Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine .

Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail"-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren aus einem gemeinsamen KraftstoffSpeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im KraftstoffSpeicher unter einem Druck von bis zu über 2000 bar vor.

Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefördert wird, um in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Derartige Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks.

Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maß- nahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Dabei ist es vorteilhaft für die Senkung der Schadstoffemissionen, wenn der Kraftstoff sehr präzise in den Zylinder eingespritzt werden kann.

Aus der EP 1 296 060 Bl ist eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Vorförderpumpe, mit der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert werden kann. Eine der Vorförderpumpe hydraulisch nachgeschaltete Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff dann in einen KraftstoffSpeicher, von wo aus er dann an mit dem KraftstoffSpeicher hydraulisch gekoppelte Injektoren verteilt werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung der Hochdruckpumpe kann in dem KraftstoffSpeicher ein vorgegebener, von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängiger Druck erreicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der in einfacher Weise ein präzises und zuverlässiges Zumessen von Kraftstoff für die Brennkraftmaschine und ein einfacher Aufbau der Ein- Spritzanlage ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, einer der Vorförder- pumpe stromabwärts nachgeordneten Hochdruckpumpe zur Förde- rung des Kraftstoffs in einen KraftstoffSpeicher, einer stromabwärts des KraftstoffSpeichers angeordneten Speicherrücklaufleitung, mit der Kraftstoff von dem KraftstoffSpeicher in den Kraftstofftank rückführbar ist, und einem in der Speicherrücklaufleitung angeordneten Ventil, mittels dem der Kraftstoff wahlweise dem Kraftstofftank oder einer hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe mündenden Tankbypassleitung zuführbar ist. In der Speicherrücklaufleitung ist stromabwärts des Ventils und stromaufwärts des Kraftstofftanks ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Durch eine geeignete Ausbildung des Druckbegrenzungsventils ist ein Kraftstoffdruck in der Speicherrücklaufleitung stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils einstellbar.

Dies ist vorteilhaft, da so in der Speicherrücklaufleitung stromaufwärts des Ventils, mittels dem der Kraftstoff wahlweise dem Kraftstofftank oder der Tankbypassleitung zugeführt werden kann, im wesentlichen unabhängig von der Schaltstellung dieses Ventils weitgehend konstante Druckverhältnisse erreicht werden können. Beispielsweise kann so ein stromabwärts des KraftstoffSpeichers und stromaufwärts des Ventils, mittels dem der Kraftstoff wahlweise dem Kraftstofftank oder der Tankbypassleitung zugeführt werden kann, in der Speicherrücklaufleitung angeordnetes Druckregelventil, das der Rege- lung des Drucks im KraftstoffSpeicher dient, mit hoher Genauigkeit betrieben werden. Damit kann dieses Druckregelventil unter allen relevanten Betriebszuständen auf einer definierten Kennlinie betrieben werden. Damit ist ein einfaches Kalibrieren des Druckregelventils möglich. Der über die Spei- cherrücklaufleitung abgeführte Kraftstoff kann mittels des Ventils abhängig von dessen Temperatur wahlweise dem Zulauf der Hochdruckpumpe zugemischt oder in den Tank zurückgeführt werden .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Druckbegrenzungsventil so ausgebildet, dass ein Kraftstoffdruck in der Speicherrücklaufleitung stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils in etwa einem Vorförderdruck des Kraftstoffs entspricht, den die Vorförderpumpe ausgangsseitig bereitstellt. Damit kann das Druckregelventil in vorteilhafter Weise für alle relevanten Betriebszustände auf einer weitgehend identischen Kennlinie betrieben werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.

Die in der Figur dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine weist einen Kraftstofftank 10 auf, aus dem mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff gefördert wird. Die Vorförderpumpe 12 ist vorzugsweise als Flügelzellenpumpe aus- geführt. Es kann jedoch auch eine andere Pumpenart, z. B. eine Zahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe für die Vorförderung verwendet werden. Die Vorförderpumpe 12 kann mit einer nicht dargestellten Antriebswelle, die mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine fest gekoppelt ist, mechanisch angetrieben werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine elektrisch betriebene Vorförderpumpe 12 einzusetzen, wodurch eine Steuerung der Förderleistung der Vorförderpumpe 12 unabhängig von der Förderleistung weiterer Pumpen möglich ist. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Vor- förderpumpe 12 eine so genannte Intankpumpe, das heißt, sie ist innerhalb des Kraftstofftanks 10 angeordnet, und bevorzugt beispielsweise als Tauchpumpe ausgebildet.

