DE19727413A1

DE19727413A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19727413A1
Application number: DE1997127413
Authority: DE
Inventors: Gerhard Geyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-07
Also published as: JPH1162773A; EP0887544A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, durch die EP 0 699 835 bekannten Kraftstoffeinspritzsystem wird der erste Kraftstoffhochdruckspeicher von der Hoch druckpumpe mit Kraftstoff versorgt und ist über ein elektrisch gesteuertes Ventil mit dem zweiten Kraftstoff hochdruckspeicher verbunden, von dem die Druckleitungen zu den Kraftstoffeinspritzventilen abführen. Der Druck in dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher wird durch einen Druck sensor überwacht der das elektrisch gesteuerte Ventil steuert. Auf diese Weise soll der aktuelle Druck in dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher den Bedürfnissen des Betriebs der Brennkraftmaschine angepaßt werden.

Bei solchen Kraftstoffeinspritzsystemen müssen sowohl der erste Kraftstoffhochdruckspeicher als auch der zweite Kraft stoffhochdruckspeicher beide beim Start der Brennkraftma schinen mit Kraftstoff gefüllt und dieser Kraftstoff auf einen Kraftstoffeinspritzdruck gebracht werden, der hoch genug sein muß um den Start der Brennkraftmaschine durch Hochdruckeinspritzung zu gewährleisten. Dazu ist eine hohe Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe erforderlich in Hinblick darauf, daß dieses Füllen der Kraftstoffhochdruckspeicher bei einer niedrigen Antriebs drehzahl über die startende Brennkraftmaschine selbst erfolgt. Dieses hohe Fördervolumen, das notwendig ist, um einen schnellen Start zu gewährleisten ist andererseits bei Normalbetrieb des Kraftstoffeinspritzsystems wiederum zu groß und benötigt eine unnötig hohe Antriebsleistung. Insbesondere bei der bekannten Unterteilung der Kraftstoffhochdruckspeicher ist ein relativ großes Volumen zu füllen.

Vorteile der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird ein schnelles Füllen des ersten Kraftstoffhochdruckspeichers erreicht, aus dem dann auch direkt die Versorgung der Kraft stoffeinspritzventile erfolgt. Auf diese Weise kann ein relativ kleines Volumen schnell auf hohen Druck gebracht werden, um die Startfähigkeit des Kraftstoffeinspritz systemes zu ermöglichen. Im Laufe des weiteren Betriebs wird dann über das druckgesteuerte Ventil der zweite Kraftstoff hochdruckspeicher als zusätzlicher Kraftstoffspeicher zuge schaltet, wobei die Summe beider Volumina dann ausreichend groß ist, um den Kraftstoffversorgungsfall in allen übrigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine zu decken. In vorteilhafter Weise erfolgt gemäß Patentanspruch 2 die Öffnung der Verbindung zwischen den Kraftstoffhochdruckspei chern bei Überschreiten eines Mindestdrucks im ersten Kraft stoffhochdruckspeicher, wobei in vorteilhafter Weise gemäß Patentanspruch 3 das Ventil zwischen den beiden Kraftstoff hochdruckspeichern ein mechanisch, druckgesteuertes Ventil ist mit einem federbelasteten Ventilglied, das eine Über strömöffnung zwischen den beiden Hochdruckspeichern steuert. In weiterer Ausgestaltung kann das gemäß Patentanspruch 4 als Schieber und zugleich als Sitzventilglied ausgebildete Ventilglied des Ventils noch mit einem weiteren Ventilglied zusammenwirken, mit dem eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeichern und einer Entlastungsleitung bei Überschreiten eines bestimmten Druckes aufsteuerbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Patentansprüchen zu entnehmen und werden in der nachfolgen den Beschreibung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kraftstoff einspritzsystems, und Fig. 2 eine Teilansicht der gesteuer ten Verbindung zwischen dem ersten Kraftstoffhochdruckspei cher und dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher.

