DE10028007A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Niederdruck-Kreislauf - Google Patents

Abstract

Bei Common-Rail-Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen für eine Brennkraftmaschine (1) ist pro Zylinder (1) ein Injektor (3) vorgesehen, die aus einer gemeinsamen Druckleitung (4) gespeist werden. Eine Kraftstoffpumpe (5, 6) ist über eine Vorlaufleitung (7) zur Kraftstofförderung zur Druckleitung (4) und eine Rücklaufleitung (8) für überschüssig geförderten Kraftstoff mit einem Kraftstofftank (10) verbunden. In die Rücklaufleitung (8) mündet eine Niederdruckleitung (12) für überschüssig der Druckleitung (4) entnommenen Kraftstoff. DOLLAR A Um den Montage- und Herstellungsaufwand der Vorrichtung zu reduzieren und dabei eine Kraftstoffvorwärmung in der Vorlaufleitung (7) zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß in der Niederdruckleitung (12) eine Mischeinrichtung (9) angeordnet, mittels derer rücklaufender Kraftstoff in Abhängigkeit der Stellung eines verstellbaren Leitelementes (18) anteilig in die Vorlaufleitung (7) abführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Niederdruck-Kreislauf für eine Brennkraftmaschine mit pro Zylinder einem Injektor, die aus einer gemeinsamen Druckleitung gespeist werden, der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die Injektoren einer Brennkraftmaschine werden aus einem Kraftstofftank für eine Zulaufleitung mit Kraftstoff ver­ sorgt, wobei überschüssig von einer Kraftstoffpumpe geför­ derter Kraftstoff durch eine Rücklaufleitung zum Kraft­ stofftank zurückgeführt werden kann. In solchen Kraftstoff­ kreisläufen sind Maßnahmen zur Vorwärmung des zugeführten Kraftstoffes bekannt. Die DE 41 05 232 C1 offenbart einen Kraftstoffkreislauf mit thermostatgesteuerter Kraftstoff­ vorwärmung, bei dem in der Vorlaufleitung zu einer Kraft­ stoffeinspritzpumpe ein temperaturabhängig gesteuertes Um­ schaltventil angeordnet ist, welches bei tiefen Umgebungs­ temperaturen der Brennkraftmaschine den Kraftstoff über ei­ nen Wärmetauscher leitet.

Aus der EP 0 819 844 A2 ist eine Kraftstoffeinspritzvor­ richtung mit einer Kraftstoff-Vorlauf- und einer Rücklauf­ leitung bekannt, bei der als Strömungsteiler ein tempera­ turabhängig arbeitendes Wegeventil in die Rücklaufleitung eingesetzt ist. Mit diesem Ventil kann bedarfsweise der er­ wärmte und in Richtung des Kraftstofftanks rückfließende Kraftstoff zur Kraftstofferwärmung in ein Kraftstoffilter abgezweigt werden, das in der Vorlaufleitung angeordnet ist. Das Umschaltventil ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet, wobei der schaltbare Ausgang zur Brennkraftmaschine tempe­ raturabhängig geöffnet oder geschlossen ist. Die Temperatur ist in Verschlußstellung höher als bei Offenstellung.

Bei sogenannten Common-Rail-Einspritzvorrichtungen werden die Injektoren aller Zylinder aus einer gemeinsamen Druck­ leitung gespeist, in der Kraftstoff von einer Hochdruckpum­ pe unter statischem Nenndruck bereitgestellt ist. Die Kraftstoffpumpe ist über die Vorlaufleitung und eine Rück­ laufleitung mit dem Kraftstofftank verbunden. In die Rück­ laufleitung mündet eine Niederdruckleitung für den über­ schüssig der Druckleitung entnommenen und nicht zur Ein­ spritzung in den Zylinder kommenden Kraftstoff ein. Eine solche Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist beispielsweise offenbart in der DE-Z "Hoffmann, Hummel, Maderstein, Peters: Das Common-Rail-Einspritzsystem, ein neues Kapitel der Dieseleinspritztechnik, Motortechnische Zeitschrift 58 (1997), Nr. 10 ab Seite 572".

