DE102008051931A1

DE102008051931A1 - Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008051931A1
Application number: DE102008051931A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr. Jonas
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2010-04-22
Also published as: US20120204834A1; CN202250536U; EP2342449A1; WO2010043678A1

Abstract

Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine (50), mit mindestens einem mit einem Kraftstoffspeicher (16) hydraulisch gekoppelten Injektor (22), einem Pumpenelement (14) einer Pumpe-Düse-Anordnung oder einer Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung. Das Pumpenelement (14) ist zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (10) in den Kraftstoffspeicher (16) ausgebildet, und das Pumpenelement (14) ist mit einer Kurbelwelle (18) der Brennkraftmaschine (50) mechanisch gekoppelt, derart, dass das Pumpenelement (14) durch die Kurbelwelle (18) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
Zum Einspritzen von Kraftstoffen in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail”-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis zu über 2000 Bar vor.
Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefördert wird, um in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Derartige Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks.
Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Dabei ist es vorteilhaft für die Senkung der Schadstoffemissionen, wenn der Kraftstoff sehr präzise in den Zylinder eingespritzt werden kann.
Aus der DE 101 32 732 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, die abhängig von der Anzahl der Zylinder mindestens ein lokales jedem Injektor zugeordnetes Pumpenelement einer Pumpe-Düse-Einheit oder eines Pumpe-Leitung-Düse-Systems zur Verdichtung des Kraftstoffs aufweist. An einen zentralen Kraftstoffdruckspeicher sind Injektoren angeschlossen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, durch die ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit sehr geringen Schadstoffemissionen und ein einfacher Aufbau der Einspritzanlage ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem mit einem Kraftstoffspeicher hydraulisch gekoppelten Injektor, einem Pumpenelement einer Pumpe-Düse-Anordnung oder einer Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung, wobei das Pumpenelement zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in den Kraftstoffspeicher ausgebildet ist, und das Pumpenelement mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mechanisch gekoppelt ist, derart, dass das Pumpenelement durch die Kurbelwelle antreibbar ist.
Dies ist besonders vorteilhaft, da es damit möglich ist, auf ein Pumpengehäuse und eine Antriebsvorrichtung für eine Hoch druckpumpe zu verzichten. Es kann vielmehr das bisher eingesetzte Pumpenelement in der Einspritzanlage für die Herstellung eines hohen Kraftstoffdrucks genutzt werden. Es kann in einfacher Weise ein gleichmäßig hoher Druck des Kraftstoffs erreicht werden. Darüber hinaus ist keine konstruktive Verstärkung der Nockenwelle wie bei der Pumpe-Düse-Anordnung oder der Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung erforderlich. Des Weiteren sind ein kompakter Aufbau und damit ein hoher energetischer Wirkungsgrad des Pumpenelements möglich. Insgesamt ergeben sich ein geringes Gewicht und ein geringer Materialbedarf. Demzufolge können auch die Kosten niedrig sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die Einspritzanlage ein weiteres Pumpenelement einer Pumpe-Düse-Anordnung oder einer Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung, das zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in den Kraftstoffspeicher ausgebildet ist, und mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mechanisch gekoppelt ist. Die Kopplung ist derart ausgebildet, dass das weitere Pumpenelement durch die Kurbelwelle antreibbar ist. Das weitere Pumpenelement ist bezogen auf eine Drehachse der Kurbelwelle dem Pumpenelement gegenüberliegend angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, da es so möglich ist, dass das Drehmoment klein ist. Bei einem unverändert hohen Drehmoment kann wiederum ein hohes Kraftstofffördervolumen erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eines der Pumpenelemente direkt mit der Kurbelwelle gekoppelt. Damit ist nur ein kleiner Bauraum für die Ankopplung der Pumpenelemente an die Kurbelwelle erforderlich
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat die Einspritzanlage ein stromaufwärts des Pumpenelements und/oder des weiteren Pumpenelements angeordnetes Volumenstromregel ventil, mit dem der Kraftstofffluß in das Pumpenelement und/oder das weitere Pumpenelement einstellbar ist. Das Volumenstromregelventil weist eine Ansteuerung auf, die hydraulisch mit dem Pumpenelement und/oder dem weiteren Pumpenelement synchronisiert ist. Damit ist kein Einlassventil am Pumpenelement erforderlich, und eine gute Regelbarkeit des Kraftstoffflusses in die Pumpenelemente ist möglich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, und
2 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine.
