WO1999020894A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO1999020894A1
WO1999020894A1 PCT/DE1998/001538 DE9801538W WO9920894A1 WO 1999020894 A1 WO1999020894 A1 WO 1999020894A1 DE 9801538 W DE9801538 W DE 9801538W WO 9920894 A1 WO9920894 A1 WO 9920894A1
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pressure
pump
line
injection device
fuel injection
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PCT/DE1998/001538
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English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Rembold
Andreas Kellner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0001—Fuel-injection apparatus with specially arranged lubricating system, e.g. by fuel oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24—Bypassing
    • F04B49/246—Bypassing by keeping open the outlet valve

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • a high-pressure pump fills a high-pressure collecting space (common rail) with fuel under high pressure from a fuel
  • the high-pressure fuel pump is supplied with fuel from a fuel storage tank by means of a pre-feed pump, which feeds into a working space of the high-pressure pump via a low-pressure line system.
  • a control valve is inserted into the low-pressure line system. This control valve controls the flow from a low-pressure delivery line into the working space of the high-pressure pump, a high-pressure line leading from the pump-side part of this delivery line to the high-pressure collection space.
  • the high-pressure delivery rate is set on the high-pressure delivery pump now by closing the overflow cross section between the line part leading away from the pump work space into the low pressure line system during the delivery stroke phase of the high pressure delivery pump.
  • the pre-supply pump continuously supplies the pump workspace with fuel, which first passes through the control valve in the low-pressure line system.
  • the control valve remains open, so that a part of the fuel in the pump work space is first pushed back into the low-pressure line system.
  • the control valve closes the overflow cross section into the low-pressure line system, so that a high-pressure fuel and fuel is then built up in the pump workspace as the delivery stroke moves, which is passed on to the high-pressure collection space via the pressure line.
  • the control of the high-pressure delivery rate takes place via the point in time at which the overflow cross section is closed from the pump work space into the low-pressure work system by the control valve, the high-pressure delivery rate being reduced the later the control valve closes this overflow cross-section and vice versa.
  • the known fuel injection device for internal combustion engines has the disadvantage that the entire amount of fuel delivered by the pre-charge pump first flows into the working space of the high-pressure pump and is then at least partially displaced back into the low-pressure line system. This initial pushing out of the fuel from the working space of the high-pressure pump leads to an unnecessary movement of the fuel mass, which unnecessarily reduces the efficiency of the high-pressure feed pump.
  • claim 1 has the advantage that the pre-pump actually only fills the pump work space of the high-pressure feed pump with the amount of fuel currently required, so that unnecessary additional displacement work of the pump pistons of the high-pressure feed pump can be avoided.
  • This needs-based delivery flow control of the pump work space of the high-pressure delivery pump takes place in a structurally simple manner via control means in the low-pressure circuit filled by the preliminary pump.
  • the low-pressure circuit is advantageously divided into three branches, which are filled with fuel together by the preliminary pump, which is preferably designed as an electric fuel feed pump.
  • a first branch is formed by a delivery line to the pump workspace of the high-pressure delivery pump, in which a constant pressure control valve is inserted.
  • a second branch is formed by a lubricating oil line which flows through an engine chamber of the pump drive of the high-pressure feed pump and thereby lubricates and cools it.
  • This lubricating oil line in the flow direction after the pump engine preferably has a backflow throttle point and opens into the storage tank via a return line forming the third branch.
  • An electrical pressure control valve preferably a solenoid valve, is inserted into this return line into the storage tank. In cooperation with the constant pressure valve in the delivery line to the high pressure pump, this electrical pressure control valve forms the control means by which the degree of filling of the pump work space of the high pressure pump can be adjusted.
  • the holding pressure or minimum opening pressure of the electrical see pressure control valve in the return line is made smaller than the opening pressure of the constant pressure valve in the delivery line to the high-pressure pump and at the same time is made larger than the flow resistance in the lubricating oil line. In this way, a safe flow through the
  • FIG. 2 A further advantageous exemplary embodiment is shown in FIG. 2, in which the low-pressure circuit has only two branches. Part of the delivery line into the pump work space of the high-pressure delivery pump now forms the lubricating oil line through the pump engine. The electrical pressure control valve is inserted between the pump engine and the pump work space in the delivery line. The mechanical constant pressure valve necessary for setting a certain stand pressure is inserted into the return line in the storage tank. A further advantage is achieved by the additional provision of a bypass line between the delivery side of the preliminary pump and the high-pressure collection chamber, into which a check valve opening in the direction of the high-pressure collection chamber is inserted.
  • the pressure can also be quickly reduced when the control valve is open.
  • Systems with variable injection pressure can also be quickly adapted to a lower pressure level.
  • the control valve in the relief line of the high-pressure collection chamber is activated during the injection breaks if the ambient or fuel temperature unites exceeds the specified value. The resulting increase in the flow rate into the pump work space of the high-pressure pump then ensures adequate cooling of the high-pressure pump.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic diagram of a first exemplary embodiment in which the low-pressure circuit has three branches
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment in which the low-pressure circuit has two branches
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment analogous to FIG in addition, a bypass line is provided between the pre-pump and the high-pressure collection chamber.
