EP1476654B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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EP1476654B1 EP20020804534 EP02804534A EP1476654B1 EP 1476654 B1 EP1476654 B1 EP 1476654B1 EP 20020804534 EP20020804534 EP 20020804534 EP 02804534 A EP02804534 A EP 02804534A EP 1476654 B1 EP1476654 B1 EP 1476654B1
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    • F02M2200/31Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist aus der Literatur, beispielsweise Dieselmotor-Management, Verlag Vieweg, 2.Auflage 1998, Seite 262, bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe auf, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zu einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in einen Speicher gefördert, mit dem Injektoren verbunden sind, durch die Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe ist ein Kraftstoffilter angeordnet. Es ist ein Rücklauf für nicht eingespritzten Kraftstoff von den Injektoren in einen Niederdruckbereich vorgesehen, als der der Kraftstoffvorratsbehälter dient. Nachteilig hierbei ist, daß durch die Förderpumpe ständig eine große Kraftstoffmenge angesaugt werden muss, die teilweise wieder in den Kraftstoffvorratsbehälter zurückgeleitet wird. Die Förderpumpe und das Kraftstoffilter müssen daher entsprechend groß dimensioniert werden und es ist sind kurze Wartungsintervalle zum Wechsel des Kraftstoffilters erforderlich, um dessen zuverlässige Funktion sicherzustellen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Rückführung des nicht eingespritzten Kraftstoffs in die Verbindung zwischen die Förderpumpe und die Hochdruckpumpe durch die Förderpumpe eine geringere Kraftstoffmenge gefördert zu werden braucht, so daß diese entsprechend kleiner dimensioniert werden kann. Auch das Kraftstoffilter kann entsprechend kleiner dimensioniert werden und die Wartungsintervalle für dessen Wechsel können verlängert werden. Durch das weitere Kraftstoffilter im Rücklauf ist sichergestellt, daß auch der zurückgeleitete und der Hochdruckpumpe wieder zugeführte Kraftstoff ausreichend gereinigt ist. Das weitere Kraftstoffilter kann dabei hinsichtlich der Dimensionierung und der erforderlichen Wartungsintervalle für dessen Wechsel unabhängig vom anderen Kraftstoffilter entsprechend der geringeren Anforderungen ausgelegt werden, da der zurückfließende Kraftstoff keine so starke Verunreinigung wie der aus dem Kraftstoffvorratsbehälter angesaugte Kraftstoff aufweist. Das Volumen des weiteren Kraftstoffilters kann dabei außerdem eine Dämpfung von Druckschwingungen und/oder Druckstößen im Rücklauf bewirken.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist sichergestellt, daß durch die Förderpumpe kein Kraftstoff in den Rücklauf gefördert wird. Durch den Öffnungsdruck des Rückschlagventils kann außerdem das Druckniveau im Rücklauf eingestellt werden.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in schematischer Darstellung und Figur 2 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausschnittsweise gemäß einer modifizierten Ausführung.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, die innerhalb oder außerhalb eines Kraftstoffvorratsbehälters 12 des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Die Förderpumpe 10 kann einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen und saugt beispielsweise über ein Vorfilter 14 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 12 an. Die Förderpumpe 10 kann auch beispielsweise mechanisch durch die Brennkraftmaschine oder eine nachfolgend erläuterte Hochdruckpumpe 18 angetrieben werden. Vom Auslass der Förderpumpe 10 führt eine Verbindung 16 zu der Hochdruckpumpe 18. Zwischen der Förderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 18 ist in der Verbindung 16 ein Kraftstoffilter 20 angeordnet, das als Feinfilter ausgebildet ist und das von dem durch die Förderpumpe 10 geförderten Kraftstoff durchströmt wird. Das Kraftstoffilter 20 ist derart ausgelegt und dimensioniert, daß die von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge durch dieses hindurchtreten kann. Ein Wartungsintervall für einen Austausch des Kraftstoffilters 20 ist derart festgelegt, daß die Funktion des Kraftstoffilters 20 sichergestellt ist.
  • Die Hochdruckpumpe 18 weist beispielsweise mehrere Pumpenelemente 19 auf, die jeweils einen in einer Zylinderbohrung geführten Kolben aufweisen, der durch einen Antrieb 17 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Antrieb 17 kann beispielsweise eine Nockenwelle aufweisen, auf der die Pumpenkolben der Pumpenelemente laufen, oder eine Exzenterwelle und ein durch diese bewegtes Polygon, auf dem sich die Pumpenkolben abstützen. Die Hochdruckpumpe 18 wird vorzugsweise mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Der durch die Hochdruckpumpe 18 geförderte Kraftstoff wird über eine Verbindung 23 einem Speicher 24 zugeführt. Jedes Pumpenelement 19 der Hochdruckpumpe 18 weist ein Einlaßventil 21 auf, das in das Pumpenelement 19 öffnet und durch das Kraftstoff von der Förderpumpe 10 her in das Pumpenelement 19 gelangen kann. Jedes Pumpenelement 19 weist außerdem ein Auslaßventil 22 auf, durch das Kraftstoff zum Speicher 24 hin aus dem Pumpenelement 19 verdrängt werden kann. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 26 vorgesehen, durch den Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt wird. Jeder Injektor 26 ist über eine Verbindung 28 mit dem Speicher 24 verbunden und die Öffnung des Injektors 26 zur Kraftstoffeinspritzung wird durch ein elektrisch angesteuertes Ventil 30 gesteuert.