Beschreibung

Ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen der gattungsgemäßen Art weist gemäß Fig. 1 eine Hochdruckpumpe 1 auf, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 2 ggf. unter Vorschaltung einer hier nicht gezeigten Vorför derpumpe ansaugt und unter hohen Druck über eine Drucklei tung 4 einem Kraftstoffhochdruckspeicher 5 zuführt. Von diesem zweigen Druckleitungen 7 entsprechend der Zahl der zu versorgenden Kraftstoffeinspritzventilen 8 ab. Diese Kraft stoffeinspritzventile sind elektrisch gesteuerte Ventile, die von einer Steuereinrichtung 10 in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert werden. Dabei werden entsprechend den Anforderungen einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine insbesondere der Einspritzbeginn und die Einspritzdauer gesteuert. Der im Kraftstoffhochdruckspeicher 5 gespeicherte Kraftstoff wird durch einen Drucksensor 11 überwacht und das Signal des Drucksensors dem Steuergerät 10 zu Steuerzwecken zugeführt. Das Steuergerät 10 kann dabei entsprechend einem eingestellten Sollwert die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 steuern, indem z. B. eine Ansaug- oder Zuflußdrossel 12 verändert wird, oder hochdruckseitig in hier nicht weiter dargestellter Weise in die Förderung der Hochdruckpumpe 1 eingegriffen wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein Drucksteuer- oder Druckregelventil 14 vorgesehen werden, daß bei Erreichen eines bestimmten, eingestellten oder höchstzulässigen Drucks öffnet und den Kraftstoffhochdruckspeicher 5 zum Kraftstoffrücklauf bzw. zu einem Entlastungsraum 3 entlastet und bei Erreichen eines gewünschten Druckniveaus wieder schließt. Dazu ist es bekannt, solche Drucksteuerventile zum einen Teil mechanisch auszuführen und zum anderen Teil elektrisch den gewünschten Öffnungsdruck des mechanisch arbeitenden Drucksteuerventils zu variieren, indem entweder eine magnetische Zuschaltkraft oder die Vorspannung einer den Steuerdruck bestimmenden Feder elektrisch verändert wird. Bei Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen die Förder leistung der Hochdruckpumpe geregelt wird, kann ein solches Drucksteuerventil auch ein reines mechanisch arbeitendes Druckbegrenzungsventil sein.

Der Fig. 2 sind nun die erfindungsgemäßen Einzelheiten des Kraftstoffhochdruckspeichers 5 entnehmbar. Dem Teilaus schnitt eines solchen Speichers gemäß Fig. 2 ist zu entneh men, daß der Kraftstoffhochdruckspeicher 5 in einen ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 und einem zweiten Kraftstoff hochdruckspeicher 17 unterteilt ist. Dabei können diese Speicher, wie gezeigt in einem gemeinsamen Gehäuse inte griert sein oder es können zwei einzelne Gehäuse vorgesehen werden, wobei vom ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 die Druckleitungen 7 zu den Kraftstoffeinspritzventilen 8 abfüh ren und die Druckleitung 4 der Hochdruckpumpe 5 ebenfalls in den ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 mündet, dessen Druck durch den Drucksensor 11 überwacht wird. Zwischen den ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 und dem zweiten Kraft stoffhochdruckspeicher 17 ist ein Verbindungskanal 18 ausge bildet, der über einen Ventilsitz 19 in einen Führungskanal 20 übergeht, dessen dem Ventilsitz 19 gegenüberliegende Seite eine Verbindung zu einer Entlastungsleitung 21 hat. In dem Führungskanal 20 ist ein Ventilglied 23, das als Schieber ausgebildet ist, verschiebbar. Dieses ist im wesentlichen topfförmig mit einem Boden 25 mit ebener Stirnseite 26, die als Dichtfläche mit dem Ventilsitz 19 zusammen wirkt. In dieser Funktion bildet das Ventilglied 23 ein Sitzventilglied. Ein Mantelbereich 27 des Ventilgliedes 23 verschließt bei Anlage seiner Stirnseite 26 am Ventilsitz 19 eine Überströmöffnung 28 zwischen dem Führungskanal 20 und dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher 17. Das Ventilglied 23 wird auf seiner dem ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 abgewandten Seite von einer Druckfeder 29 in Schließrichtung beaufschlagt. Die Feder stützt sich an einem Verschlußteil 30 ab, das den Führungskanal verschließt, eine Öffnung für die Entlastungsleitung 21 freiläßt und einen Anschlag 31 für das Ventilglied bildet, wenn dieses entgegen der Kraft der Feder 29 vom Ventilsitz 19 weg verschoben wird. Dieser Anschlag bestimmt den maximalen Weg des Ventilgliedes, das bei Anlage an diesem die Überströmöffnung 28 ganz geöffnet hat, so daß eine ungehinderte Verbindung zwischen dem ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 und dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher 17 hergestellt ist.

