DE4233273C2 - Hochdruck-Pumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage mit einer gemeinsamen Druckleitung (common rail) - Google Patents
Hochdruck-Pumpe für eine Kraftstoff-Einspritzanlage mit einer gemeinsamen Druckleitung (common rail)Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Kraftstoff-Einspritzanlage
für Dieselmotoren.
Praktisch alle Kraftstoffanlagen für Dieselmotoren benutzen Hochdruck-
Pumpen, deren Fördervolumina variabel sind. Die Einspritzdrücke dieser
Anlagen hängen im allgemeinen von der Drehzahl und der
Kraftstoffabgabemenge ab. Bei niedrigen Drehzahlen und Kraftstoffabgaben
sinkt der Einspritzdruck des Motors, so daß der Krafteinspritzvorgang für
eine gute Verbrennung nicht mehr optimal ist.
Eine derartige Kraftstoff-Einspritzanlage mit gemeinsamer Druckleitung ist
aus der DE-41 15 103 AI bekannt, die im wesentlichen mindestens eine
Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit jeweils einem Magnetventil, Düsen, eine
oder mehrere gemeinsame Druckleitung oder Druckleitungen (EM) mit im
wesentlichen konstantem Druck zwischen der Kraftstoffpumpe und den
Düsen, die erforderlichen Kraftstoffleitungen sowie eine elektronische
Steuerung aufweist. Die Pumpe fügt dabei der in jedem Hub abgegebenen
Kraftstoffmenge Lecköl hinzu, ohne daß diese durch die
Primärkraftstoffversorgung geführt werden muß. Dadurch werden die
geförderte Gesamtmenge des Kraftstoffs verringert und die
Dosiergenauigkeit verbessert. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß an
jeder Hochdruck-Pumpe ein Magnetventil vorgesehen ist, das fest in dem
Gehäuse der Hochdruck-Pumpe integriert ist, so daß sich eine aufwendige
Bauweise der Hochdruck-Pumpen ergibt.
Aus der US-50 58 553 ist eine Hochdruckpumpe für eine gemeinsame
Druckleitung in einem Dieselmotor bekannt, die ein Magnetventil (15), ein
Rückschlagventil (23) zur Abgabe von Kraftstoff an die gemeinsame
Druckleitung mit einem Mindestdruck, sowie eine Mündung zu einer
Zulaufleitung (14) aufweist. Weiterhin ist an der Mündung zu der
Zulaufleitung (14) ein Reservoir (22) angeordnet, das über Kanäle (31, 40) mit
der Kolbenkammer (19) in Verbindung steht. Das Reservoir (22) nimmt sowohl
den Kraftstoff auf, der der Pumpe (10) durch die Zulaufleitung (14) zugeführt
wird, als auch den Teil des Kraftstoffs, der von der Kolbenkammer (19) durch
Öffnung des Ventilzapfens (38) zurückgeführt wird. Der Nachteil dieser
Anordnung ist, daß das Reservoir (22) nicht dafür geeignet ist, Leckkraftstoff
aufzunehmen, der zwischen der Mantelfläche des Kolbens (18) und der
Innenwand der Kolbenkammer (19) nach unten abfließt.
Aus der DE-27 20 279 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe (13) für
Brennkraftmaschinen bekannt, die eine Leckölsammelnut (28) in der
Mantelfläche (24) des Pumpenkolbens (16) aufweist. Der in dieser
Leckölsammelnut (28) aufgefangene Kraftstoff wird durch die
Leckölsammelnut (28) daran gehindert, nach unten in den Feder- und
Triebwerksraum durchzulecken, wo er unzulässigerweise das Schmieröl
verdünnen würde. Der in der Leckölsammelnut (28) aufgefangene Kraftstoff
wird über einen von zwei Leckölabführnuten (31) gebildeten Leckölkanal (32)
und über eine Leckölabführbohrung (33) in der Wand des Pumpenzylinders
(14) zum Saugraum (22) abgeführt. Jedoch wird bei der DE 27 20 279 keine
Maßnahme vorgeschlagen, um den Kraftstoff, der in zu großer Menge in die
Einspritzpumpe (13) gelangt und nicht verbrannt ist, in geregelter Weise und
unter vorbestimmtem Druck wieder der Verbrennung zuzuführen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff-
Einspritzanlage vorzusehen, deren Komponentenaufwand minimiert ist.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Verlustleistung der
Hochdruck-Pumpe infolge der Kraftstoff-Leckagen aus den Einspritzdüsen
und in der Hochdruck-Pumpe selbst zu verringern.
