DE102011076057A1

DE102011076057A1 - Hochdruckeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102011076057A1
Application number: DE201110076057
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39) mit den Schritten: Fördern von Kraftstoff mit einer Vorförderpumpe (35) zu einer Hochdruckpumpe (1), Fördern von Kraftstoff mit der Hochdruckpumpe (1) zu einem Hochdruck-Rail (30) unter Hochdruck, wobei vor einem Starten des Verbrennungsmotors (39) mit der Vorförderpumpe (35) der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (35) zu dem Hochdruck-Rail gefördert wird (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12 und einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
Die Hochdruckwelle ist, wie bereits beschrieben, von einer Welle, z. B. einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Damit die Hochdruckpumpe Kraftstoff unter Hochdruck zu einem Hochdruck-Rail fördern kann, ist es somit erforderlich, dass der Verbrennungsmotor von einem elektrischen Startmotor angetrieben bzw. gestartet wird. Erst bei einer Rotationsbewegung der Kurbelwelle bzw. einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors führt auch eine Antriebswelle der Hochdruckpumpe eine Rotationsbewegung aus, so dass erst mit dem Beginn des Startens des Verbrennungsmotors von der Hochdruckpumpe Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail gefördert werden kann. Dadurch steht zu Beginn des Startvorganges kein ausreichender Startdruck am Hochdruck-Rail und damit an Ventilen bzw. Einspritzventilen bzw. Injektoren zur Verfügung. In nachteiliger Weise ist somit ein längerer Startvorgang erforderlich, weil erst der Verbrennungsmotor von dem elektrischen Startmotor solange angetrieben werden muss, bis die Hochdruckpumpe den Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail mit einem ausreichenden Startdruck gefördert hat. Dies bedingt eine längere Startzeit des Verbrennungsmotors. Insbesondere bei häufigen Startvorgängen des Verbrennungsmotors bei einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug sind diese längeren Startzeiten des Verbrennungsmotors nachteilig.
Die DE 10 2006 045 933 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckförderung. Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit Nocken auf. Zylindrische Rollen sind von Rollenschuhen gelagert und liegen auf den Nocken auf. Die Rollenschuhe sind mittels einer Stößelbaugruppe in einer Bohrung eines Teils des Gehäuses gelagert. Die Pumpenelemente sind an der Stößelbaugruppe befestigt. Eine Schraubenfeder drückt die Stößelbaugruppe auf die Nocken.
Aus der DE 103 56 262 A1 ist eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. In einem Pumpengehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Kolben stützen sich an der Antriebswelle ab, so dass durch Drehen der Antriebswelle die Kolben hin und her bewegt werden. Zwischen den Kolben und der Antriebswelle sind Stößel angeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit den Schritten: Fördern von Kraftstoff mit einer Vorförderpumpe zu einer Hochdruckpumpe, Fördern von Kraftstoff mit der Hochdruckpumpe zu einem Hochdruck-Rail unter Hochdruck, wobei vor einem Starten des Verbrennungsmotors mit der Vorförderpumpe der Kraftstoff von der Vorförderpumpe zu dem Hochdruck-Rail gefördert wird. Die Vorförderpumpe fördert vor dem Starten des Verbrennungsmotors den Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail, so dass dadurch bereits vor und damit auch während des Startens des Verbrennungsmotors Kraftstoff am Hochdruck-Rail zum Einspritzen in Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors mit Ventilen, z. B. Einspritzventilen bzw. Injektoren, zur Verfügung steht. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Startzeit beim Starten des Verbrennungsmotors verringert werden.
Insgesamt wird vor einem Starten der Hochdruckpumpe mit der Vorförderpumpe der Kraftstoff von der Vorförderpumpe zu dem Hochdruck-Rail gefördert.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe, insbesondere durch einen Arbeitsraum, durch ein Einlassventil und durch ein Auslassventil der Hochdruckpumpe, von der Vorförderpumpe gefördert und vorzugsweise wird das Ein- und Auslassventil überdrückt. Vor dem Starten des Verbrennungsmotors wird der Kraftstoff von der Vorförderpumpe durch die Hochdruckpumpe zu dem Hochdruck-Rail gefördert. Dabei strömt der Kraftstoff durch den Arbeitsraum, das Einlassventil und das Auslassventil, wobei das Ein- und Auslassventil von dem durch die Vorförderpumpe geförderten Kraftstoff überdrückt werden.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird wenigstens 1 s, 5 s, 10 s oder 20 s vor dem Starten des Verbrennungsmotors und/oder der Hochdruckpumpe mit der Vorförderpumpe Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail gefördert.
