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Die Erfindung betrifft einen Niederdruckkreis für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Niederdruckkreis.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2008 001 240 A1 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffversorgungssystems hervor, wobei die Vorrichtung eine Elektrokraftstoffpumpe umfasst, welche Kraftstoff von einem Vorratsbehälter zu einer Hochdruckpumpe fördert. Eine Teilmenge der Kraftstofffördermenge gelangt dabei als Rücklaufmenge über eine Rücklaufleitung zurück in den Vorratsbehälter. Die Elektrokraftstoffpumpe und die Hochdruckpumpe sind über eine Druckleitung verbunden. Das beschriebene System bildet einen gattungsgemäßen Niederdruckkreis aus. Um aus wirtschaftlichen Gründen sicherzustellen, dass nur soviel Kraftstoff gefördert wird, wie tatsächlich benötigt wird, wird in der Druckschrift vorgeschlagen, dass die Rücklaufmenge abhängig vom Betriebszustand ermittelt und die Elektrokraftstoffpumpe abhängig von wenigstens der Rücklaufmenge angesteuert wird. Ergänzend kann dabei ferner die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge berücksichtigt werden. Durch die vorgeschlagene Maßnahme soll die elektrische Antriebsleistung deutlich reduziert werden können, da die Fördermenge der Elektrokraftstoffpumpe als Funktion des Rücklaufdrucks auf die minimal notwendige Menge eingeregelt werden kann. Zur Regelung des Drucks in der Druckleitung ist vorzugsweise in der Rücklaufleitung ein Druckregelventil angeordnet. Bei einem vorbestimmten Druck in der Druckleitung öffnet das Druckregelventil und lässt Kraftstoff aus der Druckleitung über die Rücklaufleitung abströmen. Unterhalb des vorbestimmten Betriebsdrucks ist das Druckregelventil geschlossen.
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Durch eine vollfördernde Elektrokraftstoffpumpe gemäß dem Stand der Technik wird bei entsprechendem Layout des Niederdruckkreises ein Pumpenzulaufdruck > 4,5 bar erreicht, da im Pumpenrücklauf ein Überdruck anliegt. Denn in der Regel dient die Rücklaufmenge dem Antrieb einer Saugstrahlpumpe. Bei Einsatz neuer Niederdrucklayouts wird die Rücklaufmenge jedoch nahezu drucklos in den Rücklauf befördert. Dadurch wird ein Zulaufdruck > 4,5 bar nicht mehr sicher erreicht. Bei zu niedrigem Zulaufdruck besteht zudem die Gefahr, dass der Hochdruckpumpe keine ausreichende Schmier- und/oder Kühlmenge zugeführt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Niederdruckkreis mit einer geregelten Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe anzugeben, welcher die Sicherstellung eines ausreichend hohen Zulaufdrucks ermöglicht. Insbesondere soll ein Zulaufdruck > 4,5 bar erzielt werden. Ferner soll ein Niederdruckkreis angegeben werden, der einfach aufgebaut ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Niederdruckkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Niederdruckkreis beansprucht.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorgeschlagene Niederdruckkreis umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter und eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe, mittels welcher ein aus dem Kraftstoffvorratsbehälter angesaugter Kraftstoffförderstrom über eine Kraftstoffleitung einer Hochdruckpumpe des Niederdruckkreises zuführbar ist. Ferner umfasst der Niederdruckkreis eine Rücklaufleitung zur Rückführung wenigstens eines Teilstroms des Kraftstoffförderstroms in den Kraftstoffvorratsbehälter. Erfindungsgemäß ist zur hydraulischen Verbindung der Rücklaufleitung mit der Kraftstoffleitung ein Überströmventil vorgesehen, über welches ein erster Teilstrom in die Rücklaufleitung gelangt. Des Weiteren erfindungsgemäß ist stromabwärts des Überströmventils eine Drossel in der Rücklaufleitung ausgebildet. Die Anordnung der Drossel in der Rücklaufleitung bewirkt eine Androsselung der Rücklaufmenge. Dadurch wird zunächst eine Druckerhöhung in der Rücklaufleitung stromaufwärts der Drossel erreicht. Die Druckerhöhung bewirkt, dass das Überströmventil nicht öffnet. Denn vorzugsweise ist der Federraum des Überströmventils mit der Rücklaufleitung verbunden, wie dies bei Einsatz einer Elektrokraftstoffpumpe regelmäßig der Fall ist. Der Druckanstieg in der Rücklaufleitung bewirkt somit eine hydraulische Kraft, welche zusätzlich zur Federkraft der im Federraum aufgenommenen Feder das Ventilglied des Überströmventils in Schließrichtung beaufschlagt. Das Schließen des Überströmventils hat wiederum einen Druckanstieg im Pumpenzulauf zur Folge. Auf diese Weise wird ein im Dauerlauf abgesicherter Pumpenzulaufdruck > 4,5 bar sicher erreicht. Vorzugsweise wird ein Pumpenzulaufdruck von 6 bar erreicht.