Beim Start der Brennkraftmaschine befindet sich das Ventil glied 23 der in Fig. 2 gezeigten Stellung, bei der die Überströmöffnung 28 verschlossen ist. Der von der Hochdruck pumpe 1 geförderte Kraftstoff füllt daher den ersten Kraft stoffhochdruckspeicher 16 auf und bringt diesen auf den erforderlichen hohen Kraftstoffeinspritzdruck, der für den Start der Brennkraftmaschine benötigt wird. Nach Anlaufen der Brennkraftmaschine und weiterer Förderung der Kraftstoffhochdruckpumpe, jetzt mit höherer Förderleistung, steigt der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 16 an derart, daß nun das Ventilglied 23 gegen die Vorspannung der Feder 29 verschoben werden kann. Dabei wird mit zunehmendem Weg die Überströmöffnung 28 von der Stirnseite 26 aufgesteuert, so daß sich in der Folge auch der zweite Kraftstoffhochdruckspeicher auf das erforderliche Druckniveau auffüllen kann.

Dieses Druckniveau wird in der Folge entweder durch die bereits beschriebene Maßnahme der Steuerung der Kraft stofförderung der Hochdruckpumpe 1 oder durch Entlastung über das Drucksteuerventil gesteuert. Dieses Drucksteuerven til ist bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 als Drucksteuer ventil 14' in das Ventil 22 integriert. Dazu ist auf der der Stirnseite 26 abgewandten, dem Entlastungsdruck ausgesetzten Stirnseite 34 des Ventilgliedes 23, ein Schließglied 35 des Drucksteuerventils 14' vorgesehen, das von einer separaten Feder oder von der Feder 29 beaufschlagt wird. Dieses Schließglied 35 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls topfförmig ausgebildet mit einem Bodenteil 37 und einem Mantelteil 38, über das das Schließglied 35 innerhalb des topfförmigen Ventilglieds 23 geführt ist. Auf das Bodenteil ist ein Dichtkegel 39 auf der der anderen Stirnseite 34 des Ventilgliedes 23 zugewandten Stirnseite 40 des Schließglieds 35 angeordnet, der mit einem Durchtritts kanal 42 im Ventilglied 23 zusammen arbeitet. Dieser Durch trittskanal verbindet die Stirnseite 26 des Ventilglieds 23 mit der Stirnseite 34 und ist dort als Ventilsitz 44 ausge formt. Der Raum zwischen der Stirnseite 34 des Ventilglieds 23 und der Stirnseite 40 des Schließglieds 35 ist über eine Entlastungsbohrung 45 mit der Entlastungsleitung 21 am Ende des Führungskanals verbunden.

Bei dieser Ausgestaltung wirkt ein und dieselbe Druckfeder 29 auf das Ventilglied 23 und das Schließglied 35 und ist bestrebt beide an ihren Sitzen 19 bzw. 44 zu halten. In diesem in Fig. 2 gezeigten Zustand ist eine Verbindung entweder zwischen dem ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 und dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher 17 und zwischen diesen Kraftstoffhochdruckspeichern und der Entlastungsseite unterbunden. Die dem Druck ausgesetzte Fläche ist bei beiden Ventilgliedern unterschiedlich, so daß aufgrund der höheren druckausgesetzten Fläche bei einer Drucksteigerung im ersten Kraftstoffhochdruckspeicher 16 das Ventilglied 23 in Öffnungsrichtung bewegen wird. Zugleich steigt die Vorspannung der Feder 29 so lange, bis das Ventilglied 23 in Anlage am Anschlag 31 ist und die Verbindung zum zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher 17 ganz geöffnet hat. Bei weiterer Drucksteigerung und Erreichen eines höchst eingestellten Druckes gelingt es dann, das Schließglied 35 von seinem Sitz entgegen der Kraft der Feder 29 wegzubewegen, so daß die Kraftstoffhochdruckspeicher über den Durchtrittskanal 42 und die Entlastungsbohrung entlastet werden können.

