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Stand der Technik
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Brennkraftmaschinen,
die nach dem Dieselverfahren arbeiten, haben aufgrund der zunehmend strengeren
Abgasvorschriften immer häufiger
einen Partikelfilter im Abgasstrang. Üblicherweise werden diese Partikelfilter
regeneriert, indem die Steuerung der Brennkraftmaschine Nacheinspritzungen
bei den im Brennraum angeordneten Injektoren auslöst, so dass
in den heißen
Abgasen noch unverbrannter Kraftstoff ist, der im Abgasrohr oxidiert
und dadurch die zum Auslösen
einer Regeneration des Partikelfilters erforderliche Wärme bereitstellt.
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Diese
Nacheinspritzungen sind häufig
nicht zielführend,
so dass es bereits bekannt ist, in den Abgasstrang so genannte HC-Injektoren
vorzusehen. Diese HC-Injektoren spritzen Kraftstoff stromaufwärts des
oder der Partikelfilter in das Abgasrohr ein und ermöglichen
dadurch eine bessere Steuerung der Regeneration des Partikelfilters.
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Um
eine möglichst
feine Zerstäubung
des durch die HC-Injektoren eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen,
sind Betriebsdrücke
von 7–10
bar (Relativdruck) wünschenswert.
Der dazu erforderliche Kraftstoffkreislauf ist wegen des nicht unerheblichen
Einspritzdrucks vergleichsweise teuer und wird nur sehr selten benötigt. So
ist typischerweise etwa alle 500 bis 1.000 km, entsprechend einer
Betriebdauer von teilweise deutlich über 10 Stunden, eine Regeneration
des Partikelfilters erforderlich, wobei diese Regeneration lediglich
etwa 10 bis 20 min dauert. Nur während
dieses kurzen Zeitraums ist der HC-Injektor aktiv. Daher beträgt die Betriebsdauer
des HC-Injektors und der vorgelagerten Pumpe nur einen Bruchteil
der Gesamtbetriebsdauer der Brennkraftmaschine.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einem HC-Injektor bereitzustellen, das hinsichtlich Wirkungsgrad
und Kosten optimiert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Niederdruckbereich
und einem Hochdruckbereich, wobei in dem Niederdruckbereich eine
Vorförderpumpe
vorgesehen ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einer
Hochdruckpumpe fördert,
und wobei in dem Hochdruckbereich eine Hochdruckpumpe vorgesehen
ist, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem Common-Rail oder
mindestens einem Einspritzventil fordert, dadurch gelöst, dass
der Niederdruckbereich mindestens einen HC-Injektor umfasst und
dass der mindestens eine HC-Injektor bei Bedarf Kraftstoff stromaufwärts eines
oder mehrerer Partikelfilter in die Abgasnachbehandlungseinrichtung
der Brennkraftmaschine einspritzt.
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Durch
die erfindungsgemäß beanspruchte Integration
des HC-Injektors in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems
kann eine gesonderte Kraftstoffpumpe für den HC-Injektor entfallen.
Vielmehr wird die ohnehin vorhandene Vorförderpumpe bei Bedarf auch zur
Förderung
von Kraftstoff in dem HC-Injektor eingesetzt. Dadurch ergibt sich eine
Vereinfachung des Kraftstoffeinspritzsystems und die Herstellungskosten
sind deutlich geringer. Darüber
hinaus ergibt sich der Vorteil, dass keine weitere Kraftstoffpumpe
erforderlich ist, wodurch das Gewicht und daraus folgend der Kraftstoffverbrauch und
die CO2-Emission eines mit dem Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüsteten Fahrzeugs
gering sind.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen
des Kraftstoffeinspritzsystems sehen vor, dass die Förderpumpe
als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe oder als mechanisch
angetriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet ist. Alternativ ist es
auch möglich, dass
zusätzlich
zu der mechanisch angetriebenen Förderpumpe noch eine zuschaltbare
Zusatzkraftstoffpumpe vorgesehen ist.
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Diese
in der Regel elektrisch angetriebene zuschaltbare Zusatzkraftstoffpumpe
ist üblicherweise dazu
da, beim Start der Brennkraftmaschine einen möglichst raschen Druckaufbau
zu erreichen. Weiterhin kann diese Zusatzkraftstoffpumpe dazu verwendet
werden, das Kraftstoffeinspritzsystem nach einer Tankleerfahrt wieder
zu befüllen.
