Titel:

Verfahren zur Versorgung einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspntzsystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff sowie Kraftstoffeinspritzsvstem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, wobei zur Förderung und zur Fördermengenregelung eine in einem Niederdruckkreislauf angeordnete elektromotorisch betriebene Förderpumpe eingesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-

Rail-Einspritzsystem, einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik Eine Vorrichtung der vorstehend gennanten Art geht beispielsweise aus der EP 1

195 514 A2 hervor, die eine Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses einer Hochdruckpumpe in einem Common-Rail Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine betrifft. Die angegebene Vorrichtung umfasst hierzu eine elektromotorisch betriebene Förderpumpe, die nach Maßgabe einer Steuereinheit eine bestimmte Menge Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe fördert. In Abhängigkeit von der Fördermenge der Förderpumpe wird durch eine auf der Saugseite der Hochdruckpumpe angeordnete Drossel der Förderdruck vorgegeben, der proportional zur Fördermenge steigt oder fällt. Der Durchmesser der Drossel wird anhand ermittelter Versuchsergebnisse entsprechend den Anforderungen festge- legt.

Ein Vorteil des Einsatzes einer elektromotorisch betriebenen Pumpe als Förderpumpe zeigt sich insbesondere darin, dass eine solche Pumpe eine exakte Mengenregelung ermöglicht. Üblicherweise zur Mengenzumessung verwendete Stellglieder, wie beispielsweise eine Zumesseinheit, können demnach entfallen.

Dies wiederum hat zur Folge, dass die Anzahl der Bauteile, insbesondere der elektrischen/elektronischen Komponenten, sowie die Anzahl der erforderlichen Anschlüsse und Leitungen reduziert werden kann.

Ferner ermöglicht eine solche Elektrokraftstoffpumpe eine bedarfsgerechte An- Steuerung, durch welche die Verlustleistung verringert wird. Im Schubbetrieb ist beispielsweise eine Reduzierung der Fördermenge auf Null möglich, um auch die Hochdruckmenge auf Null abzusenken. Eine entsprechende Ansteuerung der Förderpumpe ist jedoch nicht möglich, wenn zugleich Kraftstoffhochdruckpumpen Einsatz finden, die auf eine gewisse Mindestkraftstoffversorgung, beispielsweise zur Schmierung und/oder Kühlung, angewiesen sind.

Das in der EP 1 195 514 A2 beschriebene Kraftstoffeinspritzsystem weist eine in den Niederdruckkreislauf eingebundene Schmiermittelleitung auf, über welche die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff zur Schmierung versorgt wird. Die Versor- gung mit Kraftstoff zur Schmierung ist jedoch an eine bestimmte Hochdruck-

Fördermenge gebunden, die nicht unterschritten werden darf, da sonst eine konstante Schmierung nicht gewährleistet ist.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfin- dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Versorgung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff bereit zu stellen, durch welches eine zur Schmierung und/oder Kühlung ausreichende Kraftstoffversorgung der Hochdruckpumpe nahezu unabhängig von der geförderten Hochdruckmenge sichergestellt ist. Ferner soll ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Kraftstoffeinspritzsystem angege- ben werden, das zudem einfach aufgebaut und mit geringer Verlustleistung betreibbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorge- schlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der jeweiligen Erfindung werden in den

Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung Das zur Versorgung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Kraftstoffdruck mit- tels eines auf der Saugseite der Hochdruckpumpe angeordneten Druckregelventils geregelt wird, wobei in Schließstellung des Druckregelventils weiterhin eine Versorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff zur Schmierung und/oder Kühlung über den Niederdruckkreislauf und die Förderpumpe sichergestellt wird. Das heißt, dass die der Hochdruckpumpe zur Verdichtung zugeführte Fördermenge durch Schließen des Druckregelventils auf Null reduziert werden kann und dennoch eine ausreichende Menge Kraftstfoff zur Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe bereit gestellt wird. Dadurch sind in Kombination mit einer Elektrokraftstoffpumpe als Förderpumpe auch Hochdruckpumpen einsetzbar, die auf eine gewisse Mindestkraftstoffversorgung angewiesen sind. Zugleich kann durch eine bedarfsgerechte Ansteuerung der elektromotorisch betriebenen Förderpumpe eine Reduzierung der Verlustleistung erzielt werden. Bedarfsgerechte Ansteuerung bedeutet, dass die Fördermenge der Förderpumpe auf eine zur Schmierung und/oder Kühlung erforderliche Menge reduziert werden kann, wenn darüber hinaus kein Kraftstoff auf Hochdruck gefördert werden soll.