Eine Kraftstoff-Einspritzanlage mit gemeinsamer Druckleitung (common
rail) weist hauptsächlich eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit fester
Verdrängung, mehrere Kraftstoff-Einspritzdüsen, mindestens eine
Druckleitung zwischen der Kraftstoffpumpe und den Düsen, sowie eine
Steuerelektronik auf. Die Kraftstoffpumpe hält in der Druckleitung einen im
wesentlichen konstanten Kraftstoffdruck aufrecht.
Die elektronische Steuerungstechnik erleichtert die Realisierung der
vorliegenden Erfindung. Die Einspritzmenge wird mit elektronisch
betätigten Düsen gesteuert, die die Einspritzdauer bestimmen.
Die Hochdruck-Pumpe hebt den mit verhältnismäßig konstantem Druck
zugeführten Kraftstoff auf den Einspritzdruck an. Die Zulaufventile dosieren
das Kraftstoffvolumen. Das Zulaufventil wird in Abhängigkeit der Stellung
eines Elektromagneten bewegt und öffnet kurz nach dem Beginn des
Ganghubs des Kolbens. Kraftstoff strömt mit dem Versorgungsdruck zu und
füllt den Pumpenarbeitsraum, den der zurückfahrende Kolben beläßt. Ist das
für einen einzelnen Zylinderzündungsvorgang bei den jeweils herrschenden
Last- und Drehzahlbedingungen richtige Kraftstoffvolumen in die
Pumpenkammer eingeströmt, schließt das Zulaufventil. Der Kolbenhub
während des Offenhaltens des Zulaufventils bestimmt das vom Kolben
verdrängte Volumen und damit auch das in die Hochdruckkammer der
Pumpe eingelassene Kraftstoffvolumen.
Während der Kolben nach dem Schließen des Zulaufventils weiter
zurückfährt, entsteht in der Pumpkammer ein Unterdruck. Nahe dem Ende
des Ganghubs wird eine Öffnung zum Kraftstoff-Leckagesystem freigelegt.
Der Unterdruck im Pumpenarbeitsraum erhöht die Druckdifferenz zwischen
dem Kraftstoff-Leckagesystem der Einspritzpumpen und der Pumpkammer,
so daß die Kraftstoffströmung in den Pumpenarbeitsraum verstärkt wird.
Wenn sich ein Gleichgewicht eingestellt hat, ist das Rückflußvolumen in
den Pumpenarbeitsraum gleich der Kraftstoffmenge, die sich aus der Düsen-
und/oder Kolbenleckage angesammelt hat.
Zu Beginn des Pumphubs ist die Öffnung zum Leckagesystem freigelegt. In
der Leckageleitung der Einspritzdüsen kann ein Rückschlagventil eingefügt
sein, das den Kraftstoff am Zurückströmen hindert, bis der aufwärts laufende
Kolben die Öffnung schließt. Ansonsten vermindert sich die geförderte
Kraftstoffmenge um das entwichene Kraftstoffvolumen. Wird ein
Rückschlagventil benutzt, steigt der Druck in der Pumpkammer, sobald der
Kolben zu steigen beginnt. Ohne das Rückschlagventil beginnt der Druck zu
steigen, wenn der aufwärts laufende Kolben die Öffnung verschließt. Die
Geschwindigkeit des Druckanstieges ist eine Funktion des Volumens im
Pumpenarbeitsraum und des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs.
