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Die
Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit
einer gemeinsamen Kraftstoff-Einspritzleitung.
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Heutzutage
sind die Automobilhersteller bemüht,
möglichst
umweltschonende Fahrzeuge zu entwickeln. Zum einen weil das Umweltbewusstsein so
groß ist
wie nie zuvor, vor allem aber weil die Abgasnormen immer strenger
werden.
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Eine
der von den Herstellern in Betracht gezogenen Lösungen zum Reduzieren der Abgase
besteht darin, den Motor abzuschalten, wenn er nicht benötigt wird,
wie beispielsweise bei einer roten Ampel. Diese Technik ist allgemein
unter der Bezeichnung „stop
and start" bekannt.
Das Abschalten des Motors erlaubt, den Kraftstoffverbrauch und damit den
Abgasausstoß zu
senken. Vor allem in der Stadt lassen sich die Abgase erheblich
verringern, denn die hohe Konzentration an Straßenschildern zwingt zu regelmäßigem Anhalten
und der Verkehr staut sich oft.
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Die
Technik des „stop
and start" lässt sich leicht
in Motoren anwenden, bei denen das Einspritzen in jedem Zylinder
individuell gesteuert ist. Dies gilt jedoch nicht für Motoren
mit einer gemeinsamen Leitung (auch Common Rail genannt), die das
Einspritzen von mehreren Zylindern gleichzeitig steuert.
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Denn
derzeit starten Motoren mit gemeinsamer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzleitung
für „stop and
start" zu langsam.
Die Langsamkeit erklärt
sich dadurch, dass die Hochdruckpumpe einige Zeit braucht, bis sie
den Kraftstoff in der gemeinsamen Leitung auf den Druck komprimiert
hat, der mindestens für
das Funktionieren der Einspritzdüsen
nötig ist.
Damit Motoren mit gemeinsamer Einspritz leitung im Modus „stop and
start" funktionieren
können, muss
also ihre Anlasszeit verkürzt
werden.
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Die
Patentanmeldung
US 5 839 413 offenbart
ein System, das die Anlasszeit eines Motors mit gemeinsamer Einspritzleitung
verkürzt.
Das Prinzip dieses Systems beruht darauf, die gemeinsame Leitung
nicht nur mit einer Hochdruckpumpe, sondern mithilfe von zwei Rückschlagventilen
mit Feder (ein erstes Niederdruck- und ein zweites Hochdruckventil)
auch mit einem Niederdruckkreis zu verbinden. Der Niederdruckkreis
besitzt einen Niederdruck-Akkumulator, der einen stabilen Druck
aufrechterhält, welcher
kleiner ist als der Druck, den die Hochdruckpumpe unter Volllast
liefert.
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So
komprimiert der Niederdruckkreis bereits den Kraftstoff in der gemeinsamen
Leitung, während die
Hochdruckpumpe in Gang gesetzt wird. Sobald die Hochdruckpumpe einen
Druck erzeugt, der höher ist
als derjenige, welcher im Niederdruckkreis vorliegt, schließt sich
das Niederdruckventil, das bis dahin den Niederdruck-Fluss passieren
ließ,
zugunsten des zweiten Ventils. Die gemeinsame Leitung wird schließlich nur
von der Hochdruckpumpe unter Druck gesetzt.
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Dieses
System verkürzt
die Druckanstiegszeit. Dennoch ist diese Technik nicht zufrieden
stellend, zum einen weil sie zu komplex ist und zum anderen weil
sie für
eine komfortable Anwendung beim „stop and start" keine ausreichende
Geschwindigkeit liefert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bestehenden
Nachteile ganz oder teilweise zu beheben. Daher schlägt die Erfindung
ein einfach aufgebautes Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor vor,
das die Anlasszeit verkürzt,
um die Motoren für „stop and
start" anzupassen.
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Hierzu
schlägt
die Erfindung ein Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor vor
mit mindestens einem Einspritzmittel, Mitteln zum Versorgen mit unter
Druck stehendem Kraftstoff und einem gemeinsamen Akkumulator für die Einspritzmittel,
der Kraftstoff unter Druck enthält,
welcher von den Versorgungsmitteln geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
außerdem
zwischen jedem Einspritzmittel und dem Akkumulator eine Vorrichtung
zum Speichern von Kraftstoff unter Druck vorgesehen ist, die vom Akkumulator
gespeist wird, wobei die Speichervorrichtung den gespeicherten Kraftstoff
unter Druck beim Anlassen zum ihr zugeordneten Einspritzmittel freigeben
kann, um diesem schneller Kraftstoff unter Druck zu liefern als
mit den Versorgungsmitteln allein. Das System erlaubt, den existierenden
Aufbau beizubehalten und ihn durch Verkürzen der Anlasszeit auf „stop and
start" anzupassen.
