunden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, daß bei geringem Herstellungs- und Kostenaufwand
die Nachteile der vorbekannten Systeme vermeidet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren
zur Druckregelung an einer Einspritzeinrichtung für flüssige
Kraftstoffe, insbesondere an einer Kraftstoffeinspritzein
richtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine, bei dem aus einem
Kraftstofftank der Kraftstoff mit einer Vorpumpe über eine
Förderleitung und eine Hochdruckpumpe in einen Druckspeicher
raum gefördert wird, der mit Einspritzdüsen in Verbindung
steht, wobei der Druck im Druckspeicherraum über ein steuer
bares Druckhalteventil geregelt wird und die Kraftstoffzu
flußmenge zur Hochdruckpumpe in Abhängigkeit von der Durch
flußmenge durch das Druckhalteventil in der Weise geregelt
wird, daß bei einem Ansteigen der durch eine Abströmleitung
geführten Durchflußmenge die Zufuhr zur Hochdruckpumpe ver
mindert wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist eine schnelle
stabile und präzise Druckregelung möglich. Es wird nur ge
ringfügig mehr Kraftstoff als zum Betrieb benötigt unter
Druck gesetzt. Auch ein schneller Druckabbau ist möglich, wo
bei der Bauaufwand nur geringfügig größer ist als bei einer
mengengeregelten Pumpe. Zweckmäßigerweise wird die Zuflußmen
ge zur Hochdruckpumpe durch Veränderung des freien Strömungs
querschnitts in der Förderleitung zur Hochdruckpumpe in Ab
hängigkeit von der Durchflußmenge des Druckhalteventils gere
gelt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durch
flußmenge des Druckhalteventils durch Erfassung der Druckdif
ferenz vor und hinter einer in der Abströmleitung angeordne
ten Meßblende erfolgt. Mit Hilfe dieser Druckerfassung ist es
möglich, beispielsweise ein in der Kraftstoffzuflußleitung
zur Hochdruckpumpe angeordnetes Regelventil druckabhängig zu
betätigen, durch das der freie Strömungsquerschnitt in der
Förderleitung zur Hochdruckpumpe bei ansteigender Durchfluß
menge vermindert und bei abnehmender Durchflußmenge geöffnet
wird.
Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen eine Anordnung zur
Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens für eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere an einer Kolben
brennkraftmaschine, deren Einspritzdüsen druckseitig mit ei
nem zentralen Druckspeicherraum verbunden sind, der über eine
Hochdruckpumpe, eine Förderleitung und eine Vorpumpe mit ei
nem Kraftstofftank in Verbindung steht, wobei der Hochdruck
pumpe druckseitig ein steuerbares Druckhalteventil zugeordnet
ist, das über eine Abströmleitung mit dem Kraftstofftank ver
bunden ist, wobei ferner in der Förderleitung zur Hochdruck
pumpe ein Regelventil angeordnet ist, das mit einem in der
Abströmleitung hinter dem Druckhalteventil angeordneten Mit
tel zur Erfassung der Durchflußmenge in Verbindung steht, wo
bei das Regelventil so ausgelegt ist, daß bei einem Anstieg
der Durchflußmenge in der Abströmleitung der Zufluß zur Hoch
druckpumpe vermindert wird. Bei einer hohen Mengenabnahme
durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung sinkt der Durchfluß
durch das Druckhalteventil gegen Null ab, so daß das Regel
ventil vollständig öffnet und damit die Kraftstoffpumpe mit
der maximal vorgesehenen Leistung den Kraftstoff im Druck
speicherraum unter Hochdruck zu halten vermag. Sinkt die Men
genabnahme ab, dann steigt entsprechend der Beaufschlagung
des Druckhalteventils die über die Abströmleitung abfließende
Kraftstoffmenge an. Hierdurch wird dann das Steuerventil in
Schließrichtung bewegt, so daß die der Hochdruckpumpe ansaug
seitig zur Verfügung stehende Kraftstoffmenge so lange ver
mindert wird, bis hier eine vorgebbare geringe Restdurchfluß
menge durch das Druckhalteventil abströmt. Damit ist gewähr
leistet, daß immer nur eine geringfügig größere Menge durch
die Hochdruckpumpe gefördert werden muß, als dies für den Be
darf der Kraftstoffeinspritzung notwendig ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß das Regelventil als Schieberventil ausgebildet ist und