  • the first exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention for internal combustion engines has a high-pressure fuel pump 1 in which an axially reciprocatingly driven pump piston 3 delimits a pump work chamber 5 with its end face.
  • An injection line 7 leads from this pump work chamber 5, which on the other hand opens into a high-pressure collecting chamber 9, an outlet check valve 11 opening in the direction of the high-pressure collecting chamber 9 being inserted in the injection line 7.
  • Injection lines 13 lead from the high-pressure collecting space (common rail distributor strip) to the individual injection valves 15. These injection valves 15 can open directly into the combustion chambers of the individual cylinders of the internal combustion engine to be supplied or, alternatively, into their intake ducts.
  • a low pressure feed pump 17 is also provided, which
  • the preliminary pump 17 delivers on the pressure side into a low-pressure circuit, which in the first exemplary embodiment has three branch lines which can be filled with fuel by the preliminary pump 17.
  • a first branching forms a delivery line 23 to the high-pressure pump 1, which opens into the pump work chamber 5 there.
  • this delivery line 23 there is a mechanically adjustable constant pressure valve 25 and also an inlet check valve 27 is inserted at the confluence with the pump work chamber 5.
  • a second branch from the delivery side of the preliminary pump 17 forms a lubricating oil line 29 which flows through an engine 31, preferably a piston drive, which drives the high-pressure pump 1.
  • the lubricating oil line 29 opens (Cooling oil line) in the storage tank 21, a return throttle point 33 being provided in the lubricating oil line 29 downstream of the engine 31.
  • a third branch of the low-pressure line system is formed by a return line 35, which opens into the storage tank 21 together with the lubricating oil line 29 and into which an electrically controllable pressure control valve 37 is inserted.
  • This pressure control valve 37 is preferably designed as a solenoid-controlled control valve.
  • a pressure sensor 39 can also be provided on the latter. Furthermore, a fuel filter 41 is inserted into the low-pressure line system, preferably close to the outlet on the delivery side from the pre-pump 17.
  • the first embodiment of the fuel injection device according to the invention for internal combustion engines works in the following way.
  • the preliminary pump 17 provides the volume flow required for operating the high-pressure feed pump 1.
  • the preliminary pump 17 delivers fuel via the suction line 19 from the storage tank 21 into the individual sub-lines 23, 29 and 35 of the low-pressure line system.
  • Opening pressure of the electrical control valve 37 in the return line 35 designed so that a predetermined pressure (preferably about 0.3 bar) drops in the de-energized state to ensure a minimum flow rate through the lubricating oil line 29 and the engine 31.
  • This lubricating oil or Cooling flow in the lubricating oil line 29 for the pump engine 31 is determined by the upstream pressure and the cross section of the return throttle 33.
  • the opening pressure of the constant pressure valve 25 in the delivery line 23 lies above the minimum holding pressure of the electrical control valve 37.
  • the increased opening pressure of the constant pressure valve 25 can also be realized directly in the inlet valve 27 of the high pressure pump 1.
  • the use of the additional pressure valve 25 is particularly advantageous when filling differences in a multi-piston pump are to be avoided, which can result from tolerances in the opening pressure of the inlet valves.
  • the pressure in the low-pressure circuit is now set via the electrically adjustable pressure control valve 37 such that the amount of fuel required for injection can pass through the constant pressure valve 25 (opening pressure preferably approx. 0.5 bar) and into the pump work space 5 flows.
  • the opening pressure of the inlet check valve 27 is below the opening pressure of the pressure valve 25.
  • the amount of fuel that has flowed into the pump working space 5 of the high-pressure pump 1 during the injection pause is now compressed during the delivery stroke toward the top dead center of the pump piston 3 and overflows after a certain injection pressure value has been exceeded the outlet check valve 11 into the high-pressure collection chamber 9.
  • the high fuel pressure continues via the injection lines 13 to the respective injection valves 15 and is brought there for injection in a known manner.
  • the fuel vapor generated in the partial load range during the intake phase due to the negative volume balance in the pump work chamber 5 is condensed again during the subsequent delivery stroke of the pump piston 3.
  • the setting of a defined opening pressure at the inlet check valve 27 of the high-pressure pump 1 ensures - He ⁇
  • the opening pressure at the electrical pressure control valve is increased accordingly, so that a larger delivery quantity of the preliminary pump 17 reaches the pump working chamber 5 of the high-pressure pump 1 via the delivery line 23.
  • the return throttle 33 avoids an uncontrolled
  • the delivery quantity delivered into the pump work chamber 5 can thus be set individually from injection to injection via the opening pressure of the electric pressure control valve 37 as a function of the opening pressure of the pressure valve 25.
  • the second exemplary embodiment of the fuel injection device according to the invention for internal combustion engines shown in FIG. 2 differs from the first exemplary embodiment in the design of the low-pressure line system, which now has only two branches, starting from the preliminary pump 17.
  • a branch is again formed by a return line 35 in the storage tank 21, a constant pressure valve 125 now being inserted into this return line 35.
  • the second branch is formed by the delivery line 23 to the high pressure pump 1, the delivery line 23 flowing through the engine 31 of the high pressure pump 1 and thus also taking over part of the original lubricating oil line.
