EP2635785B1 - Kraftstoffeinspritzsystem sowie verfahren zur befüllung und/oder entlüftung eines kraftstoffeinspritzsystems - Google Patents
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Definitions
- Fig. 1a and 1b schematically illustrated fuel injection system comprises an electric fuel pump as a prefeed pump 1 and a high pressure pump 2 for pressurizing the fuel with high pressure.
- the high-pressure pump 2 has at least one pump element with an element space 6, which is delimited by a pump piston 7.
- the fuel passes via an inlet valve 3 into the element space 6.
- the high-pressure fuel is supplied to a high-pressure accumulator 5 via an outlet valve 4.
- the diagrams of Fig. 5 and 6 each show the pressure curve in the element space 6 and in the high-pressure accumulator 5 as a function of Vor fundamentaldruck the prefeed pump 1 at a first start or restart after Tankleerfahrt, the diagram of Figure 5 the arrangement of Fig. 3 and the diagram of Fig. 6 the arrangement of Fig. 4 underlying.
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Description
- Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem sowie einem Verfahren zur Befüllung und/oder Entlüftung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ist durch die
DE 195 39 883 A1 bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem ist ein Common-Rail-Einspritzsystem, das eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe umfasst, wobei die Hochdruckpumpe der Beaufschlagung des Kraftstoffs mit Hochdruck dient. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement mit einem als Einlassventil dienenden ersten Ventil und einem als Auslassventil dienenden zweiten Ventil auf. Die Vorförderpumpe ist eine Elektrokraftstoffpumpe. An die Hochdruckpumpe ist ein Hochdruckspeicher in Form einer gemeinsamen Speicherleitung angeschlossen, in dem ein Druckregelventil aufgenommen ist. Um eine Befüllung und/oder Entlüftung des Kraftstoffeinspritzsystems zu ermöglichen ist bei dem Kraftstoffeinspritzsystem eine die Hochdruckpumpe umgehende Bypassverbindung der Vorförderpumpe mit dem Hochdruckspeicher vorgesehen, in der eine Durchlasseinrichtung in Form eines Rückschlagventils angeordnet ist. Durch die zusätzliche Bypassverbindung und das in dieser angeordnete Rückschlagventil weist das bekannte Kraftstoffeinspritzsystem einen aufwendigen Aufbau auf und erfordert hohe Herstellungskosten. - Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Befüllung und/oder Entlüftung über das Einlassventil und Auslassventil durch das Pumpenelement ermöglicht ist und somit kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist und das Kraftstoffeinspritzsystem kostengünstig hergestellt werden kann. Durch die geringen Öffnungsdrücke des Einlassventils und des Auslassventils kann das Kraftstoffeinspritzsystem mit dem von der Vorförderpumpe erzeugten Vorförderdruck befüllt und/oder entlüftet werden.
- Die Entlüftung erfolgt demnach über die Hochdruckpumpe, das heißt über den Hochdruckbereich, so dass eine Entlüftung des gesamten Systems erzielbar ist. Demzufolge ist sichergestellt, dass der Elementraum eines Pumpenelementes der Hochdruckpumpe vollständig befüllt bzw. wiederbefüllt wird, da die Entlüftung des Elementraumes durch das Öffnen des Auslassventils gewährleistet ist. Denn eine Entlüftung über das Spiel zwischen Pumpenkolben und Führungsbohrung des Pumpenelementes ist aufgrund des reduzierten Spiels moderner Hochdruckpumpen nicht mehr ohne Weiteres möglich. Das reduzierte Spiel bewirkt, dass die eingeschlossene Luft nicht oder nur sehr langsam aus dem Elementraum entweichen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem ist der Vorförderdruck jedoch derart hoch gewählt, dass der Summenöffnungsdruck der Ventile der Hochdruckpumpe überwunden wird, so dass der Hochdruckpfad zur Entlüftung freigegeben wird. Ferner ist sichergestellt, dass sich im Hochdruckbereich befindende Partikel, welche die Ventile zum Klemmen bringen und damit einen Nichtstart bewirken könnten, ausgespült werden. Somit ist auch ein Wiederstart nach einer Kontaminierung gewährleistet.