einen Steuerschieber aufweist, daß das Mittel zur Erfassung
der Durchflußmenge durch eine in der Abströmleitung angeord
nete Meßblende gebildet wird, daß vor der Meßblende eine
hochdruckseitige Zweigleitung abzweigt, die den Steuerschie
ber in Schließrichtung beaufschlagt und daß hinter der Meß
blende eine niederdruckseitige Zweigleitung abzweigt, die den
Steuerschieber in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Durch diese
Ausgestaltung ist durch eine einfache Meßblende eine Erfas
sung der Durchflußmenge in der Abströmleitung hinter dem
Druckhalteventil möglich, die eine entsprechende Verstellung
des Steuerschiebers in Abhängigkeit von der Druckdifferenz
vor und nach der Meßblende ermöglicht. Im Betrieb stellt sich
damit sehr schnell ein Gleichgewichtszustand ein. Der Steuer
schieber ist zweckmäßig mit einer in Öffnungsrichtung wirken
den Rückstellfeder verbunden, so daß bei einem Ansinken der
Durchflußmenge eine zuverlässige Verschiebung des Steuer
schiebers in Öffnungsrichtung möglich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
das Schieberventil hochdruckseitig mit der Niederdruckseite
der Abströmleitung verbunden ist und eine Abströmöffnung auf
weist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen oberen Druck
grenze über den Steuerschieber geöffnet wird. Damit wirkt bei
einer sehr hohen Durchflußmenge durch das Druckhalteventil
der Steuerschieber selbst als Sicherheitsventil für den hoch
druckseitigen Bereich.
Diese Sicherung kann in einer anderen Ausgestaltung der Er
findung auch dadurch bewirkt werden, daß die hochdruckseitige
Steuerleitung über eine Abflußleitung mit dem Kraftstofftank
verbunden ist und daß in der Abflußleitung ein Grenzdruckven
til angeordnet wird.
Die Erfindung wird anhand eines Fließbildes einer Kraftstoff
einspritzeinrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine näher
erläutert.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung besteht im wesentlichen
aus mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 1, die mit den zugehö
rigen Zylindern der Kolbenbrennkraftmaschine verbunden sind.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen stehen über eine Verteilungslei
tung 2 mit einem Druckraum 3 in Verbindung, in dem über eine
Hochdruckpumpe 4 ein Druck in der Größenordnung von 1.000 bis
1.500 bar und auch darüber aufrechterhalten wird. Der Hoch
druckpumpe 4 wird über eine Förderleitung 5 und eine Vorpumpe
6 der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 7 zugeführt.
Der Druckraum 3 ist mit einer Abströmleitung 9 zum Kraft
stofftank 7 versehen, in der ein steuerbares Druckhalteventil
8 angeordnet ist. Auch die Kraftstoffeinspritzdüsen 1 sind
über eine Rücklaufleitung 10 mit dem Kraftstofftank 7 verbun
den.
Bei ungeregelter Hochdruckpumpe 4 würden die von den Kraft
stoffeinspritzdüsen 1 nicht abgenommenen Kraftstoffmengen
über das steuerbare Druckhalteventil 8 und die Abströmleitung
9 in den Kraftstofftank 7 zurückfließen. Da es sich hier je
nach Lastfall um verhältnismäßig große Kraftstoffmengen han
deln kann, die sich beim Durchgang durch das Druckhalteventil
8 entsprechend aufheizen würden, ist in der Förderleitung 5
als Regelventil ein Schieberventil 11 mit einem Steuerschie
ber 12 vorgesehen, durch das in Abhängigkeit von der durch
das Druckhalteventil 8 abströmenden Durchflußmenge die über
die Förderleitung 5 zur Hochdruckpumpe 4 geförderte Kraft
stoffmenge in der Weise verändert wird, daß bei einer erhöh
ten Durchflußmenge in der Abströmleitung 9 die Durchflußmenge
in der Förderleitung 5 vermindert wird und umgekehrt. Um dies
zu erreichen, ist in der Abströmleitung 9 eine Meßblende 13
vorgesehen. Von der Abströmleitung 9 zweigt hochdruckseitig
vor der Meßblende 13 eine Zweigleitung 14 ab, die den Steuer
schieber 12 in Schließrichtung beaufschlagt. Ferner zweigt
hinter der Meßblende 13 eine niederdruckseitige Zweigleitung
15 ab, die den Steuerschieber 12 in Öffnungsrichtung beauf
schlagt. Der Steuerschieber 12 ist ferner über eine Rück
stellfeder 16 abgestützt, die auf den Steuerschieber 12 in
Öffnungsrichtung einwirkt.
