EP1008746B1

EP1008746B1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: EP1008746B1
Application number: EP99122213A
Authority: EP
Inventors: Peter Ing. Schueler (Grad.)
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-11-06
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-11-06
Also published as: EP1008746A2; EP1008746A3; JP2000170617A; DE59911324D1; US6520162B1; DE19857249A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-System, mit einer Vorförderpumpe, die aus einem Kraftstofftank einen Kraftstoffstrom zu einer Hochdruckpumpe fördert, wobei ein Kraftstofffilter bezogen auf die Förderrichtung stromabwärts oder stromaufwärts der Vorförderpumpe angeordnet ist.

Im Betrieb von derartigen Kraftstoffeinspritzsystemen sind Ausfallerscheinungen an der Vorförderpumpe und an der Hochdruckpumpe aufgetreten. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Ausfälle der Hochdruckpumpe auf eine Kraftstoffunterversorgung zurückzuführen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, bei dem die Lebensdauer der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe erhöht ist. Inbesondere sollen bei einer zu geringen Zulaufmenge Schäden am Triebwerk der Hochdruckpumpe vermieden werden.

Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-System, mit einer Vorförderpumpe, die aus einem Kraftstofftank einen Kraftstoffstrom zu einer Hochdruckpumpe fördert, wobei ein Kraftstofffilter bezogen auf die Förderrichtung stromabwärts oder stromaufwärts der Vorförderpumpe angeordnet ist, durch eine kraftstofffilterdruckdifferenzabhängige Schutzschaltung gelöst. Die Zulaufmenge der Hochdruckpumpe ist wesentlich von der von der Vorförderpumpe zu erbringenden Förderhöhe abhängig. Die Förderhöhe nimmt mit der Verschmutzung des Kraftstofffilters infolge des zunehmenden Durchflusswiderstandes zu. Die Fördermenge nimmt aufgrund der Vorförderpumpencharakteristik ab. Ein Zusetzen des Kraftstofffilters wird in den bekannten Common-Rail-Systemen nicht rechtzeitig genug erkannt, so dass es zu den vorab geschilderten Ausfällen kommen kann. Durch die erfindungsgemäße Schutzschaltung wird ein unzulässiger Anstieg des Förderdrucks vermieden. Dadurch werden sowohl die Vorförderpumpe als auch die Hochdruckpumpe geschützt. Es ist auch denkbar, vor und nach dem Kraftstofffilter Drucksensoren vorzusehen, mit denen der Differenzdruck erfasst werden kann.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die den von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoffstrom in Abhängigkeit von der Kraftstofffilterdruckdifferenz entweder zurück in den Kraftstofftank oder zur Hochdruckpumpe fördert. Wenn der Druck in Strömungsrichtung gesehen stromabwärts des Kraftstofffilters infolge von Verschmutzung zu stark ansteigt, wird der Kraftstoffstrom von der Vorförderpumpe nicht mehr zur Hochdruckpumpe, sondern zurück in den Kraftstofftank gefördert. Dadurch wird der Motor abgestellt und die Hochdruckpumpe geschützt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung ein Ventilgehäuse aufweist, in dem ein federvorgespannter Steuerkolben hin- und herbewegbar ist, der in Abhängigkeit von der Kraftstofffilterdruckdifferenz eine Absperrbohrung in dem Ventilgehäuse, durch die der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoffstrom zu der Hochdruckpumpe gelangt, oder eine Absteuerbohrung in dem Ventilgehäuse freigibt, durch die der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoffstrom zurück in den Kraftstofftank gelangt. Dabei wird die Absperrbohrung zur Hochdruckpumpe bereits weitgehend verschlossen, bevor die Absteuerbohrung zum Kraftstofftank geöffnet wird, um eine schnelle Abschaltung bei Erreichung des kritischen Kraftstofffilterdifferenzdruckes zu erzielen. Durch die Vorspannkraft der Feder kann ein kritischer Differenzdruckwert vorgegeben werden. Sobald dieser kritische Differenzdruckwert erreicht wird, wird die Absteuerbohrung in dem Ventilgehäuse freigegeben. Bei einer geringeren Druckdifferenz arbeitet das Einspritzsystem normal.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bypass, der die Ventileinrichtung umgeht, ein Dehnstoffelement angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung würde bei tiefen Temperaturen auch durch versulzten Kraftstoff ausgelöst. Um dies zu vermeiden, ist parallel zu der Ventileinrichtung das Dehnstoffelement angeordnet. Das Dehnstoffelement öffnet bei tiefen Temperaturen den Bypass und sorgt dafür, dass der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoffstrom zur Hochdruckpumpe gelangt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung und/oder das Dehnstoffelement in einen Deckel des Kraftstofffilters integriert sind. Dadurch wird eine besonders kompakte Lösung zur Verfügung gestellt, die sich für einen modularen Aufbau eignet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der beiliegenden Figur ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem anhand eines Hydraulikschaltbildes dargestellt. Aus einem Kraftstofftank 1 wird von einer Vorförderpumpe 2 über eine Leitung 3 Kraftstoff angesaugt. Der Kraftstoff dient zur Kraftstoffversorgung eines Dieselmotors. Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltung handelt es sich um den Teil des Niederdruckkreislaufes eines Common Rail Einspritzsystemes. Diese Schutzschaltung kann jedoch prinzipiell auch bei anderen Einspritzsystemen eingesetzt werden, bei denen der Betrieb mit zu stark verschmutzten Kraftstofffiltern vermieden werden soll. Da der Kraftstofffilterdifferenzdruck durchflussmengen- und diese in der Regel wiederum motordrehzahlabhängig ist, greift die Funktion der Schutzschaltung zunächst nur bei hoher Motordrehzahl, so dass ein eingeschränkter Betrieb des Motors bei reduzierter Drehzahl und noch zulässigem Druckabfall am Kraftstofffilter möglich bleibt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden Versuche durchgeführt, bei denen sich herausgestellt hat, dass infolge Filterverstopfung Schäden an der Vorförderpumpe auftreten können. Dabei kann es passieren, dass der Förderdruck so hoch ansteigt, dass ein in die Vorförderpumpe integriertes Druckbegrenzungsventil anspricht. Im Dichtsitz des Druckbegrenzungsventils setzen sich dann vorfiltergängige Schmutzpartikel fest, wodurch eine bleibende Undichtigkeit entsteht und die Förderleistung der Vorförderpumpe entsprechend beeinträchtigt wird.

