DE10343482A1

DE10343482A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10343482A1
Application number: DE2003143482
Authority: DE
Inventors: Stefan Kieferle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-14
Also published as: WO2005038236A1

Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe (14) auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher (16) gefördert wird. Durch eine Förderpumpe (12) wird Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (10) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (14) gefördert. Zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) ist eine Kraftstoffzumesseinrichtung (42) angeordnet, durch die die von der Hochdruckpumpe (14) angesaugte Kraftstoffmenge variabel einstellbar ist. Mit dem Speicher (16) ist wenigstens ein Injektor (20) verbunden, durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zwischen der Förderpumpe (12) und der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) ist ein Filter (48) angeordnet. Ein durch ein Druckventil (64) gesteuerter Rücklauf (62) führt von der Verbindung zwischen der Förderpumpe (12) und der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) stromaufwärts vor der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) in den Vorratsbehälter (10) ab. Die Förderpumpe (12) weist einen elektrischen Antrieb auf und ist im Vorratsbehälter (10) angeordnet. Der Rücklauf (62) führt von der Verbindung zwischen der Förderpumpe (12) und dem Filter (48) innerhalb des Vorratsbehälters (10) ab.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE 100 02 132 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe auf, durch die Kraftstoff in einen Speicher gefördert wird. Außerdem ist eine Förderpumpe vorgesehen, durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zur Saugseite der Hochdruckpumpe gefördert wird. Zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe ist eine Kraftstoffzumesseinrichtung angeordnet, durch die die von der Hochdruckpumpe angesaugte Kraftstoffmenge variabel einstellbar ist. Mit dem Speicher ist wenigstens ein Injektor verbunden, durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zwischen der Förderpumpe und der Kraftstoffzumesseinrichtung führt ein Rücklauf in den Vorratsbehälter zurück, der durch ein Druckventil gesteuert wird. Das Druckventil ist dabei nahe der Hochdruckpumpe angeordnet oder in diese integriert. Zwischen der Förderpumpe und der Kraftstoffzumesseinrichtung ist außerdem ein Filter angeordnet. Der durch das Druckventil gesteuerte Rücklauf dient dazu, vor der Kraftstoffzumesseinrichtung einen bestimmten Druck einzustellen und eventuell von der Förderpumpe zu viel geförderten Kraftstoff in der Vorratsbehälter zurück zu leiten. Nachteilig bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, dass ständig die gesamte von der Förderpumpe geförderte Kraftstoffmenge durch den Filter strömt, auch wenn diese durch das Druckventil über den Rücklauf wieder in den Vorratsbehälter abgesteuert wird. Aus diesem Grund muss der Filter für entsprechend große Durchflussmengen ausgelegt werden und dieser muss gegebenenfalls schon nach kurzer Betriebsdauer erneuert werden. Bei tiefen Temperaturen besteht aufgrund der ständigen großen Durchflussmengen außerdem die Gefahr einer Verstopfung des Filters, wenn der kalte Kraftstoff versulzt. Um eine Nullförderung der Hochdruckpumpe sicherzustellen ist die Verbindung der Kraftstoffzumesseinrichtung mit der Hochdruckpumpe mit dem Rücklauf verbunden, wodurch eventuell noch durch die nicht ganz dicht schliessende Kraftstoffzumesseinrichtung gelangender Kraftstoff von der Saugseite der Hochdruckpumpe abgeleitet wird. Da sich im Rücklauf abhängig von der durch das Druckventil abgesteuerten Kraftstoffmenge ein relativ hoher Druck einstellen kann, muss an der Hochdruckpumpe sichergestellt werden, dass diese keinen Kraftstoff aus dem Rücklauf ansaugt. Hierzu weist die Hochdruckpumpe Einlassventile auf, die auf einen entsprechend hohen Öffnungsdruck eingestellt werden müssen. Hierdurch wird jedoch die maximale Förderleistung der Hochdruckpumpe nachteilig beeinflusst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass von der Förderpumpe eventuell zu viel geförderter Kraftstoff bereits im Vorratsbehälter abgesteuert wird, so dass durch den Filter nur die tatsächlich von der Hochdruckpumpe angesaugte Kraftstoffmenge strömt. Der Filter kann somit entsprechend kleiner dimensioniert werden, die Betriebsdauer bis zu dessen erforderlichem Austausch kann verlängert werden und die Gefahr einer Verstopfung durch versulzten Kraftstoff ist infolge der verringerten Durchflussmenge ebenfalls verringert. Außerdem kann der Öffnungsdruck der Einlassventile der Hochdruckpumpe niedrig eingestellt werden, so dass deren maximale Fördermenge erhöht werden kann, da diese keine Verbindung mit dem Rücklauf der Förderpumpe im Vorratsbehälter aufweisen. Weiterhin kann die Hochdruckpumpe einfacher ausgebildet sein, da an dieser das Druckventil entfallen kann und auch keine Verbindungen vom Druckventil zum Rücklauf erforderlich sind.