Vorzugsweise wird der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe mit einem Startdruck, z. B. wenigstens 30 bar, 50 bar oder 70 bar, insbesondere zwischen 80 bar und 120 bar, zu dem Hochdruck-Rail gefördert. Im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors wird von der Vorförderpumpe der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. im Bereich zwischen 3 bar und 6 bar, insbesondere im Bereich von ungefähr 4 bar gefördert. Dieser Vorförderdruck ist jedoch nicht ausreichend, damit von Ventilen, z. B. Einspritzventilen bzw. Injektoren, der Kraftstoff in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann. Hierzu ist ein höherer Startdruck, beispielsweise von wenigstens 80 bar, 90 bar erforderlich. Die Vorförderpumpe ist dabei aufgrund seiner konstruktiven Ausgestaltung in der Lage, einen derartigen hohen Startdruck zur Verfügung zu stellen, so dass mit der Vorförderpumpe ein ausreichender Startdruck ohne einen Betrieb der Hochdruckpumpe zur Verfügung gestellt werden kann.
In einer Variante wird die Hochdruckpumpe mechanisch von dem Verbrennungsmotor angetrieben und/oder die Vorförderpumpe wird von einem Elektromotor angetrieben. Die Vorförderpumpe ist von dem Elektromotor angetrieben, weil die Vorförderpumpe bereits vor einem Betrieb des Verbrennungsmotors den Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail fördert. Dadurch ist eine mechanische Kopplung der Vorförderpumpe mit dem Verbrennungsmotor bzw. ein mechanischer Antrieb der Vorförderpumpe durch den Verbrennungsmotor nicht zielführend.
Zweckmäßig wird nach dem Starten oder während des Startens und/oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors und/oder der Hochdruckpumpe der Förderdruck der Vorförderpumpe von dem Startdruck auf den Vorförderdruck gesenkt und mit der Vorförderpumpe wird der Kraftstoff mit dem Vorförderdruck zu der Hochdruckpumpe gefördert während der Verbrennungsmotor betrieben wird. Mit der Vorförderpumpe wird vor dem Starten des Verbrennungsmotors am Hochdruck-Rail zunächst der Startdruck aufgebaut, indem die Vorförderpumpe vor dem Starten des Verbrennungsmotors betrieben wird. Vor und während des Startens des Verbrennungsmotors wird von der Hochdruckpumpe der Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail gefördert, so dass zunächst der Startdruck und anschließend auch ein Hochdruck von der Hochdruckpumpe an dem Hochdruck-Rail zur Verfügung gestellt wird. Dadurch ist es während des Betriebes des Verbrennungsmotors nicht mehr erforderlich, dass die Vorförderpumpe den erhöhten Startdruck, der höher bzw. größer ist als der Vorförderdruck, z. B. um wenigstens 5 oder 10 bar, zur Verfügung stellt und der Förderdruck der Vorförderpumpe kann wieder auf den Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, abgesenkt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Hochdruckpumpe mit von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoff geschmiert und durch ein Überströmventil wird der Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe, z. B. an eine Antriebswelle und eine Laufrolle, geleitet. Mit dem Kraftstoff wird an der Hochdruckpumpe beispielsweise die Antriebswelle, eine Laufrolle und eine Lagerung eines Rollenschuhes an einem Gehäuse der Hochdruckpumpe geschmiert. Durch diese Schmierung mit Kraftstoff wird außerdem auch Reibungswärme zwischen diesen Komponenten aufgenommen und abgeführt. Hierzu ist es erforderlich, dass durch den Schmierraum, innerhalb dessen sich diese Komponenten wenigstens teilweise befinden, ständig Kraftstoff durchgeleitet wird. Hierzu wird ein sogenanntes Überströmventil eingesetzt, welches den Zulauf des Kraftstoffes als Schmierstoff in den Schmierraum steuert. Das Überströmventil steuert dabei den Druck des Kraftstoffes vor dem Überströmventil dahingehend, dass vor dem Überströmventil ein konstanter Druck, z. B. von 4 bar, herrscht. Vor dem Überströmventil wird der Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe geleitet. Würde aufgrund der Fördermenge der Vorförderpumpe der Druck an dem Überströmventil über 4 bar ansteigen, öffnet das Überströmventil stärker, so dass dadurch mehr Kraftstoff in den Schmierraum eingeleitet wird und dadurch ein konstanter Druck an der Kraftstoffleitung vor dem Überströmventil und damit auch an einer Einlassöffnung der Hochdruckpumpe herrscht. Dabei wird von der Vorförderpumpe immer eine größere Menge an Kraftstoff gefördert als von der Hochdruckpumpe benötigt wird, so dass ständig Kraftstoff zum Schmieren der Hochdruckpumpe zur Verfügung gestellt wird. Der von der Vorförderpumpe geförderte Volumenstrom an Kraftstoff setzt sich somit zusammen aus dem für die Hochdruckpumpe benötigten Volumenstrom an Kraftstoff und dem zur Schmierung der Hochdruckpumpe benötigten Volumenstrom an Kraftstoff.
