EP2734725B1 - Hochdruckeinspritzsystem - Google Patents

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EP2734725B1
EP2734725B1 EP12733611.3A EP12733611A EP2734725B1 EP 2734725 B1 EP2734725 B1 EP 2734725B1 EP 12733611 A EP12733611 A EP 12733611A EP 2734725 B1 EP2734725 B1 EP 2734725B1
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EP
European Patent Office
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pressure
pump
fuel
predelivery
rail
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EP12733611.3A
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Christian Langenbach
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D33/006—Controlling the feeding of liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus ; Failure or leakage prevention; Diagnosis or detection of failure; Arrangement of sensors in the fuel system; Electric wiring; Electrostatic discharge depending on engine operating conditions, e.g. start, stop or ambient conditions
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    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F02D41/3854—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped with elements in the low pressure part, e.g. low pressure pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M37/0047—Layout or arrangement of systems for feeding fuel
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    • 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
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    • 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
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    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a high-pressure injection system according to the preamble of claim 1 and to a high-pressure injection system according to the preamble of claim 8.
  • a high-pressure pump In high-pressure injection systems for internal combustion engines, in particular in common-rail injection systems of diesel or gasoline engines, a high-pressure pump permanently ensures the maintenance of the pressure in the high-pressure accumulator or high-pressure rail of the common-rail injection system.
  • the high-pressure pump can be driven, for example, by a camshaft of the internal combustion engine by means of a drive shaft.
  • Vor detailpumpen, z. B. a gear or rotary vane pump used, which are connected upstream of the high-pressure pump.
  • the prefeed pump delivers the fuel from a fuel tank through a fuel line to the high pressure pump.
  • piston pumps are used as high-pressure pumps.
  • a drive shaft is mounted. Radially to pistons are arranged in a cylinder.
  • a roller with a roller rolling surface On the drive shaft with at least one cam is a roller with a roller rolling surface, which is mounted in a roller shoe.
  • the roller shoe is connected to the piston, so that the piston is forced to oscillate translational motion.
  • a spring applies to the roller shoe a radially directed to the drive shaft force, so that the roller is in constant contact with the drive shaft.
  • the roller stands with the roller rolling surface on a shaft rolling surface as the surface of the drive shaft with the at least one cam in contact with the drive shaft.
  • the roller is mounted by means of a sliding bearing in the roller shoe.
  • the high-pressure wave is, as already described, by a shaft, z. B. a camshaft of the engine driven.
  • the high-pressure pump can promote fuel under high pressure to a high-pressure rail, it is thus necessary that the engine is driven or started by an electric starter motor. Only with a rotational movement of the crankshaft or a camshaft of the internal combustion engine and a drive shaft of the high-pressure pump performs a rotational movement, so that only at the beginning of starting the engine from the high-pressure pump fuel can be promoted to the high-pressure rail. As a result, at the beginning of the starting process, there is no sufficient starting pressure on the high-pressure rail and thus on valves or injection valves or injectors.
  • the DE 10 2006 045 933 A1 shows a high-pressure pump for high-pressure fuel delivery.
  • the high-pressure pump has a drive shaft with cams. Cylindrical rollers are supported by roller shoes and rest on the cams. The roller shoes are mounted by means of a plunger assembly in a bore of a part of the housing. The pump elements are attached to the plunger assembly. A coil spring presses the plunger assembly onto the cams.
  • a radial piston pump for fuel high pressure generation in fuel injection systems of internal combustion engines known.
  • a pump housing In a pump housing is a drive shaft stored. Pistons are supported on the drive shaft, so that by rotating the drive shaft, the pistons are moved back and forth. Between the piston and the drive shaft tappets are arranged.
  • the DE 10 2009 029 573 A shows a high-pressure pump for high-pressure fuel delivery.
  • a method of operating a high pressure injection system for an internal combustion engine comprising the steps of: delivering fuel to a high pressure pump with a prime pump, delivering fuel to the high pressure pump to a high pressure rail under high pressure, delivering fuel to the priming pump Starting the internal combustion engine to the high-pressure rail, wherein the prefeed pump is operated in two different flow directions and in a first conveying direction, the fuel is conveyed to the high-pressure pump and in a second, the first conveying direction opposite conveying direction of the fuel before starting the engine in promoted the high-pressure rail.
  • the prefeed pump is operated in two different directions of flow.
  • the fuel is supplied to the prefeed pump without passing the fuel through the high pressure pump prior to starting the engine to the high pressure rail.
