DE102008050381B4

DE102008050381B4 - Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR)

Info

Publication number: DE102008050381B4
Application number: DE200810050381
Authority: DE
Inventors: Erich Eder; Simon Thierfelder
Original assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Current assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: EP2329128A1; EP2329128B1; DE102008050381A1; WO2010037433A1

Abstract

Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR) (2) und Injektoren (3) zum Betrieb von Dieselmotoren mit einer Leistung < 37 kW, welche mit einem Einspritzdruck bis 800 bar auskommen, wobei zur CR-Einspeisung ungeregelte stößelbetätigte Monoblockpumpen (1) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Injektoren (3) solche für die leckagefreie Direkteinspritzung mit jeweils am Anker einer Magnetordnung befestigter Düsennadel verwendet werden, dass der Druck im Rail (2) mittels einer kennfeldprogrammierten Elektronischen Steuereinheit (ECU) (4) über ein Druckregelventil (6) druckseitig abgesteuert wird, und dass die Phasen der Kraftstoffeinspritzung durch Bestromung der Injektoren (3) über die Elektronische Steuereinheit (4) gesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR) gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein bekanntes Einspritzsystem des CR-Typs ist in EP 1387079 A1 beschrieben. Es besitzt eine Hochdruckpumpe, welche über eine Durchflussmengensteuerung ein Rail mit Kraftstoff versorgt, an welches Injektoren zu den einzelnen Zylindern des Motors mit Kraftstoff angeschlossen sind. Es kommen aufwendige magnetventilgesteuerte Injektoren zum Einsatz, welche jeweils über Leckölleitungen mit dem Tank verbunden sind, d. h. die insgesamt geförderte Kraftstoffmenge kann das Mehrfache der vom Motor benötigten Menge betragen. Die Hochdruckpumpe wird versorgt über eine Niederdruckpumpe, welche Kraftstoff aus einem Tank ansaugt und über ein Überdruckventil an die Hochdruckpumpe liefert. Der Druck im Rail wird mittels einer elektronischen Steuereinheit geregelt.
DE 196 30 337 C2 und DE 197 34 196 A1 beschreiben mechanisch geregelte Einspritzsysteme zur Steuerung der Einspritzmenge. CH 434 875 A und DE 10 2004 057 245 A1 betreffen jeweils eine Einspritzvorrichtung für die Dieseldirekteinspritzung mittels hydraulischer Betätigung der Düsennadel.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselmotoren ( DE 19508445 A1 ) sind ein Common Rail (CR) und Injektoren vorgesehen, über welche die Einspritzmenge entsprechend dem Betriebsdruck im Rail gesteuert wird. Dabei wird das CR über stößelbetätigte Monoblockpumpen versorgt. Den Injektoren sind über eine Elektronische Steuereinheit steuerbare Magnetventile vorgeschaltet, welche den Kraftstofffluss in den Hochdruckleitungen zu den Injektoren steuern.
Bei den bekannten CR-Systemen für Dieselmotoren kommen sehr hohe Einspritzdrücke in Frage, die für den Betrieb von Kleindieselmotoren nicht benötigt werden. Gerade für solche Motoren ist daher der Betrieb des Rails mit druckseitiger Absteuerung besonders aufwendig, denn auch für kleine Motorleistungen benötigt ein solches CR-System einen hohen Energieaufwand zur Gewährleistung hoher Drücke und Durchsatzmengen.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein mit einfachen Mitteln herzustellendes CR-System für Dieselmotoren mit kleinen Leistungen zu schaffen, welches insbesondere mit kleinen Leckagen arbeitet und bei dem zu günstigen Bedingungen im Handel erhältliche Bauelemente einsetzbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
Dabei genügen sogenannte Mini-HD-Pumpen für Drücke bis zu 800 bar, welche äußerst kostengünstig als sogenannte Monoblockpumpen oder PF-Pumpen im Handel erhältlich sind. Dabei handelt es sich um ungeregelte Kolbenpumpen der einfachsten Art.
Ferner kommen sogenannte Low-cost-Injektoren in Frage, wie sie als direkt einspritzende Injektoren für Ottomotoren zur Verfügung stehen.
Da für Kleindieselmotoren mit einem Hubraum < 500 ccm bzw. unter einem Leistungsbereich von 37 kW bei Drücken unter 800 bar Partikelgrenzwerte im Rahmen zulässiger Emissionen erreichbar sind – PM < 0,3 g/kWh und NOx + HC < 7,5 g/kW – stellt der erfindungsgemäß aufgezeigte Lösungsweg nicht nur ein emissionsgerechtes, sondern auch ein extrem kostengünstiges Einspritzsystem für Dieselmotoren kleiner Leistungen dar.