Elemente gleicher Konstruktionen oder Funktionen sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die in der 1 dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine 50 weist einen Kraftstofftank 10 auf, aus dem mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff gefördert wird. Die Vorförderpumpe 12 ist vorzugsweise als Flügelzellenpumpe ausgeführt. Es kann jedoch auch eine andere Pumpenart, z. B. eine Zahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe für die Vorförderung verwendet werden. Die Vorförderpumpe 12 kann mit einer nicht dargestellten Antriebswelle, die mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine 50 (2) gekoppelt ist, mechanisch angetrieben werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine elektrisch betriebene Vorförderpumpe 12 einzusetzen, wodurch eine Steuerung der Förderleistung der Vorför derpumpe 12 unabhängig von der Förderleistung weiterer Pumpen möglich ist. In weiteren Ausführungsformen kann die Vorförderpumpe 12 auch entfallen. Durch ein nicht dargestelltes Vordrucksteuerventil kann der Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 begrenzt werden.
Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 sind Pumpenelemente 14, 15 zur Förderung des Kraftstoffs in einen Kraftstoffspeicher 16 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen kann auch nur eines der Pumpenelemente 14, 15 stromabwärts der Vorförderpumpe 12 angeordnet sein. Die Pumpenelemente 14, 15 sind Teile einer Pumpe-Düse-Anordnung oder einer Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung.
Die Pumpenelemente 14, 15 sind im Wesentlichen identisch aufgebaut. Die Pumpenelemente 14, 15 bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse 40, einer in dem Gehäuse 40 angeordneten Pumpenkammer 42, einem Hochdruckkolben 44 und einer Feder 46. Das Gehäuse 40 ist vorzugsweise Bestandteil eines Motorblocks 52 der Brennkraftmaschine 50 (2). Der Hochdruckkolben 44 ist axial bewegbar in der Pumpenkammer 42 des Gehäuses 40 gelagert und steht mit einer Kurbelwelle 18 in Wirkverbindung. Die Feder 46 stützt sich vorzugsweise am Gehäuse 40 und am Hochdruckkolben 44 ab.
Um die Pumpenkammer 42 mit Kraftstoff befüllen zu können, weist diese eine Zulaufleitung und ein in dieser angeordnetes Einlassventil 47 auf, über die Kraftstoff in die Pumpenkammer 42 einströmen kann. Die Pumpenkammer 42 weist weiter eine Ablaufleitung und ein in dieser angeordnetes Auslassventil 48 auf, über die Kraftstoff aus der Pumpenkammer 42 in Richtung zu dem Kraftstoffspeicher 16 ausgestoßen werden kann.
Die Pumpenelemente 14, 15 sind mit der Kurbelwelle 18 der Brennkraftmaschine direkt mechanisch gekoppelt, so dass sie durch die Kurbelwelle 18 antreibbar sind und der Raumbedarf für die Kopplung sehr klein ist. In weiteren Ausführungsformen kann zwischen den Pumpenelementen 14, 15 und der Kurbelwelle 18 auch ein Übersetzungshebel angeordnet sein, mit dem Kräfte zwischen den Pumpenelementen 14, 15 und der Kurbelwelle 18 gut übertragen werden können. Das weitere Pumpenelement 15 ist bezogen auf eine Drehachse A der Kurbelwelle 18 dem Pumpenelement 14 gegenüberliegend, das heißt um 180° versetzt, angeordnet.
Der Kraftstoffspeicher 16 ist mit den Pumpenelementen 14, 15 über eine Kraftstoffspeicherzuleitung 20 hydraulisch gekoppelt.
Der Kraftstoffspeicher 16 ist des Weiteren über Leitungen mit einem Injektor 22 oder mehreren Injektoren 22 hydraulisch gekoppelt. Jedem der Injektoren 22 ist ein Brennraum 53 (2) der Brennkraftmaschine 50 zugeordnet und jeder Injektor 22 kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum 53 der Brennkraftmaschine 50 eingespritzt wird. Durch die Pumpenelemente 14, 15 kann der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 22 in die Brennräume 53 der Brennkraftmaschine 50 eingespritzt werden soll, einen relativ hohen Einspritzdruck erreichen.