  • the fuel can thus be supplied to the high-pressure rail advantageously before starting the internal combustion engine directly without passing through the high pressure pump in an advantageous manner. This makes it possible that a starting pressure in the high-pressure rail can be built up very quickly before starting the internal combustion engine.
  • the fuel is conveyed by the high-pressure pump through an HP fuel line into the high-pressure rail and the fuel is conveyed by the prefeed pump through an LP fuel line into the high-pressure rail.
  • the fuel is thus supplied during operation of the internal combustion engine through the HP fuel line from the high-pressure pump to the high pressure rail and before starting the engine directly from the prefeed pump through the LP fuel line to the high-pressure rail.
  • check valves whether the fuel is conveyed by the prefeed pump in the high-pressure pump or in the high-pressure rail.
  • check valves only check valves and a prefeed pump with two different flow directions are required in order either to feed the fuel from the prefeed pump of the high-pressure pump or directly through the LP fuel line from the prefeed pump to the high-pressure rail.
  • the fuel is conveyed to the high-pressure rail for at least 1 s, 5 s, 10 s or 20 s before starting the internal combustion engine and / or the high-pressure pump with the prefeed pump.
  • the fuel with the prefeed pump with a starting pressure for. B. at least 30 bar, 50 bar or 70 bar, in particular between 80 bar and 120 bar, promoted to the high-pressure rail.
  • the high-pressure pump is mechanically driven by the internal combustion engine and / or the prefeed pump is driven by an electric motor.
  • the prefeed pump is driven by the electric motor because the prefeed pump promotes the fuel to the high-pressure rail before an operation of the internal combustion engine.
  • the electric motor is operated in the first conveying direction of the prefeed pump with a first direction of rotation and in the second conveying direction of the prefeed pump, the electric motor is operated in a second direction of rotation, wherein the first and second directions of rotation of the electric motor are oppositely directed.
  • the prefeed pump is driven by the electric motor with an intermediate gear and by means of the transmission, the conveying direction of the prefeed pump can be switched from the first conveying direction in the second conveying direction and vice versa.
  • the prefeed pump is attached to the high-pressure pump and / or integrated.
  • the prefeed pump is designed as a vane pump.
  • Inventive high-pressure injection system for an internal combustion engine in particular for a motor vehicle, comprising a high-pressure pump, a prefeed pump, a high-pressure rail, wherein a method described in this patent application is executable.
  • the prefeed pump has an inlet opening as a suction side and an outlet opening as a pressure side and the prefeed pump is operable in two different, oppositely directed conveying directions, so that the inlet opening as the suction side and the outlet opening as the pressure side are interchangeable.
  • the prefeed pump is hydraulically connected with an LP fuel line to the high-pressure rail and is hydraulically connected to a high-pressure pump with a VHD fuel line.
  • non-return valves are arranged in fuel lines, so that due to the check valves in a first conveying direction of the prefeed pump, the fuel from the feed pump, in particular exclusively, in the high-pressure pump is conveyed and in a second conveying direction of the high-pressure pump of the fuel, in particular exclusively, in the High pressure rail is eligible. Only by means of check valves and a prefeed pump, which is operable in two different opposite directions of delivery, thus can be used by the prefeed pump alternately the fuel either the high-pressure pump or be fed directly to the high-pressure rail through the ND fuel line before starting the engine. This makes the high-pressure injection system particularly easy to manufacture and operate, inexpensive and reliable.
  • the prefeed pump is a gear pump and / or the delivery rate of the prefeed pump is controllable and / or regulated and / or the prefeed pump is an electric prefeed pump with an electric motor and / or of the prefeed pump is the fuel with a prefeed, z. B. between 3 and 6 bar, and a starting pressure, z. B. between 50 and 150 bar, eligible.
  • the fuel with the prefeed pump with a starting pressure for. B. at least 30 bar, 50 bar or 70 bar, in particular between 80 bar and 120 bar, promoted to the high-pressure rail.
  • the fuel is supplied from the prefeed pump with a prefeed pressure, for. B. in the range between 3 bar and 6 bar, in particular in the range of about 4 bar promoted.
  • this prefeed pressure is not sufficient to allow valves, such.
  • injectors or injectors the fuel can be injected into the combustion chambers of the engine.
  • a higher starting pressure for example of at least 20 bar, 50 bar, 80 bar or 90 bar is required.
  • the prefeed pump is due to its structural design in a position to provide such a high starting pressure available, so that with the prefeed pump, a sufficient starting pressure can be provided without an operation of the high-pressure pump.
  • the electric motor of the prefeed pump is integrated in the prefeed pump, z. B. by permanent magnets are installed in a gear.