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Durch den abgesicherten Pumpenzulaufdruck > 4,5 bar ist eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe sichergestellt, da mit dem Zulaufdruck der Druck im Triebwerksraum der Hochdruckpumpe steigt. Ferner verringert sich die Gefahr der Gasblasenbildung im Kraftstoff und damit die Gefahr der Kavitation. Die Umsetzung erfordert keine aufwendigen Änderungen an den Komponenten des Niederdruckkreises. Insbesondere sind keine Änderungen am Überströmventil selbst erforderlich. Die Vorteile sind stattdessen – wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird – mit einfachen Mitteln erreichbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Überströmventil in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe eingesetzt und ein Teil der Rücklaufleitung als Bohrung im Gehäuseteil ausgeführt. Diese Maßnahmen tragen zur Vereinfachung des Niederdruckkreises bei. Insbesondere kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden.
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Weiterhin bevorzugt ist die Drossel ebenfalls im Gehäuseteil angeordnet. Vorzugsweise ist sie als Bohrungsabschnitt mit verringertem Durchmesser ausgebildet. Das heißt, dass die als Rücklaufleitung dienende, im Gehäuseteil ausgebildete Bohrung zur Ausbildung der Drossel vorzugsweise einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser besitzt. Somit sind alle erfindungswesentlichen Komponenten bauraumschonend im Gehäuse der Hochdruckpumpe angeordnet.
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Die Drossel besitzt vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 1 und 3 mm als freien Strömungsquerschnitt. Dies gilt insbesondere, wenn die Drossel als Bohrungsabschnitt mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist.
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Neben der Teilmenge, welche durch das Überströmventil in die Rücklaufleitung gelangt, gelangt weiterhin vorzugsweise wenigstens eine weitere Teilmenge über ein Wellenlager und/oder eine Bohrung in die Rücklaufleitung. Die Bohrung kann beispielsweise in dem bereits erwähnten Gehäuseteil und/oder in einem weiteren Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet sein. Ein erstes Gehäuseteil kann beispielsweise das Grundgehäuse der Pumpe und ein weiteres Gehäuseteil der Pumpenflansch bzw. ein Flanschbauteil sein. Üblicherweise ist sowohl im Grundgehäuse als auch im Flanschbauteil jeweils eine Lagerbohrung zur Aufnahme der Antriebswelle der Hochdruckpumpe ausgebildet. Die Lagerbohrungen sind mit der Rücklaufleitung verbunden, um eine über die Lagerbohrungen bzw. Wellenlager abströmende Schmier- und/oder Kühlmenge einem Rücklauf zuzuführen. Vorteilhafterweise werden sämtliche Teilmengen, das heißt die Überströmmenge und die über die Wellenlager zur Schmierung und/oder Kühlung austretende Leckagemenge in der Rücklaufleitung zusammengeführt.
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Das Zusammenführen der Teilströme in der Rücklaufleitung erfolgt bevorzugt in der Weise, dass wenigstens eine weitere Teilmenge stromaufwärts der Drossel in die Rücklaufleitung gelangt. Bei dieser Teilmenge handelt es sich vorzugsweise um eine Teil- bzw. Leckagemenge, die über ein Wellenlager und/oder eine Bohrung im Gehäuseteil zwecks Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe in die Rücklaufleitung gelangt. Die Rücklaufmenge und der über die Rücklaufmenge bewirkte Staudruck kann auf diese Weise gesteigert werden.