Darüber hinaus kommen die bereits eingangs genannten Vorteile in Bezug auf den Einsatz einer Elektrokraftstoffpumpe zum Tragen. Wird die Elektrokraftstoffpumpe beispielsweise zur Mengenregelung genutzt, kann eine separate Zu- messeinheit entfallen. Die Anzahl der elektrischen/elektronischen Bauteile wird somit reduziert. Des Weiteren kann auf die Anordnung eines Druckregelventils am Rail bzw. am Kraftstoffhochdruckspeicher verzichtet werden. Denn die Druckregelung wird nunmehr von dem erfindungsgemäß auf der Saugseite der Hochdruckpumpe angeordneten Druckregelventil übernommen. Mit einer Reduzierung der Anzahl der elektrischen/elektronischen Bauteile geht ferner eine Reduzierung der notwendigen Anschlüsse bzw. Steckverbindungen einher. Folglich wird auch der Aufbau eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Kraftstoffeinspritzsystems vereinfacht. Das Schließen des Druckregelventils ermöglicht nicht nur eine Reduzierung der geförderten Hochdruckmenge auf Null, während im Niederdruckbereich eine ausreichende Menge Kraftstoff zur Schmierung und/oder Kühlung verbleibt, sondern wirkt auch der Ausbreitung von Druckpulsationen entgegen, die insbesondere bei hohen Drehzahlen auftreten und die unter Umständen zu unerwünschter Hoch- druckfördermenge führen können. Das Verfahren eignet sich daher vor allem in

Verbindung mit Kraftstoffeinspritzsystemen, die hochdynamische Pumpen ein- setzen. Derartige Pumpen erfordern in der Regel auch eine verbesserte Schmierung und/oder Kühlung ihrer Bauteile.

In der Regel ist eine Schmierung und/oder Kühlung vor allem der im Gehäuse der Hochdruckpumpe ausgebildeten Lagerstellen zur Aufnahme der Antriebswelle sicherzustellen. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird hierzu der Kraftstoff zunächst einem zentralen Pumpenraum zugeführt, von wo aus er sieh auf die beiden Wellenlagerstellen verteilt. Überschüssiger Kraftstoff wird über Leitungen einem Rücklauf zugeführt. Darüber hinaus können auch weitere Komponenten geschmiert und/oder gekühlt werden.

Bevorzugt ist das Druckregelventil derart ausgelegt, dass in Schließstellung des Druckregelventils die Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe über den Öffnungsdruck des Druckregelventils sichergestellt wird. Erst bei Überschreitung des Öffnungsdrucks wird der Hochdruckpumpe Kraftstoff zur Verdichtung zugeführt. Unterhalb des Öffnungsdrucks ergibt sich keine Absteuermenge und somit keine Hochdruckmenge, wobei jedoch im Niederdruckbereich ein Restdruck verbleibt, der zur Schmierung und/oder Kühlung verwendet werden kann. Auf diese Weise ist auch bei geringer Fördermenge der Förderpumpe eine nahezu konstante Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe gewährleistet. Wird die Drehzahl der Elektrokraftstoffpumpe erhöht, steigt die Fördermenge und damit der Druck, so dass in der Folge das Druckregelventil öffnet und der Hochdruckpumpe Kraftstoff zur Verdichtung zugeführt wird.

Die Hochdruckmenge wird demnach über die Kennlinie des Druckregelventils definiert. Die Kennlinie und damit das statische und/oder dynamische Verhalten des Druckregelventils wird entsprechend den Anforderungen gewählt. Vorzugsweise wird eine steile Kennlinie gewählt, um bei einer Zunahme der Fördermenge einen geringen Druckanstieg und gleichzeitig eine starke Kolbendämpfung zu bewirken. Die Anforderungen können darüber hinaus aber auch eine andere Auslegung des Druckregelventils rechtfertigen.

