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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für
eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine
solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die
DE 199 33 198 A1 bekannt.
Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe
und einen Kraftstoffhochdruckspeicher auf, in den die Kraftstoffhochdruckpumpe
fördert. Weiterhin ist ein Absteuerventil bzw. Druckregelventil
vorhanden, durch das zur Einstellung eines vorgegebenen Drucks im
Kraftstoffhochdruckspeicher aus diesem Kraftstoff abgesteuert werden
kann. Außerdem ist eine Einstelleinrichtung für
den Zufluss von Kraftstoff zur Kraftstoffhochdruckpumpe vorgesehen.
Die Einstelleinrichtung weist einen Steuerkolben auf und in einer
Absteuerleitung des Absteuerventils ist eine Strömungsdrossel
angeordnet. Der Steuerkolben ist auf seiner einen Stirnseite von
dem stromaufwärts der Strömungsdrossel in der
Absteuerleitung herrschenden Druck in Richtung einer Verringerung
des Zuflusses von Kraftstoff zur Kraftstoffhochdruckpumpe beaufschlagt
und auf seiner gegenüberliegenden anderen Stirnseite von
dem stromabwärts der Strömungsdrossel in der Absteuerleitung
herrschenden Druck sowie einer Rückstellfeder beaufschlagt.
Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird somit der Zufluss
von Kraftstoff zur Kraftstoffhochdruckpumpe durch die Einstelleinrichtung
abhängig von dem durch das Absteuerventil in der Absteuerleitung
abgesteuerten Kraftstoffstrom begrenzt, so dass durch die Kraftstoffhochdruckpumpe
nur eine geringe Überschussmenge gefördert wird
gegenüber der Kraftstoffmenge, die zur Erzeugung des vorgegebenen Drucks
im Kraftstoffhochdruckspeicher erforderlich ist. Nachteilig hierbei
ist jedoch, dass die von der Kraftstoffhochdruckpumpe geförderte
Kraftstoffmenge nicht frei verändert werden kann. Insbesondere bei
selbstzündenden Brennkraftmaschinen kann es bei niedrigen
Temperaturen zur Förderproblemen kommen, wenn infolge Kraftstoffverdickung,
sogenannter Versulzung, in einem üblicherweise im Zufluss
zur Kraftstoffhochdruckpumpe angeordneten Kraftstofffilter nicht
genügend Kraftstoff gefördert werden kann. Zur
Vermeidung dieser Problematik ist es bekannt den Kraftstofffilter
zu beheizen, was jedoch aufwendig ist.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass durch die Schalteinrichtung durch Verbindung der
Absteuerleitung über den Bypass mit dem Zulauf der Kraftstoffhochdruckpumpe
die Einstelleinrichtung außer Funktion gesetzt und die
durch das Absteuerventil abgesteuerte Kraftstoffmenge gezielt erhöht
werden kann. Es kann somit gezielt eine größere
Menge an durch die Hochdruckförderung und anschließende
Entspannung erwärmtem Kraftstoff durch das Absteuerventil
aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher abgesteuert und der Kraftstoffhochdruckpumpe
wieder zugeführt werden.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
2 ist gezielt eine Erwärmung des Kraftstofffilters ermöglicht.
Die Ausbildungen gemäß Anspruch 3 oder 4 ermöglichen
eine gezielte Erwärmung des Kraftstofffilters bei niedriger
Kraftstofftemperatur Die Ausbildung gemäß Anspruch
5 verhindert eine zu starke Erwärmung des Kraftstofffilters.
Die Ausbildungen gemäß Anspruch 6 oder 7 hat den
Vorteil, dass die zur Erwärmung des Kraftstofffilters zur
Verfügung stehende Kraftstoffmenge weiter erhöht
ist. Die Ausbildung gemäß Anspruch 8 ermöglicht
auf einfache Weise eine temperaturabhängige Betätigung
der Schalteinrichtung.