Übersteigt der Kraftstoff im Pumpenarbeitsraum den Druckleitungsdruck am
Auslaßventil und die Vorlast einer ggf. vorhandenen Feder, öffnet das
Auslaßventil und es strömt Kraftstoff in die Druckleitung. Der Kraftstoff
strömt so lange weiter in die Druckleitung, bis der Kolben den oberen
Totpunkt (OT-Lage) erreicht. Das ggf. von der Feder unterstützte
Auslaßventil schließt dann die Verbindung zur Druckleitung.
Der Druck in der Druckleitung und die Kraftstoffabgabe der Pumpe werden
durch die Einschaltdauer des Elektromagneten des Einlaßventils festgelegt,
die von einer Steuerelektronik (ECM) bestimmt wird. Beim Anlassen des
Motors ist die Dauer des Signals für den Einlaßventil-Elektromagneten
maximal, bis der Solldruck in der Druckleitung erreicht ist. Nachdem die
Maschine läuft, stellt die Steuerelektronik die Signaldauer für den
Elektromagneten so nach, daß die Solldrehzahl entsprechend der Position
des Drehzahlstellers aufrechterhalten wird.
Der Zufluß des Kraftstoffs von der Hochdruck-Pumpe in die Druckleitung
erzeugt einen kurzzeitigen Druckanstieg in der Druckleitung. Dieser
Druckimpuls überlagert sich dem in der Druckleitung stetig beibehaltenen
Druck. Die Druck- und Verbindungsleitungen sind so konstruiert, daß die
von diesem Impuls hervorgerufene Störung so gering wie möglich bleibt.
Das Öffnen und Schließen des Einspritzventils in der Düse verursachen
ebenfalls Impulse. Diese Impulse lassen sich relativ zu den in der Pumpe
erzeugten durch einen zeitlichen Vor- oder Nachlauf der Pumpe bezüglich
der Düse so legen, daß die Pumpen- und Düsenimpulse zeitlich entkoppelt
werden. Die zeitliche Steuerung des Düsenausspritzvorgangs wird nur durch
verbrennungstechnische Faktoren bestimmt.
Der Druck in der Druckleitung läßt sich im wesentlichen konstant halten,
mit den Schwankungen infolge der Pumpenausgangsimpulse und den
Einspritzimpulsen als einzigen Änderungen. Diese Schwankungen sind
jedoch im Verhältnis zum Einspritzdruck gering, da sie von der Elastizität
der Druckleitung und dem Volumen des Hochdruck-Brennstoffs gedämpft
werden. Der Druck in der Druckleitung ist auch drehzahlunabhängig.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Pumpe als
Saugventil ein Kugelventil oder ein äquivalent arbeitendes, in einer
Richtung wirkendes Strömungsventil auf. Der Saugdruck des dem
Saugventil zugeführten Kraftstoffs wird durch ein elektromagnetisch
betätigtes Drucksteuer-Ventil gesteuert, das seinerseits von der
Steuerelektronik betätigt wird. Das Kraftstoff-Fördervolumen ist eine
Funktion des Druckes des dem Zulaufventil der Pumpe zugeführten
Kraftstoffs, und der gewählte Druck ist drehzahl-/lastabhängig.
Das Drucksteuerventil der bevorzugten Ausgestaltung kann eine variable
oder eine feste Öffnung aufweisen. Ein beispielhaftes Ventil mit variabler
Öffnung weist einen verjüngten Stift auf, der gleitend in einer Öffnung so
verschiebbar ist, daß die lineare Lage des Stifts die Öffnungsfläche des Ventils
bestimmt. Der Stift wird innerhalb seines Stellbereichs durch einen
Elektromagneten positioniert, wobei der Stellweg des Stifts dem Mittelwert
einer gepulsten Gleichspannung proportional ist.
