-
Die
Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine und
einen Injektor für
eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine.
-
Zum
Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen
zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als sogenannte „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 2000 bar vor.
-
Einspritzanlagen
für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise
verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefördert wird,
um in Brennräume der
Brennkraftstoffmaschine 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 Maßnahmen
vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden.
So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des
Luft-/Kraftstoffgemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.
-
Die
Einspritzanlage kann mit geeigneten Steuer- und Regelaggregaten
eine hohe Genauigkeit des Einspritzdrucks des Kraftstoffs in die
Brennräume
der Brennkraftmaschine erreichen.
-
Aus
der
EP 1 296 060 B1 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. Zwischen
dem Kraftstofftank und der Vorförderpumpe
ist ein Regelventil angeordnet, durch das ein Kraftstoffdurchfluss
vom Kraftstofftank zur Vorförderpumpe eingestellt
werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung des Regelventils kann so
in dem Kraftstoffspeicher ein vorgegebener, von den Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine abhängiger
Druck erreicht werden.
-
Die
DE 600 13 979 T2 offenbart
eine Einspritzanlage, bei der stromabwärts der Hochdruckpumpe ein
Drucksteuerventil angeordnet ist, mit dem der Druck im Kraftstoffspeicher
einstellbar ist. Das Drucksteuerventil ist dabei hydraulisch parallel
zu dem Injektor angeordnet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, mit der in einfacher Weise ein präzises und
zuverlässiges
Zumessen von Kraftstoff für
die Brennkraftmaschine sowie ein einfacher Aufbau der Einspritzanlage
ermöglicht
werden. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Injektor für
eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, der einfach
zu montieren ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
mit einer Vorförderpumpe
zur Förderung
von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, einer der Vorförderpumpe stromabwärts nachgeordneten
Hochdruckpumpe zur Förderung
des Kraftstoffs in einen Kraftstoffspeicher, einem der Hochdruckpumpe
stromabwärts
nachgeordneten Drucksteuerventil, mit dem der in dem Kraftstoffspeicher
herzustellenden Druck einstellbar ist. Dabei sind stromabwärts des
Kraftstoffspeichers mehrere Injektoren hydraulisch parallel angeordnet, und
stromabwärts
des Kraftstoffspeichers ist zu jeweils einem Injektor ein Drucksteuerventil
hydraulisch parallel angeordnet. Wird jedem der Injektoren ein Drucksteuerventil
zugeordnet, so ist eine individuelle Druckbeaufschlagung jeder der
Injektoren möglich.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind das Drucksteuerventil und der Injektor als Baueinheit
ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Aufwand für die Montage
des Drucksteuerventils und des Injektors gering ist. Es ist nur
mehr eine hydraulische und eine elektrische Schnittstelle für die Baueinheit
aus Drucksteuerventil und Injektor erforderlich. So kann insbesondere
der Aufwand für
elektrische Anschlüsse,
insbesondere Steckverbindungen, gering gehalten werden. Dies führt sowohl
zu einem geringen Materialeinsatz als auch zu einem geringen Zeitaufwand
bei der Installation von Drucksteuerventil und Injektor. Dies bedeutet,
dass eine sowohl bezüglich
des Materials als auch der Arbeitszeit kostengünstige Lösung erreicht werden kann.
-
Gemäß eines
zweiten Aspekts umfasst die Erfindung einen Injektor für eine Einspritzanlage
einer Brennkraftmaschine mit einem Drucksteuerventil, wobei das
Drucksteuerventil hydraulisch parallel zu dem Injektor angeordnet
ist, und der Injektor und das Drucksteuerventil als Baueinheit ausgebildet
sind. Damit wird in vorteilhafter Weise ein kompakter Aufbau für den Injektor
mit Drucksteuerventil ermöglicht. Außerdem kann
der Montageaufwand für
das Drucksteuerventil und den Injektor gering gehalten werden. Es
ist nur eine hydraulische und elektrische Schnittstelle für die Baueinheit
aus Drucksteuerventil und Injektor erforderlich. Darüber hinaus kann
durch die Ausbildung der Baueinheit aus Drucksteuerventil und Injektor
eine kostengünstige
Lösung
erreicht werden.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
-
2 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Einspritzanlage
für eine
Brennkraftmaschine, und
-
3 ein
Blockschaltbild einer weiteren Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
-
Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist
eine Einspritzanlage für
eine Brennkraftmaschine dargestellt, die einen Kraftstofftank 10 aufweist.
Aus dem Kraftstofftank 10 wird mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff
gefördert.
