EP1336043B1 - Kraftstoffeinspritzanlage für brennkraftmaschinen mit verbessertem startverhalten - Google Patents

Kraftstoffeinspritzanlage für brennkraftmaschinen mit verbessertem startverhalten Download PDF

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EP1336043B1
EP1336043B1 EP01996683A EP01996683A EP1336043B1 EP 1336043 B1 EP1336043 B1 EP 1336043B1 EP 01996683 A EP01996683 A EP 01996683A EP 01996683 A EP01996683 A EP 01996683A EP 1336043 B1 EP1336043 B1 EP 1336043B1
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EP
European Patent Office
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pump
fuel
pressure
throttle
control valve
Prior art date
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Application number
EP01996683A
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EP1336043A2 (de
Inventor
Peter Schueler
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0001—Fuel-injection apparatus with specially arranged lubricating system, e.g. by fuel oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/34—Varying fuel delivery in quantity or timing by throttling of passages to pumping elements or of overflow passages, e.g. throttling by means of a pressure-controlled sliding valve having liquid stop or abutment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/023—Means for varying pressure in common rails
    • F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure
    • F02M63/025—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure from the common rail

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump for a Fuel injection system according to the preamble of claim 1.
  • a metering valve on the suction side of the pump elements of High-pressure fuel pump arranged, which is a more or causes less severe throttling.
  • a so-called "zero-feed" throttle to provide by which small amounts of fuel from the Suction side of the pump elements in a fuel return or can drain to the suction side of the prefeed pump. This will prevents pressure on the suction side of the pump elements is constructed and thus the pump elements, the closing force of Suction valves can overcome. As a result, the suck Pump elements no fuel in push mode and the unwanted buildup of pressure in the common rail during the Sliding operation is prevented.
  • the disadvantage of this solution is that the zero-feed throttle is also open when starting the engine and thus the pressure build-up on the suction side of the pump elements is delayed, or more difficult. As a result, the required Internal combustion engine a high starting speed and starts only after a certain time.
  • High-pressure fuel pumps are known where a controllable Throttle between the pre-feed pump and the suction side of the Pump elements of the high-pressure fuel pump is provided.
  • the Control of the throttle via a control unit of the High-pressure fuel pump and an electrically operated Control valve.
  • a disadvantage of these high-pressure fuel pumps are the permanent load of the controller, the electrical Energy demand of the control valve and the possibility that in the High-pressure fuel pump impermissibly high pressures during the Sliding operation occur.
  • the startup behavior one equipped with such a high-pressure fuel pump Internal combustion engine unsatisfactory.
  • the invention is based on the object High-pressure fuel pump for a fuel injection system to provide the starting behavior of the Internal combustion engine is improved and at the same time Pressure build-up in the high-pressure fuel pump in overrun mode effectively prevented.
  • the throttle is closed during startup, so that the pressure build-up on the suction side of the pump elements is faster and thus the starting behavior of the internal combustion engine is improved.
  • the throttle is controlled by a loaded with the fuel pressure on the pressure side of the feed pump control valve, the control of the throttle is simple and reliable manner.
  • a control unit of the fuel injection system is not needed for this purpose. As a result, the control unit and the electrical system are relieved and simplifies the wiring harness.
  • the throttle closes when the fuel pressure on the pressure side of the feed pump falls below a first reference value, so that in all operating conditions in which the fuel supply to the high-pressure fuel pump is deficient, the throttle is closed and thus the entire of the Pre-feed pump funded fuel is the pump elements available.
  • Control valve also the inflow of fuel into the High-pressure fuel pump for lubrication controls, so both Functions, namely the control of the throttle and the inflow to lubricate fuel into the high-pressure fuel pump with a valve can be done easily and inexpensively.
  • the Control valve is a cascade valve, and that the control valve the inflow of fuel into the high pressure fuel pump to Lubrication in several stages controls, so on the one hand it is ensured that the high-pressure fuel pump always is sufficiently lubricated and on the other hand is ensured sufficient for the pump elements at low speeds Fuel is available.