Die gemeinsame Druckleitung der Erfindung bietet den Vorteil, daß
Kraftstoff mit dem Einspritzdruck unmittelbar beim Öffnen des Ventils in
der Düsenspitze verfügbar ist sowie die Gelegenheit, über einen breiten
Drehzahl- und Lastbereich des Motors einen vorteilhafter geformten
Sprühnebel aufrecht zu erhalten.
Diese und andere Besonderheiten der Erfindung lassen sich aus der
folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform anhand der
beigefügten Figuren besser verstehen, die zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der erfindungsgemäßen
Kraftstoffanlage;
Fig. 2 einen Schnitt durch die in der Anlage benutzte Hochdruck-Pumpe.
Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Kraftstoffanlage mit gemeinsamer
Druckleitung in der Anwendung auf einen Sechs-Zylinder-Dieselmotor. Die
Anlage enthält eine Steuerelektronik 10 (ECM), die Signale an einen
elektronischen Verteiler 12 (EDU) schickt. Wie üblich, handelt es sich um
Signale niedriger Spannung und Leistung; sie aktivieren den elektronischen
Verteiler 12, der mit der Leitung 16 an eine Fahrzeugbatterie 14
angeschlossen ist. Die Steuerelektronik 10 hat mindestens zwei elektronische
Eingangssignale, d. h. ein Eingangssignal A, das die Lage der Kurbelwelle als
Bezug für die Zeitsteuerung anzeigt. Das andere Eingangssignal B gibt die
Stellung der Drosselklappe als Lastreferenz an. Optionale Eingangssignale
sind C (Ladedruck), D (Öltemperatur), E (Kühlmittelstand) und F (Öldruck).
Die Steuerelektronik 10 enthält auch einen programmierbaren Lesespeicher
(PROM) 18, in den eine aus Motortests abgeleitete Kraftstofftabelle
einprogrammiert ist.
Das System enthält weiterhin eine Kraftstoff-Einspritzpumpenanordnung 20,
die zwei Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpen 224 und 226 aufweist und die
von einer Versorgungspumpe 22 mit Kraftstoff versorgt wird, die über eine
Leitung 21 mit einem Kraftstofftank 23 verbunden ist. Wie die Fig. 1 zeigt,
wird der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 23 unter dem von der
Kraftstoffpumpe 22 gelieferten Druck einem Zulauf-Kraftstoffdruck-
Steuerventil 274 zugeführt. Vom Zulauf-Kraftstoffdruck-Steuerventil 274
geht der Kraftstoff in den Versorgungsleitungen 36 bzw. 38 an die Einlässe
235 der Kraftstoffpumpen 224 und 226. Das Zulauf-Kraftstoffdruck-
Steuerventil 274 wird mit einem Steuerventil-Elektromagneten 276 betätigt.
Der Steuerventil-Elektromagnet 276 ist mit der Leitung 278 an dem
elektronischen Verteiler 12 angeschlossen und wird mit Signalen aus der
Steuerelektronik 16 erregt, die mit der Leitung 278′ an den Verteiler 12
angeschlossen ist.
Über die Leitungen 32 bzw. 34 speist die Hochdruck-Pumpe 224 die
gemeinsame Hochdruckleitung 28, während die Hochdruck-Pumpe 226 die
gemeinsame Hochdruckleitung 30 speist. Die Hochdruck-Kraftstoffleitung 28
führt den Kraftstoff den Einspritzdüsen 40, 42, 44 über Leitungen 46, 48 und
50 zu, während die Hochdruck-Kraftstoffleitung 30 die Einspritzdüsen 52, 54,
56 über die Leitungen 58, 60 bzw. 62 speist.
Etwas Kraftstoff wird von Düsenkraftstoff-Rückführleitungen 66, 68 und 70
wiederaufgefangen, die die Rückflußleitungen 72 speisen, während die
Düsenkraftstoff-Rückführleitungen 74, 76 und 78 die Rückflußleitung 80
speisen. Die Einspritzdüsen 40, 42, 44, 52, 54, 56 weisen die Elektromagneten
100, 102, 104, 106, 108 und 110 auf, die vom Verteiler 12 über die Leitungen
112, 114, 116, 118, 120 bzw. 122 angesteuert werden, die ihrerseits mit Signalen
aus der Steuerelektronik 10 auf den Leitungen 112′, 114′, 116′, 118′, 120′ und
122′ angesteuert werden.