Statt dieser Ausgestaltung ist natürlich auch eine Ausfüh rung mit separater Anbringung eines Drucksteuerventils 14 möglich und auch bei einer Integration mit dem Ventil 22 können zwei Federn jeweils für eines der Ventilglieder vorgesehen sein. Es ist weiterhin möglich, beim Stillstand der Brennkraftmaschine bzw. bei Außerbetriebnahme des Kraft stoffeinspritzsystems den zweiten Hochdruckspeicher ganz zu entlasten. Dabei kann eine Entleerungsbohrung 47 zwischen dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher und dem Führungs kanal 20 vorgesehen werden, wie sie gestrichelt in Fig. 2 eingezeichnet ist. Bei im Schließstellung befindlichem Ventilglied 23 hat dabei dessen Mantelbereich 27 diese Entleerungsbohrung geöffnet. Vor einem öffnen der Überström öffnung 28 wird diese Entleerungsbohrung jedoch durch den Mantelbereich 27 verschlossen, so daß der zweite Hochdruck speicher auf den gewünschten Betriebsdruck gelangen kann.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung mit der Zweiteilung des Kraftstoffhochdruckspeichers ist es möglich, mit einer relativ kleinen Leistung einer Hochdruckpumpe auszukommen. Dabei kann das Gesamtvolumen des Kraftstoffhochdruck speichers 5 größer ausgelegt werden als bei einem nur einteiligen Kraftstoffhochdruckspeicher, da bei der zweiteiligen Lösung der den Arbeitsbeginn des Kraftstoff einspritzsystems bestimmende Kraftstoffhochdruckspeicherteil schnell genug auf den Betriebsdruck gelangt. Vorteilhaft ist ferner die Integration des Drucksteuerventils bzw. Druckbegrenzungsventils in das die Verbindung zwischen den beiden Kraftstoffhochdruckteilen steuernden Ventil 22.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckpumpe (1), die einen ersten und einen zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher (16, 17) mit Kraftstoff versorgt, wobei der erste Kraftstoffhochdruckspeicher (16) über ein Ventil (22) mit dem zweiten Kraftstoffhochdruck speicher (17) verbindbar ist und der erste Kraftstoffhoch druckspeicher (16) über Druckleitungen (7) mit jeweils einem elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventil (8) verbun den ist, das zum Einspritzzeitpunkt auf Einspritzdruck gebrachten, gespeicherten Kraftstoff aus dem ersten Kraft stoffhochdruckspeicher (16) entnimmt und zur Einspritzung an der zugehörigen Brennkraftmaschine bringt, dadurch gekenn zeichnete daß die Hochdruckpumpe (1) mit dem ersten Kraft stoffhochdruckspeicher (16) verbunden ist und das Ventil (22) zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftstoffhoch druckspeicher ein vom Druck im ersten Kraftstoffhochdruck speicher (16) gesteuertes Ventil ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bei Überschreiten eines Mindestdruckes im ersten Kraftstoffhochdruckspeicher (16) die Verbindung zwischen dem ersten Kraftstoffhochdruckspei cher (16) und dem zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher 17) herstellt.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (22) ein federbelastetes Ventilglied (23) aufweist, das eine Überströmöffnung (28) zwischen dem ersten Kraftstoffhochdruckspeicher (16) und zweiten Kraftstoffhochdruckspeicher (17) steuert.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (23) auf seiner einen Stirnseite (26) vom Druck im ersten Kraftstoffhochdruck speicher (16) beaufschlagt ist, dort mit einer Dichtfläche (26) mit einem Ventilsitz (19) zusammenwirkt und auf seiner anderen, von der Feder belasteten Stirnseite (34) einem Ent lastungsdruck ausgesetzt ist und mit einer Steuerkante (26) die Überströmöffnung (28) steuert.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (23) topfförmig ausge bildet ist, mit seiner einen Stirnseite (26) die Dichtfläche bildet, die zugleich eine die Überströmöffnung (28) steuernde Steuerkante bildet.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (23) einen seine eine Stirnseite (26) mit seiner anderen Stirnseite (34) verbindenden Durchtrittskanal (42) aufweist, der durch ein von einer vorgespannten Feder (29) belastetes Schließglied (35) eines Drucksteuerventils (14') verschließbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (35) bei Erreichen eines höchstzulässigen Drucks in den Kraftstoffhochdruck speichern den Durchtrittskanal (42) zur Entlastungsseite hin öffnet.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (29), die das Schließglied (35) belastet zugleich die Feder (29) ist, die das Ventil glied (23) belastet.