  • the electric motor is a brushless electric motor and / or an electronically commutated electric motor.
  • the producible by the high-pressure pump pressure in the high-pressure rail is, for example, in the range of 1000 to 3000 bar z. B. for diesel engines or between 40 bar and 400 bar z. B. for gasoline engines.
  • Fig. 1 is highly schematic of a high-pressure injection system 1 shown.
  • the high-pressure injection system 1 comprises a high-pressure pump 2, by means of which a high-pressure rail 10 supplies fuel through an HP fuel line 12 under high pressure.
  • a high-pressure rail 10 for example, there is a pressure in the range of 1000 to 3000 bar for diesel engines and 40 to 400 bar for gasoline engines.
  • fuel is supplied by means not shown injectors in the combustion chambers of an internal combustion engine.
  • the high pressure pump 2 is driven by the engine 8 through a drive shaft 9.
  • the high-pressure injection system 1 further comprises an electric prefeed pump 3 with an inlet opening 24 and an outlet opening 25.
  • the electric prefeed pump 3 is driven by an electric motor 7 and is a rotary vane pump or a gear pump 4, preferably an internal gear pump 5, in particular a gerotor pump 6.
  • the prefeed pump 3 is operable in two different opposite conveying directions, such that the inlet opening 24 and the outlet opening 25 are interchangeable.
  • a first conveying direction the fuel is supplied to the high-pressure pump 2 through a VHD fuel line 14 and supplied to the high-pressure rail 10 in a second conveying direction opposite the first conveying direction through an LP fuel line 13.
  • ND fuel line 13 thus the prefeed pump 3 is directly connected to the high-pressure rail 10.
  • the prefeed pump 3 sucks in the first conveying direction through a first fuel suction 15 fuel from a fuel tank 11 and then promotes this with a Vor fundamentaltik, for example between 3 and 6 bar, through the VHD fuel line 14 to the high-pressure pump 2.
  • the prefeed pump 3 sucks fuel from the fuel tank 11 through a second fuel suction line 16 and delivers it through the LP fuel line 13 to the high-pressure rail 10 at a starting pressure, for example between 50 and 150 bar.
  • a first check valve 17 is arranged hydraulically between the high-pressure pump 2 and the mouth or branch of the second fuel suction line 16 into the VHD fuel line 14.
  • a second check valve 18 is disposed between the mouth or branch of the LP fuel line 13 in the first fuel suction 15.
  • the first and second check valves 17, 18 are designed such that the fuel in the first conveying direction of the prefeed pump 3 exclusively in the first conveying direction of the prefeed pump 3, that is from the fuel tank 11 through the first fuel suction 15 and through the VHD fuel line fourteenth to the high pressure pump 2, can be passed and no reverse flow direction is possible.
  • a third check valve 19 and in the second Kraftstoffsaugtechnisch 16 a fourth check valve 20 is arranged in the LP fuel line 13.
  • the third and fourth check valves 19, 20 are designed such that in the first conveying direction of the prefeed pump 3 from the prefeed pump 3 no fuel from the high-pressure rail 10 can be sucked and no fuel is passed through the second fuel suction 16 into the fuel tank 11 ,
  • the fuel is sucked through the second fuel suction 16 from the prefeed pump 3 from the fuel tank 11 and then directly through the LP fuel line 13 without passage through the high-pressure pump 2 the high-pressure rail 10 fed.
  • the second check valve 18 prevents fuel from being returned to the fuel tank 11 through the first fuel suction line 15 and prevents the first check valve 17 from being sucked from the high pressure pump 2 by the prefeed pump 3 in the second conveying direction.
  • the second and fourth check valves 18, 20 prevent the prefeed pump 3 from idling, that is, the fuel flows into the fuel tank 11, and the first check valve 17 also prevents the high-pressure pump 2 from running at a standstill the high-pressure pump 2 and the prefeed pump 3rd
  • a pressure sensor 22 detects the pressure of the fuel at the high-pressure rail 10 and by means of a control unit 22 the prefeed pump 3 is controlled and / or regulated as a function of the pressure detected by the pressure sensor 22.
  • High-pressure injection system 1 associated significant benefits. Only by means of the feed pump 3 operable in two directions and with the check valves 17, 18, 19 and 20, it is technically simple and thus inexpensive possible to supply fuel through the prefeed pump 3 before starting the engine 8 at a starting pressure directly to the high-pressure rail.