Der zu erwärmende Vorlaufstrom wird bei bekannten Common- Rail-Einspritzvorrichtungen über eine Kraftstoffheizung ge­ leitet, die in einem Kraftstoffilter in der Vorlaufleitung integriert sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einspritzvorrichtung derart auszubilden, daß der Montage- und Herstellungsaufwand des Kraftstoff-Niederdruck-Kreis­ laufs der Einspritzvorrichtung reduziert ist und dabei die Kraftstoffvorwärmung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

In der Niederdruckleitung ist eine Mischeinrichtung ange­ ordnet, mittels derer rücklaufender Kraftstoff anteilig in die Vorlaufleitung abführbar ist und dem Förderstrom der Kraftstoffpumpe beigemischt wird. Auf diese Weise wird der zur Brennkraftmaschine geförderte Kraftstoff gewärmt. Die Mischeinrichtung weist ein verstellbares Leitelement auf, welches mit seiner Einstellung den Massenstrom des in die Vorlaufleitung übertretenden warmen Rücklaufkraftstoffes bestimmt. Auf diese Weise ist die geeignete Temperatur des Förderkraftstoffes in der Vorlaufleitung einstellbar und auf ein Aggregat zur Kraftstofferwärmung in der Vorlauflei­ tung kann verzichtet werden. Die Niederdruckleitung mündet erst in Durchströmungsrichtung nach der Mischeinrichtung in die Rücklaufleitung von der Kraftstoffpumpe, so daß der Vorlaufleitung nur der überschüssig der Druckleitung ent­ nommene Kraftstoff zuführbar ist, welcher wärmer als der Rücklaufkraftstoff der Kraftstoffpumpe ist. Bereits durch Beimischung einer geringen Menge des warmen Kraftstoffes kann eine Erwärmung des Kraftstoffes in der Vorlaufleitung erreicht werden, die oft hinreichend ist. Durch Dosierung der Beimischung können Kraftstofftemperaturen in einem wei­ ten Temperaturfenster erzeugt werden.

An die Niederdruckleitung sind die Injektoren der Zylinder angeschlossen, wobei der nicht zur Einspritzung kommende Kraftstoff durch die Niederdruckleitung abgeführt wird. Der in die Niederdruckleitung gelangende Kraftstoff ist nach der Entnahme aus der Druckleitung entspannt, wobei die Ent­ spannung aus dem Hochdruckzustand in den Niederdruckzustand mit Wärmefreisetzung verbunden ist und der Kraftstoff er­ wärmt wird.

Das Leitelement in der Mischeinrichtung ist zweckmäßig in Abhängigkeit der Temperatur des rücklaufenden Kraftstoffes in der Niederdruckleitung selbsttätig umschaltbar. Als Stellelement für die Umschaltung des Leitelementes ist ein Bimetall als Stellelement zweckmäßig. Abhängig von der Kraftstofftemperatur gibt das Bimetall entsprechend seiner temperaturabhängigen Gestalt einen entsprechenden Über­ trittsquerschnitt zwischen der Niederdruckleitung und der Vorlaufleitung frei. Die Mischeinrichtung wird zweckmäßig in Strömungsrichtung vor einem Kraftstoffilter in der Vor­ laufleitung angeordnet.

Da zur Vorwärmung des Förderstroms der Kraftstoffpumpe aus­ schließlich der Kraftstoff aus der Niederdruckleitung her­ angezogen wird, welcher aufgrund der Entspannung aus dem Hochdruckzustand und der Nähe zur Brennkraftmaschine warm ist, gelangt der höhere Massenstrom des von der Kraftstoff­ pumpe rücklaufenden Kraftstoffes und der nicht zum Über­ tritt vorgesehene Kraftstoffstrom aus der Niederdrucklei­ tung in den Kraftstofftank zurück. Eine Saugstrahlpumpe in den Kraftstofftank kann mit dem großen Massenstrom des in den Tank rücklaufenden Kraftstoffes wirkungsvoll betrieben werden.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraftstoff-Niederdruck-Kreislauf kann bei unterschiedlichen Maschinen Anwendung finden, wobei die Kraftstoffvorwärmung der jeweiligen Motorcharakteristik durch entsprechende Ein­ stellung der Mischeinrichtung in der Niederdruckleitung an­ gepaßt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraft­ stoff-Niederdruck-Kreislauf,

Fig. 2 einen Querschnitt der Mischeinrichtung in der Nie­ derdruckleitung.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit im Ausführungs­ beispiel vier Zylindern 2, denen jeweils ein Injektor 3 zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum zugeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Common-Rail-Ein­ spritzvorrichtung auf, bei der alle Injektoren 3 aus einer gemeinsamen Druckleitung 4 gespeist werden. In der Druck­ leitung 4 wird von einer Hochdruckpumpe 5 über eine Förder­ leitung 13 Kraftstoff unter statischem Nenndruck zur Ein­ spritzung durch die Injektoren 3 bereitgestellt. Der Kraft­ stoff wird von einer Förderpumpe 6 über eine Vorlaufleitung 7 aus einem Kraftstofftank 10 zugeführt. Die Förderpumpe 6 ist parallel zur Vorlaufleitung 7 über eine Rücklaufleitung 8 mit dem Kraftstofftank 10 verbunden, durch die der nicht von der Hochdruckpumpe 5 in die Druckleitung 4 eingespeiste Kraftstoff in den Tank 10 zurückgeführt wird. Die Vorlauf­ leitung 7 und die Rücklaufleitung 8 sowie der Kraftstoff­ tank 10 bilden einen Kraftstoffkreislauf, in dem der Kraft­ stoff von der Förderpumpe 6 in Umlauf gehalten wird und der Hochdruckpumpe 5 zur Verdichtung und Einspeisung in die Druckleitung 4 bereitgestellt wird. Die Leitungen, in denen hoher Kraftstoffdruck herrscht, sind zur Unterscheidung gegenüber den Leitungen mit erheblich niedrigerem Kraft­ stoffdruck schraffiert hervorgehoben.