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Offenbarung der Erfindung
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Zeichnung
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Mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind, in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 2 eine
Einstelleinrichtung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel, 3 die Einstelleinrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
und 4 die Einstelleinrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
den 1 bis 3 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine Brennkraftmaschine vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs
dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende
Brennkraftmaschine und weist mehrere Zylinder auf. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
weist eine Förderpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff über
eine Leitung 11 aus einem Vorratsbehälter 12 angesaugt und über
eine Niederdruckleitung 14 zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe 16 gefördert
wird. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 16 kann ein oder mehrere Pumpenelemente
aufweisen, die jeweils einen nicht dargestellten Pumpenkolben aufweisen,
der durch eine Antriebswelle der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 in
einer Hubbewegung angetrieben wird. Durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 16 wird
Kraftstoff unter Hochdruck über eine Hochdruckleitung 18 in
wenigstens einen Kraftstoffhochdruckspeicher 20 gefördert. Von
der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 kann eine Rücklaufleitung 17 für
Kraftstoff abführen, über die beispielsweise dem
Antriebsbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 zur Schmierung
und/oder Kühlung zugeführter Kraftstoff abgeleitet
wird. Mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 sind Injektoren 22 verbunden,
die an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnet sind und
durch die Kraftstoff in die Brennräume der Zylinder eingespritzt
wird. Von den Injektoren 22 können Rücklaufleitungen 23 abführen, über
die beispielsweise Leckage- oder Steuermengen von Kraftstoff abgeleitet
werden.
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In
der Niederdruckleitung 14 zwischen der Förderpumpe 10 und
der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 ist eine Einstelleinrichtung 24 angeordnet,
die nachfolgend noch näher erläutert wird. Mit
dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 oder der Hochdruckleitung 18 ist
ein Absteuerventil 26 verbunden, durch das Kraftstoff in
einen Entlastungsbereich abgesteuert werden kann. Das Absteuerventil 26 dient
als Druckregelventil für den im Kraftstoffhochdruckspeicher 20 herrschenden
Druck und dieses wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 28 angesteuert. Die
Steuereinrichtung 28 erhält über einen
Drucksensor 30 ein Signal für den Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 20.
In der Kraftstoffleitung 11 ist zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 12 und
der Förderpumpe 10 ein Kraftstofffilter 32 angeordnet.
Vom Absteuerventil 26 führt eine Absteuerleitung 34 ab, die
mit einem Entlastungsbereich verbindbar ist, der stromaufwärts
des Kraftstofffilters 32 liegt. In der Niederdruckleitung 14 zwischen
der Förderpumpe 10 und der Einstelleinrichtung 24 kann
ein Temperatursensor 33 angeordnet sein, der mit der Steuereinrichtung 28 verbunden
ist, die somit ein Signal für die Temperatur des dem Kraftstofffilter 32 zugeführten Kraftstoffs
erhält. Alternativ kann auch in der Absteuerleitung 34 ein
Temperatursensor 33 angeordnet sein.