Sobald die Brennkraftmaschine angelaufen ist und die mechanisch
angetriebene Förderpumpe
ausreichend Druck aufbaut, wird die Zusatzkraftstoffpumpe wieder
abgeschaltet. Erfindungsgemäß kann nun
bei laufender Brennkraftmaschine die Zusatzkraftstoffpumpe eingeschaltet werden,
so dass eine zweistufige Druckerhöhung im Niederdruckbereich
des Kraftstoffeinspritzsystems stattfindet. Die erste Druckerhöhung wird
von der Zusatzkraftstoffpumpe bewirkt, während die stromabwärts davon
angeordnete mechanisch angetriebene Förderpumpe eine weitere Druckerhöhung bewirkt. Dadurch
wird während
dieses besonderen Betriebsmodus der Druck auf der Druckseite der
Vorförderpumpe
kurzzeitig und gezielt erhöht,
so dass ein ausreichend hoher Druck zum Einspritzen von Kraftstoff durch
den HC-Injektor im Niederdruckbereich vorhanden ist. Da die elektrisch
zuschaltbare Zusatzkraftstoffpumpe ohnehin nur sehr geringe Betriebsdauern
aufweist, ist auch die zusätzliche
kurze Beanspruchung von etwa 10 bis 20 min für eine Regeneration ohne Weiteres
möglich
und erfordert keine zusätzlichen
Maßnahmen
zur Erhöhung
der Robustheit und Lebensdauer der ohnehin vorhandenen Zusatzkraftstoffpumpe.
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Alternativ
ist es möglich,
den mindestens einen HC-Injektor an eine Kraftstoffzulaufleitung
oder einen Innenraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzuschließen. Selbstverständlich ist
es auch möglich, den
mindestens einen HC-Injektor an eine Rücklaufleitung anzuschließen.
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Da
man im Normalbetrieb bestrebt ist, den Förderdruck der Vorförderpumpe
und somit den Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems
so gering wie möglich
zu halten, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung zwischen dem Innenraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe und
der Rücklaufleitung
ein Druckregelventil angeordnet. Mit Hilfe dieses Druckregelventils
wird der Betriebsdruck des Niederdruckbereichs der Brennkraftmaschine
im Normalbetrieb geregelt. Zusätzlich
ist es erfindungsgemäß möglich, kurzzeitig den
Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems durch
eine geeignete Ansteuerung des Druckregelventils so weit zu erhöhen, dass
ein ausreichend hoher Druck verfügbar
ist, um Kraftstoff mit dem HC-Injektor in die Abgasnachbehandlungseinrichtung
der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
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Das
Druckregelventil kann beispielsweise vom Druck in dem Kraftstoffzulauf
auf der Saugseite der Vorförderpumpe
gesteuert werden. Durch kurzzeitiges Erhöhen der Fördermenge der Vorforderpumpe
erhöht
sich auch der Druck im Niederdruckbereich entsprechend der Kennlinie
des Druckregelventils.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
zwischen dem Druckregelventil und der Rücklaufleitung eine schaltbare
Drossel angeordnet ist. Diese schaltbare Drossel kann elektrisch
oder hydraulisch geschaltet werden und jeweils dann aktiviert werden,
wenn der Druck im Niederdruckbereich angehoben werden soll.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum
Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Niederdruckbereich und
einem Hochdruckbereich, wobei in dem Niederdruckbereich eine Vorförderpumpe
vorgesehen ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einer
Hochdruckpumpe fordert, und wobei in dem Hochdruckbereich eine Hochdruckpumpe
vorgesehen ist, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in ein
Common-Rail oder
zu mindestens einem Einspritzventil fördert, wobei an den Niederdruckbereich
mindestens ein HC-Injektor angeschlossen ist und wobei der mindestens
eine HC-Injektor bei Bedarf Kraftstoff stromaufwärts eines oder mehrerer Partikelfilter
in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine einspritzt, dadurch gelöst, dass
während
der Einspritzung von Kraftstoff durch den HC-Injektor der Druck
im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angehoben wird.
