DE19933569A1

DE19933569A1 - Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19933569A1
Application number: DE1999133569
Authority: DE
Inventors: Christoph Klesse; Christian Taudt; Martin Werner; Helmut Hummel; Eckbert Zander
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: DE19933569B4

Abstract

Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit einer Vorförderpumpe (1) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter (3), einer der Vorförderpumpe (1) nachgeordneten Hochdruckpumpe (7) zur Kraftstoffspeisung mindestens eines Injektors (9.1 bis 9.4), einer nach der Vorförderpumpe (1) abzweigenden und in die Hochdruckpumpe (7) mündenden Spülleitung (12) zur Spülung und/oder Schmierung der Hochdruckpumpe (7) mit Kraftstoff, einem in der Spülleitung (12) angeordneten Ventil (15) zur Steuerung des über die Spülleitung (12) abzweigenden Kraftstoffstroms, wobei das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung steuerbar ist und die Steuerung unabhängig von dem eingangsseitig an dem Ventil (15) anliegenden Kraftstoffdruck ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine Brenn kraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 42 180 A1 ist ein derartiges Einspritzsystem mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe bekannt, wobei die Vorförderpumpe Kraft stoff aus einem Kraftstofftank fördert und an die Hochdruck pumpe weiterleitet, die dann den eigentlichen Einspritzdruck aufbaut und ausgangsseitig mit den Injektoren des Einspritz systems verbunden ist. Die Drehzahl der Vorförderpumpe ist hierbei mechanisch an die Drehzahl der Brennkraftmaschine ge koppelt. Zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe ist hierbei ein steuerbares Ventil angeordnet, um den Kraft stoffstrom zur Hochdruckpumpe zu regeln. Darüber hinaus weist das bekannte Einspritzsystem eine Spülleitung auf, die zwi schen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe abzweigt und in das Gehäuse der Hochdruckpumpe mündet, um eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe zu bewirken. Problematisch ist hierbei bekanntermaßen, daß der über die Spülleitung abflie ßende Kraftstoff-Nebenstrom beim Anlassen der Brennkraftma schine den Druckaufbau an der Zulaufseite der Hochdruckpumpe verzögert oder sogar verhindert, so daß die Brennkraftmaschi ne verzögert oder gar nicht anspringt. Bei dem bekannten Ein spritzsystem ist deshalb in der Spülleitung ein Ventil ange ordnet, das in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegen den Kraftstoffdruck öffnet oder schließt. Bei einem geringen Kraftstoffdruck zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe schließt das in der Spülleitung angeordnete Ventil selbstän dig, wodurch der Druckaufbau während des Anlaßvorgangs be schleunigt wird, da kein Kraftstoff mehr über die Spülleitung abfließt. Beim Erreichen des Betriebsdrucks öffnet dann das in der Spülleitung angeordnete Ventil, um während des normalen Betriebs eine Spülung der Hochdruckpumpe zu gewährleisten. Entscheidend ist hierbei, daß das in der Spülleitung angeord nete Ventil in Abhängigkeit vom eingangsseitig anliegenden Kraftstoffdruck selbständig öffnet bzw. schließt, wobei nur der Öffnungs- bzw. Offenhaltedruck voreingestellt kann.

Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen bekannten Ein spritzsystem ist die Tatsache, daß das Öffnen des in der Spülleitung angeordneten Ventils ausschließlich in Abhängig keit von dem eingangsseitig anliegenden Kraftstoffdruck er folgt, was bei dem Zielkonflikt zwischen dem Streben nach ei ner optimalen Spülung der Hochdruckpumpe einerseits und einem möglichst schnellen Druckaufbau während des Anlaßvorgangs an dererseits zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ein spritzsystem der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, das bei einer möglichst effektiven Spülung der Hochdruckpumpe einen möglichst schnellen Druckaufbau während des Anlaßvor gangs aufweist.

Die Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt die allgemeine technische Lehre ein, das in der Spülleitung angeordnete Ventil unabhängig von dem Kraftstoffdruck zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe zu anzusteuern. Vorteilhaft ist hieran, daß sich das Steuer- bzw. Regelverhalten entsprechend dem Ziel eines möglichst ra schen Druckaufbaus einerseits und einer möglichst effektiven Spülung der Hochdruckpumpe andererseits frei vorgeben läßt.