  • An electric pressure control valve 137 is inserted between the engine 31 and the pump work chamber 5 of the high-pressure pump 1, to which an inlet check valve 27 opening in the direction of the pump work chamber 5 connects shortly before the delivery line 23 opens into the pump work chamber 5.
  • the function of the second exemplary embodiment is analogous to that of the first exemplary embodiment, with the control of the filling of the pump work chamber 5 again via the electrical pressure control valve 137 depending on the differential opening pressure of the pressure valve 125 such that only the currently required amount of fuel in the pump work chamber 5 is filled.
  • the excess fuel quantity delivered by the pre-pump 17 is returned to the storage tank 21 via the return line 35.
  • This system without a return line from the pump engine 31 to the tank is preferably suitable for use in direct-injection, spark-ignited internal combustion engines in order to avoid additional heating of the tank volume and thus an additional load on the tank ventilation system.
  • the third exemplary embodiment of the fuel injection device for internal combustion engines shown in FIG. 3 has the basic structure of the first exemplary embodiment described in FIG. 1 and is only supplemented by two further functions.
  • the fuel injection device according to FIG. 3 has an additional bypass line 43 which opens into the high-pressure collection chamber 9 starting from the area of the low-pressure line system on the supply pressure side.
  • a check valve 45 opening in the direction of the high-pressure collecting space 9 is inserted in this bypass line 43.
  • the bypass line 43 enables the high-pressure collection chamber 9 to be filled directly by the pre-delivery pump 17, so that the injection pressure in the high-pressure collection chamber 9 can be built up very quickly to the maximum pressure value available from the preliminary pump 17 when the internal combustion engine to be supplied is started.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 3 in addition to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, has an additional relief line 49 of the high-pressure collecting space 9, which opens into a storage tank 21.
  • An electrically controllable 2/2-way control valve 51 is inserted into this relief line 49, with a throttle point 53 connected upstream in the flow direction.
  • the pressure in the high-pressure collection space 9 can be rapidly reduced in an advantageous manner via this relief line 49 after the internal combustion engine has been switched off.
  • the pressure in the high-pressure plenum 9 can be quickly adapted to a lower pressure level.
  • the 2/2-way control valve 51 can also open the relief line during the injection breaks if the ambient or fuel temperature is a predetermined value exceeds.
  • the increase in the filling delivery flow into the pump work chamber 5 of the high-pressure pump 1 resulting from this pressure relief in the high-pressure collection chamber 9 enables the high-pressure pump 1 to be additionally cooled - stood the flow cross-section to the storage tank 21 is released.
  • the fuel injection device according to the invention for internal combustion engines, it is thus possible, by means of a corresponding control in the low-pressure line system, to adjust the degree of filling of the pump work space 5 of the high-pressure pump 1 to the fuel volume actually required at the moment, so that unnecessary displacement work of the high-pressure pump 1 can be avoided.
  • the fuel injection device according to the invention is suitable both for supplying spark-ignition internal combustion engines and for supplying self-igniting internal combustion engines.

Abstract

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die einen Hochdrucksammelraum (9) mit Kraftstoffhochdruck befüllt, von dem Einspritzleitungen (13) zu den einzelnen Einspritzventilen (15) abführen und mit einer Kraftstoff aus einem Vorratstank (21) über ein Niederdruckleitungssystem in einen Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe (1) fördernden Vorförderpumpe (17), sowie mit wenigstens einem Steuerventil zur Steuerung der Hochdruckfördermenge der Hochdruckpumpe (1). Dabei sind Mittel in das Niederdruckleitungssystem eingesetzt, die den Füllstrom in den Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe (1) auf das momentan tatsächlich benötigte Füllvolumen einstellen.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer derartigen aus der Fachzeitschrift "mot Nr. 13/1997, Ausgabe vom 7. Juni 1997, Seite 62 " , bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen befüllt eine Hochdruckpumpe einen Hochdrucksammeiraum (Common Rail) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff aus einem
Vorratstank. Von diesem vorzugsweise durch eine Verteilerleiste gebildeten Hochdrucksammeiräum führen sämtliche Einspritzleitungen zu den einzelnen Einspritzventilen ab. Die Kraftstoffhochdruckpumpe wird dabei mittels einer Vorförder- pumpe mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratstank versorgt, die über ein Niederdruckleitungssystem in einen Arbeitsraum der Hochdruckpumpe fördert. Dabei ist bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Steuerung der Hochdruckfördermenge der Hochdruckpumpe ein Steuerventil in das Niederdruckleitungssystem eingesetzt. Dieses Steuerventil steuert dabei den Durchfluß von einer Niederdruckförderleitung in den Arbeitsraum der Hochdruckpumpe, wobei vom pumpenseitigen Teil dieser Förderleitung eine Hochdruckleitung zum Hochdrucksammeiraum abführt. Die Einstellung der Hochdruckfördermenge an der Hochdruckförderpumpe erfolgt nunmehr durch das Verschließen des Überströmquerschnittes zwischen dem vom Pumpenarbeitsraum abführenden Leitungsteil in das Niederdruckleitungssystem während der Förderhubphase der Hochdruckförderpumpe . Dabei versorgt die Vorforderpumpe den Pumpenarbeitsraum ununterbrochen mit Kraftstoff, der das Steuerventil im Niederdruckleitungssystem zunächst passiert. Zu Beginn der Förderhubbewegung der Hochdruckförderpumpe bleibt das Steuerventil geöffnet, so daß zunächst ein Teil des im Pumpenarbeitsraum befindlichen Kraftstoffes in das Niederdruckleitungssystem zurückgedrückt wird. Soll eine Hochdruckförderung an der Hochdruckpumpe erfolgen, verschließt das Steuerventil den Überströmquerschnitt in das Niederdruckleitungssystem, so daß nunmehr im weiteren Verlauf der Förderhubbewegung der Hochdruckpumpe ein Kraft- Stoffhochdruck im Pumpenarbeitsraum aufgebaut wird, der über die Druckleitung in den Hochdrucksammeiraum weitergeleitet wird. Dabei erfolgt die Steuerung der Hochdruckfördermenge über den Zeitpunkt des Verschließens des Überströmquerschnittes vom Pumpenarbeitsraum in das Niederdruckarbeitssy- stem durch das Steuerventil, wobei sich die Hochdruckfördermenge verringert, je später das Steuervenitl diesen Über- strömquerschnitt verschließt und umgekehrt.