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Dadurch
wird gewährleistet,
dass für
die Einspritzung von Kraftstoff in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine
ein ausreichend hoher Einspritzdruck für den HC-Injektor zur Verfügung steht.
Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, das heißt wenn kein Kraftstoff durch
den HC-Injektor
eingespritzt wird, kann der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems
wieder auf das normale Maß abgesenkt
werden. Dadurch wird unter anderem die Vorförderpumpe entlastet, die Aufheizung
des Kraftstoffs wird verringert und der Gesamtwirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems
wird erhöht.
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Außerdem muss
die Vorförderpumpe
nicht für
einen Dauerbetriebsdruck, der dem Einspritzdruck des HC-Injektors
entspricht, ausgelegt werden. Es ist ausreichend, wenn die Vorförderpumpe
kurzzeitig, das heißt
wenige Minuten den Einspritzdruck des HC-Injektors bereitstellen
kann. Dadurch kann die Vorförderpumpe
kostengünstiger
und kleiner ausgeführt
werden.
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Die
erfindungsgemäß beanspruchte
temporäre
Druckerhöhung
im Niederdruckbereich kann bei einer elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe durch
eine Erhöhung
der Ansteuerspannung derselben oder bei einer druckgeregelten elektrisch
angetriebenen Pumpe durch eine Erhöhung des Sollwerts des Drucks
erfolgen.
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Alternativ
ist es auch möglich,
dass zusätzlich
zu der Vorförderpumpe
stromaufwärts
noch eine elektrisch angetriebene Zusatzkraftstoffpumpe vorgesehen
ist und dass die temporäre
Druckerhöhung im
Niederdruckbereich durch zeitweises Einschalten der Zusatzkraftstoffpumpe
zusätzlich
zur Vorförderpumpe
erfolgt. Dadurch ist mit einfachen Mitteln eine zweistufige Druckerhöhung im
Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems möglich, wobei
die Summe beider Druckerhöhungen
so groß sein
muss, dass der Einspritzdruck des HC-Injektors erreicht wird.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es auch möglich,
die Druckerhöhung
im Niederdruckbereich durch Aktivieren einer stromaufwärts der
Rücklaufleitung angeordneten
schaltbaren Drossel vorzunehmen. Durch das gezielte Drosseln der
Rücklaufmenge
verschiebt sich der Betriebsdruck im Niederdruckbereich entsprechend
der Kennlinie des Druckregelventils hin zu höheren Werten, so dass ein ausreichender
Druck zum Einspritzen von Kraftstoff durch den HC-Injektor möglich ist.
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Dabei
ist es möglich,
dass eine oder mehrere der folgenden Rücklaufmengen durch die schaltbare Drossel
strömt:
Die Rücklaufmenge
aus dem Pumpengehäuse
mit oder ohne den durch die Lagerstellen der Antriebswelle strömenden Kraftstoff,
wobei zusätzlich
auch noch die Leckagemenge aus den Injektoren durch die schaltbare
Drossel strömen
kann.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale
können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 bis 8 Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzsysteme.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in
einer Blockschaltbilddarstellung.
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Das
Kraftstoffeinspritzsystems umfasst unter anderem eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1,
einen Tank 3, einen Drucksensor 4, eine elektrisch
angetriebene Vorförderpumpe 5,
einen Kraftstofffilter 7, ein Rail 9 und ein Druckbegrenzungsventil 11.
Die an das Rail 9 angeschlossenen Injektoren sind in 1 nicht
dargestellt.
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Das
Druckbegrenzungsventil 11 mündet in eine Rücklaufleitung 13,
in die auch die Leckagemengen der nicht dargestellten Injektoren
abgeführt
werden. Die Rücklaufleitung 13 mündet bei
diesem Ausführungsbeispiel
in den Tank 3 und treibt dort eine Strahlpumpe 10 an.
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Im
Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 kann optional ein
Temperatursensor T angeordnet sein. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist über einen Kraftstoffzulauf 15,
den Filter 7 und die Vorförderpumpe 5 hydraulisch
mit dem Tank 3 verbunden. Stromabwärts der Vorförderpumpe 5 ist
an den Kraftstoffzulauf 15 ein HC-Injektor 16 angeschlossen.