In einer Variante der Erfindung erfolgt die Steuerung des in der Spülleitung angeordneten Ventils durch das bei herkömmli chen Einspritzsystemen ohnehin vorhandene elektrische Steuer gerät. Eine derartige elektrische Ansteuerung bietet den Vor teil, daß sich durch elektronische Schaltkreise nahezu belie bige Steuer- bzw. Regelcharakteristiken vorgeben lassen, wo bei die Steuerung bzw. Regelung auch während des Betriebs in Abhängigkeit von anderen Systemgrößen angepaßt werden kann.

In einer anderen Variante der Erfindung erfolgt die Ansteue rung des in der Spülleitung angeordneten Ventils dagegen hy draulisch, indem das Ventil mit der Ausgangsseite der Hoch druckpumpe verbunden ist, wobei der Strömungswiderstand des in der Spülleitung angeordneten Ventils eine negative Abhän gigkeit von dem Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe aufweist.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Er findung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angesteuerten 2/2-Wegeventil in der Spülleitung,

Fig. 2 als alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angesteuerten stufenlosen Ventil in der Spülleitung sowie

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Einspritzsystems mit einem hydraulisch an gesteuerten 2/2-Wegeventil in der Spülleitung.

Das in Fig. 1 dargestellte Einspritzsystem dient zum Ein spritzen von Dieselkraftstoff in die Brennräume eines 4- Zylinder-Dieselmotors. Der Dieselkraftstoff wird hierbei von einer Vorförderpumpe 1 über einen Kraftstoffilter 2 aus einem Kraftstofftank 3 abgepumpt, wobei die Vorförderpumpe 1 mecha nisch über eine Welle 4 von der Brennkraftmaschine angetrie ben wird. Stromabwärts der Vorförderpumpe 1 ist ein automa tisch arbeitender Vordruckregler 5 angeordnet, der den Aus gangsdruck der Vorförderpumpe 1 konstant hält, indem beim Überschreiten eines vorgegebenen Sollwerts des Ausgangsdrucks automatisch Dieselkraftstoff von der Ablaufseite zur Saugsei te der Vorförderpumpe 1 zurückgeführt wird.

Der von der Vorförderpumpe 1 geförderte Dieselkraftstoff wird anschließend beispielsweise über ein Steuerventil 6 einer Hochdruckpumpe 7 zugeführt, die den erforderlichen hohen Ein spritzdruck erzeugt und ausgangsseitig über einen Druckspei cher 8 (Rail) mit den Injektoren 9.1 bis 9.4 verbunden ist, um den Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Der Antrieb der Hochdruckpumpe 7 erfolgt eben falls über die Welle 4 durch die Brennkraftmaschine oder durch eine separate Antriebswelle. Hinter der Hochdruckpumpe 7 ist beispielsweise ein Hochdruckregler 10 angeordnet, der von einer elektronischen Steuereinheit 11 gesteuert wird und einen vorgegebenen Einspritzdruck einstellt, indem bei einem Überschreiten des gewünschten Einspritzdrucks Kraftstoff in den Rücklauf der Hochdruckpumpe 7 abgegeben wird und zurück in den Kraftstoffbehälter 3 fließt.

Zwischen der Vorförderpumpe 1 und dem Steuerventil 6 zweigt eine Spülleitung 12 ab, die an ihrem Ende in dem Gehäuse der Hochdruckpumpe 7 mündet, so daß der über die Spülleitung 12 abgezweigte Kraftstoff-Nebenstrom eine Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 7 bewirkt. Nach der Spülung der Hochdruck pumpe 7 wird der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff dann über eine Abführleitung 13 in den Rücklauf der Hoch druckpumpe 7 abgegeben.

In der Spülleitung 12 ist zum einen eine Drossel 14 angeord net, die den über die Spülleitung 12 abfließenden Kraftstoff- Nebenstrom begrenzt.