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Das Kraftfahrzeug weist einen Kraftstoffvorratsbehälter 10 auf, in dem Kraftstoff für den Betrieb der Brennkraftmaschine bevorratet ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 12 auf, durch die Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 zu einer Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 14 fördert Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher 16, der beispielsweise rohrförmig oder in beliebiger anderer Form ausgebildet sein kann. Vom Speicher 16 führt wenigstens eine Leitung 18 zu wenigstens einem an einem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordneten Injektor 20 ab, vorzugsweise sind mehrere Injektoren 20 mit dem Speicher 16 verbunden. An den Injektoren 20 ist jeweils ein elektrisches Steuerventil 22 angeordnet, durch das eine Öffnung der Injektoren gesteuert wird, um so eine Kraftstoffeinspritzung durch den jeweiligen Injektor 20 zu bewirken oder eine Kraftstoffeinspritzung zu verhindern. Die Steuerventile 22 werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 23 angesteuert, durch die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Temperatur und weiteren, der Zeitpunkt und die Dauer der Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 20 bestimmt wird. Die Steuerventile 22 können einen elektromagnetischen Aktor oder einen piezoelektrischen Aktor aufweisen. Von den Injektoren 20 führt ein Kraftstoffrücklauf für nicht verbrauchten Kraftstoff beispielsweise über eine für alle Injektoren 20 gemeinsame Leitung 24 zurück. Vom Speicher 16 kann ebenfalls eine Leitung 26 als Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurückführen, in der ein Druckbegrenzungsventil oder Druckregelventil 28 angeordnet ist, um zu verhindern, daß sich im Speicher 16 ein unzulässig hoher Druck aufbaut bzw. der im Speicher 16 herrschende Druck variiert werden kann. Zwischen dem Speicher 16 und den Injektoren 20 kann eine Druckerhöhungseinrichtung 21 angeordnet sein, durch die der zur Kraftstoffeinspritzung zur Verfügung stehende Druck gegenüber dem im Speicher 16 herrschenden Druck nochmals erhöht wird. Die Druckerhöhungseinrichtung 21 ist vorzugsweise in den Injektor 20 integriert und als hydraulischer Druckübersetzer ausgebildet. Der Kraftstoffrücklauf 24 führt dabei vorzugsweise von der Druckerhöhungseinrichtung 21 der Injektoren 20 ab.
Die Hochdruckpumpe 14 wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine und damit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Hochdruckpumpe 14 kann als Radialkolbenpumpe ausgebildet sein und weist wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente 30 auf, die jeweils einen durch eine Antriebswelle 32 in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben 34 aufweisen, der einen Pumpenarbeitsraum 36 begrenzt. Die Umsetzung der Drehbewegung der Antriebswelle 32 in die Hubbewegung der Pumpenkolben 34 kann über einen Exzenter- oder Nockentrieb erfolgen. Jedes Pumpenelement 30 weist ein in den Pumpenarbeitsraum 36 öffnendes Einlassventil 38 und ein zum Speicher 16 hin öffnendes Auslassventil 40 auf. Zwischen der Förderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist eine Kraftstoffzumesseinrichtung 42 angeordnet. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 42 weist ein beispielsweise durch einen elektrischen Aktor 43, vorzugsweise einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor, betätigtes Regelventil 44 auf, durch das der Durchfluss von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 kontinuierlich verstellbar ist. Das Regelventil 44 kann als Proportionalventil ausgebildet sein, durch das der Durchflussquerschnitt zwischen den Förderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 kontinuierlich veränderbar ist. Alternativ kann das Regelventil 44 auch getaktet geöffnet und geschlossen werden, wodurch ein mittlerer effektiver Durchflussquerschnitt zwischen der Förderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 veränderbar ist. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 42 ist vorzugsweise an die Hochdruckpumpe 14 angebaut oder in diese integriert, kann jedoch auch getrennt von der Hochdruckpumpe 14 angeordnet sein. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 42 wird durch die Steuereinrichtung 23 angesteuert, in der Weise, dass durch die Förderpumpe 12 eine Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird, die dann wiederum durch die Hochdruckpumpe 14 unter Hochdruck in den Speicher 16 gefördert wird, um im Speicher 16 einen vorgegebenen, von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Druck aufrechtzuerhalten. Am Speicher 16 ist dabei ein Drucksensor 17 angeordnet, der mit der Steuereinrichtung 23 verbunden ist und dieser ein Signal für den tatsächlichen Druck im Speicher 16 zuführt.
