An moderne Verbrennungsmotorenkonzepte werden erheb- liche technologische Anforderungen gestellt, um die Ge- setzesvorgaben der Gesetzgeber zu erfüllen und die Vor- stellungen der Autofahrer in Bezug auf Verbrauch, Lei- stung, Drehmoment und Laufruhe zu befriedigen.

Die Dieselmotoren hinkten lange Jahre in bezug auf die technologische Weiterentwicklung den mit Katalysato- ren ausgerüsteten Ottomotoren hinterher. Durch Entwick- lung von neuen Einspritzsystemen konnte dieser technolo- gische Vorsprung der Otto-Motoren jedoch in jüngster Zeit eingeholt werden. Als besonders leistungsfähig haben sich dabei Direkteinspritzsysteme gezeigt, bei denen der aus einem Tank angesaugte und mit Druck beaufschlagte Kraft- stoff einer gemeinsamen Leitung, der sogenannten Common- Rail zugeführt und von dort an die Einspritzdüsen der je- weiligen Zylinder verteilt wird. Die elektronische Motor- steuerung regelt den Druck von bis zu 2000 bar unabhängig von der Einspritzfolge je nach Drehzahl und Last des Mo- tors.

Das Grundkonzept eines derartigen Common-Rail-Diesel- motors ist in Figur 1 dargestellt, auf die bereits jetzt Bezug genommen sei.

Demgemäß wird der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe 2 aus einem Tank 4 angesaugt und in einer Hochdruckpum-

peneinrichtung 6 mit einer nicht dargestellten Hochdruck- pumpe sowie den zugehörigen Schaltelementen auf den er- forderlichen Kraftstoffdruck gebracht. Der druckbeauf- schlagte Kraftstoff wird der vorgeschriebenen gemeinsamen Hochdruckleitung, der Common-Rail 8 zugeführt.

Diese steht in Verbindung mit beispielsweise pie- zoelektrisch angesteuerten Einspritzdüsen 10, über die der Kraftstoff je nach Drehzahl und Last des Motors in die zugeordneten Zylinder 12 einspritzbar sind. Das Common-Rail-Einspritzsystem ermöglicht eine zylinderindi- viduelle Ansteuerung, so daß beispielsweise unterschied- lich starke Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylin- dern vermieden werden und somit die Laufruhe des Diesel- motors gegenüber herkömmlichen Systemen erheblich verbes- sert werden kann. Da der hohe Einspritzdruck bereits bei niedrigen Drehzahlen zur Verfügung steht, wird eine opti- male Gemischaufbereitung in den Zylindern bewirkt, die zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauches und einer Absenkung der Abgasemissionen führt.

Beim Starten des Verbrennungsmotores ist eine schnel- le Druckbeaufschlagung des zur Common-Rail geförderten Kraftstoffes auf ein Mindestniveau, das bei beispielswei- se 150 bar liegen kann erforderlich, um den Kraftstoff beim Starten des Motors in der erforderlichen Form zu zerstäuben.

Da die Hochdruckpumpeneinrichtung 6 üblicherweise an den Verbrennungsmotor angekoppelt ist, liefert diese un- mittelbar nach dem Start des Motores noch nicht genügend Druck, um den Kraftstoff auf das vorgenannte Mindestni- veau von 150 bar zu bringen. Eine Größerdimensionierung der Hochdruckpumpeneinrichtung würde die Herstellkosten des Dieselmotores und auch den Energieverbrauch erhöhen,

da diese Pumpe im Normalbetrieb, das heißt bei warmem Mo- tor zu groß ausgelegt wäre.

Zur Lösung dieses Problemes wird in der DE 3315927A1 ein Commg-Rail-Einspritzsystem vorgestellt, bei dem die Hochdruckpumpeneinrichtung 6 beim Starten des Motores über eine Bypassschaltung umgangen wird, so daß die Common-Rail 8 alleine von der Vorförderpumpe 2 gespeist wird. In diesem Betriebszustand wird die Vorförderpumpe 2 über einen Hilfsmotor angetrieben, so daß die Leistung der Vorförderpumpe 2 ausreicht, um den Kraftstoff auf das erforderliche Druckniveau zu bringen.

In der US 5 626 121A wird ein Common-Rail-Einspritz- system gezeigt, bei dem-ähnlich wie beim vorbeschriebe- nen Ausführungsbeispiel-beim Starten des Motores die Hochdruckpumpeneinrichtung 6 über eine Bypassleitung um- gangen und die Common-Rail 8 über die Vorförderpumpe 2 auf das erforderliche Druckniveau gebracht wird.