Das Zulauf-Kraftstoff-Steuerventil 274 kann mit variabler oder fester
Öffnung ausgeführt sein. Ein Beispiel einer Ausführung mit variabler
Öffnung ist ein Ventil mit einem verjüngten Stift, der gleitend in einer
Öffnung derart sitzt, daß seine lineare Lage die Öffnungsfläche bestimmt, die
er ungesperrt hält. Der Stift wird innerhalb der Einführgrenzen von
Steuerventil-Elektromagnet 276 ansprechend auf ein Signal aus der
Steuerelektronik 10 positioniert, wobei die Einführweite zum Mittelwert
einer gepulsten Gleichspannung proportional ist.
Ein Beispiel für ein Zulauf-Kraftstoff-Steuerventil 274 mit fester Öffnung ist
ein solches, das vom Steuerventil-Elektromagneten 276 ansprechend auf ein
gepulstes Signal aus der Steuerelektronik 10 zu bestimmten Zeitpunkten
und für bestimmte Dauer geöffnet und geschlossen wird. Das Verhältnis
zwischen der Öffnungs- und der Schließdauer wird als "Schaltverhältnis"
bezeichnet, wobei ein Schaltverhältnis von beispielsweise 10% besagt, daß
das Ventil 10% der Periode geöffnet und 90% der Periode geschlossen ist. Je
länger das Ventil offen ist, desto größer natürlich die Kraftstoffmenge, die
durch das Ventil strömen kann. Um die Veränderungen des Kraftstoffdrucks
so gering wie möglich zu halten, ist die Frequenz der gepulsten Signale
gewöhnlich das 4- bis 10-fache der Anzahl der Zylinderzündungen pro
Minute der mit der Erfindung ausgerüsteten Maschine.
Eine Sammelkammer 280 am Kraftstoffzulauf (gestrichelt gezeichnet) ist
allgemein mit der Kraftstoff-Versorgungsleitung zwischen einem
Kraftstoffdruck-Steuerventil 274 mit fester Öffnung und der Pumpe 224
verbunden, um die Schwankungen des Kraftstoffdrucks infolge des
intermittierenden Öffnens und Schließens des Steuerventils 274 zum
Steuern des Kraftstoff-Zulaufdrucks zu dämpfen. Ein solcher Sammler ist
gewöhnlich nicht erforderlich, wenn ein Steuerventil 274 mit variabler
Öffnung verwendet wird, da Versorgungsleitungen sich oft durch Einstellen
ihrer Länge "abgleichen" lassen, um die jeweils auftretenden Schwankungen
des Kraftstoffdrucks zu dämpfen, die das Kraftstoffdruck-Steuerventil 274 im
Zulauf erzeugt.
Die Fig. 2 zeigt die Einzelheiten eines Aufbaus einer Pumpe 224 mit fester
Verdrängung, die identisch zur Pumpe 226 (Fig. 1) ist. Die Pumpe 224 umfaßt
ein Pumpengehäuse 230 mit einer Pumpkammer 232, in der ein
Pumpkolben 234 zwischen einer festen oberen bzw. ausgefahrenen und einer
festen unteren bzw. eingezogenen Lage hin- und hergeht. Kraftstoff aus dem
Zulauf-Kraftstoffdruck-Steuerventil 274 wird dem Zulaufanschluß 235 der
Pumpe 224 über die Versorgungsleitung 36 (und mit der Versorgungsleitung
38 der Pumpe 226 (Fig. 1)) zugeführt. Ein Zulauf-Kugelventil 237 steuert die
Kraftstoffströmung in die Pumpkammer 232 hinein. Das Kugelventil 237
wird normalerweise von einer Zulauf-Ventilfeder 245 elastisch zum
Zulaufanschluß 235 hin vorgespannt; sein Zu- und Ablauf sind dem
Zulaufanschluß 235 bzw. dem Zulaufkanal 238 zugewandt.