Die Förderpumpe 12 weist einen elektrischen Antrieb auf und ist im Kraftstoffvorratsbehälter 10 angeordnet. Der Förderpumpe 12 ist saugseitig ein Vorfilter 46 vorgeschaltet und zwischen der Förderpumpe 12 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 42 ist ein weiterer Filter 48 angeordnet. Im Kraftstoffvorratsbehälter 10 kann ein Stautopf 50 angeordnet sein, aus dem die Förderpumpe 12 Kraftstoff ansaugt und in den mittels einer Strahlpumpe 52 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 gefördert wird. Die Treibmenge der Strahlpumpe 52 wird dieser durch den Kraftstoffrücklauf 26 vom Speicher 16 zugeführt. Der Kraftstoffrücklauf 24 von den Injektoren 20 kann in die Verbindung zwischen der Förderpumpe 12 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 42, beispielsweise stromaufwärts vor dem Filter 48 münden. Alternativ kann der Kraftstoffrücklauf 24 der Injektoren 20 auch in den Rücklauf 26 münden, der zum Kraftstoffvorrtabsehälter 10 führt.
Von der Verbindung zwischen dem Filter 48 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 42 zweigt eine Bypassverbindung 54 zu einem Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 ab. Der Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 ist dabei deren Antriebswelle 32 sowie der Bereich der Umsetzung der Drehbewegung der Antriebswelle in die Hubbewegung der Pumpenkolben 34. Durch den über die Bypassverbindung 54 in den Antriebsbereich strömenden Kraftstoff wird eine Schmierung und Kühlung des Antriebsbereichs sichergestellt. In der Bypassverbindung 54 ist vorzugsweise eine Drosselstelle 55 angeordnet, um die dem Antriebsbereich zugeführte Kraftstoffmenge zu begrenzen. Vom Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14 führt ein Rücklauf 56 zum Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurück, der beispielsweise in den Rücklauf 26 vom Speicher 16 münden kann. Durch den Rücklauf 56 ist eine ständige Durchströmung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe 14 sichergestellt.
Von der Verbindung zwischen der Kraftstoffzumesseinrichtung 42 und der Hochdruckpumpe 14 führt eine Entlastungsverbindung 58 ab, die beispielsweise in den Rücklauf 26 mündet. In der Entlastungsverbindung 58 ist eine Drosselstelle 59 angeordnet, um die über die Entlastungsverbindung 58 abströmende Kraftstoffmenge zu begrenzen. Die Entlastungsverbindung 58 dient dazu, in Betriebszuständen, in denen durch die Hochdruckpumpe 14 kein Kraftstoff in den Speicher 16 gefördert werden darf, infolge eventueller Undichtigkeit der Kraftstoffzumesseinrichtung 42 noch durch diese hindurchtretender Kraftstoff abgeführt werden kann, so dass dieser nicht von der Hochdruckpumpe 14 angesaugt wird. Im Rücklauf 26 herrscht ein geringer Druck, so dass der Öffnungsdruck der Einlassventile 38 der Pumpenelemente 30 relativ niedrig eingestellt werden kann.