Zum anderen ist stromabwärts hinter der Drossel 14 in der Spülleitung 12 ein Spülventil 15 angeordnet, das als 2/2- Wegeventil mit zwei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen ausgebildet ist. Dies bedeutet, daß das Spülventil 15 nur ei ne geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung auf weist, ohne teildurchlässige Übergangsstellungen zu ermögli chen. Die mechanische Ansteuerung des Spülventils 15 erfolgt durch einen in das Spülventil 15 integrierten elektromagneti schen Aktor 16, der über eine elektrische Leitung mit der Steuereinheit 11 verbunden ist. In einer anderen Variante dieses Ausführungsbeispiels wird anstelle des elektromagneti schen Aktors 16 ein piezoelektrischer Aktor oder ein sonsti ges Stellglied verwendet. Weiterhin weist das Spülventil 15 ein integriertes Federelement 17 auf, welches das Spülventil 15 ohne eine externe Ansteuerung durch die Steuereinheit 11 in eine vordefinierte Stellung bringt. Vorzugsweise wird das Spülventil 15 hierbei ohne externe Ansteuerung geöffnet, so daß auch bei einem Ausfall der Steuereinheit 11 noch eine Spülung der Hochdruckpumpe 7 gewährleistet ist. Stattdessen ist es jedoch auch möglich, daß das Spülventil 15 in der Ru hestellung ohne externe Ansteuerung geschlossen ist, um auch bei einem Ausfall der Spülventilsteuerung noch ein Starten der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.

Die Steuereinheit 11 ist eingangsseitig über einen Drucksen sor 18 mit dem Druckspeicher 8 (Rail) verbunden und erfaßt somit direkt den Einspritzdruck. Weiterhin erfaßt die elek tronische Steuereinheit 11 die Drehzahl der Brennkraftmaschi ne und schließt das Spülventil 15 während des Anlaßvorgangs beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl.

In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels weist die Steu ereinheit 11 zusätzlich ein Zeitglied auf, welches das Spül ventil 15 nach Ablauf einer vorgegeben Zeitspanne im ge schlossenen Zustand unabhängig von der Drehzahl wieder öff net, um zu verhindern, daß die Hochdruckpumpe 7 aufgrund feh lender Spülung beschädigt wird. Das Zeitglied wird vorzugs weise bei jedem Schließen des Spülventils 15 von der Steuer einheit 11 zurückgesetzt.

In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels ist die Steuer einheit 11 mit einem Drehzahlmesser verbunden, wobei die ge messene Drehzahl mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergli chen wird. Beim Überschreiten des Schwellenwerts öffnet die Steuereinheit 11 dann das Spülventil 15 unabhängig von dem gemessenen Einspritzdruck, um bei hohen Drehzahlen eine Be schädigung der Hochdruckpumpe 7 durch eine unzureichende Spü lung zu verhindern. Es ist selbstverständlich auch möglich, die vorstehend beschriebene Zeit- und drehzahlabhängige Steuerung des Spülventils 15 miteinander zu kombinieren, um eine Beschädigung der Hochdruckpumpe 7 möglichst sicher zu verhindern.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Einspritzsystems stimmt weitgehend mit dem vor stehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Einspritz system überein, so daß im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und auf die vorstehende Beschreibung verwie sen wird.

Der Unterschied gegenüber dem vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispiel besteht im wesentlichen darin, das das Spül ventil 15 eine stufenlose Einstellung des Strömungswider stands ermöglicht, so daß der über die Spülleitung 12 abzwei gende Kraftstoffstrom wesentlich feinfühliger gesteuert wer den kann. Auf diese Weise läßt sich der Zielkonflikt wischen dem Streben nach einem möglichst schnellen Druckaufbau wäh rend des Anlaßvorgangs einerseits und einer möglichst effek tiven Spülung der Hochdruckpumpe 7 andererseits besser lösen.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Einspritzsystems stimmt ebenfalls weitgehend mit den vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 dar gestellten Einspritzsystemen überein, so daß auch im folgen den dieselben Bezugszeichen verwendet werden und auf die vor stehende Beschreibung verwiesen wird.

Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spielen erfolgt die Ansteuerung des Spülventils 15 hierbei jedoch nicht elektrisch über die Steuereinheit 11, sondern hydraulisch in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher 8 (Rail). Das Spülventil 15 weist deshalb einen Steuereingang auf, der über eine Steuerleitung 19 mit der Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher 8 (Rail) und der Hochdruckpumpe 7 verbunden ist, so daß an dem Steuerein gang des Spülventils 15 im wesentlichen der Einspritzdruck anliegt. Das Steuerverhalten des Spülventils 15 ist hierbei so ausgebildet, daß der Strömungswiderstand des Spülventils 15 eine negative Abhängigkeit von dem Einspritzdruck auf weist, so daß der Strömungswiderstand des Spülventils 15 mit steigendem Einspritzdruck abnimmt. Dies bedeutet vorzugswei se, daß das Spülventil 15 während des Anlaßvorgangs bei ge ringem Einspritzdrucks sperrt und beim Erreichen des vorgege benen Einspritzdrucks öffnet, um dann eine Spülung der Hoch druckpumpe 7 zu gewährleisten. Anstelle des in der Zeichnung dargestellten stufenlosen Spülventils 15 kann auch bei der vorstehend beschriebenen hydraulischen Ansteuerung ein 2/2- Wegeventil verwendet werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. In einer anderen Variante dieses Ausführungsbeispiels ist die Steuerleitung 19 nicht mit der Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher 8 (Rail) und der Hochdruckpumpe 7, sondern direkt mit der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe 7 oder direkt mit dem Druckspeicher 8 verbunden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear teten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

1. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit
einer Vorförderpumpe (1) zur Förderung von Kraftstoff aus ei nem Kraftstoffbehälter (3),
einer der Vorförderpumpe (1) nachgeordneten Hochdruckpumpe (7) zur Kraftstoffspeisung mindestens eines Injektors (9.1 bis 9.4),
einer nach der Vorförderpumpe (1) abzweigenden und in die Hochdruckpumpe (7) mündenden Spülleitung (IZ) zur Spülung und/oder Schmierung der Hochdruckpumpe (7) mit Kraftstoff,
einem in der Spülleitung (12) angeordneten Ventil (15) zur Steuerung des über die Spülleitung (12) abzweigenden Kraft stoffstroms, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) zwi schen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stel lung steuerbar ist, wobei die Steuerung unabhängig von dem eingangsseitig an dem Ventil (15) anliegenden Kraftstoffdruck ist.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) ein 2/2-Wegeventil ist.

3. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) eine stufenlose Einstellung des Strömungswiderstands ermöglicht.

4. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) einen elektrisch ansteuerbaren Aktor (16) aufweist, der mit einer elektrischen Steuereinheit (11) verbunden ist.

5. Einspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (11) ein Zeitglied aufweist, welches das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) nach Ab lauf einer vorgegebenen Zeitspanne im geschlossenen Zustand wieder öffnet, um eine Beschädigung der Hochdruckpumpe (7) durch eine unzureichende Spülung zu verhindern.

6. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) einen hydraulisch ansteuerbaren Steuereingang aufweist.

7. Einspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des in der Spülleitung (12) angeordne ten Ventils (15) über eine Steuerleitung (19) mit der Aus gangsseite der Hochdruckpumpe (7) verbunden ist, wobei der Strömungswiderstand des in der Spülleitung (12) angeordneten Ventils (15) eine negative Abhängigkeit von dem Kraftstoff druck an der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe (7) aufweist.

8. Einspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil (15) beim Unterschreiten einen vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe (7) schließt und beim Über schreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Aus gangsseite der Hochdruckpumpe (15) öffnet.

9. Einspritzsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochdruckpumpe (7) und dem Injektor (9.1 bis 9.4) ein Druckspeicher (8) angeordnet ist, wobei der Steuer eingang des in der Spülleitung (12) angeordneten Ventils (15) mit dem Druckspeicher (8) verbunden ist.

10. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Spülleitung (12) angeordnete Ventil ein Fe derelement (17) aufweist, welches das Ventil (12) ohne exter ne Ansteuerung öffnet.