  • the internal combustion engine 8 can be started very quickly, for example, ignition can already take place at the first top dead center of the internal combustion engine 8, because in the high-pressure rail 10 already before the start of the engine 8 from the prefeed pump 3 just a sufficient starting pressure of, for example, at least 50 bar has been established.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.
    • Stand der Technik
  • In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher bzw. Hochdruck-Rail des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
  • Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
  • Die Hochdruckwelle ist, wie bereits beschrieben, von einer Welle, z. B. einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Damit die Hochdruckpumpe Kraftstoff unter Hochdruck zu einem Hochdruck-Rail fördern kann, ist es somit erforderlich, dass der Verbrennungsmotor von einem elektrischen Startmotor angetrieben bzw. gestartet wird. Erst bei einer Rotationsbewegung der Kurbelwelle bzw. einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors führt auch eine Antriebswelle der Hochdruckpumpe eine Rotationsbewegung aus, so dass erst mit dem Beginn des Startens des Verbrennungsmotors von der Hochdruckpumpe Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail gefördert werden kann. Dadurch steht zu Beginn des Startvorganges kein ausreichender Startdruck am Hochdruck-Rail und damit an Ventilen bzw. Einspritzventilen bzw. Injektoren zur Verfügung. In nachteiliger Weise ist somit ein längerer Startvorgang erforderlich, weil erst der Verbrennungsmotor von dem elektrischen Startmotor solange angetrieben werden muss, bis die Hochdruckpumpe den Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail mit einem ausreichenden Startdruck gefördert hat. Dies bedingt eine längere Startzeit des Verbrennungsmotors. Insbesondere bei häufigen Startvorgängen des Verbrennungsmotors mit einem Motor-Start-Stop (MSS) in einem Kraftfahrzeug sind diese längeren Startzeiten des Verbrennungsmotors nachteilig. Dabei ist es bereits bekannt, vor einem Starten des Verbrennungsmotors durch die Hochdruckpumpe mit einer elektrischen Vorförderpumpe Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail zu fördern.
  • Die DE 10 2006 045 933 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckförderung. Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit Nocken auf. Zylindrische Rollen sind von Rollenschuhen gelagert und liegen auf den Nocken auf. Die Rollenschuhe sind mittels einer Stößelbaugruppe in einer Bohrung eines Teils des Gehäuses gelagert. Die Pumpenelemente sind an der Stößelbaugruppe befestigt. Eine Schraubenfeder drückt die Stößelbaugruppe auf die Nocken.
  • Aus der DE 103 56 262 A1 ist eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. In einem Pumpengehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Kolben stützen sich an der Antriebswelle ab, so dass durch Drehen der Antriebswelle die Kolben hin und her bewegt werden. Zwischen den Kolben und der Antriebswelle sind Stößel angeordnet. Die DE 10 2009 029 573 A zeigt eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckförderung. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor mit den Schritten: Fördern von Kraftstoff mit einer Vorförderpumpe zu einer Hochdruckpumpe, Fördern von Kraftstoff mit der Hochdruckpumpe zu einem Hochdruck-Rail unter Hochdruck, Fördern von Kraftstoff mit der Vorförderpumpe vor einem Starten des Verbrennungsmotors zu dem Hochdruck-Rail, wobei die Vorförderpumpe in zwei unterschiedlichen Förderrichtungen betrieben wird und in einer ersten Förderrichtung wird der Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe gefördert und in einer zweiten, der ersten Förderrichtung entgegengesetzten Förderrichtung wird der Kraftstoff vor dem Starten des Verbrennungsmotors in das Hochdruck-Rail gefördert. Zum Fördern des Kraftstoffes, entweder zu der Hochdruckpumpe oder direkt bzw. unmittelbar in das Hochdruck-Rail, ist es somit lediglich erforderlich, dass die Vorförderpumpe in zwei unterschiedlichen Förderrichtungen betrieben wird. Dadurch ist in besonders einfacher und preiswerter Ausführung eine abwechselnde Förderung des Kraftstoffes von der Vorförderpumpe entweder zu der Hochdruckpumpe oder unmittelbar in das Hochdruck-Rail möglich.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform wird der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe ohne Durchleiten des Kraftstoffes durch die Hochdruckpumpe vor dem Starten des Verbrennungsmotors zu dem Hochdruck-Rail geleitet. Der Kraftstoff kann somit in vorteilhafter Weise vor dem Starten des Verbrennungsmotors unmittelbar ohne ein Durchleiten durch die Hochdruckpumpe dem Hochdruck-Rail zugeführt werden. Dadurch ist es möglich, dass vor dem Starten des Verbrennungsmotors ein Startdruck in dem Hochdruck-Rail besonders schnell aufgebaut werden kann.
