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Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem
für eine
Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 42 180 A1 ist
ein derartiges Einspritzsystem mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe bekannt,
wobei die Vorförderpumpe
Kraftstoff aus einem Kraftstofftank fördert und an die Hochdruckpumpe
weiterleitet, die dann den eigentlichen Einspritzdruck aufbaut und
ausgangsseitig mit den Injektoren des Einspritzsystems verbunden
ist. Die Drehzahl der Vorförderpumpe
ist hierbei mechanisch an die Drehzahl der Brennkraftmaschine gekoppelt.
Zwischen der Vorförderpumpe
und der Hochdruckpumpe ist hierbei ein steuerbares Ventil angeordnet,
um den Kraftstoffstrom zur Hochdruckpumpe zu regeln. Darüber hinaus
weist das bekannte Einspritzsystem eine Spülleitung auf, die zwischen
der Vorförderpumpe
und der Hochdruckpumpe abzweigt und in das Gehäuse der Hochdruckpumpe mündet, um
eine Kühlung
und Schmierung der Hochdruckpumpe zu bewirken. Problematisch ist
hierbei bekanntermaßen,
daß der über die
Spülleitung
abfließende
Kraftstoff-Nebenstrom beim Anlaßen
der Brennkraftmaschine den Druckaufbau an der Zulaufseite der Hochdruckpumpe
verzögert
oder sogar verhindert, so daß die
Brennkraftmaschine verzögert
oder gar nicht anspringt. Bei dem bekannten Einspritzsystem ist
deshalb in der Spülleitung
ein Ventil angeordnet, das in Abhängigkeit von dem eingangsseitig
anliegenden Kraftstoffdruck öffnet
oder schließt.
Bei einem geringen Kraftstoffdruck zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe
schließt
das in der Spülleitung
angeordnete Ventil selbständig,
wodurch der Druckaufbau während
des Anlaßvorgangs
beschleunigt wird, da kein Kraftstoff mehr über die Spülleitung abfließt. Beim
Erreichen des Betriebsdrucks öffnet
dann das in der Spüleitung
angeordnete Ventil, um während des
normalen Betriebs eine Spülung
der Hochdruckpumpe zu gewährleisten.
Entscheidend ist hierbei, daß das
in der Spülleitung
angeordnete Ventil in Abhängigkeit
vom eingangsseitig anliegenden Kraftstoffdruck selbständig öffnet bzw.
schließt,
wobei nur der Öffnungs-
bzw. Offenhaltedruck voreingestellt sein kann.
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Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen
bekannten Einspritzsystem ist die Tatsache, daß das Öffnen des in der Spülleitung
angeordneten Ventils ausschließlich
in Abhängigkeit
von dem eingangsseitig anliegenden Kraftstoffdruck erfolgt, was bei
dem Zielkonflikt zwischen dem Streben nach einer optimalen Spülung der
Hochdruckpumpe einerseits und einem möglichst schnellen Druckaufbau während des
Anlaßvorgangs
andererseits zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.
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Aus
DE 197 39 653 A1 ist eine Einspritzanlage
für eine
Brennkraftmaschine bekannt, die eine Vorförderpumpe und eine dieser nachgeordneten Hochdruckpumpe
aufweist, wobei zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe
eine Spülleitung
abzweigt. Der durch die Spülleitung
abzweigende Kraftstoffstrom wird hierbei durch ein in der Spülleitung
angeordnetes Steuerventil gesteuert, wobei die Steuerung derart
erfolgt, dass der Spülstrom
unabhängig
vom Zulaufdruck ist. Bei der bekannten Einspritzanlage wird also
unabhängig
vom Kraftstoffdruck im Niederdruckbereich stets ein weitgehend konstanter
Spülstrom
abgezweigt, wodurch der Druckaufbau beim Starten der Brennkraftmaschine ebenfalls
verzögert
wird.