In der Verbindung zwischen der Förderpumpe 12 und dem Filter 48 ist ein zum Filter 48 hin öffnendes Rückschlagventil 60 angeordnet. Zwischen der Förderpumpe 12 und dem Rückschlagventil 60 führt ein Rücklauf 62 in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 ab, der durch ein Druckventil 64 gesteuert wird. Der Rücklauf 62 mündet vorzugsweise in den Stautopf 50, aus dem die Förderpumpe 12 ansaugt. Durch das Druckventil 64 wird in der Verbindung zwischen der Förderpumpe 12 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 42 ein zumindest annähernd konstanter Druck eingestellt. Wenn durch die Förderpumpe 12 mehr Kraftstoff gefördert wird, als von der Hochdruckpumpe 14 durch die Kraftstoffzumesseinrichtung 42 angesaugt wird und über die Bypassverbindung 54 in den Antriebsbereich gelangt, so wird der zu viel geförderte Kraftstoff über das geöffnete Druckventil 64 in den Rücklauf 62 abgesteuert. Durch den Filter 48 strömt somit nur die von der Hochdruckpumpe 14 angesaugte und die dem Antriebsbereich zugeführte Kraftstoffmenge. Wenn infolge von Spannungsschwankungen des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs die von der Förderpumpe 12 geförderte Kraftstoffmenge schwankt, so wird dies ebenfalls durch das Druckventil 64 ausgeglichen, so dass stromaufwärts der Kraftstoffzumesseinrichtung 42 ein zumindest annähernd konstanter Druck herrscht. Das Druckniveau im Rücklauf 26 und damit in der Entlastungsverbindung 58 wird durch die über das Druckventil 64 in den Rücklauf 62 abgesteuerte Kraftstoffmenge nicht beeinflusst.
Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine saugt die Förderpumpe 12 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 an und fördert diesen durch die Kraftstoffzumesseinrichtung 42 zur Saugseite der Hochdruckpumpe 14. Durch die Hochdruckpumpe 14 wird Kraftstoff unter Hochdruck in den Speicher 16 gefördert. Durch die Injektoren 20 wird Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt, wobei der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Ansteuerung der Steuerventile 22 durch die Steuereinrichtung 23 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine festgelegt wird. Durch die Steuereinrichtung 23 wird außerdem die Kraftstoffzumesseinrichtung 42 derart angesteuert, dass diese einen so grossen Durchflussquerschnitt einstellt, dass durch die Hochdruckpumpe 14 die Kraftstoffmenge angesaugt und in den Speicher 16 gefördert wird, die erforderlich ist, um im Speicher 16 einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten. Wenn durch die gesamte von der Förderpumpe 12 geförderte Kraftstoffmenge von der Hochdruckpumpe 14 angesaugt und in deren Antriebsbereich zur Schmierung zugeführt wird, so ist das Druckventil 64 geschlossen und es fliesst kein Kraftstoff über den Rücklauf in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurück. Wenn durch die Förderpumpe 12 eine größere Kraftstoffmenge gefördert wird, als von der Hochdruckpumpe 14 angesaugt wird und in deren Antriebsbereich zur Schmierung zugeführt wird, so öffnet das Druckventil 64, so dass überschüssiger Kraftstoff bereits im Kraftstoffvorratsbehälter 10 abgesteuert wird.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (14), durch die Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher (16) gefördert wird, mit einer Förderpumpe (12), durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (10) zur Saugseite der Hochdruckpumpe (14) gefördert wird, mit einer zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) angeordneten Kraftstoffzumesseinrichtung (42), durch die die von der Hochdruckpumpe (14) angesaugte Kraftstoffmenge variabel einstellbar ist, mit wenigstens einem mit dem Speicher (16) verbundenen Injektor (20), durch den Kraftstoff an der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mit einem zwischen der Förderpumpe (12) und der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) angeordneten Filter (48) und mit einem durch ein Druckventil (64) gesteuerten Rücklauf (62), der von der Verbindung zwischen der Förderpumpe (12) und der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) stromaufwärts vor der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) in den Vorratsbehälter (10) abführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (12) einen elektrischen Antrieb aufweist, im Vorratsbehälter (10) angeordnet ist und dass der Rücklauf (62) von der Verbindung zwischen der Förderpumpe (12) und dem Filter (48) innerhalb des Vorratsbehälters (10) abführt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (12) in einem Stautopf (50) im Vorratsbehälter (10) angeordnet ist und dass der Rücklauf (62) in den Stautopf (50) mündet.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom Speicher (16) und/oder vom wenigstens einen Injektor (20) ein weiterer Rücklauf (26) zum Vorratsbehälter (10) zurückführt, mit dem wenigstens eine Strahlpumpe (52) verbunden ist, durch die Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter (10) in den Stautopf (50) gefördert wird.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (12) und der Kraftstoffzumesseinrichtung (42) ein zur Kraftstoffzumesseinrichtung (42) hin öffnendes Rückschlagventil (60) angeordnet ist und dass der Rücklauf (62) zwischen der Förderpumpe (12) und dem Rückschlagventil (60) abführt.