Insbesondere wird mit einem Sicherheitsventil bei einem Förderdruck, z. B. 6 bar, der Vorförderpumpe, der größer als der Vorförderdruck ist oder dem Startdruck entspricht, der Strömungsweg des Kraftstoffes durch die Hochdruckpumpe zum Schmieren der Hochdruckpumpe verschlossen, so dass der gesamte von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail gefördert wird. Vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors wird die Vorförderpumpe dahingehend betrieben, dass diese einen Startdruck zur Verfügung stellt. Dabei ist der Startdruck größer als der Vorförderdruck und beträgt beispielsweise zwischen 80 bar und 120 bar. Aus diesem Grund wird von einem dem Überströmventil in Strömungsrichtung des Kraftstoffes an einem Schmierstoffkreislauf des Kraftstoffes nachgeschalteten Sicherheitsventiles ab einem bestimmten Förderdruck der Vorförderpumpe, welcher größer ist als der Vorförderdruck, z. B. 6 bar, der Strömungskanal des Schmierstoffkreislaufes durch den Schmierraum vollständig verschlossen, so dass vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors der gesamte von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff in das Hochdruck-Rail, d. h. vorzugsweise durch einen Arbeitsraum der Hochdruckpumpe, geleitet wird. Mit dem Starten des Verbrennungsmotors fördert auch die Hochdruckpumpe Kraftstoff, so dass dadurch der Druck vor dem Sicherheitsventil wieder absinkt und bei einem Unterschreiten des Druckes von 6 bar das Sicherheitsventil wieder öffnet und somit wieder der normale Betrieb mit dem Überströmventil ausgeführt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung wird bei einem Abfallen des Förderdruckes der Vorförderpumpe auf den Vorförderdruck der Strömungsweg des Kraftstoffes durch die Hochdruckpumpe zum Schmieren der Hochdruckpumpe mit dem Sicherheitsventil geöffnet.
In einer ergänzenden Variante wird der Volumenstrom des von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffes während des Betriebes des Verbrennungsmotors gesteuert und/oder geregelt, indem die Förderleistung der Vorförderpumpe gesteuert und/oder geregelt wird oder mit einer Zumesseinheit die Strömungsquerschnittsfläche eines Strömungskanales von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe gesteuert und/oder geregelt wird. Ist die Vorförderpumpe in der Förderleistung steuerbar oder regelbar, wird keine Zumesseinheit benötigt und der Volumenstrom des zu der Hochdruckpumpe geleiteten Kraftstoff wird mit der Vorfördepumpe gesteuert und/oder geregelt. Ist die Vorförderpumpe in der Förderleistung nicht steuerbar und/oder regelbar, wird dies mit der Zumesseinheit ausgeführt.
Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe, eine Vorförderpumpe, ein Hochdruck-Rail, wobei ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
In einer weiteren Variante ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe und/oder die Förderleistung der Vorförderpumpe ist steuerbar und/oder regelbar und/oder die Vorförderpumpe ist eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und/oder von der Vorförderpumpe ist der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 bar und 6 bar, und einem Startdruck, z. B. zwischen 50 bar und 150 bar, förderbar.
Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdruckeinspritzsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Hochdruckeinspritzsystem ausgebildet ist und/oder von dem Verbrennungsmotor ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorförderpumpe einen Elektromotor.
Insbesondere ist der Elektromotor der Vorförderpumpe in die Vorförderpumpe integriert, z. B. indem Permanentmagnete in ein Zahnrad eingebaut sind.
Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
4 einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe und
5 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 strömt der Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich auf der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für ein Kraftfahrzeug 38 abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine Kraftstoffleitung 33 zu der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Eine Zumesseinheit 37 steuert und/oder regelt das pro Zeiteinheit zu der Hochdruckpumpe 1 geleitete Volumen an Kraftstoff. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
4 zeigt einen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist ein Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Durch den durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoff werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Innerhalb des Gehäuses 8 ist hierzu ein Strömungskanal 43 vorhanden und durch den Strömungskanal 43 wird der Kraftstoff in den Schmierraum 40 ein- und anschließend wieder ausgeleitet und nach dem Ausleiten aus dem Schmierraum 40 durch eine Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder dem Kraftstofftank 32 wieder zugeführt (4). In 4 ist das in 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Hochdruck-Rail 30 und ohne den Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Dabei weist das Hochdruckeinspritzsystem 36 in dem in 4 dargestellten detaillierten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel keine Zumesseinheit 37 auf. Die Vorförderpumpe 35 ist in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Förderleistung steuerbar und/oder regelbar und ist durch einen Elektromotor 17 angetrieben. Die Vorförderpumpe 35 ist als eine Zahnradpumpe 14, z. B. eine Innenzahnradpumpe 15 oder eine Außenzahnradpumpe 16, ausgebildet und stark vereinfacht dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch eine Kraftstoffleitung 33 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt, d. h. dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch ein Überströmventil 41 und einem dem Überströmventil 41 nachgeschalteten Strömungskanal 43 dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch den Strömungskanal 43 und eine Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Das Überströmventil 41 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil ein konstanter Druck, d. h. der Vorförderdruck von 4 bar herrscht. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt. Um ein Ansteigen des Druckes bei einer erhöhten Förderleistung der Vorförderpumpe 35 an der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 zu vermeiden, öffnet bei einem Druckanstieg des Kraftstoffes vor dem Überströmventil 41 das Überströmventil 41 zusätzlich, d. h. stellt eine größere Strömungsquerschnittsfläche des Kraftstoffes durch das Überströmventil 41 solange zur Verfügung, bis wieder ein Druck von 4 bar vor dem Überströmventil 41 herrscht. Dadurch kann in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 39 ein im Wesentlichen konstanter Vorförderdruck von 4 bar zur Verfügung gestellt werden, auch bei geringfügigen Schwankungen der Förderleistung der Vorförderpumpe 35.
Der Verbrennungsmotor 39 wird von einem nicht dargestellten elektrischen Startmotor gestartet. Hierzu wird von dem elektrischen Startmotor beispielsweise die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 39 in eine Rotationsbewegung versetzt. Vor dem Starten des Verbrennungsmotors, z. B. 1 oder 3 Sekunden vor dem Starten des Verbrennungsmotors 39, d. h. der Bestromung des elektrischen Startmotors, wird die Vorförderpumpe 35 gestartet. Dabei wird die Vorförderpumpe 35 in einem Betriebsmodus gestartet, so dass die Vorförderpumpe 35 den Kraftstoff nicht mit dem Vorförderdruck von 4 bar, sondern mit einem erhöhten Startdruck, z. B. im Bereich zwischen 80 bar und 120 bar, fördert. Dadurch strömt der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung 33, anschließend durch den Einlasskanal 22, überdrückt dabei das Einlassventil 19 und strömt anschließend durch den Arbeitsraum 29 und dann durch das Auslassventil 20 und den Auslasskanal 24 wieder aus der Hochdruckpumpe 1 aus. Dabei wird auch das Auslassventil 20 überdrückt. Nach dem Ausströmen aus dem Auslasskanal 24 gelangt der Kraftstoff unter dem Startdruck zu dem Hochdruck-Rail 30. Ventile, z. B. Einspritzventile bzw. Injektoren, am Verbrennungsmotor 39 benötigen zum Einspritzen von Kraftstoff in nicht dargestellte Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39 einen Mindestdruck, d. h. dem Startdruck von z. B. 80 bar. Die Vorfördepumpe 35 kann diesen Startdruck am Hochdruck-Rail 30 zur Verfügung stellen, so dass dadurch bereits im Zeitpunkt des Einschaltens des elektrischen Startmotors für den Verbrennungsmotor 39, d. h. dem Zeitpunkt des Startens des Verbrennungsmotors 39 am Hochdruck-Rail 30 ein ausreichender Startdruck zur Verfügung gestellt werden kann und somit bereits zu Beginn einer Bewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 39 Kraftstoff von den Einspritzventilen in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt werden kann. Dadurch kann der Verbrennungsmotor 39 wesentlich schneller gestartet werden.