  • Throttle on the drain side with an opening into the tank Return line with the suction side of the pre-feed pump or with the lubrication of the high-pressure fuel pump is connected, so that regardless of the drain-side interconnection of the throttle the advantages of the invention can be used.
  • the pressure control valve a lock or a Control valve is and / or that a control unit to control the Fuel injection system is provided, so depending on the Control concept of fuel injection system the pressure in common rail is controllable by a blocking or a flow control valve.
  • the Pre-feed pump a gear pump by the High-pressure fuel pump or internal combustion engine is driven.
  • the speed and thus the capacity of the Pre-feed pump directly from the speed of the internal combustion engine depends on the pressure build-up on the suction side of the Pump elements when starting the engine relative slow, so the advantages of the invention High-pressure fuel pump or the invention Fuel injection system particularly advantageous for carrying come.
  • FIG. 1 shows a state-of-the-art common-rail injection system the technology shown schematically.
  • a prefeed pump 1 sucks via a supply line 3 fuel not shown a tank 5 at.
  • the fuel in a pre-filter. 7 and a filter with Water separator 9 filtered.
  • the prefeed pump 1 is designed as a gear pump and has a first pressure relief valve 11. Suction side becomes the prefeed pump throttled by a first throttle 13. A pressure side 15 of the prefeed pump 1 supplies a High-pressure fuel pump 17 with fuel.
  • the High-pressure fuel pump 17 is as a radial piston pump with executed three pump elements 19 and drives the Pre-feed pump 1 on.
  • On the suction side of the pump elements 19 is ever a suction valve 21 is provided.
  • the pump elements 19 are each a check valve 23rd provided, which prevents the under high pressure standing fuel, which of the pump elements 19 in a common rail 25 has been conveyed into the pump elements 19 can flow back.
  • the high pressure lines of the Fuel injection system are in Figs. 1 to 5 with drawn thick lines while under low pressure standing areas of the fuel injection system with thin lines are shown.
  • the common rail 25 supplies one or more in FIG. 1 not shown injectors with fuel over a High pressure line 27.
  • a switching valve 33 can in the return line 29th Fuel also in the supply line 3 of the Pre-feed pump 1 are transported, so that at low temperatures reduces the danger of scorching becomes.
  • the high-pressure fuel pump 17 is from the prefeed pump 1 on the one hand with fuel for the pump elements 19 and on the other hand supplied with fuel for lubrication.
  • the Amount of fuel used to lubricate the High-pressure fuel pump 17 is used, via a first Control valve 35 and a second throttle 37 controlled.
  • the pressure on the pressure side 15 of the Pre-feed pump 1 is not sufficient to a piston 39 of the first Control valve 35 against the spring force of a spring 41 to move.
  • the first control valve 35 is in Figure 1 shown closed.
  • the piston 39 moves against the Spring force of the spring 41 to the left and gives the line 43 free.
  • Via the line 43 and the second throttle 37 flows Fuel for lubrication of the high-pressure fuel pump 17 in their crankcase.
  • the high-pressure fuel pump 17 supplies via a Distribution line 45 and the pump elements 19 with Fuel.
  • a Metering valve 47 is provided to control the flow rate of the High-pressure fuel pump 17 is between the pressure side 15th the prefeed pump 1 and the distribution line 45 .
  • the metering valve 47 is a Flow control valve, which by a not shown Controlled control unit of the fuel injection system becomes.
  • the pump elements 19 are thus on the Metering valve 47 throttled on the suction side.
  • a third throttle 49 is provided, which is also referred to below as the zero-feed throttle.
  • the zero flow throttle 49 the fuel from the Distribution line 45 in the crankcase of Drain high-pressure fuel pump 17 and there for lubrication the high-pressure fuel pump 17 can be used.
  • the Outflow of fuel through the Nuil manufacture throttle 49 is the above-mentioned pressure build-up in the distribution line 45 at Sliding operation due to the leakage of the closed Metering valve 47 prevents.