Von der Vorförderpumpe 2 gelangt der geförderte Kraftstoffstrom über eine Leitung 4 zu einer Verzweigungsstelle 5. Die Verzweigungsstelle 5 verbindet die Leitung 4 mit zwei Leitungen 6 und 7. Die Leitung 6 führt zu einem Kraftstofffilter 8. In dem Kraftstofffilter 8 wird der von der Vorförderpumpe 2 geförderte Kraftstoffstrom gereinigt. Von dem Kraftstofffilter 8 gelangt der geförderte Kraftstoffstrom über eine Leitung 9 zu einer weiteren Verzweigungsstelle 20.

Die Verzweigungsstelle 20 verbindet die Leitung 9 mit zwei weiteren Leitungen 10a und 11. Über die Leitung 11 gelangt der geförderte Kraftstoffstrom zu einer Ventileinrichtung 12. Die Ventileinrichtung 12 weist ein Ventilgehäuse 13 auf, in dem ein Steuerkolben 14 hin- und herbewegbar aufgenommen ist. Das Ventilgehäuse 13 ist über die Leitungen 7 und 11 sowohl mit der Eintrittsseite als auch mit der Austrittsseite des Kraftstofffilters 8 verbunden. Der Steuerkolben 14 ist durch eine Feder 15 in dem Ventilgehäuse 13 vorgespannt.

In Abhängigkeit von der Kraftstofffilterdruckdifferenz verändert sich die Position des Steuerkolbens 14 in dem Ventilgehäuse 13. Bei der in der Figur dargestellten Position des Steuerkolbens 14 ist eine Absperrbohrung 16 geöffnet. Durch die Absperrbohrung 16 kann Kraftstoff von der Austrittsseite des Kraftstofffilters 8 über die Leitungen 9 und 11 in eine Leitung 18 gelangen. Die Leitung 18 endet in einer weiteren Verzweigungsstelle 19, von der eine Leitung 21 zu einer (nicht dargestellten) Hochdruckpumpe führt.

Wenn der Druck auf der Eintrittsseite des Kraftstofffilters 8 ansteigt, führt dies dazu, dass der Steuerkolben 14 entgegen der Vorspannkraft der Feder 15 in dem Ventilgehäuse 13 nach links bewegt wird. Das hat zur Folge, dass die Absperrbohrung 16 durch den Steuerkolben 14 versperrt wird. Wenn die Absperrbohrung 16 geschlossen ist, kann kein Kraftstoff mehr über die Leitung 11 zu der Hochdruckpumpe gelangen. Die Verschiebung des Steuerkolbens 14 nach links führt außerdem dazu, dass eine Absteuerbohrung 17 in dem Ventilgehäuse 13 freigegeben wird. Das wiederum hat zur Folge, dass der von der Vorförderpumpe 2 geförderte Kraftstoffstrom über die Leitung 7 in eine Leitung 22 gelangt. Die Leitung 22 führt zu einer weiteren Verzweigungsstelle 23. In die Verzweigungsstelle 23 mündet außerdem eine Leitung 24, die vom Motor kommt. Der Kraftstoff aus den Leitungen 22 und 24 wird über die Verzweigungsstelle 23 und eine Leitung 25 wieder zurück in den Kraftstofftank geführt.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird bei Erreichen eines durch die Vorspannkraft der Feder 15 vorgebbaren Differenzdruckwertes der Durchfluss durch den Kraftstofffilter 8 abgesperrt. Außerdem wird der von der Vorförderpumpe 2 geförderte Kraftstoffstrom zu dem Kraftstofftank 1 zurückgeführt. Dadurch wird der Motor abgestellt und die Hochdruckpumpe geschützt.