Im Schmierstoffkreislauf des Kraftstoffes, welcher durch den Schmierraum 40 führt, ist ein Sicherheitsventil 42 angeordnet. Das Sicherheitsventil 42 ist in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Überströmventil 41 und vor dem Schmierraum 40 angeordnet. Abweichend hiervon kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in 4 das strichliert dargestellte Sicherheitsventil 42 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Schmierraum, z. B. an der Kraftstoffrücklaufleitung 34, angeordnet sein. Abweichend hiervon kann das Sicherheitsventil 42 auch in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Überströmventil 41 angeordnet sein, jedoch nicht vor der Abzweigung zu der Kraftstoffleitung 33 zu dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1. Wird die Vorförderpumpe 35 in einen Betriebsmodus zum Fördern von Kraftstoff unter dem Startdruck betrieben, herrscht an dem Überströmventil 41 ein höherer Druck als der des Vorförderdruckes von 4 bar. Dadurch würde das Überströmventil 41 vollständig öffnen und ein Großteil des von der Vorförderpumpe 35 zum Starten des Verbrennungsmotors geförderten Kraftstoffes würde nicht zu dem Hochdruck-Rail 30 durch die Hochdruckpumpe 1, sondern durch den Schmierstoffkreislauf, d. h. durch den Schmierraum 40 geleitet werden und damit würde dieser Kraftstoff nicht an dem Hochdruck-Rail 30 zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund ist das Sicherheitsventil 42 dahingehend ausgebildet, dass ab einem bestimmten Druck, welcher größer ist als der Vorförderdruck von 4 bar, z. B. ab einem Druck von 6 bar, das Sicherheitsventil 42 vollständig schließt und dadurch auch der Schmierstoffkreislauf der Hochdruckpumpe 1 vollständig geschlossen ist. Dadurch kann der gesamte von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff zum Starten des Verbrennungsmotors 39 durch die Hochdruckpumpe 1 dem Hochdruck-Rail 30 zugeführt werden, weil das Überströmventil 41 zwar geöffnet, jedoch das Sicherheitsventil 42 vollständig geschlossen ist. Mit dem Starten des Verbrennungsmotors 39 wird auch von der Hochdruckpumpe 1, welche mechanisch mit dem Verbrennungsmotor 39 durch die Antriebswelle 2 gekoppelt ist, auch von der Hochdruckpumpe 1 an dem Einlasskanal 22 und damit auch an der Kraftstoffleitung 33 Kraftstoff angesaugt bzw. gefördert. Dadurch sinkt der Druck des Kraftstoffes vor dem Sicherheitsventil 42 wieder unter einen Druck von 6 bar ab, d. h. der Druck an dem Überströmventil 42 stellt sich aufgrund des Überströmventiles 41 wieder auf den Druck von 4 bar, nämlich dem Vorförderdruck, ein, so dass das Sicherheitsventil 42 wieder vollständig öffnet und dadurch die Schmierung der Hochdruckpumpe 1 mit Kraftstoff gewährleistet ist. Während des Startens des Verbrennungsmotors 39, z. B. 1 oder 2 Sekunden nach der Bestromung des elektrischen Startmotors, wird die Vorförderpumpe 35 wieder von dem Betriebsmodus zum Fördern des Kraftstoffes unter dem Startdruck wieder in einen Betriebsmodus zum Fördern des Kraftstoffes unter dem Vorförderdruck umgeschaltet. Dadurch wird der Kraftstoff während des normalen Betriebes des Verbrennungsmotors 39 nach dem Starten von der Vorförderpumpe 35 wieder unter dem Vorförderdruck von ungefähr 4 bar zu dem Einlasskanal 22 und in den Schmierraum 40 gefördert.