Bei beiden bekannten Einspritzsystemen ist ein erheb- licher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich, um die Hochdruckpumpeneinrichtung zu umgehen und eine Rückströ- mung des druckbeaufschlagten Kraftstoffs von der Common- Rail zur Hochdruckpumpeneinrichtung zu verhindern.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- de, ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, bei dem die Kraftstoffversorgung bei minimalem vorrichtungstech- nischem Aufwand auch beim Starten des Motores in der er- forderlichen Weise gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsy- stem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, stromaufwärts einer Hochdruckpum- pe eine Druckbegrenzungsventileinrichtung vorzusehen, über die in Abhängigkeit vom Druck in der Common-Rail der Speisedruck der Hochdruckpumpe auf das beim Starten des Motores erforderliche Druckniveau angehoben wird, kann der Kraftstoff von Beginn an in der erforderlichen Art und Weise zerstäubt werden. Der über die Vorförderpumpe druckbeaufschlagte Kraftstoff pflanzt sich dann über die Saug-und Druckrückschlagventile der Hochdruckpumpenein- richtung in die Common-Rail fort. Da die Hochdruckpumpe beim Starten durchströmt wird, müssen keine eigenen Schaltelemente vorgesehen werden, um die Hochdruckpumpe zu umgehen oder ein Rückströmen aus der Common-Rail zu verhindern.

Nach dem Anlaufen des Verbrennungsmotores wird der Kraftstoff über die Vorförderpumpe und die Hochdruckpumpe komprimiert, so daß der Speisedruck über die Druckbegren- zungsventileinrichtung auf das vorgestimmte niedrige Druckniveau abgesenkt werden kann, so daß die Vorförder- pumpe nicht mehr mit der erhöhten Leistung betrieben wer- den muß.

Ein besonders einfach aufgebautes Kraftstoffein- spritzsystem erhält man, wenn die Druckbegrenzungsven- tilanordnung ein Druckabschalt-oder Druckbegrenzungsven- til hat.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Kraft- stoffeinspritzsystems wird die Steuerfeder des Druckab- schalt-oder Druckbegrenzungsventils derart ausgelegt, daß der Aufsteuerdruck etwa 150 bar übersteigen muß.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zur Erhöhung der Betriebssicherheit zwischen der Saugseite der Hochdruckpumpe ein Saugdrosselventil vorgeschaltet,

über das der Speisedruck durch eine Saugdrosselregelung der Hochdruckpumpe möglich ist.

Der Speisedruck der Hochdruckpumpe läßt sich darüber hinaus au, ch variieren, indem die Druckbegrenzungsventil- anordnung elektrisch oder elektrohydraulisch in Abhängig- keit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors an- steuerbar ist, so daß der Speisedruck entsprechend vari- ierbar ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin- dung sind die Vorförderpumpe als elektrisch betriebene Verdrängerpumpe und die Hochdruckpumpe als eine vom Ver- brennungsmotor angetriebene Radialkolbenpumpe ausgeführt.

Die Druckbegrenzungsventilanordnung kann zu einem einzigen Ventil zusammenfaßt sein.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen : Figur 1 eine Schemadarstellung eines Dieselmotors mit Common-Rail-Einspritzsystem und Figur 2 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems für den in Figur 1 dargestell- ten Verbrennungsmotor.

Wie bei dem eingangs beschriebenen Kraftstoffein- spritzsystem wird der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe 2 aus einem Tank 4 gefördert, auf einen Speisedruck kom- primiert und über eine Speiseleitung 14 zum Eingangsan- schluß der Hochdruckpumpeneinrichtung 6 gefördert. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat diese eine Hochdruck-

pumpe 16 und ein vorgeschaltetes Saugdrosselventil 18, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel als 2-Wegeventil ausgeführt ist und elektrisch oder elektrohydraulisch be- tätigbar ist. Die Ansteuerung erfolgt über die nicht dar- gestellt. des Verbrennungsmotors.

In seiner federvorgespannten Grundstellung ist das Saugdrosselventil 18 in eine Durchflußstellung vorge- spannt. Durch Ansteuerung über die Motorsteuerung kann das Saugdrosselventil 18 in seine Sperrstellung gebracht werden, so daß die Zufuhr zur Hochdruckpumpe 16 unterbro- chen ist. Dies kann beispielsweise bei einer Störung des Einspritzsystems erfolgen, so daß die Kraftstoffversor- gung zu den Zylindern unterbrochen wird. Das Saugdrossel- entil 18 solltinuierlich verstellbar ausgeführt werden, so daß eine Saugdrosselregelung der Hochdruckpumpe 16 möglich ist.

