EP2032832B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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EP2032832B1
EP2032832B1 EP07728522A EP07728522A EP2032832B1 EP 2032832 B1 EP2032832 B1 EP 2032832B1 EP 07728522 A EP07728522 A EP 07728522A EP 07728522 A EP07728522 A EP 07728522A EP 2032832 B1 EP2032832 B1 EP 2032832B1
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EP
European Patent Office
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pressure
fuel
pump
low
feed pump
Prior art date
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EP07728522A
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English (en)
French (fr)
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EP2032832A1 (de
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Stefan Kieferle
Dorothee Sommer
Oliver Becker
Bjoern Noack
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/205Quantity of fuel admitted to pumping elements being metered by an auxiliary metering device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0011Constructional details; Manufacturing or assembly of elements of fuel systems; Materials therefor
    • F02M37/0023Valves in the fuel supply and return system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0047Layout or arrangement of systems for feeding fuel
    • F02M37/0052Details on the fuel return circuit; Arrangement of pressure regulators

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection device is characterized by the EP-A-1 195 514 known.
  • This fuel injection device comprises an electric drive having a feed pump, is conveyed by the fuel from a fuel tank in a low pressure region to the suction side of at least one high-pressure pump.
  • the high-pressure pump delivers fuel into a high-pressure region, in which at least one injector is provided, through which fuel is injected at the internal combustion engine.
  • the fuel injection device has an electric control device for controlling the fuel injection. In the low-pressure region, a pressure sensor is arranged, which is connected to the control device.
  • the electric drive of the feed pump for adjusting a variable depending on at least one operating parameter of the internal combustion engine and / or the high-pressure pump flow rate of the feed pump and for generating a predetermined pressure in the low pressure range is controlled. At least part of the fuel delivered by the feed pump into the low-pressure region is passed through a drive region of the high-pressure pump.
  • the electric drive of the feed pump is controlled by the control device for variably setting the quantity of fuel sucked in by the high-pressure pump and conveyed into the high-pressure region. This does not always ensure adequate lubrication and cooling of the drive range of the high-pressure pump.
  • the fuel injection device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that even at high fuel temperatures sufficient lubrication and / or cooling of the drive range of the high-pressure pump is ensured.
  • the embodiment according to claim 2 has the advantage that a possible pressure drop in the flow through the fuel filter has no influence on the pressure detection in the low-pressure region.
  • the embodiment according to claims 4 and 5 has the advantage that the lubrication and / or cooling of the drive region of the high-pressure pump is improved under high load.
  • the embodiment of claim 6 and 7 has the advantage that funded by the pump fuel, which is not sucked by the high-pressure pump, can be removed from the low pressure region.
  • the embodiment according to claim 8 has the advantage that the entire amount of fuel delivered by the delivery pump is available for lubrication and / or cooling of the drive region of the high-pressure pump.
  • FIG. 1 a fuel injection device for an internal combustion engine in a schematic representation
  • FIG. 2 a diagram in which the flow rate of a feed pump and the overflow of an overflow valve is applied over the pressure prevailing in a low pressure region.
  • FIG. 1 schematically a fuel injection device for an internal combustion engine, for example a motor vehicle is shown.
  • the fuel injection device has a feed pump 10 through which fuel is sucked from a fuel storage container 12.
  • the feed pump 10 has an electric drive 14 in the form of an electric motor and the feed pump 10 may be outside or as in FIG. 1 be arranged within the fuel tank 12.
  • a jam or swirl pot 16 may be arranged, from which the feed pump 10 sucks and is ensured by the fact that the pump 10 can suck fuel even at low level in the fuel tank 12.
  • fuel is conveyed for example by at least one jet pump 18.
  • fuel is conveyed to the suction side of a high-pressure pump 20 of the fuel injection device.
  • a fuel filter 22 is provided, through which the pumped by the feed pump 10 fuel is purified before it flows to the high pressure pump 20.
  • the high-pressure pump 20 has one or more pump elements 24, which in turn each have a guided in a cylinder bore 26 pump piston 28.
  • a pump working space 30 is limited in the respective cylinder bore 26.
  • a drive shaft 32 driven in rotation by the internal combustion engine.
  • the drive shaft 32 is rotatably supported, for example, via two bearing points of a housing 34 of the high-pressure pump 14 which are spaced apart from one another in the direction of the axis of rotation of the drive shaft 32.
  • the bearings may be arranged in different parts of the pump housing 34, for example, a first bearing point in a main body of the pump housing 34 and a second bearing point may be arranged in a connected to the main body flange.
  • the drive shaft 32 has at least one cam 36 or an eccentric to its axis of rotation formed portion, wherein the cam 36 may be formed as a multiple cam.