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Hochdruckeinspritzsystems 36 und dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 36 wesentliche Vorteile verbunden. Vor dem Starten des Verbrennungsmotors 39 wird mit der Vorförderpumpe 35 ein ausreichender Startdruck an Kraftstoff in dem Hochdruck-Rail 30 zur Verfügung gestellt, so dass dadurch bereits mit dem Starten des Verbrennungsmotors für die Einspritzventile ein ausreichender Startdruck zur Verfügung gestellt werden kann und dadurch sich der Startvorgang des Verbrennungsmotors 39 in vorteilhafter Weise wesentlich verkürzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006045933 A1 [0005]
DE 10356262 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39) mit den Schritten: – Fördern von Kraftstoff mit einer Vorförderpumpe (35) zu einer Hochdruckpumpe (1), – Fördern von Kraftstoff mit der Hochdruckpumpe (1) zu einem Hochdruck-Rail (30) unter Hochdruck, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Starten des Verbrennungsmotors (39) mit der Vorförderpumpe (35) der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (35) zu dem Hochdruck-Rail gefördert wird (30).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Starten der Hochdruckpumpe (1) mit der Vorförderpumpe (35) der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (35) zu dem Hochdruck-Rail (30) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe (1), insbesondere durch einen Arbeitsraum (29), durch ein Einlassventil (19) und durch ein Auslassventil (20) der Hochdruckpumpe (1), von der Vorförderpumpe (35) gefördert wird und vorzugsweise das Ein- und Auslassventil (19, 20) überdrückt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 1 s, 5 s, 10 s oder 20 s vor dem Starten des Verbrennungsmotors (39) und/oder der Hochdruckpumpe (1) mit der Vorförderpumpe (35) Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail (30) gefördert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff mit der Vorförderpumpe (35) mit einem Startdruck, z. B. wenigstens 30 bar, 50 bar oder 70 bar, insbesondere zwischen 80 bar und 120 bar, zu dem Hochdruck-Rail (30) gefördert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) mechanisch von dem Verbrennungsmotor (39) angetrieben wird und/oder die Vorförderpumpe (35) von einem Elektromotor (17) angetrieben wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Starten oder während des Startens und/oder während des Betriebes des Verbrennungsmotors (39) und/oder der Hochdruckpumpe (1) der Förderdruck der Vorförderpumpe (35) von dem Startdruck auf den Vorförderdruck gesenkt wird und mit der Vorförderpumpe (35) der Kraftstoff mit dem Vorförderdruck zu der Hochdruckpumpe (1) gefördert wird während der Verbrennungsmotor (39) betrieben wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) mit von der Vorförderpumpe (35) geförderten Kraftstoff geschmiert wird und durch ein Überströmventil (41) der Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe (1), z. B. an eine Antriebswelle (2) und eine Laufrolle (10), geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Sicherheitsventil (42) bei einem Förderdruck, z. B. 6 bar, der Vorförderpumpe (35), der größer ist als der Vorförderdruck oder dem Startdruck entspricht, der Strömungsweg des Kraftstoffes durch die Hochdruckpumpe (1) zum Schmieren der Hochdruckpumpe (1) verschlossen wird, so dass der gesamte von der Vorförderpumpe (35) geförderte Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail (30) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abfallen des Förderdruckes der Vorförderpumpe (35) auf den Vorförderdruck der Strömungsweg des Kraftstoffes durch die Hochdruckpumpe (1) zum Schmieren der Hochdruckpumpe (1) mit dem Sicherheitsventil (42) geöffnet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des von der Vorförderpumpe (35) zu der Hochdruckpumpe (1) geförderten Kraftstoffes während des Betriebes des Verbrennungsmotors (39) gesteuert und/oder geregelt wird, indem die Förderleistung der Vorförderpumpe (35) gesteuert und/oder geregelt wird oder mit einer Zumesseinheit (37) die Strömungsquerschnittsfläche eines Strömungskanales von der Vorförderpumpe (35) zu der Hochdruckpumpe (1) gesteuert und/oder geregelt wird.
Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (38), umfassend – eine Hochdruckpumpe (1), – eine Vorförderpumpe (35), – ein Hochdruck-Rail (30), dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausführbar ist.
Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (35) eine Zahnradpumpe (14) ist und/oder die Förderleistung der Vorförderpumpe (35) steuerbar und/oder regelbar ist und/oder die Vorförderpumpe (35) eine elektrische Vorförderpumpe (35) mit einem Elektromotor (17) ist und/oder von der Vorförderpumpe (35) der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 und 6 bar, und einem Startdruck, z. B. zwischen 50 und 150 bar, förderbar ist.
Verbrennungsmotor (39) mit einem Hochdruckeinspritzsystem (36), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (38), dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckeinspritzsystem (36) gemäß Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist und/oder von dem Verbrennungsmotor (39) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 11 ausführbar ist.