Die Vorförderpumpe 12 ist ausgangsseitig mit einem Vordrucksteuerventil hydraulisch gekoppelt, durch das bei Überschreiten eines vorgegebenen Vorförderdrucks p V an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 ein Teil des von der Vorför- derpumpe 12 geförderten Kraftstoffs zur Ansaugseite der Vor- förderpumpe 12 zurückgeführt und damit der Vorförderdruck p V an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 weitgehend konstant gehalten werden kann.

Stromabwärts der Vorförderpumpe ist eine Hochdruckpumpe 14 zur Förderung des Kraftstoffs in einen KraftstoffSpeicher 16 angeordnet. Der KraftstoffSpeicher 16 ist mit der Hochdruckpumpe 14 über eine KraftstoffSpeicherzuleitung 44 hydraulisch gekoppelt. Die Hochdruckpumpe 14 kann vorzugsweise als Radi- alkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit mehreren Zylindereinheiten ausgebildet sein, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt sind.

Der KraftstoffSpeicher 16 ist des Weiteren über Leitungen mit einem Injektor 18 oder mehreren Injektoren 18 hydraulisch gekoppelt. Jedem der Injektoren 18 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 18 in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen relativ hohen Einspritzdruck erreichen .

Überschüssiger Kraftstoff kann von den Injektoren 18 über ei- ne Injektorrücklaufleitung 46 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.

Hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist ein Volumenstromsteuerventil 22 angeordnet, mit dem der Kraftstofffluss von der Vorförderpumpe 12 in die

Hochdruckpumpe 14 einstellbar ist. Hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe 12 und dem Volumenstromsteuerventil 22 ist ein Temperatursensor 24 angeordnet. Mittels des Temperatursensors 24 und eines Drucksensors 25, durch den der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 16 bestimmt werden kann, sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen, kann das Volumenstromsteuerventil 22 so angesteuert werden, dass eine niederdruckseitige Steuerung des der Hochdruckpumpe 14 zugeführten KraftstoffStroms möglich ist.

Der KraftstoffSpeicher 16 ist mittels einer Speicherrücklaufleitung 42 mit einem Druckregelventil 28 verbunden, das beispielsweise abhängig von dem vom Drucksensor 25 ermittelten Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher 16 angesteuert werden kann. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem KraftstoffSpeicher 16 kann das Druckregelventil 28 öffnen und ein Teil des von der Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs kann über die Speicherrücklaufleitung 42 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.

Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 zweigt eine Spülleitung 29 ab, die ausgangsseitig in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 14 mündet, so dass es möglich ist, das Gehäuse der Hochdruckpum- pe 14 während des Betriebs mit Kraftstoff zu spülen. Damit kann eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 14 bewirkt werden. Der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff kann anschließend vom Gehäuse der Hochdruckpumpe 14 über eine Spülrücklaufleitung 36 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.

In der Spülleitung 29 ist weiterhin ein Spülleitungsventil und hydraulisch in Serie hierzu eine Spülleitungsdrossel angeordnet. Die Spülleitungsdrossel kann den Kraftstoffström durch die Spülleitung 29 begrenzen. Durch das Spülleitungsventil kann der über die Spülleitung 29 abzweigende Kraftstoffstrom freigegeben werden, wenn der Vorförderdruck p V an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Zum Schutz vor im Kraftstoffström mitgeführten Partikeln oder zum Abscheiden von Wasser ist stromaufwärts der Vorförderpum- pe 12 ein Filter 38 angeordnet. In dem Filter 38 oder in des- sen Umgebung ist der Temperatursensor 24 angeordnet, mit dem eine für den Filter 38 repräsentative Temperatur ermittelt werden kann.

Die Spülrücklaufleitung 36, die Speicherrücklaufleitung 42 und die Injektorrücklaufleitung 46 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.

An einer Abzweigstelle 40 stromabwärts des Druckregelventils 28 und stromaufwärts des Kraftstofftanks 10 zweigt von der Speicherrücklaufleitung 42 eine Tankbypassleitung 32 ab. Mittels eines Ventils 30, das an der Abzweigstelle 40 angeordnet ist, kann der von dem KraftstoffSpeicher 16 zurückfließende Kraftstoff entweder unter Umgehung des Kraftstofftanks 10 ü- ber die Tankbypassleitung 32 zu dem Filter 38 oder weiter ü- ber die Speicherrücklaufleitung 42 zu dem Kraftstofftank 10 geführt werden.