Wie aus der schematischen Zeichnung ersichtlich, weist der
Steuerschieber 12 eine Steuerkante 17 auf, die dem zwischen
Vorpumpe 6 und Schieberventil 11 zugeordneten Teil 5.1 der
Förderleitung zugeordnet ist.
Wird der gesamte Mengenstrom der Hochdruckpumpe über die
Kraftstoffeinspritzdüsen 1 abgenommen, dann erfolgt praktisch
kein Durchfluß durch das Druckhalteventil 8, so daß der mit
der hochdruckseitigen Zweigleitung 14 in Verbindung stehende
Druckraum 14.1 des Regelventils praktisch drucklos ist und
dementsprechend der Steuerschieber 12 über die Rückstellfeder
16 vollständig geöffnet ist.
Wird die Kraftstoffabnahme über die Kraftstoffeinspritzdüsen
1 reduziert, dann strömt bei gleichbleibender Förderleistung
der Hochdruckpumpe 4 über das Druckhalteventil eine entspre
chende ansteigende Kraftstoffmenge ab. Hierbei baut sich vor
der Meßblende 13 ein entsprechend ansteigender Druck auf, der
im Bereich von beispielsweise bis zu 10 bar liegen kann. Hin
ter der Meßblende ist der Kraftstoffdruck entsprechend gerin
ger. Infolge der Druckdifferenz wird über die Zweigleitung 14
der Hochdruckraum 14.1 des Regelventils 12 mit entsprechend
hohem Druck beaufschlagt, während auf dem Niederdruckraum
15.1 ein entsprechend geringerer Druck ansteht, so daß gegen
die Kraft der Rückstellfeder 16 der Steuerschieber 12 in
Schieberrichtung (Pfeil 12.1) verschoben wird. Hierbei wird
die der Steuerkante 17 zugeordnete Zuströmöffnung 18 am Re
gelventil proportional zur Druckdifferenz geschlossen und so
mit die der Hochdruckpumpe 4 zuströmende Kraftstoffmenge ent
sprechend reduziert, so daß nach Erreichen eines Gleichge
wichtszustandes der Hochdruckpumpe praktisch nur geringfügig
mehr Kraftstoff zuströmt, als von den Einspritzdüsen 1 abge
nommen wird. Der Mengenüberschuß dient zum Aufbau einer men
genproportionalen Druckdifferenz zur Ansteuerung des Steuer
schiebers. Um etwaige Schwingungen des Steuerschiebers zu
vermeiden, kann eine zusätzliche, hier nicht näher darge
stellte Dämpfung vorgesehen sein.
Damit der Druck hinter dem Druckhalteventil 8 nicht zu hoch
wird, was beispielsweise bei einer Belastung des Druckspei
chers 3 eintreten kann, weist das Regelventil 11 eine Ab
strömöffnung 19 auf, der am Steuerschieber 12 eine entspre
chende Steuerkante 20 zugeordnet ist, so daß bei vollständig
geschlossenem Steuerventil die Abströmöffnung 19 geöffnet
wird und somit der Druck zur Niederdruckseite der Abströmlei
tung 9 hin abgebaut werden kann. Der Steuerschieber 12 wirkt
für diesen Betriebsfall dann gleichzeitig als Sicherheitsven
til.
Es ist aber auch möglich, wie in der Zeichnung strichpunk
tiert eingezeichnet, die hochdruckseitige Zweigleitung 14
über eine Abflußleitung 21 mit der Abströmleitung 9 zu ver
binden und in diese Abflußleitung ein entsprechendes Sicher
heitsventil 22 anzuordnen.
Die Anwendung des Verfahrens ist nicht auf den beschriebenen
Einsatzfall beschränkt. Das Verfahren ist anwendbar für alle
Einsatzfälle, bei denen flüssige Kraftstoffe oder flüssige
Brennstoffe in einem Druckraum unter hohem Druck vorgehalten
werden müssen, aus dem sie dann nach Bedarf abgezogen werden.
So ist das Verfahren beispielsweise auch bei einem Heizöl
brenner mit Hochdruckzerstäubung anwendbar.