  • a disadvantage of this solution is that the zero-feed throttle 49th always open, and thus especially at low speeds, as they are e.g. during commissioning of the internal combustion engine occur, the desired pressure build-up in the distribution line 45th by the outflow of fuel through the zero-feed throttle 49 is prevented.
  • FIGS. 2 to 5 show various embodiments of a fuel injection system according to the invention, wherein the same reference numerals are used for the same components and reference is made to the description of FIG.
  • the first control valve 35 is parallel to one of the System ventilation serving fourth throttle 53 switched so that with the beginning of the promotion of the feed pump 1 also Fuel for lubrication in the high-pressure fuel pump 17th arrives.
  • the zero-feed throttle 49 connects to this Embodiment, the distribution line 45 with the Return line 29.
  • the second control valve 45 has a piston 57, with the pressure of the pressure side of the feed pump. 1 is charged. If the pressure of the pressure side 15 is low, is a ball 59 by a spring 61 in a sealing seat 63rd pressed and thus closes the second control valve 55th Once the pressure on the pressure side 15 of the prefeed pump.
  • the control of Zero-feed throttle 49 integrated into the first control valve 35 is designed as a cascade valve, i.e. the fuel for lubrication of the high-pressure fuel pump 1 can at low pressure on the pressure side 15 of the Pre-feed pump 1 through the system ventilation serving fourth Throttle 53 in the crankcase of the high-pressure fuel pump 17th stream.
  • the pressure on the pressure side 15 of the Pre-feed pump 1 exceeds a first reference value opens the first control valve and outputs a fifth throttle 65, the is connected parallel to the fourth throttle 53, free.
  • Embodiment according to Figure 4 is the first Control valve 35 also designed as a cascade valve.
  • the Piston 39 of the first control valve 35 has an annular groove 69, which with reaching a first reference value on the Pressure side 15 of the feed pump 1 is such that the Zero-feed throttle 49 is connected to a drain line 71.
  • the drain line 71 opens into the supply line 3 of Pre-feed pump 1.
  • Fuel injection system is a diagram in FIG shown in which a flow 73 over a speed n is applied.
  • a first line 75 shows the flow rate of the Pre-feed pump 1 as a function of the speed n.
  • a second Line 77 shows the fuel demand of a High-pressure fuel pump 1 according to the prior art.
  • the technology essentially consists of the speed-dependent flow rate of the pump elements 19 and the differential pressure dependent volume flow through the Zero feed throttle 49 together.
  • At the intersection 79 between first line 75 and second line 75 is the starting speed of one with a fuel injection system according to the prior art equipped internal combustion engine achieved. In the present Example, the starting speed is 133 revolutions per Minute.
  • a third line 81 shows the fuel demand one with a Equipped according to the invention fuel injection system Internal combustion engine.
  • the speed-dependent fuel requirement 81 the high-pressure fuel pump 17 according to the invention depends only on the delivery of the pump elements 19 and is thus over the entire speed range below the fuel demand one Internal combustion engine according to the prior art (see second Line 77).
  • the intersection 83 is also between third line 81 and first line 75 at a lower Rpm reached.
  • the Start speed one with the inventive Fuel injection system equipped internal combustion engine 116 Revolutions per minute. That the internal combustion engine starts faster, the starter and the electrical system are less loaded and a start is also under less favorable environmental conditions still possible.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, bei welchem durch eine gesteuerte Nullförder-Drossel (49) oder durch den Wegfall der Nullförder-Drossel und eine geeignete Steuerung des Druckventils (51) eines Common-Rails (25) das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden kann und gleichzeitig sichergestellt wird, dass im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine kein unzulässig hoher Druck im Common-Rail aufgebaut wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zur Regelung der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe wird ein Zumessventil auf der Saugseite der Pumpenelemente der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet, welches eine mehr oder minder starke Drosselung bewirkt.