Um ein Abschalten durch versulzten Kraftstoff bei tiefen Temperaturen zu verhindern, ist parallel zu der Absperrbohrung 16 zwischen der Leitung 10a und 10b ein temperaturabhängig schaltendes Ventil 26 angeordnet. Das Ventil 26 enthält ein Dehnstoffelement 28, das in einem Ventilgehäuse 27 hin- und herbewegbar aufgenommen ist. Aus dem wachsgefüllten Dehnstoffelement 28 tritt ein Stift 29 aus, dessen Ende sich am Ventilgehäuse 27 abstützt. Auf der dem Stift 29 gegenüberliegenden Seite ist das Dehnstoffelement 28 kolbenförmig ausgebildet, wodurch die Verbindung der Leitungen 10a und 10b bei Temperaturen über dem Versulzungspunkt des Dieselkraftstoffes unterbrochen wird. Bei tieferen Temperaturen sorgt die Vorspannkraft der Druckfeder 31, die in dem Ventilgehäuse 27 angeordnet ist, dafür, dass das Dehnstoffelement 28 nach links gegen Stift 29 bis zum Anschlagelement 32 verschoben und dadurch die Verbindung zwischen den Leitungen 10a und 10b hergestellt wird.

Bei dem in der Figur dargestellten Zustand des Schaltventiles 26 kann versulzter Kraftstoff über die Leitung 10a und 10b zu der Hochdruckpumpe gelangen. Wenn der Stift 29 infolge von Erwärmung aus dem Dehnstoffelement 28 herausgedrückt wird, stützt er sich an dem Ventilgehäuse 27 ab. Eine weitere Ausdehnung der Wachsfüllung des Dehnstoffelementes 28 führt dann dazu, dass das Dehnstoffelement 28 nach rechts verschoben und die Leitung 10a verschlossen wird. Erst wenn bei niedrigen Kraftstofftemperaturen mit versulztem Kraftstoff zu rechnen ist, sorgt das Schaltventil 26 dafür, dass der Motor weiterbetrieben werden kann.

Das in der Figur schematisch dargestellte Prinzip funktioniert selbstverständlich auch dann, wenn die Vorförderpumpe 2 nach dem Kraftstofffilter 8 angeordnet ist. Das gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere dessen Hochdruckpumpe, wird automatisch, auch bei unterlassenem Filterwechsel, vor verschmutztem Kraftstofffilter geschützt. Bei dem Kraftstofffilter 8 handelt es sich um einen sogenannten Kraftstoffhauptfilter. Neben diesem Kraftstoffhauptfilter wird in der Regel noch ein grobmaschiges Vorfilter verwendet.

Der Betrieb des Motors mit versulztem Kraftstoff wird durch die erfindungsgemäße Schaltung nicht eingeschränkt. Die Schaltung ist grundsätzlich reversibel und lässt bei entsprechender Software-Strategie einen eingeschränkten Fahrbetrieb mit niedriger Motordrehzahl zu.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-System, mit einer Vorförderpumpe (1), die aus einem Kraftstofftank (2) einen Kraftstoffstrom zu einer Hochdruckpumpe fördert, wobei ein Kraftstofffilter (8) bezogen auf die Förderrichtung stromabwärts oder stromaufwärts der Vorförderpumpe (1) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine kraftstofffilterdruckdifferenzabhängige Schutzschaltung.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schutzschaltung eine Ventileinrichtung (12) vorgesehen ist, die den von der Vorförderpumpe (1) geförderten Kraftstoffstrom in Abhängigkeit von der Kraftstofffilterdruckdifferenz entweder zurück in den Kraftstofftank (2) oder zur Hochdruckpumpe fördert.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) ein Ventilgehäuse (13) aufweist, in dem ein federvorgespannter Steuerkolben (14) hin- und herbewegbar ist, der in Abhängigkeit von der Kraftstofffilterdruckdifferenz eine Absperrbohrung (16) in dem Ventilgehäuse (13), durch die der von der Vorförderpumpe (1) geförderte Kraftstoffstrom zu der Hochdruckpumpe gelangt, oder eine Absteuerbohrung (17) in dem Ventilgehäuse (13) freigibt, durch die der von der Vorförderpumpe (1) geförderte Kraftstoffstrom zurück in den Kraftstofftank (2) gelangt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bypass (10), der die Ventileinrichtung (12) umgeht, ein Dehnstoffelement (26) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) und/oder das Dehnstoffelement (26) in einen Deckel des Kraftstofffilters (8) integriert sind.