  • In einer ergänzenden Variante wird der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe durch eine HD-Kraftstoffleitung in das Hochdruck-Rail gefördert und der Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe durch eine ND-Kraftstoffleitung in das Hochdruck-Rail gefördert. Der Kraftstoff wird somit während des Betriebes des Verbrennungsmotors durch die HD-Kraftstoffleitung von der Hochdruckpumpe dem Hochdruck-Rail zugeführt und vor dem Starten des Verbrennungsmotors unmittelbar von der Vorförderpumpe durch die ND-Kraftstoffleitung dem Hochdruck-Rail.
  • Zweckmäßig wird mittels Rückschlagventilen gesteuert, ob der Kraftstoff von der Vorförderpumpe in die Hochdruckpumpe oder in das Hochdruck-Rail gefördert wird. Es sind somit nur Rückschlagventile und eine Vorförderpumpe mit zwei unterschiedlichen Förderrichtungen erforderlich, um entweder den Kraftstoff von der Vorförderpumpe der Hochdruckpumpe oder unmittelbar durch die ND-Kraftstoffleitung von der Vorförderpumpe dem Hochdruck-Rail zuzuleiten.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird wenigstens 1 s, 5 s, 10 s oder 20 s vor dem Starten des Verbrennungsmotors und/oder der Hochdruckpumpe mit der Vorförderpumpe der Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail gefördert.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform wird der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe mit einem Startdruck, z. B. wenigstens 30 bar, 50 bar oder 70 bar, insbesondere zwischen 80 bar und 120 bar, zu dem Hochdruck-Rail gefördert.
  • In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Hochdruckpumpe mechanisch von dem Verbrennungsmotor angetrieben und/oder die Vorförderpumpe wird von einem Elektromotor angetrieben. Die Vorförderpumpe ist von dem Elektromotor angetrieben, weil die Vorförderpumpe bereits vor einem Betrieb des Verbrennungsmotors den Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail fördert.
  • In einer ergänzenden Variante wird der Elektromotor in der ersten Förderrichtung der Vorförderpumpe mit einer ersten Drehrichtung betrieben und in der zweiten Förderrichtung der Vorförderpumpe wird der Elektromotor in einer zweiten Drehrichtung betrieben, wobei die erste und zweite Drehrichtung des Elektromotors entgegengesetzt gerichtet sind.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform wird die Vorförderpumpe von dem Elektromotor mit einem dazwischengeschalteten Getriebe angetrieben und mittels des Getriebes kann die Förderrichtung der Vorförderpumpe von der ersten Förderrichtung in die zweite Förderrichtung umgeschaltet werden und umgekehrt.
  • Zweckmäßig ist die Vorförderpumpe an die Hochdruckpumpe angebaut und/oder integriert.
  • In einer ergänzenden Variante ist die Vorförderpumpe als eine Flügelzellenpumpe ausgebildet.
  • Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe, eine Vorförderpumpe, ein Hochdruck-Rail, wobei ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform weist die Vorförderpumpe eine Einlassöffnung als Saugseite und eine Auslassöffnung als Druckseite auf und die Vorförderpumpe ist in zwei unterschiedlichen, entgegengesetzt gerichteten Förderrichtungen betreibbar, so dass die Einlassöffnung als Saugseite und die Auslassöffnung als Druckseite vertauschbar sind.
  • In einer ergänzenden Variante ist die Vorförderpumpe mit einer ND-Kraftstoffleitung mit dem Hochdruck-Rail hydraulisch verbunden und ist mit einer VHD-Kraftstoffleitung mit der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden.
  • In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind in Kraftstoffleitungen Rückschlagventile angeordnet, so dass aufgrund der Rückschlagventile in einer ersten Förderrichtung der Vorförderpumpe der Kraftstoff von der Vorförderpumpe, insbesondere ausschließlich, in die Hochdruckpumpe förderbar ist und in einer zweiten Förderrichtung der Hochdruckpumpe der Kraftstoff, insbesondere ausschließlich, in das Hochdruck-Rail förderbar ist. Lediglich mittels Rückschlagventilen und einer Vorförderpumpe, die in zwei unterschiedlichen entgegengesetzten Förderrichtungen betreibbar ist, kann somit von der Vorförderpumpe abwechselnd der Kraftstoff entweder der Hochdruckpumpe oder vor dem Starten des Verbrennungsmotors unmittelbar durch die ND-Kraftstoffleitung dem Hochdruck-Rail zugeführt werden. Dadurch ist das Hochdruckeinspritzsystem in der Herstellung und im Betrieb besonders einfach, preiswert und zuverlässig.