Im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine, bspw. bei einer Bergabfahrt eines Kraftfahrzeugs, soll kein Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Aus diesem Grund wird das Zumessventil im Schiebebetrieb geschlossen. Da das Zumessventil auch in geschlossenem Zustand eine gewisse Leckage aufweist, fließt auch im Schiebebetrieb eine, wenn auch geringe, Kraftstoffmenge zu den Pumpenelementen und wird von diesen angesaugt. Der von den Pumpenelementen geförderte und unter Hochdruck stehende Kraftstoff strömt bspw. in den Common-Rail des Kraftstoffeinspritzsystems und kann somit dazu führen, dass im Schiebebetrieb ein unerwünscht hoher Druck aufgebaut wird, da die Injektoren keinen Kraftstoff in die Brennräume einspritzen.
Um dies zu verhindern ist es bekannt, eine sog. "Nullförder"-Drossel vorzusehen, durch welche kleine Kraftstoffmengen von der Saugseite der Pumpenelemente in einen Kraftstoffrücklauf oder zur Saugseite der Vorförderpumpe abfließen können. Dadurch wird verhindert, dass auf der Saugseite der Pumpenelemente ein Druck aufgebaut wird und somit die Pumpenelemente die Schließkraft der Saugventile überwinden können. Infolgedessen saugen die Pumpenelemente keinen Kraftstoff im Schiebebetrieb an und der ungewollte Aufbau von Druck im Common-Rail während des Schiebebetriebs wird verhindert.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Nullförder-Drossel auch beim Starten der Brennkraftmaschine geöffnet ist und somit der Druckaufbau auf der Saugseite der Pumpenelemente verzögert, bzw. erschwert wird. In Folge dessen benötigt die Brennkraftmaschine eine hohe Startdrehzahl und startet erst nach einer gewissen Zeit.
Aus der DE 196 30 938 A1 und der DE 197 42 180 A1 sind Kraftstoffhochdruckpumpen bekannt bei denen eine steuerbare Drossel zwischen der Vorförderpumpe und der Saugseite der Pumpenelemente der Kraftstoffhochdruckpumpe vorgesehen ist. Die Steuerung der Drossel erfolgt über ein Steuergerät der Kraftstoffhochdruckpumpe und ein elektrisch betätigtes Steuerventil. Nachteilig an diesen Kraftstoffhochdruckpumpen sind die permanente Belastung des Steuergeräts, der elektrische Energiebedarf des Steuerventils und die Möglichkeit, dass in der Kraftstoffhochdruckpumpe unzulässig hohe Drücke während des Schiebebetriebs auftreten. Schließlich ist das Startverhalten einer mit einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe ausgerüsteten Brennkraftmaschine nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, bei deren Einsatz das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessert wird und gleichzeitig ein Druckaufbau in der Kraftstoffhochdruckpumpe im Schiebebetrieb wirkungsvoll verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe wird die Drossel bei Startvorgang geschlossen, so dass sich der Druckaufbau auf der Saugseite der Pumpenelemente schneller vollzieht und somit das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessert wird. Dadurch ,dass die Drossel von einem mit dem Kraftstoffdruck auf der Druckseite der Vorförderpumpe beaufschlagten Steuerventil gesteuert wird, erfolgt die Steuerung der Drossel einfache und zuverlässige Weise. Ein Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems wird dazu nicht benötigt. Dadurch werden das Steuergerät und das elektrische Bordnetz entlastet und der Kabelbaum vereinfacht.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drossel schließt, wenn der Kraftstoffdruck auf der Druckseite der Vorförderpumpe einen ersten Referenzwert unterschreitet, so dass in allen Betriebszuständen bei denen die Kraftstoffversorgung der Kraftstoffhochdruckpumpe mangelhaft ist, die Drossel geschlossen wird und somit der gesamte von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff den Pumpenelementen zur Verfügung steht.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil auch den Zufluss von Kraftstoff in die Kraftststoffhochdruckpumpe zur Schmierung steuert, so dass beide Funktionen, nämlich das Steuern der Drossel und des Zuflusses von Kraftstoff in die Kraftstoffhochdruckpumpe zu schmieren, mit einem Ventil einfach und kostengünstig erfolgen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil ein Kaskadenventil ist, und dass das Steuerventil den Zufluss von Kraftstoff in die Kraftstofhochdruckpumpe zur Schmierung in mehreren Stufen steuert, so dass einerseits gewährleistet ist, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe stets ausreichend geschmiert wird und andererseits sichergestellt ist, dass den Pumpenelementen bei niedrigen Drehzahlen ausreichend Kraftstoff zur Verfügung steht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drossel in das Steuerventil integriert ist, so dass die Zahl der benötigten Baugruppen und Verbindungsleitungen sowie der Platzbedarf verringert werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Drossel ablaufseitig mit einer in den Tank mündenden Rücklaufleitung, mit der Saugseite der Vorförderpumpe oder mit der Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden ist, so dass unabhängig von der ablaufseitigen Verschaltung der Drossel die erfindungsgemäßen Vorteile genutzt werden können.