Claims (9)
1. Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzeinrichtung
für flüssige Kraftstoffe, insbesondere einer Kraftstoffein
spritzeinrichtung an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei der
aus einem Kraftstofftank der Kraftstoff mittels einer Vorpum
pe über die Förderleitung und eine Hochdruckpumpe in einen
Druckspeicherraum gefördert wird, der mit wenigstens einer
Einspritzdüse in Verbindung steht, wobei der Druck im Druck
speicherraum über ein steuerbares Druckhalteventil geregelt
wird und die Kraftstoffzuflußmenge zur Hochdruckpumpe in Ab
hängigkeit von der Durchflußmenge durch das Druckhalteventil
(8) in der Weise geregelt wird, daß bei einem Ansteigen der
durch eine Abströmleitung des Druckhalteventils abgeführte
Durchflußmenge die Zuflußmenge zur Hochdruckpumpe vermindert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuflußmenge zur Hochdruckpumpe durch Veränderung des freien
Strömungsquerschnitts in der Förderleitung zur Hochdruckpumpe
in Abhängigkeit von der Durchflußmenge des Druckhalteventils
geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassung der Durchflußmenge des Druckhalteventils
durch Erfassung der Druckdifferenz vor und hinter einer in
der Abströmleitung angeordneten Meßblende erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Veränderung der Zuflußmenge zur Hoch
druckpumpe über einen in der Förderleitung angeordneten, den
Strömungsquerschnitt verändernden Steuerschieber erfolgt, der
an einer Seite mit dem Flüssigkeitsdruck vor der Meßblende
und an der anderen Seite mit Flüssigkeitsdruck hinter der
Meßblende beaufschlagt wird.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 4 an einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
insbesondere an einer Kolbenbrennkraftmaschine, deren Ein
spritzdüsen (1) druckseitig mit einem zentralen Druckspei
cherraum (3) verbunden sind, der über eine Hochdruckpumpe
(4), eine Förderleitung (5) und eine Vorpumpe (6) mit einem
Kraftstofftank (7) in Verbindung steht, wobei der Hochdruck
pumpe (4) druckseitig ein steuerbares Druckhalteventil (8)
zugeordnet ist, das über eine Abströmleitung (9) mit dem
Kraftstofftank (7) verbunden ist, wobei ferner in der Förder
leitung (5) zur Hochdruckpumpe (4) ein Regelventil (11) ange
ordnet ist, das mit einem in der Abströmleitung (9) hinter
dem Druckhalteventil (8) angeordneten Mittel (13) zur Erfas
sung der Durchflußmenge in Verbindung steht, wobei das Regel
ventil (11) so ausgelegt ist, daß bei einem Anstieg der
Durchflußmenge in der. Abströmleitung (9) der Zufluß zur Hoch
druckpumpe (4) vermindert wird und umgekehrt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regelventil als Schieberventil (11) ausgebildet ist und einen
Steuerschieber (12) aufweist, daß das Mittel (13) zur Erfas
sung der Durchflußmenge durch eine in der Abströmleitung (9)
angeordnete Meßblende gebildet wird, daß vor der Meßblende
eine hochdruckseitige Zweigleitung (14) abzweigt, die den
Steuerschieber (12) in Schließrichtung beaufschlagt und daß
hinter der Meßblende eine niederdruckseitige Zweigleitung
(15) abzweigt, die den Steuerschieber (12) in Öffnungsrich
tung beaufschlagt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerschieber (12) über eine Rückstellfeder (16) in Öff
nungsrichtung beaufschlagt wird.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Schieberventil (11) hochdruckseitig mit
der Niederdruckseite der Abströmleitung (9) verbunden ist und
eine Abströmöffnung (19) aufweist, die bei Überschreiten ei
ner vorgegebenen oberen Druckgrenze über den Steuerschieber
(12) geöffnet wird.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die hochdruckseitige Zweigleitung (14) über
eine Abflußleitung (21) mit dem Kraftstofftank (7) verbunden
ist und daß in der Abflußleitung (21) ein Grenzdruckventil
(22) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999133198 DE19933198A1 (de) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzvorrichtung für flüssige Kraftstoffe |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE1999133198 DE19933198A1 (de) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzvorrichtung für flüssige Kraftstoffe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19933198A1 true DE19933198A1 (de) | 2001-01-18 |
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ID=7914907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999133198 Withdrawn DE19933198A1 (de) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Verfahren zur Druckregelung an einer Einspritzvorrichtung für flüssige Kraftstoffe |
Country Status (1)
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DE (1) | DE19933198A1 (de) |
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