  • the drive shaft 32 of the high-pressure pump 20 is driven by the internal combustion engine, for example, by the crankshaft or camshaft.
  • the coupling of the drive shaft 32 with the internal combustion engine can be done for example via a belt (toothed belt), a chain or gears. Due to the drive of the high-pressure pump 20 by the internal combustion engine, the rotational speed of the drive shaft 32 of the high-pressure pump 20 is proportional to the rotational speed of the internal combustion engine.
  • the respective pump piston 28 can be supported directly or via a plunger 29 on the cam 36 or eccentric of the drive shaft 32.
  • Each pump element 24 has an inlet valve 38 which opens into the pump working chamber 30 and via which the pump working chamber 30 is filled with fuel when the intake stroke of the pump piston 28 is directed radially inward toward the drive shaft 32.
  • Each pumping element 24 also has an outlet valve 40 which opens out of the pump working space 30 and over which the delivery stroke of the pump 12 directed radially outward Pump piston 28 compressed fuel from the pump chamber 30 is displaced.
  • the inlet valve 38 and the outlet valve 40 are each designed as spring-loaded check valves.
  • the drive shaft 32 with the cam 36 or eccentric and the support of the at least one pump piston 28 forms a arranged in the interior of the pump housing 34 drive portion 37 of the high pressure pump 20th
  • the high-pressure pump 14 is conveyed via at least one line fuel in a high-pressure region in which, for example, a memory 42 is arranged.
  • a memory 42 At least one arranged on a cylinder of the internal combustion engine injector 44 is connected, is injected through the fuel into the combustion chamber of the cylinder.
  • the injectors 44 are connected directly or indirectly via hydraulic lines to the high pressure pump 14, wherein the separate memory 42 can be omitted.
  • the injector 44 has a fuel injection valve and, for example, an electrically operated control valve by which the opening and closing function of the fuel injection valve is controlled. It can also be provided that the fuel injection valve is controlled directly by an electric actuator, for example a piezoelectric actuator.
  • the fuel injector also includes an electronic controller 46 that controls fuel injection. By the control device 46, the injector 44 is driven so that a predetermined amount of fuel is injected through this at a given time.
  • a pressure sensor 48 is arranged, by means of which the pressure in the high-pressure region is detected and which is connected to the control device 46. From the memory 42 can discharge a connection to a discharge area, for example a return to the fuel tank 12, which is controlled by a pressure limiting or pressure control valve 43.
  • a fuel metering device 50 is provided between the feed pump 10 and the suction side of the high-pressure pump 20, which is preferably arranged between the fuel filter 22 and the suction side of the high-pressure pump 20.
  • the area between the feed pump 10 and the suction side of the high-pressure pump 20 is referred to below as the low-pressure area.
  • the fuel metering device 50 can be designed such that it continuously or stepwise a different sized flow cross-section in the connection between the feed pump 10 and the suction side of the high pressure pump 20 is adjusted.
  • the fuel metering device 50 may also be formed by a clocked valve which is opened and closed at a certain frequency, this releasing a certain averaged flow area in accordance with its opening duration.
  • the fuel metering device 50 may include an electric actuator 51, which may be, for example, an electromagnet or a piezoelectric actuator, and which is controlled by the control device 46.
  • the fuel metering device 50 may also be hydraulically controlled.
  • the flow cross-section is determined by a piston which is acted upon by a hydraulic pressure movable.
  • the hydraulic pressure can be generated, for example, by the passage of the pressure control valve 43. In this case, with increasing Abêtmenge of the pressure control valve 43, a higher pressure, through which the released by the fuel metering 50 flow cross-section is reduced.
  • the Pressure control valve 43 can be controlled by the control device 46, so that the fuel metering device 50 is controlled indirectly via the Abêtmenge of the pressure control valve 43 by the control device 46.
  • the fuel injection device further has an overflow valve 52 arranged between the feed pump 10 and the fuel metering device 50, by means of which a connection of the low-pressure region to a discharge region is controlled.
  • the discharge area is, for example, a return 53 to the fuel tank 12, wherein in the discharge area a lower pressure prevails than in the low pressure area.
  • the overflow valve 52 is designed as a pressure valve, which opens upon reaching a predetermined pressure in the low pressure region and can flow fuel from the low pressure region in the discharge area.
  • the opening pressure of the overflow valve 52 is determined by a spring 54, which acts on a valve member 55 of the spill valve 52 in a closing direction.
  • the spill valve 52 is disposed downstream of the drive section 37 between it and the fuel metering device 50.
  • the entire amount of fuel delivered by the feed pump 10 first flows through the drive region of the high-pressure pump 20 before it is sucked in by the high-pressure pump 20.