Mit dem HC-Injektor 16 kann bei Bedarf Kraftstoff in ein Abgasrohr
(nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Durch die gezielte Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasrohr
an einer stromaufwärts
eines Partikelfilters gelegenen Stelle, kann die Regenerierung des
Partikelfilters ausgelöst
werden.
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Der
Kraftstoffzulauf 15 verbindet eine Förderseite der Vorförderpumpe 5 mit
einem Innenraum 17 des Pumpengehäuses der Hochdruckpumpe 1,
so dass der gesamte Förderstrom
der Vorförderpumpe 5 in
den Innenraum 17 gelangt. Eine Verbindungsleitung 18 stellt
eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum 17 des
Pumpengehäuses
einerseits sowie einer Zumesseinheit 19 und der Rücklaufleitung 13 andererseits
her. Zwischen der Verbindungsleitung 18 und der Rücklaufleitung 13 ist
ein Druckregelventil 20 angeordnet.
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Die
Zumesseinheit 19 dient dazu, die von Pumpenelementen 21 der
Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angesaugte Kraftstoffmenge und
damit auch deren Fördermenge
zu steuern. Dazu werden die Saugseiten der Pumpenelemente 21 über eine
Verteilleitung 23 mit dem Ausgang der Zumesseinheit 19 hydraulisch
verbunden.
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Die
Pumpenelemente 21 bestehen im wesentlichen aus Saugventilen 25,
hochdruckseitigen Rückschlagventilen 27 und
einem Kolben 29, der in einer Zylinderbohrung (ohne Bezugszeichen)
oszilliert. Die Kolben 29 der Pumpenelemente 21 werden über Rollenstößel 31 von
Nocken 33 einer Antriebswelle 35 angetrieben.
Die Pumpenelemente 21 fördern
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 34 in
das Rail 9.
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Die
Nocken 33 sind Teil einer Antriebswelle 35, die
zu beiden Seiten der Nocken 33 in einem ersten Lager und
in einem zweiten Lager in einem Pumpengehäuse (nicht dargestellt) drehbar
gelagert ist. Die Antriebswelle 35 ist in dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses angeordnet.
Die Lager der Antriebswelle 35 werden zwangsweise von einem
Teilstrom des von dem Kraftstoffzulauf 15 in den Innenraum 17 des
Pumpengehäuses
strömenden
Kraftstoffs durchströmt
und sind in dem Blockschaltbild gemäß 1 als Drosselstellen
dargestellt. Das erste Lager hat in 1 das Bezugszeichen 39,
während
das zweite Lager mit dem Bezugszeichen 41 versehen wurde.
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Bei
dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe
ist das Druckregelventil 20 stromabwärts des Innenraums 17 der
Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeordnet. Das Druckregelventil 20 umfasst
einen Steuerkolben 55, der durch eine Feder 56 in
Schließrichtung
beaufschlagt ist und eine Leckageleitung 57.
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Durch
die Anordnung des Druckregelventils 20 stromabwärts des
Innenraums 17 herrscht in dem Innenraum 17 nahezu
der gleiche Druck wie auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5.
In der Regel beträgt
der Überdruck
auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5 und
damit des Innenraums 17 etwa 3 bis 6 bar.
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Dieser
im Innenraum 17 herrschende Druck führt unter Anderem dazu, dass
Kraftstoff durch die Lager 39 und 41 gepresst
wird. Da das erste Lager 39 und das zweite Lager 41 in
der Regel als Gleitlager ausgebildet sind, bildet sich durch die
zwangsweise Durchströmung
der Lager 39 und 41 in den Lager 39 und/oder 41 ein
hydrodynamischer Schmierkeil aus. Dadurch erhöht sich die Belastbarkeit des ersten
Lagers 39 und des zweiten Lagers 41 erheblich
und gleichzeitig wird auch die Wärmeabfuhr
aus dem ersten Lager 39 und dem zweiten Lager 41 verbessert.