Die Injektoren 3 sind an eine Niederdruckleitung 12 ange­ schlossen, welche in die Rücklaufleitung 8 der Förderpumpe 6 mündet. In der Niederdruckleitung 12 wird der nicht zur Einspritzung in die Zylinder kommende, überschüssige Kraft­ stoff abgeführt. An die Niederdruckleitung 12 ist auch ein Druckregelventil 14 angeschlossen, das der Druckleitung 4 zugeordnet ist. Das Druckregelventil 14 öffnet bei Über­ schreiten des vorgegebenen Nenndruckes des Kraftstoffes in der Druckleitung 4 den Übertritt 17 in die Niederdrucklei­ tung 12. Der unter hohem statischem Druck stehende Kraft­ stoff wird beim Übertritt in die Niederdruckleitung 12 un­ ter Wärmefreisetzung weitgehend entspannt. Ein Drucksensor 16 mißt den vorliegenden Kraftstoffdruck in der Drucklei­ tung 4 und bei Feststellung eines den Nenndruck überstei­ genden Kraftstoffdruckes wird ein Druckausgleich durch das Druckregelventil 14 vorgenommen. Der Druckleitung 4 kann auch zusätzlich ein Druckbegrenzungsventil 15 für einen ma­ ximal zulässigen Kraftstoffdruck zugeordnet sein, welches schraffiert angedeutet ist. Das Druckbegrenzungsventil 14 wirkt auf den Übertritt 17 zwischen der Druckleitung 4 und der Niederdruckleitung 12.