  • the pressure prevailing in the low-pressure region between the fuel filter 22 and the suction side of the high-pressure pump 20 is detected by a pressure sensor 56, which is connected to the control device 46.
  • the pressure sensor 56 is arranged in the low-pressure region between the fuel filter 22 and the drive region of the high-pressure pump 20, so that a possible pressure drop in the flow through the fuel filter 22 is taken into account in the pressure detection in the low-pressure region.
  • the delivery rate of the high-pressure pump 20, which corresponds to the load of the internal combustion engine is considered as an operating parameter.
  • the speed of the internal combustion engine which is proportional to the speed of the High pressure pump 20 is to be considered.
  • the fuel temperature which is detected by means of a fuel temperature sensor 58, which is connected to the control device 46, is taken into account as the operating parameter.
  • the drive 14 of the feed pump 10 is driven such that promoted by the feed pump 10 in the low pressure range at high load, and thus large flow of the high-pressure pump 20, and / or high speed of the engine and the high-pressure pump 20, a larger amount of fuel and so that a higher pressure is generated than at low load and flow rate and / or low speed. It may be provided that with increasing load of the internal combustion engine and thus increasing flow rate of the high-pressure pump 20 by the controller 46, the electric drive 14 of the feed pump 10 is driven such that funded by the feed pump 10, an increasingly larger amount of fuel and thus an increasingly higher pressure is generated in the low pressure range.
  • the drive 14 of the feed pump 10 is controlled by the control device 46 such that at high fuel temperature by the feed pump 10 promotes a larger amount of fuel and thus a higher pressure in the low pressure region is generated than at low fuel temperature. It may be provided that with increasing fuel temperature of the drive 14 of the feed pump 10 is controlled by the controller 46 such that promoted by the feed pump 10 an increasing amount of fuel in the low pressure region and thus a higher pressure in the low pressure region is generated. As a result, adequate lubrication and / or cooling of the drive region 37 of the high-pressure pump 20 is likewise ensured, since the lubricating effect of the fuel deteriorates with increasing fuel temperature.
  • setpoint values for the pressure in the low-pressure region are stored in the control device 46 in a characteristic diagram, the electric drive 14 of the feed pump 10 then being controlled by the control device 46 in such a way that such a fuel quantity is conveyed into the low-pressure region by the feed pump 10, like this one to set the pressure set point.
  • the characteristic of the overflow valve 52 is determined so that an increasing amount of fuel is diverted into the discharge area by this with increasing pressure in the low pressure region.
  • the overflow valve 52 may, for example, have an at least approximately linear characteristic, so that, proportional to the pressure in the low-pressure region, the amount of fuel diverted by the overflow valve 52 increases. In FIG.
  • FIG. 2 a diagram is shown in the exemplary illustrated the area A, in which the funded by the feed pump 10 Fuel quantity V is plotted against the pressure prevailing in the low pressure range pND.
  • the characteristic curve of the overflow valve 52 is shown by way of example with reference to B, this being the amount of fuel V which is diverted by this fuel as a function of the pressure pND prevailing in the low-pressure region.
  • the working range of the overflow valve 52 which is the pressure range in which fuel is removed from the low-pressure region by the overflow valve 52, is marked C in FIG.
  • the overflow valve 52 is designed in such a way that this fuel can be diverted from the low-pressure region by the fuel pumped by the feed pump 10, regardless of the setting of the fuel metering device 50.
  • the spill valve 52 thus a variable adjustment of the pressure in the low pressure region and thus the delivery rate of the feed pump 10 is made possible regardless of the amount of fuel to be pumped from the high-pressure pump 20.
  • the lubrication and / or cooling of the drive region of the high-pressure pump 20 can be improved as required, regardless of the fuel quantity to be delivered by the high-pressure pump 20.
  • the pressure generated by the pump 10 in the low pressure range can be kept low, for which the feed pump 10 needs to promote only a small amount of fuel, whereby the load of the feed pump 10, in particular of their electric drive 14, and thus the demand for electrical energy for its supply can be kept low.
  • the feed pump 10 with the electric drive 14 can therefore be designed for a lower average load, wherein the Design compared to a design with a constant flow rate can be simplified or compared to this design an increased life can be achieved.
  • an increased peak load with a large flow rate of the feed pump 10 may be permitted, since this is only required for a short time.
  • the load of the fuel filter 22 is reduced because it is not constantly flowed through by the maximum flow rate of the feed pump 10 but only by the actual required flow rate of the feed pump 10.
  • the fuel filter 22 can therefore compared to a conventional design for constant flow of the feed pump 10 are dimensioned smaller or can reach a longer life with the same dimensions.