- Eine schnelle Befüllung bei Erststart im Fahrzeugwerk oder bei Wiederstart setzt zunächst eine vollständige Entlüftung des Systems voraus. Denn im System vorhandene Luft wirkt aufgrund ihrer Kompressibilität einem schnellen Druckaufbau im Hochdruckspeicher entgegen. Die vollständige Entlüftung ist durch die Verwendung der Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe und den Vorförderdruck der Vorförderpumpe sichergestellt, der erfindungsgemäß zumindest gleich dem Summenöffnungsdruck der Ventile der Hochdruckpumpe ist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der mittels der Vorförderpumpe erzielbare Vorförderdruck 4-6bar, beispielsweise 5bar.
- Vorteilhafterweise ist bzw. sind das Einlassventil und/oder das Auslassventil als Rückschlagventil ausgebildet. Dadurch wird verhindert, dass mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff über das Einlassventil zurück in den Niederdruckbereich und/oder über das Auslassventil aus dem Hochdruckspeicher zurück in den Elementraum des Pumpenelementes strömen kann.
- An die Hochdruckpumpe ist bevorzugt ein Hochdruckspeicher, vorzugsweise in Form einer gemeinsamen Speicherleitung, angeschlossen, in welchem ein Druckregelventil aufgenommen ist. Das Druckventil ist zumindest zeitweise während der Befüllung und/oder Entlüftung geschlossen, um einen Druckaufbau im Elementraum und folglich im Hochdruckspeicher zu ermöglichen.
- Des Weiteren wird ein Verfahren zur Befüllung und/oder Entlüftung eines vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystems bei Erststart im Fahrzeugwerk oder bei Wiederstart nach Tankleerfahrt vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäß mittels der Vorförderpumpe ein Vorförderdruck eingestellt wird, der größer als der Summenöffnungsdruck der beiden Ventile der Hochdruckpumpe ist. Der Vorförderdruck der Vorförderpumpe vermag somit den Öffnungsdruck der Ventile zu überwinden und die im System vorhandene Luft über den Hochdruckbereich abzuführen. Dadurch können eine optimierte Entlüftung der Hochdruckpumpe im Stillstand sowie ein schneller Druckaufbau im Hochdruckspeicher bzw. ein schneller Motorstart bewirkt werden. Ferner können etwaige vorhandene, die Startfähigkeit gefährdende Partikel aus dem Hochdruckbereich ausgespült werden.
- Bevorzugt ist während einer ersten Phase der Befüllung und/oder Entlüftung ein in einem Hochdruckspeicher angeordnetes Druckregelventil geschlossen. Das geschlossene Druckregelventil ermöglicht einen schnellen Druckaufbau. Die Dauer der ersten Phase der Befüllung bzw. Entlüftung entspricht dabei einer Vorbefüllungs- und/oder Vorentlüftungszeit bei stehendem Motor. Vorzugsweise erstreckt sich diese über einen Zeitraum von 10 bis 15 Sekunden.
- Weiterhin bevorzugt wird das Verfahren bei einer leicht gekippten Anbaulage der Hochdruckpumpe durchgeführt. Als vorteilhaft in Bezug auf eine kurze Befüllungs- bzw. Entlüftungszeit hat sich anhand von Versuchen eine Anbaulage erwiesen, bei welcher eine Zumesseinheit der Hochdruckpumpe in einem Winkel von 70° aus der Senkrechten heraus gekippt ist.