In der Niederdruckleitung 12 ist eine Mischeinrichtung 9 angeordnet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel bau­ einheitlich mit einem Kraftstoffilter in der Vorlaufleitung 7 ausgebildet ist. Die Mischeinrichtung 9 liegt in der Nie­ derdruckleitung 12 in Durchströmungsrichtung vor der Ein­ mündung 11 in die Rücklaufleitung 8 und weist ein verstell­ bares Leitelement 18 auf, welches den warmen Kraftstoff­ strom in Abhängigkeit von dessen Temperatur anteilig in die Vorlaufleitung 7 durch das Kraftstoffilter einleitet. Durch Beimischung des warmen Kraftstoffes wird der geförderte Kraftstoff in der Vorlaufleitung 7 vor der Kraftstoffein­ spritzung in die Zylinder 2 vorgewärmt. Die Stellung des Leitelementes 18 bestimmt dabei den Massenstrom des in die Vorlaufleitung 7 übertretenden warmen Kraftstoffes. Die Vorwärmung des Kraftstoffes erfolgt unabhängig von dem rücklaufenden Kraftstoff in der Rücklaufleitung, da die Mündung 11 der Niederdruckleitung 12 hinter der Mischein­ richtung 9 liegt. Der Massenstrom des von der Förderpumpe 6 rücklaufenden Kraftstoffes ist deutlich höher als der über­ schüssige Kraftstoff der Injektoren 3 und dem Kraftstoff, der von dem Druckregelventil 14 der Niederdruckleitung 12 aufgegeben wird. Ist, wie im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel angedeutet, der Kraftstofftank 10 aufgrund seiner Einbaulage in einem Fahrzeug in mehrere Kammern unterteilt und daher in dem Kraftstofftank 10 eine Saugstrahlpumpe 19 zur Verbindung der Kammern angeordnet, so kann mit dem ho­ hen Massenstrom des von der Förderpumpe 6 rücklaufenden Kraftstoffstroms in der Rücklaufleitung 8 die Funktion der Saugstrahlpumpe 19 gefördert werden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Mischeinrichtung 9, die zur Steuerung der Kraftstoffvorwärmung in der Vorlauf­ leitung in der Niederdruckleitung 12 angeordnet ist. Die Mischeinrichtung 9 besteht im wesentlichen aus zwei topf­ förmigen Gehäuseteilen 24, 25, die einen Innenraum 26 be­ grenzen. Die Niederdruckleitung wird an einen Stutzen 27 angeschlossen, durch den der warme Kraftstoff von den In­ jektoren und der Druckleitung der Einspritzeinrichtung in den Innenraum 26 einströmt. Zum Abströmen des Kraftstoffes aus dem Innenraum 26 ist jedes der Gehäuseteile 24, 25 mit je einem Stutzen 28, 29 versehen, welche beide mit dem In­ nenraum 26 in Verbindung stehen. Die Austrittsstutzen 28, 29 liegen koaxial zueinander, wobei ihre jeweils im Innen­ raum 26 des Gehäuses liegenden Endabschnitte als Ventilsitz ausgebildet sind, mit dem eine Bimetallplatte 23 als Ver­ schlußglied zusammenwirkt. Die Bimetallplatte 23 durchsetzt den Zwischenraum der Innenabschnitte der Austrittsstutzen 28, 29 und ist an seinen Rändern an dem Gehäuseteil 25 ab­ gestützt. Die Bimetallplatte 23 steht mit dem Kraftstoff im Innenraum 26 in Kontakt und nimmt dessen Temperatur an. Die biegsame Bimetallscheibe 23 bildet ein temperaturabhängig selbständig schaltendes Leitelement für den Kraftstoff. In Abhängigkeit der Kraftstofftemperatur und der entspre­ chenden Gestalt der Bimetallscheibe 23 wird der Kraftstoff entweder durch den Stutzen 28 in Pfeilrichtung 22 zum Kraftstofftank zurückgeführt oder durch den Stutzen 29 in Pfeilrichtung 20 zum Kraftstoffilter und anschließend zur Brennkraftmaschine geführt oder gemischt. Entsprechend der Bimetallcharakteristik liegt die Bimetallscheibe 23 unter­ halb bestimmter Kraftstofftemperaturen auf dem Ventilsitz des Stutzens 28 auf, wobei der maximale Strömungsquer­ schnitt des Stutzens 29 freigegeben wird und der rücklau­ fende Kraftstoff 21 vollständig zum Kraftstoffilter 20 ge­ führt wird. Bei hohen Kraftstofftemperaturen sperrt die Bi­ metallscheibe 23 durch Aufliegen auf dem Ventilsitz des Stutzens 29 die Strömungsrichtung 20 zum Filter und der rücklaufende Kraftstoff 21 wird vollständig zum Kraftstoff­ tank in Richtung 22 abgeleitet. Zwischen den Extremstellun­ gen, in denen die Bimetallscheibe 23 eine der beiden Ab­ strömrichtungen 20, 22 sperrt, wird der rücklaufende Kraft­ stoff entsprechend der Stellung des Bimetalls 23 geteilt und anteilig der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung zum Kraftstofftank beigemischt.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraftstoff-Nieder­ druck-Kreislauf für eine Brennkraftmaschine mit pro Zy­ linder (2) einem Injektor (3), die aus einer gemein­ samen Druckleitung (4) gespeist werden, in der Kraft­ stoff unter statischem Nenndruck von einer Kraftstoff­ pumpe (5, 6) bereitgestellt ist, welche über eine Vor­ laufleitung (7) zur Kraftstofförderung und eine Rück­ laufleitung (8) für überschüssig geförderten Kraftstoff mit einem Kraftstofftank (10) verbunden ist sowie mit einer in die Rücklaufleitung (8) mündenden Niederdruck­ leitung (12) für überschüssig der Druckleitung (4) ent­ nommenen Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in der Niederdruckleitung (12) eine Mischeinrichtung (9) angeordnet ist, mittels derer rücklaufender Kraftstoff in Abhängigkeit der Stellung eines verstellbaren Leitelementes (18) der Mischeinrichtung (9) anteilig in die Vorlaufleitung (7) abführbar ist.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement in Abhän­ gigkeit der Kraftstofftemperatur in der Niederdrucklei­ tung (12) selbsttätig umschaltbar ist.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Bimetall (23) als Stellelement für die Umschaltung des Leitelementes (18).

4. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (9) in Strömungsrichtung zur Kraftstoffpumpe (6) gesehen vor einem Kraftstoffilter in der Vorlaufleitung (7) ange­ ordnet ist.

5. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich ein Teilstrom des Rücklaufs von den Injektoren (3) und aus der Druck­ leitung (4) der Mischeinrichtung (9) zugeführt wird.

6. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Hochdruckpumpe (5) die Rücklaufleitung (8) direkt zum Kraftstofftank (10) führt.

7. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rücklaufleitung (8) eine Einmündung (11) für den von dem Mischventil (9) abgesteuerten Kraftstoff vorgesehen ist.