Die Vorförderpumpe 12 kann
mit einer nicht dargestellten Antriebswelle mechanisch angetrieben
werden, wobei die Antriebswelle mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine
fest gekoppelt sein kann. Alternativ ist es auch möglich, die
Vorförderpumpe
elektrisch zu betreiben, wodurch eine Steuerung der Förderleistung
der Vorförderpumpe 12 unabhängig von
der Förderleistung
weiterer Pumpen möglich
ist.
-
Die
Vorförderpumpe 12 ist
druckseitig mit einem Vordrucksteuerventil 28 hydraulisch
gekoppelt, so dass bei Überschreiten
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Druckseite der Vorförderpumpe 12 ein
Teil des von der Vorförderpumpe 12 geförderten Kraftstoffs
zur Ansaugseite der Vorförderpumpe 12 zurückgeführt werden
kann. Dadurch kann der Kraftstoffdruck an der Druckseite der Vorförderpumpe 12 begrenzt
werden.
-
Der
Vorförderpumpe 12 ist
stromabwärts eine
Hochdruckpumpe 14 nachgeordnet, die über eine Kraftstoffspeicherzuleitung 44 Kraftstoff
in einen Kraftstoffspeicher 16 fördert. Die Hochdruckpumpe 14 kann
vorzugsweise als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit
mehreren Zylindereinheiten ausgebildet sein, wie diese für den Einsatz
in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt ist.
-
Der
Kraftstoffspeicher 16 ist über Leitungen mit einem Injektor 18 oder
mehreren Injektoren 18 gekoppelt. Jedem der Injektoren 18 ist
ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder Injektor 18 kann
so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum
eingespritzt wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann der
Kraftstoff, der mittels der Injektoren 18 in die Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen relativ hohen
Einspritzdruck erreichen.
-
Überschüssiger Brennstoff
kann von den Injektoren 18 über eine Injektorrücklaufleitung 46 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
-
Zwischen
der Vorförderpumpe 12 und
der Hochdruckpumpe 14 ist ein Volumenstromsteuerventil 22 angeordnet,
das eine Steuerung des Kraftstoffstroms ermöglicht, der der Hochdruckpumpe 14 zugeführt werden
soll. Das Volumensteuerventil 22 kann hierzu in Abhängigkeit
von dem für
den Kraftstoffspeicher 16 geforderten Druck sowie in Abhängigkeit
von weiteren Eingangsgrößen gesteuert
werden.
-
Zur
Regelung oder Steuerung des Einspritzdrucks der Injektoren 18 weist
die Einspritzanlage stromabwärts
des Kraftstoffspeichers 16 hydraulisch parallel zu einem
der Injektoren 18 ein Drucksteuerventil 20 auf.
Unter hydraulisch paralleler Anordnung zwischen einem der Injektoren 18 und
dem Drucksteuerventil 20 ist zu verstehen, dass das Drucksteuerventil 20 und
der Injektor 18 zum einen stromabwärts des Kraftstoffspeichers 16 und
stromaufwärts des
Drucksteuerventils 20 und des Injektors 18 und zum
anderen stromabwärts
des Drucksteuerventils 20 und des Injektors 18 und
stromaufwärts
des Kraftstofftanks 10 hydraulisch miteinander gekoppelt
sind. Das Drucksteuerventil 20 und der Injektor 18 sind
dabei als eine Baueinheit 26 ausgebildet. Vorzugsweise weist
die Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 20 und Injektor 18 nur
zwei hydraulische Anschlussstellen 27a, 27b auf,
die so ausgebildet sind, dass die Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 20 und
der Injektor 18 zum einen stromabwärts des Kraftstoffspeichers 16 und
zum anderen in der Injektorrücklaufleitung 46 stromaufwärts des
Kraftstofftanks 10 hydraulisch angebunden werden kann.
Die hydraulische Kopplung zwischen Drucksteuerventil 20 und
Injektor 18 erfolgt demzufolge vorzugsweise innerhalb der
Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 20 und Injektor 18.
-
An
dem Drucksteuerventil 20 kann ein vorgegebener Kraftstoffdruck
eingestellt werden, und den Injektoren 18 können aus
dem Kraftstoffspeicher 16 jeweils Kraftstoffteilströme des von
der Hochdruckpumpe 14 zum Kraftstoffspeicher 16 geförderten Kraftstoffstroms
zugeführt
werden.
-
Stromabwärts der
Vorförderpumpe 12 und stromaufwärts des
Vordruckregelventils 28 zweigt eine Spülleitung 29 ab, die
ausgangsseitig in das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 14 mündet,
so dass es möglich
ist, das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 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 35 in
den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
-
In
der Spülleitung 29 ist
weiterhin ein Spülleitungsventil 32 und
hydraulisch in Serie hierzu eine Spülleitungsdrossel 34 angeordnet.