  • In einer ergänzenden Variante ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe und/oder die Förderleistung der Vorförderpumpe ist steuerbar und/oder regelbar und/oder die Vorförderpumpe ist eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und/oder von der Vorförderpumpe ist der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 und 6 bar, und einem Startdruck, z. B. zwischen 50 und 150 bar, förderbar.
  • Vorzugsweise wird der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe mit einem Startdruck, z. B. wenigstens 30 bar, 50 bar oder 70 bar, insbesondere zwischen 80 bar und 120 bar, zu dem Hochdruck-Rail gefördert. Im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors wird von der Vorförderpumpe der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. im Bereich zwischen 3 bar und 6 bar, insbesondere im Bereich von ungefähr 4 bar gefördert. Dieser Vorförderdruck ist jedoch nicht ausreichend, damit von Ventilen, z. B. Einspritzventilen bzw. Injektoren, der Kraftstoff in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann. Hierzu ist ein höherer Startdruck, beispielsweise von wenigstens 20 bar, 50 bar, 80 bar oder 90 bar erforderlich. Die Vorförderpumpe ist dabei aufgrund seiner konstruktiven Ausgestaltung in der Lage, einen derartigen hohen Startdruck zur Verfügung zu stellen, so dass mit der Vorförderpumpe ein ausreichender Startdruck ohne einen Betrieb der Hochdruckpumpe zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdruckeinspritzsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Hochdruckeinspritzsystem ausgebildet ist und/oder von dem Verbrennungsmotor ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
  • Insbesondere ist der Elektromotor der Vorförderpumpe in die Vorförderpumpe integriert, z. B. indem Permanentmagnete in ein Zahnrad eingebaut sind.
  • In einer weiteren Variante ist der Elektromotor ein bürstenloser Elektromotor und/oder ein elektronisch kommutierter Elektromotor.
  • Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems und
    Fig. 2
    eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In Fig. 1 ist stark schematisiert ein Hochdruckeinspritzsystem 1 dargestellt. Das Hochdruckeinspritzsystem 1 umfasst eine Hochdruckpumpe 2, mittels durch eine HD-Kraftstoffleitung 12 unter Hochdruck einem Hochdruck-Rail 10 Kraftstoff zugeführt wird. In dem Hochdruck-Rail liegt dabei beispielsweise ein Druck im Bereich von 1000 bis 3000 bar für Dieselmotoren und 40 bis 400 bar für Benzinmotoren vor. Durch das Hochdruck-Rail 10 wird mittels nicht dargestellter Einspritzorgane in Brennräume eines Verbrennungsmotors 8 Kraftstoff zugeführt. Die Hochdruckpumpe 2 wird von dem Verbrennungsmotor 8 durch eine Antriebswelle 9 angetrieben.
  • Das Hochdruckeinspritzsystem 1 umfasst ferner eine elektrische Vorförderpumpe 3 mit einer Einlassöffnung 24 und einer Auslassöffnung 25. Die elektrische Vorförderpumpe 3 wird von einem Elektromotor 7 angetrieben und ist dabei eine Drehschieberpumpe oder eine Zahnradpumpe 4, vorzugsweise eine Innenzahnradpumpe 5, insbesondere eine Gerotorpumpe 6. Die Vorförderpumpe 3 ist in zwei unterschiedlichen entgegengesetzten Förderrichtungen betreibbar, so dass die Einlassöffnung 24 und die Auslassöffnung 25 vertauschbar sind. In einer ersten Förderrichtung wird der Kraftstoff durch eine VHD-Kraftstoffleitung 14 der Hochdruckpumpe 2 zugeführt und in einer zweiten, der ersten