Dabei weist die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen jedoch den Nachteil auf, daß die gesamte von der Vorforderpumpe geförderte Kraftstoffmenge zunächst in den Arbeitsraum der Hochdruckpumpe einströmt und anschließend zumindest teilweise von dieser wieder zurück in das Niederdruckleitungssystem verdrängt wird. Dabei kommt es bei diesem anfänglichen Ausschieben des Kraftstoffes aus dem Arbeitsraum der Hochdruckpumpe zu einer unnötigen Kraft- stoffmassenbewegung, die den Wirkungsgrad der Hochdruckförderpumpe unnötig verringert. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Vorforderpumpe den Pumpenarbeitsraum der Hochdruckförderpumpe tatsächlich nur mit der momentan benötigten Kraftstoffmenge befüllt, so daß eine unnötige zusätzliche Verdrängerarbeit der Pumpenkolben der Hochdruckförderpumpe vermieden werden kann. Dabei erfolgt diese bedarfsgerechte Förderstrombefül- lungssteuerung des Pumpenarbeitsraumes der Hochdruckförderpumpe in konstruktiv einfacher Weise über Steuermittel im von der Vorforderpumpe befüllten Niederdruckkreislauf . Der Niederdruckkreislauf ist dabei in vorteilhafter Weise in einem ersten Ausführungsbeispiel in drei Verzweigungen aufgeteilt, die gemeinsam von der vorzugsweise als Elektrokraft- stofförderpumpe ausgebildeten Vorforderpumpe mit Kraftstoff befüllt werden. Dabei wird eine erste Verzweigung durch eine Förderleitung zum Pumpenarbeitsraum der Hochdruckförderpumpe gebildet, in die ein Konstantdruckregelventil eingesetzt ist. Eine zweite Verzweigung bildet eine Schmierölleitung, die eine Triebwerkskammer des Pumpenantriebs der Hochdruckförderpumpe durchströmt und diese dabei schmiert und kühlt. Diese Schmierölleitung weist dabei in Strömungsrichtung nach dem Pumpentriebwerk vorzugsweise eine Rückströmdrosselstelle auf und mündet über eine, die dritte Verzweigung bildende, Rücklaufleitung in den Vorratstank. In diese Rücklaufleitung in den Vorratstank ist dabei ein elektrisches Drucksteuer- ventil, vorzugsweise ein Magnetventil eingesetzt. Dieses elektrische Drucksteuerventil bildet im Zusammenwirken mit dem Konstantdruckventil in der Förderleitung zur Hochdruckpumpe die Steuermittel, über die der Befüllungsgrad des Pumpenarbeitsraumes der Hochdruckpumpe einstellbar ist. Dabei ist der Haltedruck bzw. Mindestöffnungsdruck des elektri- sehen Drucksteuerventils in der Rücklaufleitung kleiner ausgebildet als der Öffnungsdruck des Konstantdruckventils in der Förderleitung zur Hochdruckpumpe und gleichzeitig größer ausgebildet als der Strömungswiderstand in der Schmieröllei- tung. Auf diese Weise wird ein sicheres Durchströmen der
Schmierölleitung und damit eine sichere Kühlung und Schmierung des Pumpentriebwerkes gewährleistet. In der Figur 2 ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Niederdruckkreislauf lediglich zwei Verzweigun- gen aufweist. Dabei bildet nunmehr ein Teil der Förderleitung in den Pumpenarbeitsraum der Hochdruckförderpumpe die Schmierölleitung durch das Pumpentriebwerk. Das elektrische Drucksteuerventil ist dabei zwischen dem Pumpentriebwerk und dem Pumpenarbeitsraum in die Förderleitung eingesetzt. Das zur Einstellung eines bestimmten Standdruckes notwendige mechanische Konstantdruckventil ist dabei in die Rücklaufleitung in den Vorratstank eingesetzt. Ein weiterer Vorteil wird durch das zusätzliche Vorsehen einer Bypaßleitung zwischen der Förderseite der Vorforderpumpe und dem Hochdruck- sammelraum erreicht, in die ein in Richtung Hochdrucksammei - räum öffnendes Rückschlagventil eingesetzt ist. Auf diese Weise läßt sich beim Start der zu versorgenden Brennkraftmaschine ein rascher Druckaufbau im Hochdrucksammeiräum erreichen, wobei der Einspritzdruck im Hochdrucksammeiraum dabei auf den von der Vorforderpumpe maximal verfügbaren Wert eingestellt werden kann. Um dabei keine Strömungsverluste über die Schmierölleitung auftreten zu lassen, ist es vorteilhaft in Reihe zur Drosselstelle in der Schmierölleitung einen sogenannten Flow-Limiter anzuordnen, der