Überschüssiger Kraftstoff kann von den Injektoren 22 über eine Injektorrücklaufleitung 24 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
Zwischen der Vorförderpumpe 12 und den Pumpenelementen 14, 15 ist ein Volumenstromregelventil 26 angeordnet, mit dem der Kraftstofffluss von der Vorförderpumpe 12 in die Pumpenelemente 14, 15 einstellbar ist. Mittels eines Drucksensors 28, durch den der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 16 bestimmt werden kann, sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen, kann das Volumenstromregelventil 26 so angesteuert werden, dass eine niederdruckseitige Regelung des den Pumpenelementen 14, 15 zugeführten Kraftstoffstroms möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Einspritzanlage ist zwischen der Vorförderpumpe 12 und den Pumpenelementen 14, 15 jeweils eines der Volumenstromregelventile 26 angeordnet, das jeweils mit dem diesem zugeordneten Pumpenelement 14, 15 hydraulisch synchronisiert angesteuert wird. In dieser Konfiguration können die Einlassventile 47 entfallen.
Die Pumpenelemente 14, 15 sind mittels einer stromabwärts der Pumpenelemente 14, 15 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden Rückführleitung 30 mit einem Druckregelventil 32 hydraulisch gekoppelt. Das Druckregelventil 32 kann beispielsweise abhängig von dem vom Drucksensor 28 ermittelten Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 16 angesteuert werden. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffspeicher 16 kann das Druckregelventil 32 öffnen und ein Teil des von den Pumpenelementen 14, 15 geförderten Kraftstoffs kann über die Rückführleitung 30 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
Zum Schutz der in der Einspritzanlage angeordneten Aggregate, insbesondere der Pumpe 12 und der Pumpenelement 14, 15 sowie der Steuerventile 22, 20 ist zwischen dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 ein Filter 36 vorgesehen.
Das Druckregelventil 32 ist in der Rückführleitung 30 angeordnet, die ausgangsseitig mit der Injektorrücklaufleitung 24 des mindestens einen Injektors 22 gekoppelt ist. Die Rückführleitung 30 und die Injektorrücklaufleitung 24 von den In jektoren 22 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
In 2 ist die Brennkraftmaschine 50 gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 51, dem Motorblock 52, einem Zylinderkopf 54 und einem Abgastrakt 56. Der Ansaugtrakt 51 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 58, einen Sammler 60 und ein Saugrohr 62. Das Saugrohr 62 ist hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Brennraum 53 des Motorblocks 52 geführt. Der Motorblock 52 umfasst ferner die Kurbelwelle 18, welche über eine Pleuelstange 66 mit einem Kolben 68 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 54 umfasst ein Gaseinlassventil 70 und ein Gasauslassventil 72 sowie den Injektor 22.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen.
Im Folgenden soll kurz die Funktion der Einspritzanlage für die Brennkraftmaschine 50 beschrieben werden:
Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10, wobei Verunreinigungen im Filter 36 zwischen dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 zurückgehalten werden können. Der Kraftstoff gelangt dann zu dem Volumenstromregelventil 26. Durch das Volumenstromregelventil 26 wird den Pumpenelementen 14, 15 so viel Kraftstoff zur Verfügung gestellt, wie vom Kraftstoffspeicher 16 benötigt wird.
Weist das Volumenstromregelventil 26 eine hydraulisch mit den Pumpenelementen 14, 15 synchronisierte Ansteuerung auf, so müssen keine Einlassventile 47 vor beziehungsweise in den Pumpenelementen 14, 15 angeordnet sein und es ist dennoch ei ne gute Regelung des Kraftstoffstroms in die Pumpenelemente 14, 15 möglich.
Durch eine Drehbewegung der Kurbelwelle 18 in einer Drehrichtung R werden die Hochdruckkolben 44 in den Pumpenkammern 42 so zu der Drehachse A hin bewegt, dass diese über die Zulaufleitung und die geöffneten Einlassventile 47 mit Kraftstoff befüllt werden.