Förderrichtung entgegengesetzten Förderrichtung durch eine ND-Kraftstoffleitung 13 dem Hochdruck-Rail 10 zugeführt. Durch die ND-Kraftstoffleitung 13 ist somit die Vorförderpumpe 3 unmittelbar mit dem Hochdruck-Rail 10 verbunden. Die Vorförderpumpe 3 saugt dabei in der ersten Förderrichtung durch eine erste Kraftstoffsaugleitung 15 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 11 an und fördert diesen dann mit einem Vorförderdruck, zum Beispiel zwischen 3 und 6 bar, durch die VHD-Kraftstoffleitung 14 zu der Hochdruckpumpe 2. In der zweiten Förderrichtung saugt die Vorförderpumpe 3 durch eine zweite Kraftstoffsaugleitung 16 Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 11 an und fördert diesen durch die ND-Kraftstoffleitung 13 zu dem Hochdruck-Rail 10 unter einem Startdruck, zum Beispiel zwischen 50 und 150 bar. An der VHD-Kraftstoffleitung 14 ist hydraulisch zwischen der Hochdruckpumpe 2 und der Mündung bzw. Abzweigung der zweiten Kraftstoffsaugleitung 16 in die VHD-Kraftstoffleitung 14 ein erstes Rückschlagventil 17 angeordnet. Ferner ist zwischen der Mündung bzw. Abzweigung der ND-Kraftstoffleitung 13 in die erste Kraftstoffsaugleitung 15 ein zweites Rückschlagventil 18 angeordnet. Das erste und zweite Rückschlagventil 17, 18 sind dabei dahingehend ausgebildet, dass der Kraftstoff bei der ersten Förderrichtung der Vorförderpumpe 3 ausschließlich in der ersten Förderrichtung der Vorförderpumpe 3, das heißt von dem Kraftstofftank 11 durch die erste Kraftstoffsaugleitung 15 und durch die VHD-Kraftstoffleitung 14 zu der Hochdruckpumpe 2, geleitet werden kann und keine umgekehrte Förderrichtung möglich ist. Außerdem ist in der ND-Kraftstoffleitung 13 ein drittes Rückschlagventil 19 und in der zweiten Kraftstoffsaugleitung 16 ein viertes Rückschlagventil 20 angeordnet. Das dritte und vierte Rückschlagventil 19, 20 sind dabei dahingehend ausgebildet, dass in der ersten Förderrichtung der Vorförderpumpe 3 von der Vorförderpumpe 3 kein Kraftstoff aus dem Hochdruck-Rail 10 angesaugt werden kann und kein Kraftstoff durch die zweite Kraftstoffsaugleitung 16 in den Kraftstofftank 11 geleitet wird.
  • In der zweiten Förderrichtung der Vorförderpumpe 3 wird der Kraftstoff durch die zweite Kraftstoffsaugleitung 16 von der Vorförderpumpe 3 aus dem Kraftstofftank 11 angesaugt und anschließend durch die ND-Kraftstoffleitung 13 ohne Durchleitung durch die Hochdruckpumpe 2 dem Hochdruck-Rail 10 unmittelbar zugeführt. In der zweiten Förderrichtung der Vorförderpumpe 3 verhindern das zweite Rückschlagventil 18, dass Kraftstoff durch die erste Kraftstoffsaugleitung 15 wieder dem Kraftstofftank 11 zugeführt wird und das erste Rückschlagventil 17 verhindert, dass Kraftstoff von der Vorförderpumpe 3 in der zweiten Förderrichtung aus der Hochdruckpumpe 2 angesaugt wird. Das zweite und vierte Rückschlagventil 18, 20 verhindern bei einem Stillstand der Vorförderpumpe 3, dass diese leer läuft, dass heißt, dass der Kraftstoff in den Kraftstofftank 11 strömt und das erste Rückschlagventil 17 verhindert ebenfalls, dass die Hochdruckpumpe 2 leer läuft bei einem Stillstand sowohl der Hochdruckpumpe 2 als auch der Vorförderpumpe 3.
  • Ein Drucksensor 22 erfasst an dem Hochdruck-Rail 10 den Druck des Kraftstoffes und mittels eines Steuergerätes 22 wird die Vorförderpumpe 3 in Abhängigkeit von dem von dem Drucksensor 22 erfassten Druck gesteuert und/oder geregelt.