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Die
Anordnung des Druckregelventils 20 in der Verbindungsleitung 18 hat
im Normal-Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems unter anderem auch
den Vorteil, dass die Förderhöhe der Vorförderpumpe
reduziert werden kann. Dies bedeutet aber auch, dass der normale
Betriebsdruck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems
nicht ausreicht, um einen HC-Injektor zu betreiben. Wenn nämlich der Druck,
mit dem der Kraftstoff von dem HC-Injektor 16 in die Abgasnachbehandlungseinrichtung
der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, zu niedrig ist, wird der
Kraftstoff nicht ausreichend fein zerstäubt und dadurch ist die vollständige Verbrennung
des eingespritzten Kraftstoffs nicht gewährleistet. Bei einer unvollständigen Verbrennung
verschlechtern sich die Emissionswerte der Brennkraftmaschine, was
unerwünscht
ist.
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Erfindungsgemäß kann nun
zeitgleich mit der Einspritzung von Kraftstoff durch den HC-Injektor 16 der
Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems erhöht werden.
Dies kann durch Erhöhen
der Versorgungsspannung der elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe 5 erfolgen,
so dass diese mit einer höheren
Drehzahl läuft
und infolgedessen der Förderdruck
auf den gewünschten
Wert ansteigt.
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Alternativ
ist es auch möglich über eine Druckregelung
den Betriebsdruck zu erhöhen.
Dies erfordert auf der Förderseite
der Vorförderpumpe 5 einen
Drucksensor 4, der über
nicht dargestellte Signalleitungen mit einem Druckregler verbunden
ist. Im Normalbetrieb wird die Vorförderpumpe 5 als Sollwert
psoll des Drucks im Niederdruckbereich etwa
3–5 bar
vorgegeben. Wenn nun Kraftstoff durch den HC-Injektor eingespritzt
werden soll, wird der Sollwert psoll des
Druckreglers kurzzeitig auf einen Wert von etwa 7–10 bar
erhöht.
Infolgedessen wird die Vorförderpumpe 5 von
dem Druckregler so angesteuert, dass sich der gewünschte Soll-Druck
psoll im Niederdruckbereich einstellt.
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Da
die Regenerierung eines Partikelfilters und die dazu erforderliche
Einspritzung von Kraftstoff in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine
durch den HC-Injektor nur etwa 10–20 min dauert und überdies nur
selten erforderlich ist, kann für
diese kurzen Betriebsdauern die Vorförderpumpe 5 oberhalb
des Nennpunkts betrieben werden, ohne dass sie Schaden nimmt beziehungsweise
ihre Lebensdauer drastisch reduziert wird. Somit ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem
ohne zusätzliche
Investitionen in eine verstärkte
Pumpe realisierbar, was sich vorteilhaft auf dessen Wirtschaftlichkeit
auswirkt.
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Um
zu verhindern, dass der für
die HC-Einspritzung im Niederdruckbereich aufgebaute erhöhte Druck über die
Lager 39, 41 wieder abgebaut wird kann vorgesehen
sein, dass in der Verbindung der Abläufe von wenigstens einem der
Lager 39, 41 mit der Rücklaufleitung 13 ein
Durchflussbegrenzungselement 42 angeordnet ist. Es kann
auch vorgesehen sein, dass die Abläufe beider Lager 39, 41 zunächst zusammengeführt sind
und dann gemeinsam mit der Rücklaufleitung 13 verbunden
sind, wobei dann nur ein Durchflussbegrenzungselement 42 für beide
Lager 39, 41 erforderlich ist. Das Durchflussbegrenzungselement 42 kann
beispielsweise als Drosselstelle ausgebildet sein. Alternativ kann
das Durchflussbegrenzungselement 42 auch als schaltbare Drossel,
beispielsweise in Form eines elektrisch oder hydraulisch betätigten Ventils
ausgebildet sein. Weiterhin kann das Durchflussbegrenzungselement 42 auch
als Druckhalteventil ausgebildet sein, das bei einem bestimmten
Druck öffnet
und danach einen Druckanstieg gemäß der Ventilkennlinie verursacht. Besonders
vorteilhaft ist in Kombination mit dem Durchflussbegrenzungselement 42 wenn
das Druckregelventil 20 eine progressive Federkennlinie
aufweist. Hierdurch kann ein möglichst
konstanter Druck im Niederdruckbereich im Normalbetrieb, also ohne HC-Einspritzung,
erreicht werden, während
ein möglichst
starker Druckanstieg im Niederdruckbereich bei Zunahme der Fördermenge
in den Niederdruckbereich zur HC-Einspritzung erreicht wird. Die
Feder des Druckregelventils 20 ist dabei so ausgelegt,
dass deren Federsteifigkeit mit zunehmendem Öffnungshub zunimmt.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems
dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
die Vorförderpumpe 5 mechanisch
angetrieben. Sie ist häufig
direkt mit der Antriebswelle 35 der Hochdruckpumpe 1 gekoppelt.