Beim Zurückziehen des Pumpkolbens 234 in seine eingefahrene Lage
entsteht ein Druck, der das Zulauf-Kugelventil 237 vom Zulaufanschluß 235
wegdrückt, und der höher ist als die Kraft, die die Zulauf-Ventilfeder 245 und
der Druck in der Pumpkammer 232 auf das Zulauf-Kugelventil 237 ausüben.
Entsprechend hebt das Zulauf-Kugelventil 237 vom Zulaufanschluß 235 ab
und läßt Kraftstoff in die Pumpkammer 232 strömen. Die dosiert in die
Pumpkammer 232 strömende Kraftstoffmenge wird hauptsächlich vom
Zulauf-Kraftstoffdruck-Steuerventil 274 bestimmt.
Die Kraftstoffausgabe der Pumpe 224 wird mit einem Kraftstoffventil 246
gesteuert, das von einer Ablaufventilfeder 250 normalerweise federnd auf
den Ablaufkanal 248 gedrückt wird und dessen Zu- und Ablauf dem
Ablaufkanal 248 bzw. dem Ablaufanschluß 252 zugewandt sind. Wird der
Pumpkolben 234 in seine Ausfahrstellung gedrückt, übersteigt der Druck in
der Pumpkammer 232 die Kraft, die die Ablaufventilfeder 250 und der Druck
im Ablauf 252 auf das Ablaufventil 246 ausüben. Hierdurch wird das
Ablaufventil 246 geöffnet, so daß der Ablaufkanal 248 mit dem
Ablaufanschluß 252 verbunden wird und Kraftstoff unter Druck zu einer
Ausgabeleitung 32 (und einer Ausgabeleitung 34 der Pumpe 226 (Fig. 1))
fließen kann, die mit dem Ablauf 232 verbunden ist.
Der Pumpkolben 234 wird mittels einer umlaufenden Steuerkurve 254
zwischen seiner aus- und der eingefahrenen Lage hin- und hergefahren. Eine
zwischen dem unteren Flansch 256 und einer Leiste 260 im Pumpengehäuse
230 eingespannte Kolbenfeder 258 drückt diesen Flansch 256 am unteren
Ende des Kolbens 234 auf die Steuerkurve 254.
Die Düsenkraftstoff-Rückflußleitung 272 ist mit einem Leckkraftstoff-Einlaß
262 in der Pumpe 224 (bzw. die Rückflußleitung 80 mit der Pumpe 226 (Fig.
1)) verbunden, um Leckkraftstoff einer Leckkraftstoff-Sammelkammer 264
zuzuführen. Die Sammelkammer 264 enthält einen Kolben 266, der gleitend
verschiebbar ist und die Sammelkammer 264 zu einem vorderen und einem
hinteren Teil unterteilt, wobei im hinteren Teil im wesentlichen der
atmosphärische Druck herrscht. Eine Kolbenfeder 268 drückt den Kolben 266
elastisch vom hinteren Teil der Sammelkammer 264 weg. Während eines
Pumpzyklus aus der Pumpkammer 232 entweichender Kraftstoff sammelt
sich in einer um die Pumpkammer 232 herumlaufenden Sammelnut 272
und wird über einen Auslaßkanal 270 mit dem vorderen Teil 264 der
Sammelkammer 264 zugeführt. Kraftstoff, der von den Einspritzdüsen 40, 42,
44 her zurückfließt, wird über den Lecköleinlaß 262 der Sammelkammer 264
zugeführt.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Kraftstoffpumpe 224 beschrieben.