Weiterhin bevozugt sind Maßnahmen zur Kompensierung von Leckagen im Bereich des Druckregelventils vorgesehen. Derartige Maßnahmen können zum Beispiel die Anordnung eines weiteren Druckregelventils am Rail bzw. Kraftstoff- hochdruckspeicher, die Verwendung einer Nullförderdrossel und/oder eine entsprechende Ansteuerung der Injektoren umfassen.

Gemäß einer bervorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Verbesse- rung der Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe ein zweistufiges

Druckregelventil eingesetzt. Die zweistufige Ausführung wird vorzugsweise durch eine Anbindung des Druckregelventils an einen Rücklauf realisiert. Wird ein Teil der Fördermenge über das Druckregelventil dem Rücklauf zugeführt, steigt zugleich die angefragte Fördermenge. Dies wiederum führt zu einem erhöhten Durchsatz und damit zu einer verbesserten Schmierung und/oder Kühlung. Denn mit der Kraftstoffmenge steigt auch die Schmier- bzw. Kühlleistung. Die Anbindung des Druckregelventils an den Rücklauf erfolgt dabei vorzugsweise über eine Drossel. Alternativ oder ergänzend kann zur Verbesserung der Schmierung und/oder Kühlung eine parallel zu einer Schmier- und/oder Kühlleitung geschaltete Drossel eingesetzt werden. Durch diese Maßnahme wird ebenfalls der Durchsatz und damit einhergehend die Schmier- und/oder Kühlleistung gesteigert. Der Unterschied zu einer zweistufigen Ausbildung des Druckregelventils besteht darin, dass eine Mengensteigerung keine bestimmte Schaltstellung des Druckregelventils voraussetzt, sondern konstant gegeben ist. Die vorgeschlagene Maßnahme eignet sich demzufolge insbesondere für hochbeanspruchte Pumpen.

Ferner kann wenigstens eine weitere Drossel in einer Schmier- und/oder Kühllei- tung zur Durchflussbegrenzung angeordnet sein.

Das ebenfalls zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzsystem zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass auf der Saugseite der Hochdruckpumpe ein Druckregelventil zur Regelung des Kraftstoffdrucks vorgesehen ist, wobei in Schließstellung des Druckregelventils eine zur Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe ausreichende Menge Kraftstoff über den Niederdruckkreislauf und die Förderpumpe sichergestellt ist. Dies setzt voraus, dass das Druckregelventil derart in den Niederdruckkreislauf integriert ist, dass auch in Schließstellung des Druckregelventils Kraft- stoff zu den Bauteilen gelangt, die es zu schmieren und/oder zu kühlen gilt. Vorzugsweise erfolgt die Verteilung der zur Schmierung und/oder Kühlung vorgese- henen Kraftstoffmenge über einen zentralen Pumpenraum. Von hier aus kann der Kraftstoff beispielsweise den Lagerstellen einer im Pumpengehäuse aufgenommenen Antriebswelle zugeführt werden. Alternativ oder ergänzend können auch separate Schmier- und/oder Kühlleitungen zur Verteilung des Kraftstoffs vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Druckregelventil zweistufig aufgebaut. Die zweistufige Ausführung kann beispielsweise durch eine Anbindung des Druckregelventils an einen Rücklauf realisiert werden, wobei weiterhin vorzugsweise die Anbindung über eine Drossel erfolgt. Indem ein Teil der Fördermenge über die Drossel dem Rücklauf zugeführt wird, kann der Durchsatz und damit die Schmier- und/oder Kühlleistung gesteigert werden.

Alternativ oder ergänzend kann eine Drossel vorgesehen sein, die parallel zu einer Schmier- und/oder Kühlleitung geschlatet ist. In einer Schmier- und/oder Kühlleitung kann zudem eine Drossel zur Durchflussbegrenzung angeordnet sein. Diese Maßnahmen bewirken ebenfalls eine Verbesserung bzw. Steigerung der Schmier- und/oder Kühlleistung.