Wegen dieser starren Kopplung geht der Druckaufbau beim Start der Brennkraftmaschine,
bei dem die Drehzahlen naturgemäß sehr niedrig
sind, relativ langsam vonstatten. Um diesen Mangel zu beheben, ist
stromaufwärts
der Vorförderpumpe 5 eine
elektrisch angetriebene schaltbare Zusatzkraftstoffpumpe 43 vorgesehen. Diese
Zusatzkraftstoffpumpe 43 wird üblicherweise nur während des
Starts der Brennkraftmaschine betrieben, so dass ein rascherer Druckaufbau
im Kraftstoffeinspritzsystem möglich
ist. Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, diese Zusatzkraftstoffpumpe zeitgleich und hydraulisch
in Reihe mit der Vorförderpumpe 5 auch
bei laufender Brennkraftmaschine betrieben wird, wenn Kraftstoff
durch den HC-Injektor 16 eingespritzt werden soll. Dann
nämlich
addieren sich die Förderhöhen von
Zusatzkraftstoffpumpe 43 und Vorföderpumpe 5 auf einen
Wert, der ausreichend groß ist,
um die feine Zerstäubung
des Kraftstoffs durch den HC-Injektor zu gewährleisten.
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Auf
der Saugseite der Vorförderpumpe
ist eine Saugdrossel 45 vorgesehen, die dafür sorgt, dass
die Fördermenge
der Vorförderpumpe 5 insbesondere
bei hohen Drehzahlen limitiert wird.
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Die
mechanisch angetriebene Vorförderpumpe 5 des
zweiten Ausführungsbeispiels
kann als Flügelzellenpumpe,
als Innenzahnradpumpe, insbesondere als Gerotorpumpe, oder als Außenzahnradpumpe
ausgebildet sein. Bei diesen Pumpen ist zwischen den sich drehenden
Bauteilen und dem Pumpengehäuse
ein Spalt vorhanden, der Leckageverluste verursacht. Dieser Spalt
ist in 2 durch das Symbol einer Drossel (siehe Bezugszeichen 49)
dargestellt. Die durch den Spalt abfließende Leckagemenge wird durch
eine Leckageleitung 51 abgeführt. Die Leckageleitung 51 mündet in
die Leitung (ohne Bezugszeichen), welche die durch das erste Lager 39 strömende Kraftstoffmenge
der Rücklaufleitung 13 zuführt.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der HC-Injektor 16 vom
Innenraum 17 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 1 mit
Kraftstoff versorgt und stromabwärts
der Vorförderpumpe 5 angeordnet,
so dass er mit dem Förderdruck
der Vorförderpumpe 5 beaufschlagt
wird. Das Einschalten der Zusatzkraftstoffpumpe 43 bewirkt – abhängig von
der Drehzahl der Hochdruckpumpe 1 und der Leistung der
Zusatzkraftstoffpumpe 43 – einen Druckanstieg im Innenraum 17 und
damit auch am HC-Injektor 16.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist keine Zusatzkraftstoffpumpe 43 vorhanden, sondern die Druckerhöhung erfolgt über eine
elektrisch betätigte schaltbare
Drossel 50, die stromaufwärts der Rücklaufleitung 13 und
hinter dem Druckregelventil 20 angeordnet ist. Der durch
die Lagerstellen 39 und 41 strömende Kraftstoff strömt nicht
durch die schaltbare Drossel 50.
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Bei
aktivierter Drossel 50 wird die Rücklaufmenge aus dem Innenraum 17 der
Kraftstoff-Hochdruckpumpe
reduziert. Daraus resultiert ein Druckanstieg stromaufwärts der
schaltbaren Drossel 50, so dass der Druck, mit dem der
HC-Injektor 16 beaufschlagt wird, auf den gewünschten
Wert von etwa 7 bis 10 bar angehoben wird.