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Vorteilhafterweise
umfasst jede Vorrichtung zum Speichern von Kraftstoff unter Druck
erfindungsgemäß einen
ersten Kanal, der den Akkumulator und eines der Einspritzmittel
miteinander verbindet und mindestens einen Behälter und mindestens zwei Mittel
zum gesteuerten Öffnen
zwischen dem Akkumulator und dem Behälter beziehungsweise zwischen dem
Behälter
und dem Einspritzmittel aufweist, um den Behälter wahlweise mit Kraftstoff
unter Druck zu füllen,
der vom Akkumulator kommt, oder den Behälter zu leeren, um das Einspritzmittel
zu versorgen. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass keine zusätzliche
Kompressionsvorrichtung eingebaut werden muss, die den vom Akkumulator
kommenden Kraftstoff unter Druck zurückgewinnt.
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Erfindungsgemäß sind die
Mittel zum gesteuerten Öffnen
vorteilhafterweise Elektroventile.
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Jede
Vorrichtung zum Speichern von Kraftstoff unter Druck umfasst erfindungsgemäß vorteilhafterweise
außerdem
einen zweiten Kanal, der parallel zum ersten verläuft und
mithilfe eines Rückschlagventils
nur den Durchgang des Kraftstoffs vom Akkumulator zum Einspritzmittel
erlaubt, um die Versorgung der Einspritzmittel direkt durch den
Akkumulator zu ermöglichen.
Dadurch kann die Einspritzung nach den Anlassphasen „normal" erfolgen, das heißt, jedes
Einspritzmittel wird vom gleichen Akkumulator von Kraftstoff unter
Druck versorgt.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile werden bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die einzige Figur deutlich. Die Figur zeigt
ein vereinfachtes Schema des erfindungsgemäßen Einspritzsystems.
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In
dem in 1 veranschaulichten Beispiel ist ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem 1 für einen
Verbrennungsmotor zu sehen. Es setzt sich hauptsächlich aus einer Hochdruckpumpe 2,
einer gemeinsamen Leitung 3, einer Speichervorrichtung 4 und
einer Einspritzdüse 5 zusammen.
Es ist nur eine einzige Einspritzdüse 5 abgebildet, aber
die gemeinsame Leitung 3 kann selbstverständlich beispielsweise
sowohl die Einspritzdüse 5 als
auch Zylinder im Motor versorgen.
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Die
Hochdruckpumpe 2 versorgt die gemeinsame Leitung 3 mit
unter Druck stehendem Kraftstoff. Diese weit verbreitete und gut
bekannte Konfiguration wird hier nicht näher beschrieben.
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Im
dargestellten Beispiel ist zu sehen, dass die Speichervorrichtung 4 die
gemeinsame Leitung 3 und die Einspritzdüse 5 über zwei
Kanäle 6, 7 verbindet,
die zusammenlaufen, bevor sie die Einspritzdüse 5 erreichen.
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Der
erste Kanal 6 ist mit einem Rückschlagventil 8 versehen,
das den Kraftstofffluss daran hindert, von der Einspritzdüse 5 zur
gemeinsamen Leitung 3 zu gelangen, aber den Fluss in umgekehrter Richtung
erlaubt. Der zweite Kanal 7 umfasst einen Behälter 9,
einen Drucksensor 10 und zwei Elektroventile 11, 12.
Im in 1 dargestellten Beispiel erlauben die jeweils
auf einer Seite des Behälters 9 gelegenen
Elektroventile 11, 12, wahlweise und unabhängig voneinander
die Öffnung
eines Teils des Kanals 7. Der Sensor 10 stellt
den Druck im Behälter 9 fest.
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Beim
ersten Anlassen des Motors zeigt der Sensor 10 keinen Druck
an, da der Behälter 9 leer
ist. Das Elektroventil 10 wird dann in seine geöffnete Position
und das zweite Elektroventil 11 in seine geschlossene Position
gebracht. Wenn die Hochdruckpumpe 2 die gemeinsame Leitung 3 mit
unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt, gelangt Kraftstoff in den
Kanal 6 und in den Kanal 7 jeder Speichervorrichtung 4,
die einer Einspritzdüse 5 zugeordnet
ist.