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Aus
DE 42 24 981 A1 ist eine Einrichtung zum
Fördern
von Kraftstoff aus einem Vorratstank einer Brennkraftmaschine bekannt,
wobei die Kraftstoffförderung
durch eine Vorförderpumpe
und eine dieser nachgeordneten Druckstufe erfolgt. Zwischen der
Vorförderpumpe
und der Druckstufe zweigt hierbei eine Zweigleitung ab, die in einer
sog. Strahlpumpe mündet,
wobei der abgezweigte Kraftstoffstrom durch ein Sperrventil entweder
zeitabhängig
vom Starten des Förderaggregats
und/oder in Abhängigkeit
von dem in der Zweigleitung aufge bauten Kraftstoffdruck erfolgt.
Auch hierbei ist die Steuerung des abgezweigten Kraftstoffstroms
unabhängig
von dem auf der Hochdruckseite aufgebauten Kraftstoffdruck. Darüber hinaus
ist aus dieser Entgegenhaltung nicht bekannt, den Spülstrom für eine Hochdruckpumpe
zu steuern.
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Schließlich ist noch auf
DE 196 18 707 A1 hinzuweisen,
die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftstoffvolumenstroms
in einer Einspritzanlage für
eine Brennkraftmaschine betrifft. Aus dieser Druckschrift ist jedoch
nicht bekannt, den zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe
abgezweigten Spülstrom
so zu steuern, dass einerseits ein schneller Druckaufbau beim Starten der
Brennkraftmaschine ermöglicht
wird und andererseits im Normalbetrieb eine effektive Spülung gewährleistet
ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, ein Einspritzsystem der vorstehend beschriebenen Art zu
schaffen, das bei einer möglichst effektiven
Spülung
der Hochdruckpumpe einen möglichst
schnellen Druckaufbau während
des Anlaßvorgangs
aufweist.
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Die Aufgabe wird, ausgehend von dem
eingangs beschriebenen Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung schließt die allgemeine
technische Lehre ein, das in der Spülleitung angeordnete Ventil
unabhängig
von dem Kraftstoffdruck zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe
anzusteuern. Vorteilhaft ist hieran, daß sich das Steuer- bzw. Regelverhalten
entsprechend dem Ziel eines möglichst raschen
Druckaufbaus einerseits und einer möglichst effektiven Spülung der
Hochdruckpumpe andererseits frei vorgeben läßt.
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In einer Variante der Erfindung erfolgt
die Steuerung des in der Spülleitung
angeordneten Ventils durch das bei herkömmlichen Einspritzsystemen ohnehin
vorhandene elektrische Steuer gerät.
Eine derartige elektrische Ansteuerung bietet den Vor teil, daß sich durch
elektronische Schaltkreise nahezu beliebige Steuer- bzw. Regelcharakteristiken
vorgeben lassen, wobei die Steuerung bzw. Regelung auch während des
Betriebs in Abhängigkeit
von anderen Systemgrößen angepaßt werden
kann.
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In einer anderen Variante der Erfindung
erfolgt die Ansteuerung des in der Spülleitung angeordneten Ventils
dagegen hydraulisch, indem das Ventil mit der Ausgangsseite der
Hochdruckpumpe verbunden ist, wobei der Strömungswiderstand des in der Spülleitung
angeordneten Ventils eine negative Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck
an der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe aufweist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden
nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigen:
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1 als
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Einspritzsystem für
eine Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angesteuerten 2/2-Wegeventil
in der Spülleitung,
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2 als
alternatives Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Einspritzsystem für
eine Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angesteuerten stufenlosen
Ventil in der Spülleitung
sowie
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems
mit einem hydraulisch angesteuerten 2/2-Wegeventil in der Spülleitung.
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Das in 1 dargestellte
Einspritzsystem dient zum Einspritzen von Dieselkraftstoff in die Brennräume eines
4-Zylinder-Dieselmotors.
Der Dieselkraftstoff wird hierbei von einer Vorförderpumpe 1 über einen
Kraftstoffilter 2 aus einem Kraftstofftank 3 abgepumpt,
wobei die Vorförderpumpe 1 mechanisch über eine
Welle 4 von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Stromabwärts der
Vorförderpumpe 1 ist
ein automa tisch arbeitender Vordruckregler 5 angeordnet,
der den Ausgangsdruck der Vorförderpumpe 1 konstant
hält, indem
beim Überschreiten
eines vorgegebenen Sollwerts des Ausgangsdrucks automatisch Dieselkraftstoff
von der Ablaufseite zur Saugseite der Vorförderpumpe 1 zurückgeführt wird.