  • In der Verbindung 28 zwischen dem Speicher 24 und dem Injektor 26 kann eine Druckübersetzungseinrichtung 32 angeordnet sein, durch die der Druck des dem Injektor 26 zugeführten Kraftstoffs gegenüber dem im Speicher 24 herrschenden Druck nochmals erhöht wird.
  • In der Verbindung 16 der Förderpumpe 10 mit der Hochdruckpumpe 18 ist eine Kraftstoffzumeßeinrichtung 34 vorgesehen, durch die der Druchfluß von Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 18 eingestellt wird. Die Zumeßeinrichtung 34 weist ein elektrisch betätigtes Regelventil auf, das durch einen Aktor 36 beispielsweise in Form eines Elektromagneten oder eines Piezoaktors geschaltet wird. Der Aktor 36 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 38 angesteuert. Am Speicher 24 ist ein Drucksensor 40 angeordnet, der mit der Steuereinrichtung 38 verbunden ist. Durch die Steuereinrichtung 38 wird der Aktor 36 derart angesteuert, daß die Kraftstoffzumeßeinrichtung 34 einen Durchfluß von Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 18 einstellt, der erforderlich ist, um mit dem von der Hochdruckpumpe 18 geförderten Kraftstoff im Speicher 24 einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten.
  • Von der Verbindung 16 der Förderpumpe 10 mit der Hochdruckpumpe 18 kann stromaufwärts vor der Kraftstoffzumeßeinrichtung 34 eine zum Antrieb 17 der Hochdruckpumpe 18 führende Verbindung 48 vorgesehen sein, durch die ein Teil des von der Förderpumpe 10 geförderten Kraftstoffs dem Antrieb 17 zu dessen Schmierung zugeführt wird. In der Verbindung 48 ist vorzugsweise ein zum Antrieb 17 hin öffnendes Druckventil 50 angeordnet, das erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes die Verbindung 48 freigibt. Durch das Druckventil 52 ist sichergestellt, daß insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, wenn ein hoher Druck im Speicher 24 erforderlich ist und dieser erst noch befüllt werden muß, die gesamte von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 18 zugeführt wird und kein Kraftstoff zur Schmierung des Antriebs 17 abgezweigt wird. Stromabwärts nach dem Druckventil 50 ist vorzugsweise eine Drosselstelle 52 vorgesehen, durch die der Durchfluß in der Verbindung 48 begrenzt wird. Stromabwärts nach dem Druckventil 50 und der Drosselstelle 52 kann von der Verbindung 48 eine Rückleitung 54 abzweigen, die stromaufwärts vor dem Druckventil 50 in die Verbindung 16 mündet und in der eine Drosselstelle 56 vorgesehen sein kann. Alternativ kann die Rückleitung 54 auch in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 münden. In Figur 2 ist eine abweichende Ausführung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung dargestellt, bei der die Verbindung 48 nicht zum Antriebsbereich 17 der Hochdruckpumpe 18 führt sondern zu einer Rückleitung 80 in den Kraftstoffvorratsbehälter 12. Bei dieser Ausführung erfolgt eine Schmierung des Antriebs 17 der Hochdruckpumpe 18 auf andere Weise, beispielsweise indem der Antrieb 17 mit einem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist. Bei einer Mündung der Rückleitung 54 bzw. 80 in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 wird ein ausgeglichener Temperaturhaushalt mit geringen Temperaturunterschieden zwischen dem Kraftstoff im Vorratsbehälter 12 und dem im Kreislauf befindlichen Kraftstoff erreicht.
  • Von den Injektoren 26 führt ein Rücklauf 60 über eine Leitung ab, über den nicht eingespritzter Kraftstoff abgeleitet wird. Der Rücklauf 60 von den Injektoren 26 wird jedoch nicht in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 geleitet sondern mündet in die Verbindung 16 zwischen der Förderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 18. Der Rücklauf 60 mündet in die Verbindung 16 stromaufwärts vor der Kraftstoffzumeßeinrichtung 34 und vor der Verbindung 48. Im Rücklauf 60 ist ein weiteres Kraftstoffilter 62 und stromabwärts nach diesem ein Rückschlagventil 64 angeordnet, das zur Mündung des Rücklaufs 60 in die Verbindung 16 hin öffnet. Das Rückschlagventil 64 weist ein durch eine Feder 66 in Schließrichtung belastetes Ventilglied 68 auf und öffnet somit erst wenn die durch den Druck im Rücklauf 60 auf das Ventilglied 68 bewirkte Kraft die Kraft der Schließfeder 66 überschreitet. Durch das Rückschlagventil 64 wird verhindert, daß bei höherem Druck in der Verbindung 16 als im Rücklauf 60 von der Förderpumpe 10 geförderter Kraftstoff in den Rücklauf 60 gelangt. Durch das Rückschlagventil 64 kann außerdem ein vorgegebener Druck im Rücklauf 60 aufrechterhalten werden.