  • occurring as a result of contamination of the fuel filter 22 at its flow pressure drop can be at least partially offset by the feed pump 10 by the amount of fuel delivered by this is increased.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die EP-A-1 195 514 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst eine einen elektrischen Antrieb aufweisende Förderpumpe , durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in einen Niederdruckbereich zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert, in dem wenigstens ein Injektor vorgesehen ist, durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine elektrische Steuereinrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung auf. Im Niederdruckbereich ist ein Drucksensor angeordnet, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Durch die Steuereinrichtung wird der elektrische Antrieb der Förderpumpe zur Einstellung einer in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder der Hochdruckpumpe veränderlichen Fördermenge der Förderpumpe und zur Erzeugung eines vorgegebenen Drucks im Niederdruckbereich angesteuert. Zumindest ein Teil des von der Förderpumpe in den Niederdruckbereich geförderten Kraftstoffs wird durch einen Antriebsbereich der Hochdruckpumpe geleitet Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird der elektrische Antrieb der Förderpumpe durch die Steuereinrichtung zur veränderlichen Einstellung der von der Hochdruckpumpe angesaugten und in den Hochdruckbereich geförderten Kraftstoffmenge angesteuert. Hierdurch ist nicht immer eine ausreichende Schmierung und Kühlung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe sichergestellt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auch bei hohen Kraftstofftemperaturen eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe sichergestellt ist.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass ein möglicher Druckabfall bei der Durchströmung des Kraftstofffilters keinen Einfluss auf die Druckerfassung im Niederdruckbereich hat. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 4 und 5 hat den Vorteil, dass die Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe bei hoher Belastung verbessert ist. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 und 7 hat den Vorteil, dass von der Förderpumpe geförderter Kraftstoff, der nicht von der Hochdruckpumpe angesaugt wird, aus dem Niederdruckbereich abgeführt werden kann. Die Ausbildung gemäß Anspruch 8 hat den Vorteil, dass die gesamte von der Fröderpumpe geförderte Kraftstoffmenge zur Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe zur Verfügung steht.
  • 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 in schematischer Darstellung und Figur 2 ein Diagramm, in dem die Fördermenge einer Förderpumpe und die Überströmmenge eines Überströmventils über dem in einem Niederdruckbereich herrschenden Druck auftragen ist.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Figur 1 ist schematisch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 12 angesaugt wird. Die Förderpumpe 10 weist einen elektrischen Antrieb 14 in Form eines Elektromotors auf und die Förderpumpe 10 kann außerhalb oder wie in Figur 1 dargestellt innerhalb des Kraftstoffvorratsbehälters 12 angeordnet sein. Innerhalb des Kraftstoffvorratsbehälters 12 kann ein Stautopf oder Schwalltopf 16 angeordnet sein, aus dem die Förderpumpe 10 ansaugt und durch den sichergestellt ist, dass die Förderpumpe 10 auch bei geringem Füllstand im Kraftstoffvorratsbehälter 12 Kraftstoff ansaugen kann. In den Schwalltopf 16 wird Kraftstoff beispielsweise durch wenigstens eine Strahlpumpe 18 gefördert. Durch die Förderpumpe 10 wird Kraftstoff zur Saugseite einer Hochdruckpumpe 20 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gefördert. Zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 ist ein Kraftstofffilter 22 vorgesehen, durch den der von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoff gereinigt wird, bevor er der Hochdruckpumpe 20 zufließt.
  • Die Hochdruckpumpe 20 weist ein oder mehrere Pumpenelemente 24 auf, die wiederum jeweils einen in einer Zylinderbohrung 26 geführten Pumpenkolben 28 aufweisen. Durch den jeweiligen Pumpenkolben 28 wird in der jeweiligen Zylinderbohrung 26 ein Pumpenarbeitsraum 30 begrenzt. Der jeweilige Pumpenkolben 28 wird durch eine durch die Brennkraftmaschine rotierend angetriebene Antriebswelle 32 zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetrieben. Die Antriebswelle 32 ist beispielsweise über zwei in Richtung der Drehachse der Antriebswelle 32 voneinander beabstandete Lagerstellen eines Gehäuses 34 der Hochdruckpumpe 14 drehbar gelagert. Die Lagerstellen können in verschiedenen Teilen des Pumpengehäuses 34 angeordnet sein, beispielsweise kann eine erste Lagerstelle in einem Grundkörper des Pumpengehäuses 34 und eine zweite Lagerstelle in einem mit dem Grundkörper verbundenen Flanschteil angeordnet sein. In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 32 wenigstens einen Nocken 36 oder einen exzentrisch zu ihrer Drehachse ausgebildeten Abschnitt auf, wobei der Nocken 36 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Antriebswelle 32 der Hochdruckpumpe 20 wird durch die Brennkraftmaschine angetrieben, beispielsweise von deren Kurbelwelle oder Nockenwelle. Die Kopplung der Antriebswelle 32 mit der Brennkraftmaschine kann beispielsweise über einen Riemen (Zahnriemen), eine Kette oder Zahnräder erfolgen. Infolge des Antriebs der Hochdruckpumpe 20 durch die Brennkraftmaschine ist die Drehzahl der Antriebswelle 32 der Hochdruckpumpe 20 proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine.