ab einem bestimmten maximalen Durchfluß die Verbindung zum Vorratstank unterbricht. Zur raschen Druckentlastung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ist es zudem vorteilhaft, ein 2/2-Magnetsteuerventil in einer Entlastungsleitung des Hochdrucksammeiraumes vorzusehen, die in den Vorratstank einmündet. Über eine diesem Ventil vorge- schaltete Drossel kann zudem der Druck bei offenem Steuerventil rasch abgebaut werden. Weiterhin ist bei Systemen mit variablem Einspritzdruck eine rasche Anpassung auf ein niedrigeres Druckniveau möglich. Um bei hohen Umgebungstempera- turen und kleinen Einspritzmengen bzw. Hochdruckfördermengen die aufgrund des niedrigen Förderstroms bestehende Gefahr einer Überhitzung der Hochdruckpumpe zu vermeiden, wird das Steuerventil in der Entlastungsleitung des Hochdrucksammei - raumes während der Einspritzpausen gezielt aufgesteuert , wenn die Umgebungs- bzw. Kraftstofftemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die daraus resultierende Zunahme des Förderstroms in den Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe gewährleistet dann eine ausreichende Kühlung der Hochdruckpumpe .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
Es zeigen die Figur 1 eine vereinfachte Prinzipskizze eines ersten AusführungsbeiSpieles , bei dem der Niederdruckkreis- lauf drei Verzweigungen aufweist, die Figur 2 ein zweites Auführungsbeispiel, bei dem der Niederdruckkreislauf zwei Verzweigungen aufweist und die Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel analog zur Figur 1, bei dem zusätzlich eine Bypaßleitung zwischen der Vorforderpumpe und dem Hochdrucksammeiraum vorgesehen ist. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzein- richtung für Brennkraftmaschinen weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1 auf, in der ein axial hin- und hergehend angetriebener Pumpenkolben 3 mit seiner Stirnfläche einen Pumpenarbeitsraum 5 begrenzt. Von diesem Pumpenarbeitsraum 5 führt eine Einspritzleitung 7 ab, die andererseits in einen Hochdrucksammelräum 9 einmündet, wobei in der Einspritzleitung 7 ein in Richtung Hochdrucksammeiraum 9 öffnendes Auslaßrückschlagventil 11 eingesezt ist. Von dem Hochdrucksam- melraum (Common Rail-Verteilerleiste) führen Einspritzleitungen 13 zu den einzelnen Einspritzventilen 15 ab. Diese Einspritzventile 15 können dabei direkt in die Brennräume der einzelnen Zylinder der zu versorgenden Brennkraftmaschine oder alternativ in deren Ansaugkanäle einmünden.
Zur KraftstoffVersorgung der Hochdruckförderpumpe 1 ist wei- terhin eine Niederdruckvorförderpumpe 17 vorgesehen, die
Kraftstoff über eine Ansaugleitung 19 aus einem Vorratstank 21 fördert. Die Vorforderpumpe 17 fördert dabei druckseitig in einen Niederdruckkreislauf , der im ersten Ausführungsbei- spiel drei Verzweigungsleitungen aufweist, die gemeinsam von der Vorforderpumpe 17 mit Kraftstoff befüllbar sind. Dabei bildet eine erste Verzweigung eine Förderleitung 23 zur Hochdruckpumpe 1, die dort in den Pumpenarbeitsraum 5 einmündet. In diese Förderleitung 23 ist dabei ein mechanisch einstellbares Konstantdruckventil 25 und zudem an der Ein- mündung in den Pumpenarbeitsraum 5 ein Einlaßrückschlagventil 27 eingesetzt. Eine zweite Verzweigung von der Förderseite der Vorforderpumpe 17 bildet eine Schmierölleitung 29, die ein die Hochdruckpumpe 1 antreibendes Triebwerk 31, vorzugsweise einen Kolbentrieb durchströmt. Nach dem Austritt aus dem Triebwerk 31 mündet die Schmierölleitung 29 (Kühlölleitung) in den Vorratstank 21, wobei in Strömungsrichtung nach dem Triebwerk 31 eine Rücklaufdrosselstelle 33 in der Schmierölleitung 29 vorgesehen ist. Eine dritte Verzweigung des Niederdruckleitungssystems wird durch eine Rücklaufleitung 35 gebildet, die gemeinsam mit der Schmierölleitung 29 in den Vorratstank 21 einmündet und in die ein elektrisch ansteuerbares Drucksteuerventil 37 eingesetzt ist. Dieses Drucksteuerventil 37 ist dabei vorzugsweise als magnetventilgesteuertes Steuerventil ausgebildet.