Bei weiteren Ausgestaltungen der Kraftstoffeinspritzanlage ist vorgesehen, dass das Druckregelventil ein Sperr- oder ein Stromventil ist und/oder dass ein Steuergerät zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzanlage vorgesehen ist, so dass je nach dem Regelkonzept der Kraftstoffeinspritzanlage der Druck im Common-Rail durch ein Sperr- oder ein Stromventil steuerbar ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe, die von der Kraftstoffhochdruckpumpe oder der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Da bei Kraftstoffhochdruckpumpen dieser Bauart die Drehzahl und damit auch die Förderleistung der Vorförderpumpe direkt von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt, vollzieht sich der Druckaufbau auf der Saugseite der Pumpenelemente beim Starten der Brennkraftmaschine relativ langsam, so dass die Vorteile der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems besonders vorteilhaft zum Tragen kommen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung entnehmbar.
Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1
ein Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Stand der Technik,
Fig.2-4
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzsysteme und
Figur 5
ein Diagramm an Hand dessen die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems nachgewiesen werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Eine Vorförderpumpe 1 saugt über eine Zulaufleitung 3 nicht dargestellten Kraftstoff aus einem Tank 5 an. Dabei wird der Kraftstoff in einem Vorfilter 7 und einem Filter mit Wasserabscheider 9 gefiltert.
Die Vorförderpumpe 1 ist als Zahnradpumpe ausgebildet und weist ein erstes Überdruckventil 11 auf. Saugseitig wird die Vorförderpumpe durch eine erste Drossel 13 gedrosselt. Eine Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 versorgt eine Kraftstoffhochdruckpumpe 17 mit Kraftstoff. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ist als Radialkolbenpumpe mit drei Pumpenelementen 19 ausgeführt und treibt die Vorförderpumpe 1 an. Auf der Saugseite der Pumpenelemente 19 ist je ein Saugventil 21 vorgesehen. Auf der Druckseite der Pumpenelemente 19 ist je ein Rückschlagventil 23 vorgesehen, welches verhindert, dass der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, welcher von den Pumpenelementen 19 in ein Common-Rail 25 gefördert wurde, in die Pumpenelemente 19 zurückfließen kann.
Die unter Hochdruck stehenden Leitungen des Kraftstoffeinspritzsystems sind in den Fig. 1 bis 5 mit dicken Linien gezeichnet, während die unter niedrigem Druck stehenden Bereiche des Kraftstoffeinspritzsystems mit dünnen Linien dargestellt sind.
Der Common-Rail 25 versorgt einen oder mehrere in Figur 1 nicht dargestellte Injektoren mit Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 27. Ein zweites Überdruckventil 28, welches bei Bedarf den Common-Rail mit einer Rücklaufleitung 29 verbindet, verhindert unzulässig hohe Drücke im Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsytems. Über die Rücklaufleitung 29 und eine Leckageleitung 31 werden die Leckage und die Steuermengen des oder der nicht dargestellten Injektoren in den Tank 5 zurückgeführt.