In der Speicherrücklaufleitung 42 ist stromabwärts des Ventils 30 und stromaufwärts des Kraftstofftanks 10 ein Druckbe- grenzungsventil 34 angeordnet, mit dem ein Kraftstoffdruck p R in der Speicherrücklaufleitung 42 stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils 34 eingestellt werden kann. Das Druckbegrenzungsventil 34 ist bevorzugt als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet. Das Druckbegrenzungsventil 34 ist bevorzugt so dimensioniert, dass der Kraftstoffdruck p_R in der Speicherrücklaufleitung 42 stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils 34 in etwa dem Vorförderdruck p V des Kraftstoffs am Ausgang der Vorförderpumpe 12 entspricht. Im Folgenden soll kurz die Funktion der Einspritzanlage beschrieben werden:

Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstoff- tank 10. Am Ausgang der Vorförderpumpe 12 hat der Kraftstoff den Vorförderdruck p_V. Der Kraftstoff gelangt dann über den Temperatursensor 24 und den Filter 38 zu dem Volumenstromsteuerventil 22. Durch das Volumenstromsteuerventil 22 wird der Hochdruckpumpe 14 so viel Kraftstoff zur Verfügung gestellt, wie vom KraftstoffSpeicher 16 benötigt wird. Mittels der Hochdruckpumpe 14 wird der Kraftstoff über die KraftstoffSpeicherzuleitung 44 an den KraftstoffSpeicher 16 geliefert. Vom KraftstoffSpeicher 16 wird der Kraftstoff den Injektoren 18 zugeführt, und von diesen in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Der für den KraftstoffSpeicher 16 erforderliche Kraftstoffdruck wird durch das Druckregelventil 28 in der Speicherrücklaufleitung 42 festgelegt. Steigt der Druck im Kraftstoff- Speicher 16 zu stark an oder soll der Druck im Kraftstoffspeicher 16 gezielt verringert werden, so kann mittels des Druckregelventils 28 über die Speicherrücklaufleitung 42 Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher 16 abgelassen werden.

Der über die Speicherrücklaufleitung 42 abgeführte Kraftstoff kann mittels des Ventils 30 abhängig von dessen Temperatur wahlweise dem Zulauf der Hochdruckpumpe 14 zugemischt oder in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden. In den Kraftstofftank 10 wird darüber hinaus Kraftstoff aus der Spülrück- laufleitung 36 und der Rücklaufleitung 46 von den Injektoren 18 zurückgeführt.

Soll der Filter 38, beispielsweise bei einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, erwärmt werden, so nimmt das Ventil 30 eine Stellung ein, bei der der Kraftstofffluss von dem KraftstoffSpeicher 16 über die Speicherrücklaufleitung 42 und die Tankbypassleitung 48 zu dem Kraftstofffilter 36 freigegeben wird, so dass der erwärmte Kraftstoff zu dem Filter 38 gelangen kann.

Ist der Filter ausreichend warm, so kann das Ventil 30 umschalten und den Kraftstofffluss von der Speicherrücklaufleitung 42 über das Druckbegrenzungsventil 34 zu dem Kraftstoff- tank 10 freigeben.

Ist das Druckbegrenzungsventil 34 so ausgewählt, dass der Kraftstoffdruck p R in der Speicherrücklaufleitung 42 stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils 34 weitgehend dem Vor- förderdruck p V des Kraftstoffs am Ausgang der Vorförderpumpe 12 entspricht, so können im Wesentlichen unabhängig von der Schaltstellung des Ventils 30 weitgehend konstante Druckverhältnisse in der Speicherrücklaufleitung 42 stromaufwärts des Ventils 30 eingehalten werden. Da in diesem Fall keine we- sentlichen Druckschwankungen in der Speicherrücklaufleitung 42 stromaufwärts des Ventils 30 auftreten, kann das stromabwärts des KraftstoffSpeichers 16 und stromaufwärts des Ventils 30 in der Speicherrücklaufleitung 42 angeordnete Druckregelventil 28, das der Regelung des Drucks im Kraftstoff- Speicher 16 dient, mit hoher Genauigkeit unter den relevanten Betriebszuständen auf einer definierten Kennlinie betrieben werden. Damit ist auch ein einfaches und kostengünstiges Kalibrieren des Druckregelventils 28 möglich.