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Die
Einstelleinrichtung 24 weist wie in 2 dargestellt
einen Steuerkolben 40 auf, durch den ein Durchflussquerschnitt
in der Niederdruckleitung 14 zwischen der Förderpumpe 10 und
der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 eingestellt wird. Je größer
der eingestellte Durchflussquerschnitt ist desto größer
ist die durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 16 in den Kraftstoffhochdruckspeicher 20 geförderte
Kraftstoffmenge. Der Steuerkolben 40 ist in Richtung seiner Längsachse 41 in
einer Bohrung 42 eines Gehäuses 43 verschiebbar
dicht geführt und auf seinen beiden Stirnseiten 44, 45 jeweils
druckbeaufschlagt. Die Absteuerleitung 34 ist mit einer
Entlastungsleitung 35 verbindbar, in der eine Strömungsdrossel 46 vorgesehen
ist. Die eine Stirnseite 44 des Steuerkolbens 40 ist über
eine hydraulische Steuerleitung 48 mit dem in der stromaufwärts
der Strömungsdrossel 46 angeordneten Absteuerleitung 34 herrschenden Druck
beaufschlagt und die gegenüberliegende andere Stirnseite 45 des
Steuerkolbens 40 kann über eine hydraulische Steuerleitung 50 mit
dem im stromabwärts der Strömungsdrossel 46 angeordneten
Teil der Entlastungsleitung 35 herrschenden Druck beaufschlagt
sein. Alternativ kann die Stirnseite 45 des Steuerkolbens 40 über
die Steuerleitung 50 auch mit einem anderen Niederdruckbereich
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verbunden sein, beispielsweise
mit der Rücklaufleitung 17. Durch den in der Absteuerleitung 34 stromaufwärts
der Strömungsdrossel 46 herrschenden Druck wird
der Steuerkolben 40 in einer Schließrichtung hin
zu einem kleineren Durchflussquerschnitt in der Niederdruckleitung 14 beaufschlagt
und durch den in der Entlastungsleitung 35 stromabwärts
der Strömungsdrossel 46 oder im Niederdruckbereich
herrschenden Druck wird der Steuerkolben 40 in die entgegengesetzte
Richtung, also Öffnungsrichtung beaufschlagt. Zusätzlich
kann am Steuerkolben 40 eine vorgespannte Rückstellfeder 52 angreifen,
durch die der Steuerkolben 40 ebenfalls in Öffnungsrichtung
beaufschlagt wird.
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Anhand 2 wird
die Einstelleinrichtung 24 nachfolgend näher erläutert.
Am Umfang des Steuerkolbens 40 mündet in die Bohrung 42 des
Gehäuses 43 ein von der Förderpumpe 10 herführender
Teil 14a der Niederdruckleitung 14 und mit Abstand
in Richtung der Längsachse 41 des Steuerkolbens 40 zum Leitungsteil 14a mündet
ein von der Bohrung 42 zur Kraftstoffhochdruckpumpe 16 weiterführender
Teil 14b der Niederdruckleitung 14. Der Steuerkolben 40 weist
in seinem Umfang eine Nut oder Ausnehmung 54 auf, wobei
durch den Steuerkolben 40 abhängig von dessen
Stellung in Richtung seiner Längsachse 41 in der
Bohrung 42 mittels einer Steuerkante 55 der Nut
oder Ausnehmung 54 die Verbindung der beiden Teile 14a und 14b der
Niederdruckleitung 14 und damit der Durchflussquerschnitt
gesteuert wird. In der Öffnungsstellung des Steuerkolbens 40 überdeckt sich
dessen Nut bzw. Ausnehmung 54 vollständig mit den
Mündungen der beiden Teile 14a und 14b der Niederdruckleitung 14,
so dass in dieser der maximale Durchflussquerschnitt freigegeben
ist. Diese Öffnungsstellung nimmt der Steuerkolben 40 ein,
wenn das Absteuerventil 26 geschlossen ist und somit kein Kraftstoff
durch die Absteuerleitung 34 strömt. Dies ist
beispielsweise beim Starten der Brennkraftmaschine und bei Vollast
der Brennkraftmaschine der Fall, da dann der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 20 auch
bei maximaler Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 einen
vorgegebenen Wert nicht übersteigt und somit das Absteuerventil 26 durch
die Steuereinrichtung 28 nicht geöffnet wird.