Über ein Schaltventil 33 kann der in der Rücklaufleitung 29 befindliche Kraftstoff auch in die Zulaufleitung 3 der Vorförderpumpe 1 transportiert werden, so dass bei niedrigen Temperaturen die Versulzungsgefahr verringert wird.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 wird von der Vorförderpumpe 1 einerseits mit Kraftstoff für die Pumpenelemente 19 und andererseits mit Kraftstoff zur Schmierung versorgt. Die Kraftstoffmenge, welche zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 dient, wird über ein erstes Steuerventil 35 und eine zweite Drossel 37 gesteuert. In der in Figur 1 dargestellten Stellung des ersten Steuerventils 35 reicht der Druck auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 nicht aus, um einen Kolben 39 des ersten Steuerventils 35 gegen die Federkraft einer Feder 41 zu bewegen. Infolgedessen ist das erste Steuerventil 35 in Figur 1 geschlossen dargestellt. Sobald der Druck auf der Druckseite 15 ansteigt, bewegt sich der Kolben 39 gegen die Federkraft der Feder 41 nach links und gibt die Leitung 43 frei. Über die Leitung 43 und die zweite Drossel 37 strömt Kraftstoff zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 in deren Kurbelgehäuse.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 versorgt über eine Verteilleitung 45 auch die Pumpenelemente 19 mit Kraftstoff. Zur Regelung der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ist zwischen der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 und der Verteilleitung 45 ein Zumessventil 47 vorgesehen. Das Zumessventil 47 ist ein Stromventil, welches von einem nicht dargestellten Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems angesteuert wird. Die Pumpenelemente 19 werden somit über das Zumessventil 47 saugseitig gedrosselt.
Im Schiebebetrieb, d.h. bspw. bei einer Bergabfahrt eines Kraftfahrzeugs, soll kein Kraftstoff in die Pumpenelemente 19 fließen und auch kein Kraftstoff von den nicht dargestellten Injektoren in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Da das Zumessventil 47 fertigungs- und funktionsbedingt im geschlossenen Zustand eine Leckagemenge aufweist, die in die Verteilleitung 45 strömt, würde sich ohne geeignete Abhilfemaßnahmen auf der Saugseite der Pumpenelemente 19 ein Druck aufbauen, der so groß ist, dass die Pumpenelemente 19 während des Saughubs die Saugventile 21 öffnen und Kraftstoff ansaugen. Dies hätte zur Folge, dass der Druck im Common-Rail 25 unzulässig ansteigt.
Um dies zu verhindern, ist eine dritte Drossel 49 vorgesehen, die nachfolgend auch als Nullförder-Drossel bezeichnet wird. Durch die Nullförder-Drossel 49 kann der Kraftstoff aus der Verteilleitung 45 in das Kurbelgehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 abfließen und dort zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 verwendet werden. Durch den Abfluss von Kraftstoff durch die Nuilförder-Drossel 49 wird der oben erwähnte Druckaufbau in der Verteilleitung 45 beim Schiebebetrieb auf Grund der Leckage des geschlossenen Zumessventils 47 verhindert.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Nullförder-Drossel 49 immer geöffnet ist und somit vor allem bei niedrigen Drehzahlen, wie sie z.B. bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine auftreten, der gewünschte Druckaufbau in der Verteilleitung 45 durch den Abfluss von Kraftstoff durch die Nullförder-Drossel 49 verhindert wird.
Der Druck im Common-Rail 25 wird über ein Druckventil 51, welches auch als Stromventil ausgebildet werden kann, geregelt. Das Druckventil 51 wird ebenfalls von dem nicht dargestellten Steuergerät angesteuert.
In den Figuren 2 bis 5 werden verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt, wobei für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen wird.