Dabei stellt das weitere Merkmal, dass der Druck im Rail mittels einer ECU über ein Druckregelventil druckseitig abgesteuert wird, eine ideale Ausgestaltung dar, die zur weiteren Vereinfachung beiträgt, indem sie es ermöglicht, mittels einfacher, an sich bekannter Bauteile den Raildruck entsprechend dem Kennfeld zu steuern. Als Folge der druckseitigen Mengenabsteuerung kann der abgesteuerte Kraftstoff auf einfache Weise über eine Kraftstoffrücklaufleitung in den Tank zurückgefördert werden.
Die Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren wird ebenfalls über die ECU gesteuert, wobei deren Magnetanordnungen zur Betätigung der Düsennadel entsprechend bestromt werden, z. B. unter Verwirklichung einer Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung je Arbeitshub eines Zylinders.
Durch den Einsatz der bei Ottomotoren bekannten Low-cost-Injektoren, bei denen die Düsennadel am Anker einer Magnetanordnung befestigt ist, entfallen hydraulischen Leckagen üblicher CR-Systeme. Das erfindungsgemäße CR-System arbeitet daher besonders effektiv und sparsam.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Diese zeigt eine Monoblockpumpe 1 in Form einer einfachen Stempelpumpe, welche in Abstimmung auf die jeweilige Motorgröße gewählt wird. Zwei derartige Monoblockpumpen versorgen ein Rail 2. Die Monoblockpumpen 1 werden über deren Rollenstößel 14 von einer nicht gezeichneten Nockenwelle betätigt.
Die Monoblockpumpen 1 fördern in das Rail 2 eine konstante Menge, die Überschussmenge wird abgesteuert und über eine Kraftstoffrücklaufleitung 12 zum Tank zurückgeführt.
Der in einer elektronischen Steuereinheit 4 im Kennfeld hinterlegte Einspritzdruck wird durch die druckseitige Mengensteuerung über ein DRV 6 eingestellt. Der abgesteuerte Kraftstoff gelangt über die Kraftstoffrücklaufleitung 12 zurück in den Tank 7. Die Injektoren 3 sind entsprechend der Zahl der Motorzylinder über Hochdruckleitungen 11 mit dem Rail verbunden. Jeder Injektor 3 wird über eine Leitung 16 aus der ECU entsprechend dem Kennfeld bestromt. Über eine Leitung 17 ist die ECU mit einem Druckregelventil 6 verbunden, welches aus dem Rail 2 druckseitig diejenige Menge absteuert, die dem jeweils vorgebenen Raildruck entspricht. Eine weitere Leitung 18 verbindet die ECU 4 mit einem Drucksensor 5, welcher ebenfalls am Rail 2 angeschlossen ist.
Die Zuförderung des Kraftstoffs zu den Monoblockpumpen 1 erfolgt über eine Förderpumpe 8 aus dem Tank 7 über eine Kraftstoffzulaufleitung 13, in welche ein Kraftstofffilter 9 eingebaut ist. Als Kraftstoffpumpe 8 eignet sich eine elektrische Membranpumpe oder eine übliche Kolbenpumpe. Über die Förderpumpe 8 werden die Monoblockpumpen 1 versorgt, welche den Kraftstoff verdichten und über ein pumpenseitig eingebautes Rückschlagventil und eine Hochdruckleitung 10 dem Rail 2 zuführt.

Claims

Einspritzsystem für Dieselkraftstoff über ein Common Rail (CR) (2) und Injektoren (3) zum Betrieb von Dieselmotoren mit einer Leistung < 37 kW, welche mit einem Einspritzdruck bis 800 bar auskommen, wobei zur CR-Einspeisung ungeregelte stößelbetätigte Monoblockpumpen (1) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Injektoren (3) solche für die leckagefreie Direkteinspritzung mit jeweils am Anker einer Magnetordnung befestigter Düsennadel verwendet werden, dass der Druck im Rail (2) mittels einer kennfeldprogrammierten Elektronischen Steuereinheit (ECU) (4) über ein Druckregelventil (6) druckseitig abgesteuert wird, und dass die Phasen der Kraftstoffeinspritzung durch Bestromung der Injektoren (3) über die Elektronische Steuereinheit (4) gesteuert werden.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubraum des Dieselmotors weniger als 500 ccm beträgt.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Common Rail (2) angeschlossener Drucksensor (5) mit der Elektronischen Steuereinheit (4) kommuniziert.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Druckregelventil (6) abgesteuerte Kraftstoffmenge über eine Kraftstoffrücklaufleitung (12) in einen Tank (7) gefördert wird.