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Wenn
der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 20 einen für
den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgesehenen
Wert übersteigt, so wird durch die Steuereinrichtung 28 das
Absteuerventil 26 geöffnet, so dass Kraftstoff
durch die Absteuerleitung 34 abfließt. Abhängig
vom Durchfluss durch die Absteuerleitung 34 entsteht bei
Verbindung mit der Strömungsdrossel 46 zwischen
der Absteuerleitung 34 und der Entlastungsleitung 35 stromabwärts
der Strömungsdrossel 46 eine Druckdifferenz, die
den Steuerkolben 40 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 52 in
Richtung einer Schließstellung verschiebt. In seiner Schließstellung
befindet sich die Nut bzw. Ausnehmung 54 des Steuerkolbens 40 nicht mehr
in Überdeckung mit der Mündung des Teils 14a der
Niederdruckleitung 14, so dass der Durchflussquerschnitt
zwischen der Förderpumpe 10 und der Kraftstoffhochdruckpumpe 16 geschlossen
ist. Die Schließstellung nimmt der Steuerkolben 40 ein,
wenn durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 16 kein Kraftstoff
in den Kraftstoffhochdruckspeicher 20 gefördert werden
soll, also insbesondere im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine.
In anderen Betriebszuständen als Schubbetrieb und Vollastbetrieb
der Brennkraftmaschine wird das Absteuerventil 26 durch
die Steuereinrichtung 28 etwas geöffnet, so dass
der Steuerkolben 40 entsprechend dem Kraftstoffdurchfluss durch
die Absteuerleitung 34 einen solchen Durchflussquerschnitt
in der Niederdruckleitung 14 einstellt, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe 16 nur
eine geringe Überschussmenge gegenüber der zur
Erzeugung des vorgegebenen Drucks in den Kraftstoffhochdruckspeicher 20 erforderlichen
Kraftstoffmenge fördert, wobei die Überschussmenge
durch das Absteuerventil 26 abgesteuert wird.
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In 1 ist
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei ist in
der Absteuerleitung 34 stromaufwärts der Entlastungsleitung 35 mit
der Strömungsdrossel 46 eine Schalteinrichtung 60 vorgesehen. Stromabwärts
der Schalteinrichtung 60 sind die Entlastungsleitung 35 mit
der Strömungsdrossel 46 und eine Bypassleitung 62 vorgesehen,
die in den Zulauf, also die Kraftstoffleitung 11 zur Kraftstoffhochdruckpumpe 16 stromaufwärts
des Kraftstofffilters 32 mündet. Die Entlastungsleitung 35 kann
zumindest mittelbar in den Vorratsbehälter 12 oder
in die Kraftstoffleitung 11 münden. Durch die
Schalteinrichtung 60 ist die Absteuerleitung 34 wahlweise
entweder mit der Entlastungsleitung 35 und damit der Strömungsdrossel 46 verbindbar
während die Verbindung zur Bypassleitung 62 getrennt
ist oder mit der Bypassleitung 62 während die
Verbindung mit der Entlastungsleitung 35 getrennt ist.
In der Bypassleitung 62 kann ebenfalls eine Strömungsdrossel 63 vorgesehen sein,
die jedoch einen größeren Durchflussquerschnitt
aufweist als die Strömungsdrossel 46. Wenn die
Absteuerleitung 34 durch die Schalteinrichtung 60 mit
der Entlastungsleitung 35 und der Strömungsdrossel 46 verbunden
ist, so ist die Einstelleinrichtung 24 aktiviert, so dass
der Zufluss von Kraftstoff zur Kraftstoffhochdruckpumpe 16 auf
ein Mass begrenzt ist, das nur eine Absteuerung einer geringen Kraftstoffmenge
aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 durch das Absteuerventil 26 erforderlich macht.
Wenn die Absteuerleitung 34 durch die Schalteinrichtung 60 mit
der Bypassleitung 62 verbunden ist, so ist die Einstelleinrichtung 24 außer Funktion
gesetzt, so dass der Zufluss von Kraftstoff zur Kraftstoffhochdruckpumpe 16 nicht
begrenzt ist und eine Absteuerung einer großen Kraftstoffmenge aus
dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 durch das Absteuerventil 26 erforderlich
ist.