Zur Kontrolle des Druckes im Hochdrucksammeiraum 9 kann zudem ein Drucksensor 39 an diesem vorgesehen sein. Desweiteren ist ein Kraftstoffilter 41 in das Niederdruckleitungssystem eingesetzt, vorzugsweise nahe dem förderseitigen Aus- tritt aus der Vorforderpumpe 17.
Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen arbeitet in folgender Weise. Mit Beginn des Motorbetriebs der zu ver- sorgenden Brennkraftmaschine stellt die Vorforderpumpe 17 den zum Betrieb der Hochdruckförderpumpe 1 erforderlichen Volumenstrom bereit. Dazu fördert die Vorforderpumpe 17 Kraftstoff über die Ausaugleitung 19 aus dem Vorratstank 21 in die einzelnen Teilleitungen 23, 29 und 35 des Nieder- druckleitungssystems . Dabei ist der Mindesthalte- bzw. -
Öffnungsdruck des elektrischen Steuerventils 37 in der Rücklaufleitung 35 so ausgelegt, daß in stromlosem Zustand noch ein vorbestimmter Druck (vorzugsweise ca. 0,3 bar) abfällt, um eine Mindestdurchströmmenge durch die Schmierölleitung 29 und das Triebwerk 31 zu gewährleisten. Dieser Schmierölbzw. Kühlförderstrom in der Schmierölleitung 29 für das Pumpentriebwerk 31 ist dabei durch den aufgebauten Vordruck und den Querschnitt der Rücklaufdrossel 33 bestimmt. Der Öffnungsdruck des Konstantdruckventils 25 in der Förderleitung 23 liegt dabei oberhalb des Mindesthaltedrucks des elektrischen Steuerventils 37.
Alternativ kann der erhöhte Öffnungsdruck des Konstantdruckventils 25 auch direkt im Einlaßventil 27 der Hochdruckpumpe 1 realisiert werden. Die Verwendung des zusätzlichen Druckventils 25 ist dabei dann besonders vorteilhaft, wenn bei einer Mehrkolbenpumpe Füllungsunterschiede vermieden werden sollen, die aus Toleranzen beim Öffnungsdruck der Einlaßventile resultieren können.
Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine wird nun über das elektrisch verstellbare Drucksteuerventil 37 der Vordruck im Niederdruckkreislauf so eingestellt, daß entsprechend der Druckdifferenz am Konstantdruckventil 25 (Öffnungsdruck vor- zugsweise ca. 0,5 bar) gerade die zur Einspritzung benötigte Kraftstoffmenge passieren kann und in den Pumpenarbeitsraum 5 einströmt. Dabei liegt der Öffnungsdruck des Einlaßrückschlagventils 27 unterhalb des Öffnungsdruckes des Druckventils 25. Die während der Einspritzpause in den Pumpenar- beitsraum 5 der Hochdruckpumpe 1 eingeströmte Kraftstoffmenge wird während des Förderhubs in Richtung oberer Totpunkt des Pumpenkolbens 3 nunmehr komprimiert und strömt nach Überschreiten eines bestimmten Einspritzdruckwertes über das Auslaßrückschlagventil 11 in den Hochdrucksammelraum 9 über. Dort setzt sich der Kraftstoffhochdruck über die Einspritzleitungen 13 an die jeweiligen Einspritzventile 15 fort und wird dort in bekannter Weise gesteuert zur Einspritzung gebracht .
Der dabei aufgrund der negativen Mengenbilanz im Pumpenarbeitsraum 5 im Teillastbereich während der Ansaugphase entstehende Kraftstoffdampf wird dabei beim sich anschließenden Förderhub des Pumpenkolbens 3 wieder kondensiert . Dabei wird durch die Einstellung eines definierten Öffnungsdruckes am Einlaßrückschlagventil 27 der Hochdruckpumpe 1 sicherge- - Er ¬
stellt, daß die Entstehung von Kraftstoffdampf auf den Pumpenarbeitsraum 5 begrenzt bleibt, wodurch ein reproduzierbarer Förderstrom der Hochdruckpumpe 1 garantiert ist. Soll die Einspritzmenge an den Einspritzventilen 15 und somit die von der Hochdruckpumpe 1 zu fördernde Kraftstoffhochdruckmenge erhöht werden, wird der Öffnungsdruck am elektrischen Drucksteuerventil entsprechend erhöht, so daß eine größere Fördermenge der Vorforderpumpe 17 über die Förderleitung 23 in den Pumpenarbeitsraum 5 der Hochdruckpumpe 1 gelangt. Da- bei vermeidet die Rücklaufdrossel 33 ein unkontrolliertes
Abströmen von Förderkraftstoff über die Schmierölleitung 29. Die in den Pumpenarbeitsraum 5 geförderte Fördermenge läßt sich somit von Einspritzung zu Einspritzung individuell über den Öffnungsdruck des elektrischen Drucksteuerventils 37 in Abhängigkeit zum Öffnungsdruck des Druckventils 25 einstellen.