In Figur 2 ist das erste Steuerventil 35 parallel zu einer der Systementlüftung dienenden vierten Drossel 53 geschaltet, so dass mit Beginn der Förderung der Vorförderpumpe 1 auch Kraftstoff zur Schmierung in die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 gelangt. Die Nullförder-Drossel 49 verbindet bei diesem Ausführungsbeispiel die Verteilleitung 45 mit der Rücklaufleitung 29. Dabei wird der Durchfluss durch die Nullförder-Drossel 49 von einem zweiten Steuerventil 55 gesteuert. Das zweite Steuerventil 45 weist einen Kolben 57 auf, der mit dem Druck der Druckseite der Vorförderpumpe 1 beaufschlagt wird. Wenn der Druck der Druckseite 15 gering ist, wird eine Kugel 59 von einer Feder 61 in einen Dichtsitz 63 gepresst und verschließt somit das zweite Steuerventil 55. Sobald der Druck auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 einen ersten Referenzwert übersteigt, bewegt sich der Kolben 57 nach links und hebt über einen Stift 63 die Kugel 61 von ihrem Sitz ab und öffnet somit das zweite Steuerventil. Im Ergebnis führt das Steuerventil 55 dazu, dass beim Startvorgang der Druckaufbau in der Verteilleitung 45 beschleunigt wird, da kein Kraftstoff durch die Nullförder-Drossel 49 abfließt. Infolgedessen beginnt die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 früher mit der Förderung, der Druckaufbau im Common-Rail 25 wird beschleunigt und die Brennkraftmaschine beginnt früher und bei niedrigeren Drehzahlen zu arbeiten.
Wenn der Motor im Schiebebetrieb, d.h. mit gegenüber dem Leerlauf erhöhter Drehzahl und geschlossenem Zumessventil 47 arbeitet, ist der Druck auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe ausreichend hoch, um das zweite Steuerventil 55 zu öffnen und somit die oben beschriebene Funktion der Nullförder-Drossel 49 zu gewährleisten. Dies ist besonders von Vorteil, wenn die Vorförderpumpe 1 direkt von der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 angetrieben wird, da in diesem Fall die Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Kraftstoffhochdruckpumpe und der Vorförderpumpe 1 direkt miteinander gekoppelt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist die Steuerung der Nullförder-Drossel 49 in das erste Steuerventil 35 integriert. Das erste Steuerventil 35 ist als Kaskadenventil ausgebildet, d.h. der Kraftstoff zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 kann bei geringem Druck auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 durch die der Systementlüftung dienenden vierte Drossel 53 in das Kurbelgehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 strömen. Sobald der Druck auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 einen ersten Referenzwert übersteigt, öffnet das erste Steuerventil und gibt eine fünfte Drossel 65, die parallel zur vierten Drossel 53 geschaltet ist, frei. Somit wird der zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 bereitgestellte Kraftstoffstrom vergrößert, was insbesondere bei höheren Drehzahlen der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 und damit auch der Vorförderpumpe 1 notwendig ist. Mit Erreichen des ersten Referenzwertes auf der Druckseite 15 wird durch eine Öffnung im Kolben 39 des ersten Steuerventils 35 auch die Nullförder-Drossel 49 geöffnet. Über eine Leckageabfuhr 67 des ersten Steuerventils kann Kraftstoff der aus der Verteilleitung 45 über die Nullförderdrossel 49 in das erste Steuerventil 35 gelangt ist abgeführt und zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 eingesetzt werden.
Es ist auch möglich, dass die Öffnung der Nullförder-Drossel 49 und der fünften Drossel 65 bei unterschiedlichen Drücken auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 erfolgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist das erste Steuerventil 35 ebenfalls als Kaskadenventil ausgeführt. Der Kolben 39 des ersten Steuerventils 35 weist eine Ringnut 69 auf, welche mit Erreichen eines ersten Referenzwerts auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 so steht, dass die Nullförder-Drossel 49 mit einer Ablaufleitung 71 verbunden wird. Die Ablaufleitung 71 mündet in die Zulaufleitung 3 der Vorförderpumpe 1.