  • Der jeweilige Pumpenkolben 28 kann sich direkt oder über einen Stößel 29 am Nocken 36 oder Exzenter der Antriebswelle 32 abstützen. Jedes Pumpenelement 24 weist ein Einlassventil 38 auf, das in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnet und über das der Pumpenarbeitsraum 30 beim radial nach innen zur Antriebswelle 32 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 28 mit Kraftstoff befüllt wird. Jedes Pumpenelement 24 weist außerdem ein Auslassventil 40 auf, das aus dem Pumpenarbeitsraum 30 heraus öffnet und über das der beim radial nach außen gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 28 verdichtete Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 30 verdrängt wird. Das Einlassventil 38 und das Auslassventil 40 sind jeweils als federbelastete Rückschlagventile ausgebildet. Die Antriebswelle 32 mit dem Nocken 36 oder Exzenter sowie der Abstützung des wenigstens einen Pumpenkolbens 28 bildet einen im Inneren des Pumpengehäuses 34 angeordneten Antriebsbereich 37 der Hochdruckpumpe 20.
  • Durch die Hochdruckpumpe 14 wird über wenigstens eine Leitung Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert, in dem beispielsweise ein Speicher 42 angeordnet ist. Mit dem Speicher 42 ist wenigstens ein an einem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordneter Injektor 44 verbunden, durch den Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Injektoren 44 direkt oder indirekt über hydraulische Leitungen mit der Hochdruckpumpe 14 verbunden sind, wobei der separate Speicher 42 entfallen kann. Der Injektor 44 weist ein Kraftstoffeinspritzventil und beispielsweise ein elektrisch betätigtes Steuerventil auf, durch das die Öffnungs- und Schließfunktion des Kraftstoffeinspritzventils gesteuert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftstoffeinspritzventil direkt durch einen elektrischen Aktor, beispielsweise einen Piezoaktor, gesteuert wird.
  • Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist außerdem eine elektronische Steuereinrichtung 46 auf, durch die die Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird. Durch die Steuereinrichtung 46 wird der Injektor 44 angesteuert, so dass durch diesen zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Im Hochdruckbereich ist ein Drucksensor 48 angeordnet, durch den der Druck im Hochdruckbereich erfasst wird und der mit der Steuereinrichtung 46 verbunden ist. Vom Speicher 42 kann eine Verbindung zu einem Entlastungsbereich, beispielsweise einem Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 12, abführen, die von einem Druckbegrenzungs- oder Druckregelventil 43 gesteuert wird.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 eine Kraftstoffzumesseinrichtung 50 vorgesehen, die vorzugsweise zwischen dem Kraftstofffilter 22 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 angeordnet ist. Der Bereich zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 wird nachfolgend als Niederdruckbereich bezeichnet. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 kann derart ausgebildet sein, dass durch diese kontinuierlich oder stufenweise ein unterschiedlich großer Durchflussquerschnitt in der Verbindung zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 eingestellt wird. Alternativ kann die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 auch durch ein getaktetes Ventil gebildet sein, dass mit einer bestimmten Frequenz geöffnet und geschlossen wird, wobei dieses entsprechend dessen Öffnungsdauer einen bestimmten gemittelten Durchflussquerschnitt freigibt. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 kann einen elektrischen Aktor 51 aufweisen, der beispielsweise ein Elektromagnet oder ein Piezoaktor sein kann, und der durch die Steuereinrichtung 46 angesteuert wird. Alternativ kann die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 auch hydraulisch gesteuert sein. Hierbei wird der Durchflussquerschnitt durch einen Kolben bestimmt, der von einem hydraulischen Druck beaufschlagt bewegbar ist. Der hydraulische Druck kann beispielsweise durch den Ablauf des Druckregelventils 43 erzeugt werden. Dabei ergibt sich mit zunehmender Absteuermenge des Druckregelventils 43 ein höherer Druck, durch den der durch die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 freigegebene Durchflussquerschnitt verringert wird. Das Druckregelventil 43 kann durch die Steuereinrichtung 46 angesteuert werden, so dass die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 mittelbar über die Absteuermenge des Druckregelventils 43 durch die Steuereinrichtung 46 gesteuert wird.
  • Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist weiterhin ein zwischen der Förderpumpe 10 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 50 angeordnetes Überströmventil 52 auf, durch das eine Verbindung des Niederdruckbereichs mit einem Entlastungsbereich gesteuert wird. Der Entlastungsbereich ist dabei beispielsweise ein Rücklauf 53 zum Kraftstoffvorratsbehälter 12, wobei im Entlastungsbereich ein niedrigerer Druck herrscht als im Niederdruckbereich. Das Überströmventil 52 ist als Druckventil ausgebildet, das bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks im Niederdruckbereich öffnet und Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Entlastungsbereich abströmen lässt. Der Öffnungsdruck des Überströmventils 52 wird durch eine Feder 54 bestimmt, die ein Ventilglied 55 des Überströmventils 52 in einer Schließrichtung beaufschlagt.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel führt die Verbindung zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 durch den Antriebsbereich 37 der Hochdruckpumpe 20, in dem die Antriebswelle 32 mit ihren Lagerstellen und der Exzenter oder Nocken 36 mit der Abstützung des wenigstens einen Pumpenkolbens 28 oder Stößels 29 angeordnet ist. Das Überströmventil 52 ist stromabwärts nach dem Antriebsbereich 37 zwischen diesem und der Kraftstoffzumesseinrichtung 50 angeordnet. Somit durchströmt die gesamte durch die Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge zunächst den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 20 bevor dieser von der Hochdruckpumpe 20 angesaugt wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass von der von der Förderpumpe 10 herführenden Verbindung stromaufwärts vor der Kraftstoffzumesseinrichtung 50 eine Verbindung in den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 20 abführt. Hierbei steht jedoch nur der Teil der von der Förderpumpe 10 geförderten Kraftstoffmenge für die Schmierung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe 20 zur Verfügung, der nicht durch die Kraftstoffzumesseinrichtung 50 der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 zugeführt wird.
  • Der im Niederdruckbereich zwischen dem Kraftstofffilter 22 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 herrschende Druck wird durch einen Drucksensor 56 erfasst, der mit der Steuereinrichtung 46 verbunden ist. Vorzugsweise ist der Drucksensor 56 im Niederdruckbereich zwischen dem Kraftstofffilter 22 und dem Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 20 angeordnet, so dass ein eventueller Druckabfall bei der Durchströmung des Kraftstofffilters 22 bei der Druckerfassung im Niederdruckbereich berücksichtigt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der elektrische Antrieb 14 der Förderpumpe 10 durch die Steuereinrichtung 46 abhängig von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder der Hochdruckpumpe 20 zur Einstellung einer veränderlichen Fördermenge der Förderpumpe 10 und damit eines veränderlichen Druckes im Niederdruckbereich zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 20 angesteuert wird.
  • Als Betriebsparameter wird dabei insbesondere die Fördermenge der Hochdruckpumpe 20 berücksichtigt, die zur Last der Brennkraftmaschine korrespondiert. Je höher die Last der Brennkraftmaschine ist, desto größer muss die Fördermenge der Hochdruckpumpe 20 sein, um im Speicher 42 einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten, da mehr Kraftstoff durch die Injektoren 44 aus dem Speicher 42 entnommen und an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Als weiterer Betriebsparameter kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die proportional zur Drehzahl der Hochdruckpumpe 20 ist, berücksichtigt werden. Erfindungsgemäß wird als Betriebsparameter die Kraftstofftemperatur berücksichtigt, die mittels eines Kraftstofftemperatursensors 58 erfasst wird, der mit der Steuereinrichtung 46 verbunden ist.