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Der von der Vorförderpumpe 1 geförderte Dieselkraftstoff
wird anschließend
beispielsweise über
ein Steuerventil 6 einer Hochdruckpumpe 7 zugeführt, die
den erforderlichen hohen Einspritzdruck erzeugt und ausgangsseitig über einen
Druckspeicher 8 (Rail) mit den Injektoren 9.1 bis 9.4 verbunden ist,
um den Kraftstoff in die Brennräume
der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Der Antrieb der Hochdruckpumpe 7 erfolgt
ebenfalls über
die Welle 4 durch die Brennkraftmaschine oder durch eine
separate Antriebswelle. Hinter der Hochdruckpumpe 7 ist beispielsweise
ein Hochdruckregler 10 angeordnet, der von einer elektronischen
Steuereinheit 11 gesteuert wird und einen vorgegebenen
Einspritzdruck einstellt, indem bei einem Überschreiten des gewünschten
Einspritzdrucks Kraftstoff in den Rücklauf der Hochdruckpumpe 7 abgegeben
wird und zurück in
den Kraftstoffbehälter 3 fließt.
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Zwischen der Vorförderpumpe 1 und dem Steuerventil 6 zweigt
eine Spülleitung 12 ab,
die an ihrem Ende in dem Gehäuse
der Hochdruckpumpe 7 mündet,
so daß der über die
Spülleitung 12 abgezweigte
Kraftstoff-Nebenstrom eine Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 7 bewirkt.
Nach der Spülung
der Hochdruckpumpe 7 wird der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff
dann über
eine Abführleitung 13 in
den Rücklauf
der Hochdruckpumpe 7 abgegeben.
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In der Spülleitung 12 ist zum
einen eine Drossel 14 angeordnet, die den über die
Spülleitung 12 abfließenden Kraftstoff-Nebenstrom begrenzt.
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Zum anderen ist stromabwärts hinter
der Drossel 14 in der Spülleitung 12 ein Spülventil 15 angeordnet,
das als 2/2- Wegeventil
mit zwei Anschlüssen
und zwei Schaltstellungen ausgebildet ist. Dies bedeutet, daß das Spülventil 15 nur
eine geöffnete Stellung
und eine geschlossene Stellung aufweist, ohne teildurchlässige Übergangsstellungen
zu ermöglichen.
Die mechanische Ansteuerung des Spülventils 15 erfolgt
durch einen in das Spülventil 15 integrierten
elektromagnetischen Aktor 16, der über eine elektrische Leitung
mit der Steuereinheit 11 verbunden ist. In einer anderen
Variante dieses Ausführungsbeispiels
wird anstelle des elektromagnetischen Aktors 16 ein piezoelektrischer
Aktor oder ein sonstiges Stellglied verwendet. Weiterhin weist das Spülventil 15 ein
integriertes Federelement 17 auf, welches das Spülventil 15 ohne
eine externe Ansteuerung durch die Steuereinheit 11 in
eine vordefinierte Stellung bringt. Vorzugsweise wird das Spülventil 15 hierbei
ohne externe Ansteuerung geöffnet,
so daß auch
bei einem Ausfall der Steuereinheit 11 noch eine Spülung der
Hochdruckpumpe 7 gewährleistet ist.
Stattdessen ist es jedoch auch möglich,
daß das Spülventil 15 in
der Ruhestellung ohne externe Ansteuerung geschlossen ist, um auch
bei einem Ausfall der Spülventilsteuerung
noch ein Starten der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
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Die Steuereinheit 11 ist
eingangsseitig über einen
Drucksensor 18 mit dem Druckspeicher 8 (Rail) verbunden
und erfaßt
somit direkt den Einspritzdruck. Weiterhin erfaßt die elektronische Steuereinheit 11 die
Drehzahl der Brennkraftmaschine und schließt das Spülventil 15 während des
Anlaßvorgangs
beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl.