- Des Weiteren hat sich im Rahmen der Versuche herausgestellt, dass der Öffnungsduck des Auslassventils möglichst niedrig gewählt werden sollte. Bei den Versuchen wurde zunächst eine Vorbefüllung bzw. eine Vorentlüftung mittels der Vorförderpumpe bei geschlossenem Druckregelventil durchgeführt. Nach Beendigung der Füll- bzw. Entlüftungsphase, wurde die Hochdruckpumpe gestartet, was bereits kurze Zeit später den Druckaufbau im Hochdruckspeicher zur Folge hatte. Die optimale Vorbefüllungszeit bei stehendem Motor beträgt 10 Sekunden. Die Vorentlüftungszeit kann geringfügig länger gewählt werden. Die Gesamtentlüftungszeit wird dadurch nicht negativ beeinflusst.
- Während der Entlüftung sammelt sich die Luft zunächst in den oben liegenden Bereichen der Hochdruckpumpe, insoweit hat auch die Anbaulage der Hochdruckpumpe Einfluss auf die Füll- bzw. Startzeit. Der zugeführte Kraftstoff beginnt sich mit der Luft zu vermengen, es kommt zur Schaumbildung im Rücklauf der Hochdruckpumpe, über welchen der Abtransport der Luft erfolgt. Mit fortschreitender Entlüftung nimmt die Schaumbildung im Pumpenrücklauf ab, bis die Hochdruckpumpe vollständig entlüftet ist. Der Druckaufbau im Hochdruckspeicher konnte bei einer 70° Anbaulage der Hochdruckpumpe, einem Vorförderdruck von etwa 4bar und einem Öffnungsdruck des Auslassventils von 1,2bar bereits nach 15 Sekunden bewirkt werden.
- Spätestens nach erfolgtem Druckaufbau im Hochdruckspeicher wird das im Hochdruckspeicher angeordnete Druckregelventil wieder geöffnet.
- Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem sowie das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- Fig. 1a, b
- jeweils eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems,
- Fig. 2a, b
- jeweils eine Hochdruckpumpe eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in unterschiedlicher Anbaulage,
- Fig. 3 bis 6
- jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Druckverläufe und der Hochdruckpumpen-Drehzahl während einer Befüllung und/oder Entlüftung des Systems.
- Das in den
Fig. 1a und 1b schematisch dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst jeweils eine Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe 1 und eine Hochdruckpumpe 2 zur Beaufschlagung des Kraftstoffs mit Hochdruck. Hierzu weist die Hochdruckpumpe 2 wenigstens ein Pumpenelement mit einem Elementraum 6 auf, der von einem Pumpenkolben 7 begrenzt wird. In den Elementraum 6 gelangt der Kraftstoff über ein Einlassventil 3. Über ein Auslassventil 4 wird der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff einem Hochdruckspeicher 5 zugeführt. - Bei einem Erststart oder bei einem Wiederstart nach Tankleerfahrt ist der Elementraum 6 luftgefüllt. Zur Befüllung mit Kraftstoff muss demnach der Elementraum 6 zunächst entlüftet werden. Die Entlüftung kann einerseits über das Auslassventil 4, andererseits über das Spiel zwischen dem Pumpenkolben 7 und einer den Pumpenkolben 6 aufnehmenden Führungsbohrung 9 erfolgen, soll die Anordnung eines zusätzlichen Entlüftungsventils umgangen werden. Bei modernen Hochdruckpumpen 2 ist das Spiel jedoch derart gering, dass eine wirksame Entlüftung hierüber nicht mehr erzielt werden kann.