Zur Verdeutlichung der Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist in Figur 5 ein Diagramm dargestellt, in welchem ein Durchfluss 73 über einer Drehzahl n aufgetragen ist. Eine erste Linie 75 zeigt die Fördermenge der Vorförderpumpe 1 in Abhängigkeit der Drehzahl n. Eine zweite Linie 77 zeigt den Kraftstoffbedarf einer Kraftstoffhochdruckpumpe 1 nach dem Stand der Technik. Der Kraftstoffbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 nach dem Stand der Technik setzt sich im Wesentlichen aus der drehzahlabhängigen Fördermenge der Pumpenelemente 19 und dem differenzdruckabhängigen Volumenstrom durch die Nullförderdrossel 49 zusammen. Am Schnittpunkt 79 zwischen erster Linie 75 und zweiter Linie 75 ist die Startdrehzahl einer mit einem Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Stand der Technik ausgerüsteten Brennkraftmaschine erreicht. Im vorliegenden Beispielsfall beträgt die Startdrehzahl 133 Umdrehungen pro Minute.
Eine dritte Linie 81 zeigt den Kraftstoffbedarf einer mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüsteten Brennkraftmaschine. Der drehzahlabhängige Kraftstoffbedarf 81 der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 17 hängt nur von der Fördermenge der Pumpenelemente 19 ab und liegt somit über den gesamten Drehzahlbereich unter dem Kraftstoffbedarf einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik (siehe zweite Linie 77). Infolgedessen ist auch der Schnittpunkt 83 zwischen dritter Linie 81 und erster Linie 75 bei einer niedrigeren Drehzahl erreicht. In dem Beispiel gemäß Figur 5 beträgt die Startdrehzahl einer mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüsteten Brennkraftmaschine 116 Umdrehungen pro Minute. D.h. die Brennkraftmaschine startet schneller, der Anlasser und das Bordnetz werden weniger belastet und ein Start ist auch unter ungünstigeren Umgebungsbedingungen noch möglich.

Claims (8)

  1. Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Pumpenelement (19), mit einer Vorförderpumpe (1), mit einem Zumeßventil (47), wobei die Vorförderpumpe (1) Kraftstoff aus einem Tank (5) zur Saugseite des oder der Pumpenelemente (19) fördert und wobei die von der Vorförderpumpe (1) zur Saugseite des oder der Pumpenelemente (19) geförderte Kraftstoffmenge durch das Zumeßventil (47) regelbar ist, und mit einer steuerbaren Drossel (49) zur Begrenzung des Kraftstoffabflusses von der Saugseite des oder der Pumpenelemente (19), dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (49) von einem mit dem Kraftstoffdruck auf der Druckseite (15) der Vorförderpumpe (1) beaufschlagten Steuerventil (55, 35) so gesteuert wird, dass die Drossel (49) schließt, wenn der Kraftstoffdruck auf der Druckseite (15) der Vorförderpumpe (1) einen ersten Refenzwert unterschreitet, und dass die Drossel (49) an einer Verbindungsleitung (45) angeschlossen ist, die das Zumeßventil (47) und die Saugseite des oder der Pumpenelelemente (19) verbindet.
  2. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (35) auch den Zufluß von Kraftstoff in die Kraftststoffhochdruckpumpe (17) zur Schmierung steuert.
  3. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (35) ein Kaskadenventil ist, und dass Steuerventil (35) den Zufluß von Kraftstoff in die Kraftstoffhochdruckpumpe (17) zur Schmierung in mehreren Stufen steuert.
  4. Kraftstoffhcchdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (49) in das Steuerventil (55, 35) integriert ist.
  5. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (49) ablaufseitig mit einer in den Tank (5) mündenden Rücklaufleitung (29) verbunden ist.
  6. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (49) ablaufseitig mit einer Zulaufleitung (3) der Vorförderpumpe (1) verbunden ist.
  7. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (49) ablaufseitig mit der Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe (17) verbunden ist.
  8. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (1) eine Zahnradpumpe ist, und dass die Vorförderpumpe (1) von der Kraftstoffhochdruckpumpe (17) oder der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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