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Weiterhin vorzugsweise handelt es sich bei der stromaufwärts der Drossel zugeführten Teil- bzw. Leckagemenge, um die über das im Grundgehäuse ausgebildete Wellenlager abströmende Menge. Demgegenüber gelangt eine über das andere Wellenlager und/oder die im anderen Gehäuseteil ausgebildete Bohrung abströmende Teilmenge bevorzugt stromabwärts der Drossel in die Rücklaufleitung. Denn die im Flanschbauteil ausgebildete Lagerbohrung weist einen Wellendichtring auf, den es zur Verringerung des Verschleißes vor einem Druckanstieg zu schützen gilt. Zum Schutz des Wellendichtrings wird diese Teil- bzw. Leckagemenge daher erst hinter der Drossel der Rücklaufleitung zugeführt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Niederdruckkreis eine Zumesseinheit zur Mengenregelung. Die Zumesseinheit ist im Bereich des Pumpenzulaufes angeordnet und vorzugsweise ebenfalls in das Gehäuse der Hochdruckpumpe integriert. Somit wird eine besonders bauraumschonende Anordnung geschaffen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die über die Rücklaufleitung rückgeführte Teilmenge bzw. rückgeführten Teilmengen dem Antrieb einer Saugstrahlpumpe dient bzw. dienen.
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Darüber hinaus wird ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Niederdruckkreis beansprucht. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ferner einen Hochdruckspeicher sowie wenigstens ein an den Hochdruckspeicher angeschlossenes Kraftstoffeinspritzventil. Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ermöglicht einen im Dauerlauf abgesicherten Zulaufdruck > 4,5 bar im Niederdruckkreis. Ferner weist es aufgrund des Druckanstiegs im Niederdruckkreis eine verbesserte Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe auf.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems,
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems,
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3 ein Diagramm zur Darstellung der Überströmmenge über den Differenzdruck und
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4 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuseteils einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe und
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5 und 6 jeweils eine perspektivische Darstellung eines Gehäuseteils einer Hochdruckpumpe zur Lagebestimmung der Drossel.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems zu entnehmen. Der Niederdruckkreis des Kraftstoffeinspritzsystems umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter 1 und eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe 2, um den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 1 über eine Kraftstoffleitung 3 einer Hochdruckpumpe 4 zuzuführen. Der Niederruckkreis umfasst ferner eine Rücklaufleitung 5, über welche eine Rücklaufmenge zurück in den Vorratsbehälter 1 geführt wird. Die Rücklaufmenge setzt sich vorliegend aus einer ersten Teilmenge zusammen, die über ein in der Kraftstoffleitung 3 angeordnetes Überströmventil 6 in die Rücklaufleitung 5 gelangt. Eine weitere Teilmenge setzt sich aus einer der Schmierung und/oder Kühlung dienenden Leckagemenge zusammen, welche über die Wellenlager 10, 11 sowie die Bohrungen 13, 14 in die Rücklaufleitung 5 gelangt. Ein erstes Wellenlager 10 ist in einem Gehäuseteil 8 ausgebildet, das das Grundgehäuse bildet. Ein weiteres Wellenlager 11 ist in einem als Flanschbauteil ausgeführten Gehäuseteil 12 ausgebildet. Die Gehäuseteile 8, 12 sind in der 1 nur schematisch durch eine unterbrochene Linie angedeutet. 1 lässt jedoch erkennen, dass auch das Überströmventil 6 und ein Teil der Rücklaufleitung 5 innerhalb des Gehäuseteils 8 angeordnet bzw. ausgebildet sind. Als innerhalb des Gehäuseteils 8 angeordnete Rücklaufleitung 5 dient eine Bohrung 9. In einem Abschnitt weist die Bohrung 9 eine Durchmesserverringerung auf, so dass eine Drossel 7 ausgebildet wird. Die Drossel 7 kann in Strömungsrichtung vor oder hinter der Verschneidung der Bohrungen 9 mit den Bohrungen 13 und 14 ausgebildet sein. Die beiden Lagealternativen sind in der 1 mit den Buchstaben A und B gekennzeichnet. Die mit B gekennzeichnete Anordnung bewirkt lediglich eine Androsselung der Rücklaufmenge, welche über das Überströmventil 6 abgeführt wird, während die mit A gekennzeichnete Anordnung eine Androsselung der gesamten Rücklaufmenge bewirkt, das heißt der Summe aus Überströmmenge und der über die Wellenlager 10, 11 abströmenden Schmier- und/oder Kühlmenge.