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Wenn
das Elektroventil 10 geöffnet
ist, dringt der Kraftstoff in den Behälter 9, aber nicht
weiter, da das Elektroventil 11 geschlossen ist. Der Kraftstoff, der
sich im Kanal 6 befindet, läuft durch das Rückschlagventil 8 und
versorgt so die Einspritzdüse 5.
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Die
Hochdruckpumpe 2 erhöht
nach und nach den Druck und liefert nach einem Moment einen Druck,
der hoch genug ist, um den Mindestdruck für das Funktionieren der Einspritzdüsen 5 zu
erreichen. Ein (nicht dargestellter) Drucksensor in jeder Einspritzdüse 5 stellt
den Mindestdruck fest und steuert die Einspritzung. Der Motor kann
dann gestartet werden.
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Der
Sensor 10 der Speichervorrichtung 4 stellt auf
die gleiche Weise fest, ob der notwendige Druck im Behälter 9 (der
höher sein
kann als der im vorhergehenden Absatz genannte Druck) erreicht ist. Das
Elektroventil 10 wird dann in seine geschlossene Position
gebracht und schließt
somit Kraftstoff unter Druck im Behälter 9 ein. Der Motor
kann nunmehr im Modus „stop
and start" funktionieren.
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Wenn
die Anlasssteuerung erneut betätigt wird
und der Sensor 10 den Druck feststellt, wird das Elektroventil 12 in
die geöffnete
Position gebracht und gibt damit den unter Druck stehenden Kraftstoff zur
zugeordneten Einspritzdüse 5 frei.
Das Rückschlagventil 8 verhindert,
dass der Kraftstoff den Kanal 6 zur gemeinsamen Leitung 3 hochsteigt.
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Da
der freigegebene Druck größer ist
als der Mindestbetriebsdruck der zugeordneten Einspritzdüse 5,
kann die Einspritzung schneller erfolgen, als wenn darauf gewartet
werden müsste,
dass die Hochdruckpumpe 2 allein den Mindestdruck liefert. Der
Motor lässt
sich also schneller starten.
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Da
die Hochdruckpumpe 2 teilweise vom (nicht dargestellten)
Verteilungsriemen des Motors mit Energie versorgt wird, hat das
Anlassen des Motors einen beschleunigenden Effekt auf den Druckanstieg
der Hochdruckpumpe 2. Dadurch wird die Anlasszeit noch
weiter verkürzt.
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Nach
einer gewissen Zeit liefert die Hochdruckpumpe 2 einen
Druck in der gemeinsamen Leitung 3, der höher ist
als der Druck im Eingang der Einspritzdüse 5. Das Rückschlagventil 8 lässt dann den
Kraftstoff durch den Kanal 6 zur Einspritzdüse 5 strömen. In
diesem Moment wird das Elektroventil 12 in die geschlossene
Position zurückgeführt und
dann das Elektroventil 11 wieder geöffnet. Nun kann der normale
Kraftstoffeinspritzzyklus stattfinden. Wie zuvor näher erläutert, schließt sich
das Elektroventil 11 und schließt wie der unter Druck stehenden
Kraftstoff im Behälter 9 ein,
wenn der vom Sensor 10 festgestellte nötige Druck im Behälter 9 erreicht
wird.
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Der
mehrmals erwähnte
Wiederstartfähigkeitszyklus
ermöglicht
es dank diesem Einspritzsystem, dass ein Motor mit gemeinsamer Leitung
im Modus „stop
and start" funktioniert.
Die Tatsache, dass für
jede Einspritzdüse 5 eine
Speichervorrichtung 4 vorgesehen ist, erlaubt ein kleines
Volumen des Behälters 9 im
Vergleich zum Volumen der gemeinsamen Leitung 3. Der Behälter 9 ist
vorzugsweise so ausgelegt, dass zwei Einspritzungen erfolgen können, bevor
die Hochdruckpumpe 2 diese Aufgabe übernimmt.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern
kann verschiedene Varianten und Veränderungen erfahren, die dem
Fachmann in den Sinn kommen. Insbesondere können Konfigurationen des Kanals 7 mit
einem einzigen Elektroventil oder eine andere Anordnung der Elektroventile
in Betracht gezogen werden. Auch die Vorgehensweise beim ersten
Anlassen kann anders sein und beispielsweise darin bestehen, den
Behälter 9 erst
nach einigen Einspritzungen zu füllen.