    • Insgesamt betrachte sind mit dem erfindungsgemäßen
  • Hochdruckeinspritzsystem 1 wesentliche Vorteile verbunden. Lediglich mittels der in zwei Förderrichtungen betreibbaren Vorförderpumpe 3 und mit den Rückschlagventilen 17, 18, 19 und 20 ist es technisch einfach und damit preiswert möglich, Kraftstoff durch die Vorförderpumpe 3 vor einem Starten des Verbrennungsmotors 8 unter einem Startdruck unmittelbar dem Hochdruck-Rail zuzuführen. Dadurch kann insbesondere bei einem Verbrennungsmotor 8 in einem Kraftfahrzeug 23 mit einem Motor-Start-Stopp (MSS) der Verbrennungsmotor 8 sehr schnell gestartet werden, beispielsweise bereits bei dem ersten obersten Totpunkt des Verbrennungsmotors 8 kann eine Zündung erfolgen, weil in dem Hochdruck-Rail 10 bereits vor dem Starten des Verbrennungsmotors 8 von der Vorförderpumpe 3 ein gerade ausreichender Startdruck von zum Beispiel wenigstens 50 bar aufgebaut worden ist.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystems (1) für einen Verbrennungsmotor (8) mit den Schritten:
    - Fördern von Kraftstoff mit einer Vorförderpumpe (3) zu einer Hochdruckpumpe (2),
    - Fördern von Kraftstoff mit der Hochdruckpumpe (2) zu einem Hochdruck-Rail (10) unter Hochdruck,
    - Fördern von Kraftstoff mit der Vorförderpumpe (3) vor einem Starten des Verbrennungsmotors (8) zu dem Hochdruck-Rail (10),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorförderpumpe (3) in zwei unterschiedlichen Förderrichtungen betrieben wird und in einer ersten Förderrichtung der Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe (2) gefördert wird und in einer zweiten, der ersten Förderrichtung entgegengesetzten Förderrichtung der Kraftstoff vor dem Starten des Verbrennungsmotors (8) durch eine ND-Kraftstoffleitung (13) in das Hochdruck-Rail (10) gefördert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe (3) ohne Durchleiten des Kraftstoffes durch die Hochdruckpumpe (2) vor dem Starten des Verbrennungsmotors (8) zu dem Hochdruck-Rail (10) geleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe (2) durch eine HD-Kraftstoffleitung (12) in das Hochdruck-Rail (10) gefördert wird und der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (3) durch eine ND-Kraftstoffleitung (13) in das Hochdruck-Rail (10) gefördert wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    mittels Rückschlagventilen (17, 18, 19, 20) gesteuert wird, ob der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (3) in die Hochdruckpumpe (2) oder in das Hochdruck-Rail (10) gefördert wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens 1s, 5s, 10s oder 20s vor dem Starten des Verbrennungsmotors (8) und/oder der Hochdruckpumpe (2) mit der Vorförderpumpe (3) der Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail (10) gefördert wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe (3) mit einem Startdruck, z. B. wenigstens 30 bar, 50 bar oder 70 bar, insbesondere zwischen 80 bar und 120 bar, zu dem Hochdruck-Rail (10) gefördert wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hochdruckpumpe (2) mechanisch von dem Verbrennungsmotor (8) angetrieben wird
    und/oder
    die Vorförderpumpe (3) von einem Elektromotor (7) angetrieben wird.
  8. Hochdruckeinspritzsystem (1) für einen Verbrennungsmotor (8), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (23), umfassend
    - eine Hochdruckpumpe (2),
    - eine Vorförderpumpe (3),
    - ein Hochdruck-Rail (10),
    - eine ND-Kraftstoffleitung (13),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausführbar ist.
  9. Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorförderpumpe (3) eine Einlassöffnung (24) als Saugseite und eine Auslassöffnung (25) als Druckseite aufweist und die Vorförderpumpe (3) in zwei unterschiedlichen, entgegengesetzt gerichteten Förderrichtungen betreibbar ist, so dass die Einlassöffnung (24) als Saugseite und die Auslassöffnung (25) als Druckseite vertauschbar sind.
  10. Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorförderpumpe (3) mit einer ND-Kraftstoffleitung (13) mit dem Hochdruck-Rail (10) hydraulisch verbunden ist und mit einer VHD-Kraftstoffleitung (14) mit der Hochdruckpumpe (2) hydraulisch verbunden ist.
  11. Hochdruckeinspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in Kraftstoffleitungen (13, 14, 15, 16) Rückschlagventile (17, 18, 19, 20) angeordnet sind, so dass aufgrund der Rückschlagventile (17, 18, 19, 20) in einer ersten Förderrichtung der Vorförderpumpe (3) der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (3), insbesondere ausschließlich, in die Hochdruckpumpe (2) förderbar ist und in einer zweiten Förderrichtung der Hochdruckpumpe (2) der Kraftstoff, insbesondere ausschließlich, in das Hochdruck-Rail (10) förderbar ist.
  12. Hochdruckeinspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorförderpumpe (3) eine Zahnradpumpe (4) ist und/oder
    die Förderleistung der Vorförderpumpe (3) steuerbar und/oder regelbar ist und/oder
    die Vorförderpumpe (3) eine elektrische Vorförderpumpe (3) mit einem Elektromotor (7) ist
    und/oder
    von der Vorförderpumpe (7) der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 und 6 bar, und einem Startdruck, z. B. zwischen 50 und 150 bar, förderbar ist.
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