- Bei dem in der
Fig. 1a dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem ist der Summenöffnungsdruck der beiden Ventile 3, 4 der Hochdruckpumpe 2 größer als der mittels der Vorförderpumpe 1 bewirkte Vorförderdruck gewählt. Dies hat zur Folge, dass lediglich das Einlassventil 3 öffnet, während das Auslassventil 4 geschlossen bleibt. Eine Teilbefüllung des Elementraums 6 ist aufgrund der Kompressibilität der enthaltenen Luft 10 und ggf. aufgrund einer geringen Entlüftung über das Spiel zwischen dem Pumpenkolben 7 und der Führungsbohrung 9 zwar möglich, es verbleibt jedoch eine Restluft im Elementraum 6. Da das Auslassventil 4 geschlossen bleibt, erfolgt kein Druckaufbau im Hochdruckspeicher 5. - Bei dem in der
Fig. 1b dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem ist der Summenöffnungsdruck der Ventile 3, 4 der Hochdruckpumpe 2 kleiner dem Vorförderdruck gewählt. Somit öffnet nicht nur das Einlassventil 3, sondern auch das Auslassventil 4, so dass die in dem Elementraum 6 enthaltene Luft 10 vollständig entweichen und der Elementraum 6 mit Kraftstoff befüllt werden kann. Das Öffnen des Auslassventils 4 bewirkt ferner einen Druckaufbau im Hochdruckspeicher 5. - Eine schnelle Entlüftung hängt unter anderem von der Anbaulage der Hochdruckpumpe 2 ab. Zwei mögliche Anbaulagen sind in den
Fig. 2a und 2b dargestellt. Während dieFig. 2a eine 0° Anbaulage zeigt, wobei sich die Winkelangabe auf die Neigung einer Zumesseinheit 8 der Hochdruckpumpe 2 gegenüber einer Senkrechten bezieht, ist in derFig. 2b eine 70° Anbaulage dargestellt. Die 70° Anbaulage erweist sich aufgrund der Verteilung der Luft 10 innerhalb der Hochdruckpumpe 2 im Hinblick auf eine schnelle Entlüftung als vorteilhaft. - Weitere Voraussetzungen für eine schnelle Befüllung bzw. Entlüftung der Hochdruckpumpe 2 lassen sich anhand der Diagramme der
Fig. 3 bis 6 erläutern. Die Diagramme zeigen jeweils den Druckverlauf im Elementraum 6 (p_Kolbenraum) sowie im Hochdruckspeicher 5 (p_Rail) in Abhängigkeit vom Vorförderdruck der Vorförderpumpe 1 (p_EKP). Ferner ist die Drehzahl der Hochdruckpumpe 2 den Diagrammen entnehmbar (n_HDP). - Bei der dem Diagramm der
Fig. 3 zugrunde liegenden Anordnung ist zur Vorentlüftung der Hochdruckpumpe 2 der Vorförderdruck der Vorförderpumpe 1 auf 5bar eingestellt. Der Öffnungsdruck des Einlassventils 3 beträgt 2bar und der Öffnungsdruck des Auslassventils 4 beträgt 4bar. Der Summenöffnungsdruck der Ventile 3, 4 ist somit größer als der Vorförderdruck. Dies hat zur Folge, dass das Auslassventil 4 nicht öffnet und keine wirksame Entlüftung der Hochdruckpumpe 2 erfolgt. Zwar kann der Öffnungsdruck des Einlassventils 3 überwunden werden, so dass sich im Kolben- bzw. Elementraum 6 ein geringer Druck aufbaut, dieser bleibt jedoch unterhalb des Öffnungsdrucks des Auslassventils 4. - Bei der dem Diagramm der
Fig. 4 zugrunde liegenden Anordnung ist der Vorförderdruck wiederum auf 5bar eingestellt. Der Öffnungsdruck des Einlassventils 3 beträgt jedoch nur 1 bar und der des Auslassventils 4 3bar. Der Summenöffnungsdruck der Ventile 3, 4 ist somit kleiner als der Vorförderdruck. Im Unterschied zur vorhergehenden Anordnung öffnet das Auslassventil 4, so dass im Hochdruckspeicher 5 Druck aufgebaut werden kann (p_Rail). Dabei wird die Hochdruckpumpe 2 entlüftet. - Die Diagramme der