Die Hochdruckpumpe 16 wird üblicherweise über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, während die Vorförderpumpe 2 eine großdimensionierte Kraftstoff- pumpe ist, die auch vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Alternativ könnte diese auch einen eigenen, bei- spielsweise elektrischen Antrieb aufweisen.

Bei Common-Rail-Einspritzsystemen werden üblicher- weise Hochdruckpumpen in Radialkolbenbauweise eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE 42 16 877 C2 beschrieben sind. Da der konstruktive Aufbau dieser Hochdruckpumpen 16 bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden.

Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über eine Hochdruckleitung 20 in die Common-Rail 8 gefördert, und von dieser über die Einspritzdüsen 10 in die Zylinder- räume eingespritzt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung zweigt von der Spei- seleitung 14 eine Rücklaufleitung 22 ab, über die eine Verbindung mit dem Tank 4 herstellbar ist.

In die Rücklaufleitung 22 ist ein Druckmodulations- oder Speisedruckbegrenzungsventil 24 geschaltet, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Druckbegrenzungsventil ausgeführt ist. Dieses sperrt in seiner federvorgespann- ten Grundposition die Verbindung zwischen der Rücklauf- leitung 22 und einer Tankleitung 26. Der Druck am Eingang des Speisedruckbegrenzungsventils 24 wird über eine Steu- erleitung 30 zu der gegen die Steuerfeder 28 wirkenden Stirnfläche des Ventilgliedes des Speisedruckbegrenzungs- ventils 24 geführt. Bei Überschreiten eines voreinge- stellten Maximalspeisedruckes in der Rücklaufleitung 22 wird das Speisedruckbegrenzungsventil 24 in seine Durch- flußstellung gebracht, so daß über die Tankleitung 26 ei- ne Verbindung zum Tank 4 aufgesteuert wird.

Das in Figur 2 dargestellte Speisedruckbegrenzungs- ventil 24 kann auch als elektrisch betätigtes Ventil aus- geführt werden, dessen Ansteuerung ebenfalls über die Mo- torsteuerung erfolgt. Durch geeignete Ansteuerung kann dann der Speisedruck zur Hochdruckpumpeneinrichtung 6 mo- duliert werden, so daß der Druck in der Common-Rail 8 einstellbar ist.

Bis hierhin unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltung nur unwesentlich von herkömmlichen Common-Rail- Einspritzsystemen.

Dem Speisedruckbegrenzungsventil 24 ist beim gezeig- ten Ausführungsbeispiel ein Druckabschalt-oder ein Druckbegrenzungsventil 32 vorgeschaltet, das von einer Druckfeder 34 in seine Schließstellung vorgespannt ist.

Die Druckfeder 34 hat eine wesentlich höhere Federrate als die Steuerfeder 28 und wird beim gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel so gewählt, daß ein Steuerdruck im Bereich von 150 bar anliegen muß, um die Kraft der Druckfeder 34 zu überw den. Im Gegensatz dazu reicht ein Druck von un- ter 10 bar in der Steuerleitung 30 aus, um die Kraft der Steuerfeder 28 zu übersteuern. Das Ventilglied des Druck- abschaltventils 32 wird in Öffnungsrichtung von dem Druck in einer Hochdrucksteuerleitung 36 beaufschlagt, über die der Druck in der Common-Rail 8 zum Druckabschaltventil 32 gemeldet wird.

Das heißt, solange der Druck in der Common-Rail 8 den über die Druckfeder 34 voreingestellten Wert von bei- spielsweise 150 bar nicht überschreitet, ist die Verbin- dung der Rücklaufleitung 22 zum Tank 4 unterbrochen, so daß der von der Vorförderpumpe 2 abgegebenen Speisedruck auf diesen Maximalwert begrenzt ist.

Beim Starten des Verbrennungsmotores läuft die elek- trisch betätigte Vorförderpumpe 2 sofort an, während die von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetriebene Hochdruckpumpe 2 aufgrund der geringen Motordrehzahl noch nicht in der Lage ist, den erforderlichen Startdruck von beispielsweise 150 bar zu liefern.