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In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels
weist die Steuereinheit 11 zusätzlich ein Zeitglied auf, welches
das Spülventil 15 nach
Ablauf einer vorgegeben Zeitspanne im geschlossenen Zustand unabhängig von
der Drehzahl wieder öffnet, um
zu verhindern, daß die
Hochdruckpumpe 7 aufgrund fehlender Spülung beschädigt wird. Das Zeitglied wird
vorzugsweise bei jedem Schließen
des Spülventils 15 von
der Steuereinheit 11 zurückgesetzt.
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In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels
ist die Steuereinheit 11 mit einem Drehzahlmesser verbunden,
wobei die gemessene Drehzahl mit einem vorgegebenen Schwellenwert
verglichen wird. Beim Überschreiten
des Schwellenwerts öffnet die
Steuereinheit 11 dann das Spülventil 15 unabhängig von
dem gemessenen Einspritzdruck, um bei hohen Drehzahlen eine Beschädigung der
Hochdruckpumpe 7 durch eine unzureichende Spülung zu
verhindern. Es ist selbstverständlich
auch möglich,
die vorstehend beschriebene zeit- und drehzahlabhängige Steuerung
des Spülventils 15 miteinander
zu kombinieren, um eine Beschädigung
der Hochdruckpumpe 7 möglichst
sicher zu verhindern.
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Das in 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems stimmt
weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Einspritzsystem überein,
so daß im
folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen wird.
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Der Unterschied gegenüber dem
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
besteht im wesentlichen darin, das das Spülventil 15 eine stufenlose
Einstellung des Strömungswiderstands
ermöglicht,
so daß der über die
Spülleitung 12 abzweigende Kraftstoffstrom
wesentlich feinfühliger
gesteuert werden kann. Auf diese Weise läßt sich der Zielkonflikt wischen
dem Streben nach einem möglichst
schnellen Druckaufbau während
des Anlaßvorgangs
einerseits und einer möglichst
effektiven Spülung
der Hochdruckpumpe 7 andererseits besser lösen.
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Das in 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems stimmt
ebenfalls weitgehend mit den vorstehend beschriebenen und in den 1 und 2 dargestellten Einspritzsystemen überein,
so daß auch
im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und auf die
vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
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Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
erfolgt die Ansteuerung des Spülventils 15 hierbei
jedoch nicht elektrisch über
die Steuereinheit 11, sondern hydraulisch in Abhängigkeit
von dem Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher 8 (Rail).
Das Spülventil 15 weist
deshalb einen Steuereingang auf, der über eine Steuerleitung 19 mit
der Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher 8 (Rail)
und der Hochdruckpumpe 7 verbunden ist, so daß an dem
Steuereingang des Spülventils 15 im
wesentlichen der Einspritzdruck anliegt. Das Steuerverhalten des
Spülventils 15 ist
hierbei so ausgebildet, daß der
Strömungswiderstand des
Spülventils 15 eine
negative Abhängigkeit
von dem Einspritzdruck aufweist, so daß der Strömungswiderstand des Spülventils 15 mit
steigendem Einspritzdruck abnimmt. Dies bedeutet vorzugsweise, daß das Spülventil 15 während des
Anlaßvorgangs bei
geringem Einspritzdrucks sperrt und beim Erreichen des vorgegebenen
Einspritzdrucks öffnet,
um dann eine Spülung
der Hochdruckpumpe 7 zu gewährleisten. Anstelle des in
der Zeichnung dargestellten stufenlosen Spülventils 15 kann auch
bei der vorstehend beschriebenen hydraulischen Ansteuerung ein 2/2-Wegeventil verwendet
werden, wie es in 1 dargestellt
ist. In einer anderen Variante dieses Ausführungsbeispiels ist die Steuerleitung 19 nicht mit
der Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher 8 (Rail)
und der Hochdruckpumpe 7, sondern direkt mit der Ausgangsseite
der Hochdruckpumpe 7 oder direkt mit dem Druckspeicher 8 verbunden.
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Die Erfindung beschränkt sich
in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.