  • Durch die Steuereinrichtung 46 wird der Antrieb 14 der Förderpumpe 10 derart angesteuert, dass durch die Förderpumpe 10 in den Niederdruckbereich bei hoher Last, und damit großer Fördermenge der Hochdruckpumpe 20, und/oder hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Hochdruckpumpe 20 eine größere Kraftstoffmenge gefördert und damit ein höherer Druck erzeugt wird als bei geringer Last und Fördermenge und/oder geringer Drehzahl. Es kann dabei vorgesehen sein, dass mit zunehmender Last der Brennkraftmaschine und damit zunehmender Fördermenge der Hochdruckpumpe 20 durch die Steuereinrichtung 46 der elektrische Antrieb 14 der Förderpumpe 10 derart angesteuert wird, dass durch die Förderpumpe 10 eine zunehmend größere Kraftstoffmenge gefördert und damit ein zunehmend höherer Druck im Niederdruckbereich erzeugt wird. Die von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge, die nicht durch die Hochdruckpumpe 20 angesaugt und in den Speicher 42 gefördert wird, wird durch das Überströmventil 52 in den Entlastungsbereich 53 abgesteuert. Es kann dabei vorgesehen sein, dass durch die Steuereinrichtung 46 die durch die Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge überproportional zu der durch die Hochdruckpumpe 20 zu fördernden Kraftstoffmenge erhöht wird, um eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs 37 der Hochdruckpumpe 20 sicherzustellen. Eine Abführung der von der Förderpumpe 10 überschüssig geförderten Kraftstoffmenge aus dem Niederdruckbereich ist durch das Überströmventil 52 sichergestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch die Steuereinrichtung 46 der Antrieb 14 der Förderpumpe 10 derart angesteuert wird, dass bei hoher Kraftstofftemperatur durch die Förderpumpe 10 eine größere Kraftstoffmenge gefördert und damit ein höherer Druck im Niederdruckbereich erzeugt wird als bei niedriger Kraftstofftemperatur. Es kann dabei vorgesehen sein, dass mit zunehmender Kraftstofftemperatur der Antrieb 14 der Förderpumpe 10 durch die Steuereinrichtung 46 derart angesteuert wird, dass durch die Förderpumpe 10 eine zunehmende Kraftstoffmenge in den Niederdruckbereich gefördert und damit ein höherer Druck im Niederdruckbereich erzeugt wird. Hierdurch wird ebenfalls eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs 37 der Hochdruckpumpe 20 sichergestellt, da mit zunehmender Kraftstofftemperatur die Schmierwirkung des Kraftstoffs schlechter wird.
  • Vorzugsweise sind Sollwerte für den Druck im Niederdruckbereich in der Steuereinrichtung 46 in einem Kennfeld gespeichert, wobei dann durch die Steuereinrichtung 46 der elektrische Antrieb 14 der Förderpumpe 10 derart angesteuert wird, dass durch die Förderpumpe 10 eine solche Kraftstoffmenge in den Niederdruckbereich gefördert wird, wie diese zur Einstellung des Sollwerts des Drucks erforderlich ist. Die Charakteristik des Überströmventils 52 ist so bestimmt, dass durch dieses mit zunehmendem Druck im Niederdruckbereich eine zunehmende Kraftstoffmenge in den Entlastungsbereich abgesteuert wird. Das Überströmventil 52 kann beispielsweise eine zumindest annähernd lineare Kennlinie besitzen, so dass proportional zum Druck im Niederdruckbereich die durch das Überströmventil 52 abgesteuerte Kraftstoffmenge zunimmt. In Figur 2 ist ein Diagramm dargestellt, in dem beispielhaft der Bereich A dargestellt, in dem die von der Förderpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge V über dem im Niederdruckbereich herrschenden Druck pND aufgetragen ist. Außerdem ist im Diagramm gemäß Figur 2 mit B beispielhaft die Kennlinie des Überströmventils 52 dargestellt, das ist die durch dieses abgesteuerte Kraftstoffmenge V abhängig von dem im Niederdruckbereich herrschenden Druck pND. Der Arbeitsbereich des Überströmventils 52, das ist der Druckbereich, in dem durch das Überströmventil 52 Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich abgesteuert wird, ist in Figur 3 mit C gekennzeichnet.
  • Das Überströmventil 52 ist derart ausgelegt, dass durch dieses unabhängig von der Einstellung der Kraftstoffzumesseinrichtung 50 von der Förderpumpe 10 geförderter Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich abgesteuert werden kann. Durch das Überströmventil 52 wird somit eine veränderliche Einstellung des Druckes im Niederdruckbereich und damit der Fördermenge der Förderpumpe 10 ermöglicht unabhängig von der von der Hochdruckpumpe 20 zu fördernden Kraftstoffmenge. Hierdurch kann die Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe 20 bedarfsabhängig verbessert werden, unabhängig von der von der Hochdruckpumpe 20 zu fördernden Kraftstoffmenge.
  • Bei geringer Belastung der Hochdruckpumpe 20, das heißt geringer Fördermenge und/oder niedriger Kraftstofftemperatur, kann der durch die Förderpumpe 10 im Niederdruckbereich erzeugte Druck gering gehalten werden, wozu die Förderpumpe 10 nur eine geringe Kraftstoffmenge zu fördern braucht, wodurch die Belastung der Förderpumpe 10, insbesondere von deren elektrischem Antrieb 14, und damit der Bedarf an elektrischer Energie für dessen Versorgung gering gehalten werden kann. Die Förderpumpe 10 mit dem elektrischen Antrieb 14 kann daher auf eine geringere durchschnittliche Belastung ausgelegt werden, wobei deren Ausgestaltung gegenüber einer Auslegung mit konstanter Fördermenge vereinfacht werden kann oder gegenüber dieser Auslegung eine erhöhte Lebensdauer erreicht werden kann. Alternativ kann auch ohne Einschränkungen bei der Lebensdauer der Förderpumpe 10 eine erhöhte Spitzenbelastung mit großer Fördermenge der Förderpumpe 10 zugelassen werden, da diese jeweils nur für kurze Zeit erforderlich ist.