Die Spülleitungsdrossel 34 kann
den Kraftstoffstrom durch die Spülleitung 29 begrenzen.
Hydraulisch parallel zu dem Spülleitungsventil 32 und
zu der Spülleitungsdrossel 34 ist
eine Entlüftungsdrossel 30 angeordnet.
Mittels der Entlüftungsdrossel 30 ist
es möglich,
gegebenenfalls in den Leitungen befindliche Luft über die
Spülleitung 29 und
die Spülrücklaufleitung 35 in
den Kraftstofftank 10 zurückzuführen. Durch das Spülleitungsventil 32 kann
der über
die Spülleitung 29 abzweigende
Kraftstoffstrom freigegeben werden, wenn der vorgegebene Kraftstoffdruck
an der Druckseite der Vorförderpumpe 12 überschritten
wird. Der Differenzdruck in dem Spülleitungsventil 32 muss
dabei größer sein
als die Summe des Öffnungsdifferenzdrucks der
Einlassventile der Hochdruckpumpe 14 und des Differenzdrucks
der dazwischen liegenden Leitung, so dass die Spülung der Hochdruckpumpe 14 erst dann
einsetzt, wenn der Betriebsdruck der Hochdruckpumpe 14 erreicht
ist. Dies ist erforderlich, da nur so sicher gestellt werden kann,
dass nicht Kraftstoff über
die Spüllei tung 29 abgezweigt
wird, solange der Druckaufbau der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 noch
nicht abgeschlossen. Damit kann erreicht werden, dass der Druckaufbau
der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 nicht verzögert wird.
-
Zum
Schutz der in der Einspritzanlage angeordneten Aggregate, insbesondere
der Pumpen 12, 14 und der Steuerventile 20, 22 sind
an geeigneten Stellen Filter 36, 38 angeordnet.
So ist zum Schutz der Vorförderpumpe 12 hydraulisch
zwischen dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 ein
erster Filter 36 vorgesehen. Des Weiteren ist zum Schutz
des Volumenstromsteuerventils 22, der Hochdruckpumpe 14 und
des Drucksteuerventils 20 vor dem Volumenstromsteuerventil 22 ein
zweiter Filter 38 angeordnet.
-
Die
Spülrücklaufleitung 35 und
die Injektorrücklaufleitung 46 von
den Injektoren 18 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
-
Durch
die Anordnung des Drucksteuerventils 20 hydraulisch parallel
zu einem der Injektoren 18 ist es möglich, dass die Regelung oder
Steuerung des Drucks sehr nahe am Einspritzort erfolgt. Es ist so eine
hochdynamische Regelung oder Steuerung des Drucks am Injektor 18 möglich, da
der Kraftstoffdruck als eine der entscheidenden Eingangsgrößen für den Injektor 18 unmittelbar
am Eintritt des Injektors 18 eingestellt werden kann. Bevorzugt
ist deshalb auch, wenn die Hochdruckpumpe als Kolbenpumpe mit einem
oder zwei Kolben ausgeführt
ist. Da eine hochdynamische Regelung oder Steuerung des Drucks am
Injektor 18 möglich
ist, können
so auch Volumenstrom- bzw. Druckschwankungen, die durch eine Kolbenpumpe
mit einem oder zwei Kolben ausgelöst werden können, am Injektor 18 wieder
steuerungs- und regelungstechnisch kompensiert werden.
-
Da
das Drucksteuerventil 20 unmittelbar am Injektor 18 und
damit in relativ großer
Entfernung zur Hochdruckpumpe 14 angeordnet ist, kann ein
Rückstau
von Kraftstoff in die Hochdruckpumpe 14 hinein vermieden
werden. Damit ist es möglich,
dass die Hochdruckpumpe 14 nur noch geringen Belastungen durch
Druck und Temperatur ausgesetzt ist. Es ist so möglich, eine hohe Dauerfestigkeit
der Hochdruckpumpe 14 gegenüber Druck und Temperatur zu
erreichen.
-
Durch
die Ausführung
der Baueinheit 26 aus Drucksteuerventil 20 und
Injektor 18 ist es möglich, das
Drucksteuerventil 20 und den Injektor 18 über eine
gemeinsame hydraulische Schnittstelle mit den hydraulischen Anschlussstellen 27a, 27b in
der stromabwärts
des Kraftstoffspeichers 16 angeordneten Leitung und der
stromaufwärts
des Kraftstofftanks 10 angeordneten Injektorrücklaufleitung 46 zu montieren.