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Die Androsselung der Rücklaufmenge bewirkt einen Druckanstieg in der Rücklaufleitung 5 stromaufwärts der Drossel 7. Aufgrund des Druckanstieges schließt das Überströmventil 6, so dass in der Folge der Zulaufdruck in der Kraftstoffleitung 3 steigt. Somit ist ein Pumpenzulaufdruck > 4,5 bar sicher erreichbar und eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe gewährleistet. Das Überströmventil 6 weist vorzugsweise ein axial verschiebbares Ventilglied auf, das von der Federkraft einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt wird. Das Überströmventil 6 ist über den Federraum mit der Rücklaufleitung 5 verbunden. Der Druckanstieg in der Rücklaufleitung 5 und damit im Federraum bewirkt eine hydraulische Kraft, mit welcher das Ventilglied zusätzlich in Schließrichtung beaufschlagt wird.
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Des Weiteren umfasst der in 1 dargestellte Niederdruckkreis eine Zumesseinheit 15, welche der Mengenregelung dient. Die zur Mengenregelung vorgesehene Zumesseinheit 15 vermag die Toleranz der Elektrokraftstoffpumpe zu kompensieren.
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Die über die Zumesseinheit 15 zugemessene Menge wird über Einlassventile 19 Hochdruckelementen 20 der Hochdruckpumpe 4 zugeführt. In den Hochdruckelementen 20 wird der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert und über Auslassventile 21 einem Hochdruckspeicher 16 zugeführt. Über an den Hochdruckspeicher 16 angeschlossene Kraftstoffeinspritzventile 17 wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff dann in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt (nicht dargestellt).
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Die in der 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der der 1 dadurch, dass die beiden über die Wellenlager 10, 11 und die Bohrungen 13, 14 abgeführten Teilmengen getrennt voneinander der Rücklaufleitung 5 zugeführt werden. Die Trennung ermöglicht, dass die Bohrung 13 stromaufwärts und die Bohrung 14 stromabwärts der Drossel 7 in die als Rücklaufleitung 5 dienende Bohrung 9 münden können. Dies hat den Vorteil, dass lediglich die über das Wellenlager 10 austretende Rücklaufmenge zusammen mit der Überströmmenge angedrosselt wird, um einen Staudruck in der Rücklaufleitung 5 zu bewirken. Die über das Wellenlager 11 austretende Rücklaufmenge wird dagegen nicht angedrosselt. Dadurch wird eine zusätzliche Belastung eines im Gehäuseteil 12 angeordneten Wellendichtrings 18 vermieden, der somit einem geringeren Verschleiß unterliegt. Alternativ können auch beide Teilmengen über die Bohrungen 13, 14 stromaufwärts der Drossel 7 der Rücklaufleitung 5 zugeführt werden, wodurch sich die anzudrosselnde Rücklaufmenge erhöht. Die Lage der Drossel 7 entspricht dann der mit A gekennzeichneten Position. Soll jedoch der Wellendichtring 18 vor einer zusätzlichen Belastung geschützt werden, ist eine Lage der Drossel 7 zu wählen, welche der mit B gekennzeichneten Position entspricht.
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3 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des über die Drossel 7 erreichbaren Differenzdrucks von der Überströmmenge. Demnach nimmt der Differenzdruck mit steigender Überströmmenge zu. Der anzudrosselnde Volumenstrom kann – wie vorstehend beschrieben – neben der Überströmmenge wenigstens eine weitere Teil- bzw. Leckagemenge umfassen, so dass über die Menge Einfluss auf den Differenzdruck genommen werden kann.
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Die perspektivische Darstellung der 4 zeigt ein Gehäuseteil 8 einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe 4, wobei die Lage der Rücklaufleitung 5 kennzeichnet ist, die vorliegend als Gehäuse-Lager-Rücklaufbohrung mit einem Durchmesser von 8 mm ausgebildet ist.
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Die perspektivischen Darstellungen der 5 und 6 zeigen jeweils ein Gehäuseteil 8 einer Hochdruckpumpe 4 eines erfindungsgemäßen Niederdruckkreises. Die Rücklaufleitung 5 ist wiederum als Bohrung 9 im Gehäuseteil 8 ausgeführt. Zur Ausbildung der Drossel 7 weist die Rücklaufleitung 5 jeweils einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf. In den Beispielen der 5 und 6 ist der Durchmesser der Bohrung 9 von 8 mm auf 3 mm reduziert. Die Beispiele der 5 und 6 unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Lage der Drossel 7. In der 5 entspricht die Lage der Drossel 7 der in der 2 mit „B” gekennzeichneten Position. In der 6 entspricht die Lage der Drossel 7 der in der 2 mit „A” gekennzeichneten Position.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001240 A1 [0002]