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Die
Betätigung der Schalteinrichtung 60 erfolgt vorzugsweise
abhängig von der Kraftstofftemperatur, beispielsweise der
Kraftstofftemperatur im Zulauf 11 stromaufwärts
des Kraftstofffilters 32 oder der Kraftstofftemperatur
in der Absteuerleitung 34. Die Schalteinrichtung 60 kann
beispielsweise als elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet
sein, das von der Steuereinrichtung 28 angesteuert wird.
Die Steuereinrichtung 28 erhält durch den Sensor 33 ein
Signal für die Kraftstofftemperatur und steuert abhängig hiervon
die Schalteinrichtung 60 an. Alternativ kann auch vorgesehen
sein, dass die Schalteinrichtung 60 ein Schaltelement 64 aufweist,
das von der Kraftstofftemperatur beaufschlagt ist und abhängig
hiervon seine Form oder Ausdehnung ändert und die Absteuerleitung 34 entweder
mit der Entlastungsleitung 35 oder mit der Bypassleitung 62 verbindet.
Das Schaltelement 64 kann beispielsweise ein Bimetallelement, Thermoelement,
Wachselement oder ein Dehnelement sein. Vorzugsweise ist vorgesehen,
dass durch die Schalteinrichtung 60 bei niedriger Kraftstofftemperatur
die Absteuerleitung 34 mit der Bypassleitung 62 verbunden
wird, so dass eine erhöhte Menge an erwärmtem
Kraftstoff durch die Absteuerleitung 34 strömt,
die dem Kraftstofffilter 32 zugeführt wird. Bei hoher
Kraftstofftemperatur wird die Absteuerleitung 34 durch
die Schalteinrichtung 60 mit der Entlastungsleitung 35 verbunden,
so dass die durch die Absteuerleitung 34 strömende
Kraftstoffmenge gering ist. Die Entlastungsleitung 35 kann
zumindest mittelbar in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 oder
in den Zulauf 11 zur Kraftstoffhochdruckpumpe 16 münden.
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In 3 ist
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ebenfalls
in der Absteuerleitung 34 die Schalteinrichtung 160 vorgesehen
ist, mittels der die Absteuerleitung 34 wahlweise mit der
Entlastungsleitung 35 mit der Strömungsdrossel 46 oder
mit der Bypassleitung 62 verbindbar ist. Zusätzlich
wird durch die Schalteinrichtung 160 auch die Rücklaufleitung 17 der
Kraftstoffhochdruckpumpe 16 und/oder die Rücklaufleitung 23 der
Injektoren 22 geschaltet. Dabei ist vorgesehen, dass die
Rücklaufleitung 17 und/oder 23 durch
die Schalteinrichtung 160 wahlweise entweder mit der Kraftstoffleitung 11 stromaufwärts
des Kraftstofffilters 32 oder mit dem Vorratsbehälter 12 verbindbar
ist. Vorzugsweise sind die beiden Rücklaufleitungen 17 und 23 stromaufwärts
der Schalteinrichtung 160 zu einer gemeinsamen Rücklaufleitung 117 zusammengeführt,
so dass durch die Schalteinrichtung 160 nur die eine Rücklaufleitung 117 geschaltet
zu werden braucht. Bei niedriger Kraftstofftemperatur wird die Rücklaufleitung 17 und/oder 23 durch
die Schalteinrichtung 160 mit der Kraftstoffleitung 11 verbunden
und bei hoher Kraftstofftemperatur mit dem Vorratsbehälter 12.
Somit steht für eine Erwärmung des Kraftstoffs
gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eine
größere Menge an erwärmtem Kraftstoff
zu Verfügung, die dem Kraftstoffilter 32 zugeführt
wird. Alternativ kann auch für die Rücklaufleitung 17 und/oder 23 eine
separate Schalteinrichtung vorgesehen sein, um deren Verbindung
mit der Kraftstoffleitung 11 oder dem Vorratsbehälter 12 zu
steuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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