Fig. 5 und6 zeigen jeweils den Druckverlauf im Elementraum 6 und im Hochdruckspeicher 5 in Abhängigkeit vom Vorförderdruck der Vorförderpumpe 1 bei einem Erststart bzw. Wiederstart nach Tankleerfahrt, wobei dem Diagramm derFig.5 die Anordnung derFig. 3 und dem Diagramm derFig. 6 die Anordnung derFig. 4 zugrunde liegt. Das heißt, dass bei dem Beispiel derFig. 5 der Summenöffnungsdruck der beiden Ventile 3, 4 größer als der Vorförderdruck und bei dem Beispiel derFig. 6 der Summenöffnungsdruck der beiden Ventile 3, 4 kleiner als der Vorförderdruck gewählt ist. - Wie dem Diagramm der
Fig. 5 zu entnehmen ist, bewirkt die im Elementraum 6 vorhandene Luft 10, die stark kompressibel ist, dass der Öffnungsdruck des Auslassventils 4 verspätet oder nie erreicht wird. Das heißt, dass der Motor nicht anspringt. - Bei dem Beispiel der
Fig. 6 wird dagegen ein Druck im Elementraum 6 aufgebaut, welcher den Öffnungsdruck des Auslassventils 4 zu überwinden vermag. Das Auslassventil 4 öffnet und es baut sich ein Druck im Hochdruckspeicher 5 auf. Wird der Startfreigabedruck im Hochdruckspeicher 5 erreicht, springt auch der Motor an.
Claims (7)
- Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer Vorförderpumpe (1) und einer Hochdruckpumpe (2), wobei die Hochdruckpumpe (2) der Beaufschlagung des Kraftstoffs mit Hochdruck dient und wenigstens ein Pumpenelement mit einem als Einlassventil (3) dienenden ersten Ventil und einem als Auslassventil (4) dienenden zweiten Ventil umfasst, wobei die Vorförderpumpe (1) eine Elektrokraftstoffpumpe ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorförderpumpe (1) ein Vorförderdruck erzielbar ist, der gleich dem oder größer als der Summenöffnungsdruck des Einlassventils (3) und des Auslassventils (4) ist, so dass eine schnelle Befüllung und/oder Entlüftung bei Erststart im Fahrzeugwerk oder bei Wiederstart nach Tankleerfahrt mittels des Vorförderdrucks durch das Einlassventil (3) und das Auslassventil (4) bewirkbar ist, und dass der Öffnungsdruck des Einlassventils (3) und des Auslassventils (4) 1 bis 3 bar, beispielsweise 2 bar beträgt.
- Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels der Vorförderpumpe (1) erzielbare Vorförderdruck 4 bis 6 bar, beispielsweise 5 bar beträgt.
- Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (3) und/oder das Auslassventil (4) als Rückschlagventil ausgebildet ist bzw. sind.
- Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hochdruckpumpe (2) ein Hochdruckspeicher (5), vorzugsweise in Form einer gemeinsamen Speicherleitung, angeschlossen und in dem Hochdruckspeicher (5) ein Druckregelventil aufgenommen ist.
- Verfahren zur Befüllung und/oder Entlüftung eines Kraftstoffeinspritzsystems nach einem der vorstehenden Ansprüche bei Erststart im Fahrzeugwerk oder bei Wiederstart nach Tankleerfahrt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorförderpumpe (1) ein Vorförderdruck eingestellt wird, der größer als der Summenöffnungdruck des Einlassventils (3) und des Auslassventils (4) des wenigstens einen Pumpenelements der Hochdruckpumpe (2) ist.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Phase der Befüllung und/oder Entlüftung ein in einem an die Hochdruckpumpe (2) angeschlossenen Hochdruckspeicher (5) angeordnetes Druckregelventil geschlossen ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens nach erfolgtem Druckaufbau im Hochdruckspeicher (5) das Druckregelventil geöffnet wird.
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