Durch die weitere Drehbewegung der Kurbelwelle 18 in der Drehrichtung R werden die Hochdruckkolben 44 so von der Drehachse A weg bewegt, dass der in den Pumpenkammern 42 befindliche Kraftstoff verdichtet wird. Der komprimierte Kraftstoff wird über die Ablaufleitung und die geöffneten Auslassventile 48 aus den Pumpenelementen 14, 15 ausgestoßen und über die Kraftstoffspeicherzuleitung 20 an den Kraftstoffspeicher 16 geliefert. Vom Kraftstoffspeicher 16 wird der Kraftstoff den Injektoren 22 zugeführt, und von diesen in die Brennräume 53 der Brennkraftmaschine 50 eingespritzt.
Der für den Kraftstoffspeicher 16 erforderliche Kraftstoffdruck wird durch das Druckregelventil 32 festgelegt. Steigt der Druck in der Kraftstoffspeicherzuleitung 20 und damit im Kraftstoffspeicher 16 zu stark an oder soll der Druck im Kraftstoffspeicher 16 gezielt verringert werden, so kann mittels des Druckregelventils 32 Kraftstoff in den Kraftstofftank 10 abgelassen werden. In den Kraftstofftank 10 wird weiter Kraftstoff aus der Rücklaufleitung 24 von den Injektoren 22 zurückgeführt.

10: Kraftstofftank
12: Vorförderpumpe
14: Pumpenelement
15: weiteres Pumpenelement
16: Kraftstoffspeicher
18: Kurbelwelle
20: Kraftstoffspeicherzuleitung
22: Injektor
24: Injektorrücklaufleitung
26: Volumenstromregelventil
28: Drucksensor
30: Rückführleitung
32: Druckregelventil
36: Filter
40: Gehäuse
42: Pumpenkammer
44: Hochdruckkolben
46: Feder
47: Einlassventil
48: Auslassventil
50: Brennkraftmaschine
51: Ansaugtrakt
52: Motorblock
53: Brennraum
54: Zylinderkopf
56: Abgastrakt
58: Drosselklappe
60: Sammler
62: Saugrohr
66: Pleuelstange
68: Kolben
70: Gaseinlassventil
72: Gasauslassventil
A: Drehachse
R: Drehrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10132732 A1 [0005]

Claims

Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine (50), mit – mindestens einem mit einem Kraftstoffspeicher (16) hydraulisch gekoppelten Injektor (22), – einem Pumpenelement (14) einer Pumpe-Düse-Anordnung oder einer Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung, wobei das Pumpenelement (14) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (10) in den Kraftstoffspeicher (16) ausgebildet ist, und das Pumpenelement (14) mit einer Kurbelwelle (18) der Brennkraftmaschine (50) mechanisch gekoppelt ist, derart, dass das Pumpenelement (14) durch die Kurbelwelle (18) antreibbar ist.
Einspritzanlage nach Anspruch 1, mit einem weiteren Pumpenelement (15) einer Pumpe-Düse-Anordnung oder einer Pumpe-Leitung-Düse-Anordnung, das zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (10) in den Kraftstoffspeicher (16) ausgebildet ist, und mit der Kurbelwelle (18) der Brennkraftmaschine (50) mechanisch gekoppelt ist, derart, dass das weitere Pumpenelement (15) durch die Kurbelwelle (18) antreibbar ist, wobei das weitere Pumpenelement (15) bezogen auf eine Drehachse (A) der Kurbelwelle (18) dem Pumpenelement (14) gegenüberliegend angeordnet ist.
Einspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines der Pumpenelemente (14, 15) direkt mit der Kurbelwelle (18) gekoppelt ist.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem stromaufwärts des Pumpenelements (14) und/oder des weiteren Pumpenelements (15) angeordneten Volumen stromregelventil (26), mit dem der Kraftstofffluß in das Pumpenelement (14) und/oder das weitere Pumpenelement (15) einstellbar ist, wobei das Volumenstromregelventil (26) eine Ansteuerung aufweist, die hydraulisch mit dem Pumpenelement (14) und/oder dem weiteren Pumpenelement (15) synchronisiert ist.