  • Es kann vorgesehen sein, daß am Speicher 24 ein Druckbegrenzungsventil 70 angeordnet ist, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes im Speicher 24 öffnet und einen Ablauf 72 aus dem Speicher 24 freigibt, der in den Rücklauf 60 stromaufwärts vor dem weiteren Kraftstoffilter 62 mündet. Es kann außerdem vorgesehen sein, daß auch von der Druckübersetzungseinrichtung 32 ein Ablauf 74 abführt, beispielsweise für infolge einer Leckage an der Druckübersetzungseinrichtung 32 austretenden Kraftstoff oder einer zur Steuerung der Druckübersetzungseinrichtung 32 erforderlichen Kraftstoffmenge, wobei der Ablauf 74 ebenfalls in den Rücklauf 60 stromaufwärts vor dem weiteren Kraftstoffilter 62 mündet.
  • Das weitere Kraftstoffilter 62 im Rücklauf 60 ist als Feinfilter ausgebildet, wobei der durch den Rücklauf 60 strömende Kraftstoff nur geringe Verunreinigungen aus der Hochdruckpumpe 18, dem Speicher 24, der Druckübersetzungseinrichtung 32, den Injektoren 26 oder den zwischen diesen vorhandenen Verbindungen enthält. Die Ausbildung und das Wartungsintervall des weiteren Kraftstoffilters 62 kann daher entsprechend diesen Bedingungen und unabhängig vom Kraftstoffilter 20 gewählt werden. Das weitere Kraftstoffilter 62 im Rücklauf kann insbesondere auch entsprechend der relativ hohen Temperatur des rückströmenden Kraftstoffs geeignet ausgebildet werden. Durch das Volumen des weiteren Kraftstoffilters 62 im Rücklauf können darüberhinaus Druckschwingungen und Druckstöße gedämpft werden, die bei Beendigung der Kraftstoffeinspritzung an den Injektoren 26 verursacht werden. Hierdurch wird eine nachteilige Beeinflußung der Einstellung des Durchflußes zur Hochdruckpumpe 18 durch die Zumeßeinrichtung 34 vermieden. Das weitere Kraftstoffilter 62 kann außerdem als Kraftstoffkühler dienen oder es kann im Rücklauf 60 ein separater Kraftstoffkühler vorgesehen sein, um die Temperatur des rückgeführten Kraftstoffs zu senken.

Claims (5)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (10), durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (12) zu einer Hochdruckpumpe (18) gefördert wird, wobei durch die Hochdruckpumpe (18) Kraftstoff in einen Speicher (24) gefördert wird, mit dem wenigstens ein Injektor (26) verbunden ist, durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mit einem zwischen der Förderpumpe (10) und der Hochdruckpumpe (18) angeordneten Kraftstoffilter (20), wobei ein Rücklauf (60) für Kraftstoff vom wenigstens einen Injektor (26) und/oder vom Speicher (24) zu einem Niederdruckbereich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Rücklauf (60) ein weiteres Kraftstoffilter (62) angeordnet ist und daß der Rücklauf (60) stromabwärts nach dem Kraftstoffilter (20) in die Verbindung (16) zwischen der Förderpumpe (10) und der Hochdruckpumpe (18) mündet.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rücklauf (60) ein zur Mündung des Rücklaufs (60) in die Verbindung (16) hin öffnendes Rückschlagventil (64) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (16) der Förderpumpe (10) mit der Hochdruckpumpe (18) eine Kraftstoffzumeßeinrichtung (34) angeordnet ist, durch die der Durchfluß von Kraftstoff von der Förderpumpe (10) zur Hochdruckpumpe (18) derart eingestellt wird, daß durch die Hochdruckpumpe (18) ein vorgegebener Druck im Speicher (24) erzeugt wird, und daß der Rücklauf (60) in die Verbindung (16) stromaufwärts vor der Kraftstoffzumeßeinrichtung (34) mündet.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Speicher (24) und dem wenigstens einen Injektor (26) eine Druckübersetzungseinrichtung (32) vorgesehen ist, durch die der im Speicher (24) herrschende Druck erhöht wird, und daß die Druckübersetzungseinrichtung (32) einen in den Rücklauf (60) stromaufwärts vor dem weiteren Kraftstoffilter (62) mündenden Ablauf (74) aufweist.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rücklauf (60) ein Kraftstoffkühler angeordnet ist, als der vorzugsweise das weitere Kraftstoffilter (62) dient.
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