Das in der Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausbildung des Niederdruckleitungssystems, das nunmehr ausgehend von der Vorforderpumpe 17 lediglich zwei Verzweigungen aufweist. Dabei ist eine Verzweigung erneut durch eine Rücklaufleitung 35 in den Vorratstank 21 gebildet, wobei in diese Rücklaufleitung 35 nunmehr ein Konstantdruckventil 125 eingesetzt ist. Die zweite Verzweigung wird durch die Förderleitung 23 zur Hochdruckpumpe 1 gebildet, wobei die Förderleitung 23 dabei das Triebwerk 31 der Hochdruckpumpe 1 durchströmt und somit einen Teil der ursprünglichen Schmierölleitung mit übernimmt. Dabei ist zwischen das Triebwerk 31 und den Pumpenarbeitsraum 5 der Hochdruckpumpe 1 ein elektrisches Drucksteuerventil 137 eingesetzt, an das sich kurz vor der Einmündung der Förderleitung 23 in den Pumpenarbeitsraum 5 ein in Richtung Pumpenar- beitsraum 5 öffnendes Einlaß-Rückschlagventil 27 anschließt. Die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels ist dabei analog zum ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Steuerung der Befüllung des Pumpenarbeitsraumes 5 erneut über das elektrische Drucksteuerventil 137 in Abhängigkeit zum Differenzöff- nungsdruck des Druckventils 125 so erfolgt, daß lediglich die momentan benötigte Kraftstoffmenge in den Pumpenarbeits- raum 5 eingefüllt wird. Die von der Vorforderpumpe 17 geförderte überschüssige Kraftstoffmenge wird dabei über die Rücklaufleitung 35 in den Vorratstank 21 zurückgeleitet. Da- bei ist dieses System ohne Rücklaufleitung vom Pumpentriebwerk 31 zum Tank vorzugsweise für die Verwendung bei direkteinspritzenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen geeignet, um eine zusätzliche Aufheizung des Tankvolumens und damit eine Mehrbelastung des Tankentlüf ungssystems zu vermei- den.
Das in der Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen weist den Grundaufbau des in der Figur 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels auf und ist lediglich um zwei weitere Funktionen ergänzt. Dabei weist die Kraf stoffeinspritzeinrichtung gemäß Figur 3 eine zusätzliche Bypaßleitung 43 auf, die vom forderdruckseitigen Bereich des Niederdruckleitungssystems ausgehend in den Hochdruck- sammelraum 9 einmündet. Dabei ist in dieser Bypaßleitung 43 ein in Richtung Hochdrucksammeiraum 9 öffnendes Rückschlagventil 45 eingesetzt. Die Bypaßleitung 43 ermöglicht dabei das direkte Befüllen des Hochdrucksammelräumes 9 von der Vorföderpumpe 17, so daß der Einspritzdruck im Hochdrucksam- melraum 9 beim Start der zu versorgenden Brennkraftmaschine sehr schnell auf den von der Vorforderpumpe 17 maximal verfügbaren Druckwert aufgebaut werden kann. Dies ist bei Einspritzsystemen an fremdgezündeten Brennkraftmaschinen vorteilhaft, da sich beim Start der Brennkraftmaschine aufgrund von Gas- bzw. Lufteinschlüssen im Hochdruckkreis der Druck- aufbau im Hochdrucksammelräum 9 verzögern kann. Der für die Einspritzung notwendige Einspritzdruck kann nunmehr sehr rasch auf den von der Vorforderpumpe 17 maximal verfügbaren Wert eingestellt werden. Um dabei VerlustStrömungen über die Schmierölleitung 29 vermeiden zu können ist es vorteilhaft, in Reihe zu der Rücklaufdrossel 33 ein Durchflußbegrenzungs- ventil 47 (flow limiter) in der Schmierölleitung 29 anzuordnen, das ab einem bestimmten Durchflußwert die Verbindung zum Vorratstank 21 unterbricht.
Desweiteren weist das in der Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel in Ergänzung zum in der Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Entlastungsleitung 49 des Hochdrucksammelräumes 9 auf, die in ei- nen Vorratstank 21 einmündet. In diese Entlastungsleitung 49 ist dabei ein elektrisch ansteuerbares 2/2 -Wege-Steuerventil 51 eingesetzt, dem in Strömungsrichtung eine Drosselstelle 53 vorgeschaltet ist. Dabei kann über diese Entlastungsleitung 49 in vorteilhafter Weise der Druck im Hochdrucksammel- räum 9 nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine rasch abgebaut werden. Zudem ist insbesondere bei Einspritzsystemen mit variablem Einspritzdruck eine schnelle Anpassung des Druckes im Hochdrucksammelräum 9 auf ein niedrigeres Druckniveau möglich. Um bei hohen Umgebungstemperaturen und klei- nen Einspritzmengen der Gefahr eines Heißlaufens der Hochdruckförderpumpe 1 aufgrund der niedrigen Förderstrommengen entgegenzuwirken, kann das 2/2-Wege-Steuerventil 51 auch während der Einspritzpausen die Entlastungsleitung aufsteuern, wenn die Umgebungs- bzw. Kraftstofftemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die aus dieser Druckentlastung im Hochdrucksammeiraum 9 resultierende Zunahme des Be- füllungsförderstroms in den Pumpenarbeitsraum 5 der Hochdruckpumpe 1 ermöglicht dabei eine zusätzliche Kühlung der Hochdruckpumpe 1. Dabei ist das als Magnetventil ausgebilde- te 2/2-Wegeventil 51 so geschaltet, daß in stromlosem Zu- stand der Durchströmquerschnitt zum Vorratstank 21 freigegeben ist.
Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen ist es somit möglich, durch eine entsprechende Steuerung im Niederdruckleitungssystem den Befül- lungsgrad des Pumpenarbeitsraumes 5 der Hochdruckpumpe 1 auf das momentan tatsächlich benötigte Kraftstoffvolumen einzustellen, so daß eine überflüssige Verdrängungsarbeit der Hochdruckpumpe 1 vermieden werden kann. Dabei ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung sowohl zur Versorgung von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen als auch zur Versorgung von selbstzündenden Brennkraf maschinen geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die einen Hochdrucksammeiraum (9) mit Kraftstoffhochdruck befüllt, von dem Einspritzleitungen (13) zu den einzelnen Einspritzventilen (15) abführen und mit einer Kraftstoff aus einem Vorratstank (21) über ein Niederdruckleitungssystem in einen Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe (1) fördernden Vorforderpumpe (17) , sowie mit wenigstens einem Steuerventil zur Steuerung der Hochdruckfördermenge der Hochdruckpumpe (1) , dadurch gekenn- zeichnet, daß Mittel in das Niederdruckleitungssystem eingesetzt sind, die den Kraftstoff-Füllstrom in den Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe (1) auf das momentan benötigte Füll- volumen einstellen.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederdruckleitungssystem drei von der Vorforderpumpe (17) gemeinsam befüllte Abzweigungen aufweist, von denen eine erste Verzweigung eine Förderleitung (23) zur Hochdruckpumpe (1), eine zweite Verzweigung eine Schmierölleitung (29) in ein die Hochdruckpumpe (1) antreibendes Triebwerk (31) und eine dritte Verzweigung eine Rücklaufleitung (35) in den Vorratstank (21) bildet, wobei die Schmierölleitung (29) nach Austritt aus dem Triebwerk (31) in den Vorratstank (21) mündet.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Drucksteuerventil (37) in die Rücklaufleitung (35) und wenigstens ein weiteres Druckventil (25) in die Förderleitung (23) zur Hochdruckpum- pe (1) eingesetzt ist, die die Steuermittel zur Befüllung des Arbeitsraumes (5) der Hochdruckpumpe (1) bilden.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (25) in der Förderlei- tung (23) als Konstantdruckventil ausgebildet ist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Druckventil in die Förderleitung (23), vorzugsweise nahe der Mündung in den Arbeits- räum (5) der Hochdruckpumpe (1) eingesetzt ist, das als in
Richtung Hochdruckpumpe (1) offenendes Rückschlagventil (27) ausgebildet ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölleitung (29) eine, dem Pumpentriebwerk (31) in Strömungsrichtung nachgeschaltete Drosselstelle (33) aufweist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölleitung (29) in Strömungsrichtung nach dem elektrischen Drucksteuerventil (37) in die Rücklaufleitung (35) einmündet.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe
(1) eine Hochdruckleitung (7) abführt, die in den Hochdrucksammeiraum (9) einmündet und in die ein in Richtung Hochdrucksammelräum (9) öffnendes Rückschlagventil (11) eingesetzt it.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Druckventils (25) in der Förderleitung (23) zur Hochdruckpumpe (1) größer ist als der Mindestöffnungsdruck des elektrischen Drucksteuer- ventils (37) .
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestöffnungsdruck des elektrischen Drucksteuerventils (37) größer ist als der Strömungs- widerstand in der Schmierölleitung (29) .
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederdruckleitungssystem zwei von der Vorforderpumpe (17) gemeinsm befüllte Verzweigungen auf- weist, von denen eine erste Verzweigung eine Förderleitung
(23) zur Hochdruckpumpe (1) und eine zweite Verzweigung eine Rücklaufleitung (35) in den Vorratstank (21) bildet.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (23) ein die Hochdruckpumpe (1) antreibendes Triebwerk (31) durchströmt.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Drucksteuerventil (137) zwischen dem Pumpentriebwerk (31) und der Einmündung der
Förderleitung (23) in den Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe (1) in die Förderleitung (23) eingesetzt it.
14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Richtung Arbeitsraum (5) der
Hochdruckpumpe (1) öffnendes Rückschlagventil (27) zwischen dem elektrischen Drucksteuerventil (137) und der Einmündung in den Arbeitsraum (5) der Hochdruckpumpe (1) in die Förderleitung (23) eingesetzt ist.
15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckventil (125) in die Rücklaufleitung (35) eingesetzt ist.
16. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Bypaßleitung (43) zwischen der Förderseite der Vorforderpumpe (17) und dem Hochdrucksammeiraum (9) vorgesehen ist, in die ein in Richtung Hochdrucksammeiraum (9) öffnendes Rück- schlagventil (45) eingesetzt ist.
17. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlastungsleitung (49) vom Hochdrucksammelräum (9) in den Vorratstank (21) abführt, in die ein elektrisches Steuerventil (51) eingesetzt ist.
18. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Steuerventil (51) der Entlastungsleitung (49) in Strömungsrichtung eine Drossel - stelle (53) vorgeschaltet ist.
19. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffilter (41) in das Niederdruckleitungssystem, vorzugsweise nahe des Austritts aus der Vorforderpumpe (17) eingesetzt ist.
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