Des Weiteren ist es möglich,
das Drucksteuerventil 20 und den Injektor 18 mit
einer einzigen elektrischen Kontaktierung, beispielsweise einer
einzigen elektrischen Steckverbindung, auszustatten. Damit kann
sowohl Material für
die hydraulische als auch die elektrische Kopplung eingespart werden. Außerdem kann
der Montageaufwand gering gehalten werden. Die Baueinheit 26 aus
Drucksteuerventil 20 und Injektor 18 kann somit
eine kostengünstige Lösung darstellen.
-
Im
Folgenden soll kurz die Funktion der Einspritzanlage beschrieben
werden:
Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank 10, wobei Verunreinigungen im ersten Filter 36 zwischen dem
Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 zurückgehalten
werden können.
Der Druck am Ausgang der Vorförderpumpe 12 wird durch
das Vordrucksteuerventil 28 eingestellt. Der Kraftstoff
gelangt dann über
den zweiten 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 gelangt der Kraftstoff zu den
Injektoren 18, von denen er in die Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Der für die Einspritzung erforderliche
Kraftstoffdruck wird durch das Drucksteuerventil 20 stromabwärts des Kraftstoffspeichers 16 und
hydraulisch parallel zu einem der Injektoren 18 festgelegt.
Durch Einstellen eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks am Drucksteuerventil 20 können der
Kraftstoffspeicher 16 und damit alle Injektoren 18 mit
Kraftstoff gleichen Drucks beaufschlagt werden. An den Injektoren 18 anfallender überschüssiger Kraftstoff
wird über
die Rücklaufleitung 46 von
den Injektoren 18 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
-
In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Einspritzanlage, wie sie in 2 dargestellt ist,
ist stromabwärts
des Kraftstoffspeichers 16 parallel zu jedem der Injektoren 18 jeweils
ein Drucksteuerventil 20 angeordnet. Im Übrigen ist
die Einspritzanlage mit der Ausführungsform
der 1 identisch.
-
Die
Anordnung jeweils eines Drucksteuerventils 20 parallel
zu jeweils einem Injektor 18 erlaubt es, in Einspritzanlagen,
in denen die Druckverhältnisse
zwischen dem Kraftstoffspeicher 16 und den einzelnen Injektoren 18 jeweils
unterschiedlich sind, eine vorgegebene Druckbeaufschlagung für jeden der
In jektoren 18 zu erreichen. Sind beispielsweise jeweils
unterschiedliche Aggregate hydraulisch zwischen dem Kraftstoffspeicher 16 und
den einzelnen Injektoren 18 angeordnet, so können die
dann auftretenden, gegebenenfalls unterschiedlichen Druckverluste
zwischen dem Kraftstoffspeicher 16 und den einzelnen Injektoren 18 durch
entsprechende Einstellungen des Drucks an den jeweils parallel zu
einem Injektor 18 angeordneten Drucksteuerventilen 20 eliminiert
werden. Andererseits können
in dieser Ausführungsform
im Bedarfsfall auch gezielt unterschiedliche Druckvorgaben für die einzelnen
Injektoren 18 realisiert werden.
-
In 3 ist
eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform
der Einspritzanlage gezeigt, die sich gegenüber der ersten Ausführungsform
in 1 dadurch unterscheidet, dass zwischen Vorförderpumpe 12 und
Hochdruckpumpe 14 kein Volumenstromsteuerventil angeordnet
ist. Da, wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform bereits ausführlich dargestellt,
mittels der Anordnung des Drucksteuerventils 20 hydraulisch
parallel zum Injektor 18 eine hochdynamische Regelung oder
Steuerung des Drucks am Injektor 18 möglich ist, kann nun auch im
Falle eines dynamischen Volumenstroms an der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14,
wie er im Falle einer direkten Kraftstoffbeaufschlagung der Ansaugseite
der Hochdruckpumpe 14 durch die Vorförderpumpe 12 ohne
den Einsatz des Volumenstromsteuerventils auftreten kann, der Kraftstoffdruck
für die
Injektoren 18 durch eine rasche Regelung oder Steuerung
des Drucks durch das Drucksteuerventil 20 rasch auf Druckschwankungen
an den Injektoren 18 reagiert werden. Damit ist es möglich, ohne
Einschränkungen
der Regelbarkeit des Kraftstoffdrucks für die Injektoren 18 durch
Wegfall des Volumenstromsteuerventils ein kleines Bauraumvolumen
für die Einspritzanlage
zu erreichen. Darüber
hinaus kann durch den Wegfall des Volumenstromregel ventils eine
kostengünstige
Lösung
für die
Einspritzanlage erreicht werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der Einspritzanlage sind das Drucksteuerventil 20 und der Injektor 18 getrennt
ausgebildet, bilden also gegebenenfalls auch keine Baueinheit. Das
Drucksteuerventil 20 ist hydraulisch parallel zu dem Injektor 18 angeordnet.