Das Zulauf-Kugelventil 237 wird durch die vom hin- und hergehenden
Pumpenkolben 234 erzeugte Druckdifferenz bewegt. Die in die
Pumpkammer 232 dosiert eingegebene Kraftstoffmenge wird primär vom
Zulauf-Kraftstoffdruck-Steuerventil 274 bestimmt.
Im Betrieb beginnt der Zyklus, wenn sich der Kolben 234 gerade unmittelbar
hinter dem oberen Umkehrpunkt befindet. Diese Stellung ist in Fig. 2
gezeigt. Dabei werden das Zulauf-Kugelventil 237 und das Ablaufventil 246
von ihren Federn 145 bzw. 150 geschlossen.
Wenn die Steuerkurve 254 die Feder 258 in die Lage versetzt, das Einziehen
des Kolbens 234 zu beginnen, wird das Kraftstoffdruck-Steuerventil 274 vom
Steuerventil-Elektromagneten 276 geöffnet, so daß Kraftstoff in die
Pumpkammer 232 einströmen kann. Beim Weiterdrehen der Steuerkurve
254 und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne schließt der
Elektromagnet 276 das Steuerventil 278, so daß der Kraftstoffzustrom zur
Pumpkammer 232 gesperrt wird. Die Dauer des Offenhaltens des
Zulaufventils 236 bestimmt, wieviel Kraftstoff dosiert in die Pumpkammer
232 einströmen kann.
Beim Weiterdrehen der Steuerkurve 254 fährt der Kolben 234 ein, ohne daß
zusätzlicher Kraftstoff dosiert in die Pumpkammer einströmt. Daher entsteht
in der Kammer 232 ein Unterdruck bzw. Teilvakuum.
Eine Besonderheit der Erfindung ist, daß Leckkraftstoff aus den Düsen
und/oder von den Kolben wieder der Hochdruck-Pumpe zugeführt wird,
ohne daß er das Zulauf-Ventil 237 durchläuft. Sobald die Steuerkurve 254
ihren unteren Umkehrpunkt erreicht, öffnet der Kolben 234 in seiner
endgültig eingefahrenen Lage den Kanal 270, der die Sammelkammer 264 für
Leckkraftstoff mit der Pumpkammer 232 verbindet. Die Kammer 264 ist
rückseitig auf Atmosphärendruck gehalten, damit der Kammerteil vor dem
Kolben 266 sich bei der Beaufschlagung mit Leckkraftstoff ausdehnen und als
Sammler dienen kann. Zahlreiche alternative Sammlerformen lassen sich
hier ebenfalls benutzen - z. B. elastische Leitungen, Membranen oder
komprimierte Volumen. Die Kraft der Feder 268, die den Kolben 266
vorspannt, und der Unterdruck in der Kammer 264 drücken den
Leckkraftstoff, der sich im vorigen Arbeitszyklus des Motors, d. h. während
des letzten Hubs der Pumpe 224 angesammelt hat, in die Pumpkammer 232.
Beim Lauf der Steuerkurve 254 durch den unteren Umkehrpunkt werden
der Kolben nach oben gedrückt, der Kanal 270 geschlossen und die
Pumpkammer 232 vom Unterdruck auf einen Überdruck beaufschlagt.
Während der Druck in der Kammer 232 steigt, sammelt sich am Kolben 234
vorbei leckender Kraftstoff in einer umlaufenden Sammelnut 272 und tritt
über den Kanal 270 in die Sammelkammer 264 ein. Der Kraftstoff wird nach
dem Schließen der Leckkraftstoff-Rückflußöffnung mit der weiteren
Aufwärtsbewegung des Kolbens 234 druckbeaufschlagt, bis das Ablaufventil
246 öffnet. Das Ablaufventil 246 bleibt offen, bis der Kolben 234 den oberen
Umkehrpunkt erreicht und einen neuen Arbeitszyklus beginnt.