  • Darüberhinaus ist bei der veränderlichen Fördermenge der Förderpumpe 10 die Belastung des Kraftstofffilters 22 verringert, da dieser nicht ständig von der maximalen Fördermenge der Förderpumpe 10 durchströmt wird sondern nur von der tatsächlich erforderlichen Fördermenge der Förderpumpe 10. Der Kraftstofffilter 22 kann daher gegenüber einer konventionellen Auslegung für konstante Fördermenge der Förderpumpe 10 kleiner dimensioniert werden bzw. kann bei gleicher Dimensionierung eine längere Lebensdauer erreichen. Außerdem kann ein infolge Verschmutzung des Kraftstofffilters 22 bei dessen Durchströmung auftretender Druckabfall zumindest teilweise durch die Förderpumpe 10 ausgeglichen werden, indem die von dieser geförderte Kraftstoffmenge erhöht wird.

Claims (9)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer einen elektrischen Antrieb (14) aufweisenden Förderpumpe (10), durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich zur Saugseite wenigstens einer Hochdruckpumpe (20) gefördert wird, wobei durch die Hochdruckpumpe (20) Kraftstoff in einen Hochdruckbereich (42) gefördert wird, in dem wenigstens ein Injektor (44) vorgesehen ist, durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, und mit einer elektrischen Steuereinrichtung (46) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, wobei im Niederdruckbereich ein Drucksensor (56) angeordnet ist, der mit der Steuereinrichtung (46) verbunden ist, und wobei durch die Steuereinrichtung (46) der elektrische Antrieb (14) der Förderpumpe (10) zur Einstellung einer in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder der Hochdruckpumpe (20) veränderlichen Fördermenge der Förderpumpe (10) und zur Erzeugung eines vorgegebenen Drucks im Niederdruckbereich angesteuert wird, wobei zumindest ein Teil des von der Förderpumpe (10) in den Niederdruckbereich geförderten Kraftstoffs durch einen Antriebsbereich (37) der Hochdruckpumpe (20) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen Temperatursensor (58) umfasst, durch den die Kraftstofftemperatur erfasst wird und der mit der elektrischen Steuereinrichtung (46) verbunden ist, und dass durch die Steuereinrichtung (46) der Antrieb (14) der Förderpumpe (10) derart angesteuert wird, dass bei hoher Kraftstofftemperatur durch die Förderpumpe (10) ein höherer Druck im Niederdruckbereich erzeugt wird als bei niedriger Kraftstofftemperatur.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (10) und der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) ein Kraftstofffilter (22) vorgesehen ist und dass der Drucksensor (56) zwischen dem Kraftstofffilter (22) und der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (10) und der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) eine Kraftstoffzumesseinrichtung (50) vorgesehen ist, durch die der Kraftstoffzulauf zur Saugseite der Hochdruckpumpe (20) variiert werden kann.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektrische Steuereinrichtung (46) der Antrieb (14) der Förderpumpe (10) derart angesteuert wird, dass bei hoher Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine durch die Förderpumpe (10) ein höherer Druck im Niederdruckbereich erzeugt wird als bei geringer Last und/oder Drehzahl.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektrische Steuereinrichtung (46) der Antrieb (14) der Förderpumpe (10) derart angesteuert wird, dass mit zunehmender Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine durch die Förderpumpe (10) ein zunehmend höherer Druck im Niederdruckbereich erzeugt wird.
  6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (10) und der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) ein Überströmventil (52) vorgesehen ist, durch das eine Verbindung des Niederdruckbereichs mit einem Entlastungsbereich (53) gesteuert wird.
  7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (52) als Druckventil ausgebildet ist, durch das mit zunehmendem Druck im Niederdruckbereich eine zunehmende Kraftstoffmenge aus dem Niederdruckbereich in den Entlastungsbereich (53) abgesteuert wird.
  8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Förderpumpe (10) und der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) stromaufwärts vor der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) durch einen Antriebsbereich (37) der Hochdruckpumpe (20) geführt ist.
  9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (52) zwischen dem Antriebsbereich (37) und der Saugseite der Hochdruckpumpe (20) angeordnet ist, so dass die gesamte von der Förderpumpe (10) geförderte Kraftstoffmenge durch den Antriebsbereich (37) der Hochdruckpumpe (20) strömt.
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