Beim Startvorgang befindet sich das Druckabschaltven- til 32 aufgrund der Kraft der Druckfeder 34 in seiner Sperrstellung, so daß die Rücklaufleitung 22 zum Tank 4 hin abgesperrt ist. Die Vorförderpumpe 2 fördert mit ma- ximaler Leistung und ist so ausgelegt, daß sie den erfor- derlichen Startdruck von etwa 150 bar liefern kann. Das Saugdrosselventil 18 befindet sich in einer Durchflußpo- sition, so daß der über die Vorförderpumpe 2 druckbeauf- schlagte Kraftstoff über die nicht dargestellten Saug-

und Druckrückschlagventile der Hochdruckpumpe 16 in die Hochdruckleitung 20 gefördert wird.

Unmittelbar nach dem Starten des Motores liefert die Hochdruckßumpe 16 einen vernachlässigbaren Beitrag zur Kompression des Kraftstoffs 20. Das heißt, der Druck in der Common-Rail 8 wird im wesentlichen durch die Wirkung der Vorförderpumpe 2 auf dasjenige Mindestniveau ge- bracht, daß zu einer akzeptablen Zerstäubung des Kraft- stoffes erforderlich ist.

Der Druck in der Common-Rail 8 wird über die Hoch- drucksteuerleitung 36 zur Steuerseite des Druckabschalt- ventils 32 gemeldet. Bei Überschreiten des voreingestell- ten Druckniveaus (beispielsweise 150 bar) in der Common- Rail 8 wird das Druckabschaltventil 32 in seine Durch- flußstellung gebracht, so daß die Verbindung der Rück- laufleitung 22 zum Speisedruckbegrenzungsventil 24 aufge- steuert wird.

Durch den vergleichsweise hohen Druck in der Rück- laufleitung 22 wird das Speisedruckbegrenzungsventil 24 in seine Durchflußstellung gebracht, so daß die Verbin- dung zum Tank T aufgesteuert und der Druck in der Rück- laufleitung 22 auf den voreingestellten Speisedruck von weniger als 10 bar abgebaut wird. Der Startvorgang des Verbrennungsmotors ist zwischenzeitlich abgeschlossen, so daß die Hochdruckpumpe mit der erforderlichen Drehzahl läuft, um den Kraftstoff vom voreingestellten Speisedruck (< 10 bar) auf das in der Common-Rail 8 erforderliche Druckniveau zu bringen. Das heißt, nach abgeschlossenem Startvorgang wird die Vorförderpumpe 2 druckentlastet, so daß sie nur noch den üblicherweise erforderlichen Speise- druck von bis zu 10 bar bringen muß.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat einen wesentlich einfacheren Aufbau als die eingangs beschriebenen Ein- spritzsysteme, da im Prinzip lediglich die Vorförderpumpe 2 und das Saugdrosselventil 18 im Hinblick auf das wäh- rend des tartvorgangs erforderliche Druckniveau von etwa 150 bar zu dimensionieren sind. Als zusätzliches Bauele- ment muß lediglich das Druckabschaltventil 32 vorgesehen werden, das dem Speisedruckbegrenzungsventil 24 vorge- schaltet ist. Durch eine groß dimensionierte Vorförder- pumpe 2 läßt sich somit eine schnelles Startverhalten des Verbrennungsmotores bei minimalem Energieverbrauch und geringem vorrichtungstechnischen Aufwand sicherstellen.

Selbstverständlich können auch andere Ventil-und Steuereinrichtung vorgesehen werden, um den Speisedruck in der Speiseleitung 14 während des Startvorganges auf das erforderliche hohe Druckniveau zu bringen. Anstelle eines vorgesteuerten Druckabschaltventils kann beispiels- weise auch ein Druckbegrenzungsventil verwendet werden.

Hauptvorteil der Erfindung gegenüber den herkömmli- chen Lösungen liegt darin, daß keine aufwendige Schaltung zur Umgehung des Hochdruckverdrängers während des Start- vorgangs vorgesehen werden muß, so daß lediglich vorhan- dene Leitungs-und Ventilmittel ergänzt werden müssen.

Offenbart ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe, von der druckbeaufschlagter Kraftstoff in eine Common-Rail förderbar ist. Beim Starten des Verbren- nungsmotors wird der Speisedruck der Hochdruckpumpe auf ein hohes Druckniveau gebracht, so daß sich in der Common-Rail sehr schnell der für eine optimale Zerstäu- bung erforderliche Druck aufbaut.