Wie ersichtlich, hängt die bei jedem Hub des Kolbens 234 eingespritzte
Kraftstoffmenge von der Öffnungsdauer des Zulaufventils 237 ab, die der
Elektromagnet 276 bestimmt. Da sich die Funktion des Elektromagneten 276
präzise steuern läßt, gilt dies auch für die geförderte Kraftstoffmenge.
Die Kraftstoff-Einspritzdüsen 40-44, 52-56 der Kraftstoff-Einspritzanlage mit
gemeinsamer Druckleitung werden elektronisch mit elektromagnetisch
betätigten Ventilen gesteuert, und arbeiten nach einem Prinzip, das aus dem
Stand der Technik bekannt ist.
Die relative Lage der verschiedenen Zu- bzw. Ablauföffnungen im
Pumpengehäuse 230 können an verschiedenen Orten desselben vorgesehen
sein. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Zulaufanschluß
235 und die ihm zugehörigen Bauteile in einigen Anwendungen oben auf
der Kraftstoffpumpe 224, wie es auch in Fig. 2 dargestellt ist. Ebenso kann der
Leckkraftstoffzulauf 262 auf der anderen Seite der Kraftstoffpumpe 224
vorgesehen sein, als es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Steuerkurve 254, deren
Nocken nicht maßstabsgerecht gezeichnet ist, kann auch mit mehr als einem
Nocken ausgeführt sein.
Claims (4)
1. Hochdruckpumpe (224, 226) für eine Kraftstoff-Einspritzanlage einer
Brennkraftmaschine, mit einer gemeinsamen Druckleitung (28, 30) für
die Einspritzdüsen (common rail), mit einem Pumpengehäuse (230)
und einem darin angeordneten Kolben (234), welcher in einem
Zylinder axialbeweglich angeordnet ist und einen Pumpenarbeitsraum
im Pumpengehäuse (230) begrenzt, mit einem exzentrischen
Antrieb (254) des Kolbens und mit einer vorgespannten
Feder (258), die den Kolben (234) in Richtung auf seine UT-Lage
drückt, mit Anschlüssen im Pumpengehäuse für die Kraftstoffzufuhr
und zum Abgeben des verdichteten Kraftstoffs an die
Einspritzventile, und mit einer Kraftstoff-Vorpumpe (22) und
einem Druckregelventil (274) in der Kraftstoff-Zuleitung,
dadurch gekennzeichnet, daß im Pumpengehäuse (230) eine erste
Sammelkammer (264) vorgesehen ist, die durch eine vorgespannte
elastische Wand (266) in eine vordere und eine hintere Kammer
unterteilt ist, wobei die hintere Kammer dem Atmosphärendruck
ausgesetzt ist, die vordere Kammer zur Aufnahme
des Leckkraftstoffs des Pumpenkolbens (234) ausgebildet und durch
die Vorspannung der elastischen Wand (266) mit Druck beaufschlagt
ist, daß in der UT-Lage des Kolbens diese eine Verbindung
zwischen der ersten Sammelkammer (264) und dem Pumpenarbeitsraum freigibt und ansonsten zusteuert, und daß in der Kraftstoffzuleitung
zwischen der Vorpumpe und der Hochdruckpumpe
eine zweite Sammelkammer (280) zum Dämpfen der Druckschwankungen
in der Kraftstoffzuleitung vorgesehen ist.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Aufnahme des Leckkraftstoffs in der Zylinderwand der
Pumpe eine radiale Ringnut (272) vorgesehen ist, die nahe der
UT-Lage des Kolbens (234) angeordnet ist, und daß die Verbindung
zur ersten Sammelkammer (264) in diese Ringnut (272) mündet.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die elastische Wand (266) durch einen Steuerkolben (266)
gebildet ist, der axial beweglich in einer Bohrung der
ersten Sammelkammer (264) angeordnet und von einer Druckfeder
beaufschlagt ist.
4. Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (40, 42, 44, 52, 54, 56) Kraftstoff-
Leckageleitungen (72, 80) aufweisen, die mit dem ersten
Sammelraum (264) verbunden sind.
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