Ferner bevorzugt ist das angegebene Kraftstoffeinspritzsystem zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile gelten demnach entsprechend für das Kraftstoffeinspritzsystem.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Die in Fig. 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst eine als Kolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe 1 , welche über einen Niederdruckkreislauf 2 mit Kraftstoff versorgt wird. Beispielhaft ist eine Hochdruckpumpe 1 mit einem Pumpenkol- 5 ben 10 dargestellt. Alternativ kann die Hochdruckpumpe 1 aber auch als Mehrkolbenpumpe ausgebildet sein. Der bzw. die Kolben ist bzw. sind vorzugsweise radial um eine Antriebswelle mit einem Nocken oder Exzenter 1 1 angeordnet und über eine Rolle 12 und/oder einen Stößelkörper am Nocken oder Exzenter 1 1 abgestützt, so dass eine Drehung der Antriebswelle eine Hubbewegung des Koll o bens 10 bzw. der Kolben bewirkt.

Das dargestellte Einspritzsystem umfasst ferner eine elektromotorisch betriebene Förderpumpe 3, die vorliegend zur Förderung von Kraftstoff und zur Regelung der Fördermenge eingesetzt wird. Eine separate Zumesseinheit ist somit ent-

15 behrlich. Die Druckregelung erfolgt über ein Druckregelventil 5, das auf der

Saugseite der Hochdruckpumpe 1 angeordnet ist. Der zur Verdichtung vorgesehene Kraftstoff gelangt über das Druckregelventil 5 und ein als Rückschlagventil ausgebildetes Zulaufventil 13 in einen Pumpenarbeitsraum 14 der Hochdruckpumpe 1 . Dort wird der Kraftstoff durch die Hubbewegung des Kolbens 10 ve-

20 ridchtet und über ein ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildetes Ablaufventil 15 einem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 zugeführt. Die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine erfolgt über mehrere an den Kraftstoffhochdruckspeicher 4 angeschlossene Kraftstoffinjektoren 9.

25 In Schließstellung des Druckregelventils 5 wird dem Pumpenarbeitsraum 14 der

Hochdruckpumpe 1 kein Kraftstoff zur Verdichtung zugeführt. Dennoch ist über den Niederdruckkreislauf 2 und die elektromotorisch betriebene Förderpumpe 3 eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe 1 sichergestellt. Denn auch in Schließstellung des Druckregelventils 5 gelangt wei-

30 terhin Kraftstoff in einen zentralen Pumpenraum 16, in welchem die Antriebswelle aufgenommen ist, so dass über den Pumpenraum 16 die im Gehäuse der Hochdruckpumpe 1 ausgebildeten Lagerstellen 8 der Antriebswelle mit ausreichend Kraftstoff zur Schmierung und/oder Kühlung versorgt werden. Vorliegend sind hierzu Schmier- und/oder Kühlleitungen 7 im Gehäuse der Hochdruckpumpe 1

35 angeordnet, die zudem mit einem Rücklauf 17 verbunden sind, um überschüssigen Kraftstoff abzuführen. Das dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem ermöglicht den Einsatz einer Hochdruckpumpe 1 , die auf eine konstante Kraftstoffversorgung, beispielsweise zur Schmierung und/oder Kühlung ihrer Bauteile, angewiesen ist. Da eine solche durch die erfindungsgemäße Anbindung des Druckregelventils gewährleistet ist, kann die elektromotorisch betriebene Förderpumpe 3 bedarfsgerecht angesteuert, d.h. die geförderte Hochdruckmenge ggf. auf Null reduziert werden, ohne dass die Hochdruckpumpe 1 Schaden nimmt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems. Im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 1 ist hier das Druckregelventil 5 zweistufig aufgebaut, indem eine Anbindung des Druckregelventils 5 an den Rücklauf 17 über eine Drossel 6 vorgesehen ist. Wird in einer bestimmten Schaltstellung des Druckregelventils 5 zumindest ein Teilstrom der Fördermenge über die Drossel 6 dem Rücklauf 17 zugeführt, steigt die Mengenanforderung und damit die Schmier- und/oder Kühlleistung. Um die Kraftstoffmenge und damit einhergehend die Schmier- und/oder Kühlleistung unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung des Druckregelventils 5 zu steigern, kann - wie vorliegend dargestellt - alternativ oder ergänzend eine weitere Drossel 6 eingesetzt werden, die parallel geschaltet ist.