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Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems
ist die schaltbare Drossel 50 hydraulisch betätigt. Dabei
wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 auch,
die Rücklaufleitung
zwischen dem Druckregelventil 20 und der Zusammenführung mit
der Rücklaufmenge
der Lager 39 und 41 angedrosselt.
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Wenn
die Ansteuerung hydraulisch erfolgt, nutzt man den an einer Drosselstelle 61 entstehenden
Druckabfall. Diese Drosselstelle 61 ist in einer Versorgungsleitung
(ohne Bezugszeichen) des HC-Injektors 16 angeordnet. Dies
bedeutet, dass an der Drosselstelle ein Druckabfall entsteht, sobald
der HC-Injektor 16 Kraftstoff einspritzt. Über Steuerleitungen,
von denen eine erste stromaufwärts
der Drosselstelle und die andere stromabwärts der Drosselstelle 61 angeschlossen
ist, wird die schaltbare Drossel 50 hydraulisch betätigt.
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Die
Drosselstelle 61 kann entweder in die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 1 oder
den HC-Injektor 16 integriert sein oder extern in der Zulaufleitung
des HC-Injektors 16 angeordnet sein.
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Es
ist auch möglich,
nicht nur die Rücklaufmenge
aus dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses zur Androsselung und Druckerhöhung des
Niederdruckbereichs zu nutzen. Es ist auch möglich, die schaltbare Drossel 50 so
weit stromabwärts
in der Rücklaufleitung 13 anzuordnen,
dass auch die durch die Lager 39 und 41 strömende Kraftstoffmenge und/oder
die Leckagemenge der Injektoren (nicht dargestellt) durch die schaltbare
Drossel 50 strömen. Da
in diesem Fall die Rücklaufmenge
größer ist,
kann ein höherer
Druckanstieg durch Aktivieren der schaltbaren Drossel 50 erreicht
werden. Andererseits führt der
kurzzeitig erhöhte
Druck im Rücklauf 13a vor
der Drossel 50 zu einer erhöhten Belastung der zu den Lager 39 und/oder 41 gehörenden Wellendichtringe.
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In 5 ist
ein Kraftstoffeinspritzsystem dargestellt, bei dem die gesamte Rücklaufmenge
durch die schaltbare Drossel 15 fließt, so dass hier ein maximaler
Druckanstieg realisierbar ist.
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In 6 ist
ein Kraftstoffeinspritzsystem dargestellt, bei dem ein Stromventil 63 vorgesehen
ist. In der in der Figur dargestellten Schaltstellung des Stromventils 63 sind
Kraftstoffzulauf 15 und Rücklaufleitung 13 hydraulisch
getrennt. In einer zweiten Schaltstellung des Stromventils 63 wird
die Rücklaufleitung 13 mit
dem Kraftstoffzulauf 15 verbunden. Dadurch liegt der Druck
im Kraftstoffrücklauf
als Stützdruck
am Druckregelventil 2 an. Auch dadurch kann eine temporäre Druckerhöhung am
HC-Injektor 16 erreicht werden.
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In 7 ist
ein Kraftstoffeinspritzsystem dargestellt, bei dem eine mechanisch
angetriebene Vorförderpumpe 5 vorgesehen
ist, wobei im Zulauf zur Vorförderpumpe 5 eine
schaltbare Drossel 50 angeordnet ist. Die schaltbare Drossel 50 kann
ein elektrisch betätigtes
Ventil sein analog zur Ausführung gemäß 3 oder
hydraulisch betätigt
sein analog zur Ausführung
gemäß 4.
Bei der hydraulischen Steuerung der schaltbaren Drossel 50 kann
wie bei der Ausführung
gemäß 4 der
sich bei der Strömung
zum IC-Injektor 16 ergebende Druckabfall genutzt werden.
Stromaufwärts
vor der mechanisch angetriebenen Vorförderpumpe 5 kann analog
zur Ausführung
gemäß 2 eine
Zusatzkraftstoffpumpe 43 vorgesehen sein. Wenn ein erhöhter Druck
im Niederdruckbereich für
die HC-Einspritzung erforderlich ist, so wird die schaltbare Drossel 50 auf
einen größeren Durchflussquerschnitt
eingestellt, so dass die Fördermenge
der Vorförderpumpe 5 erhöht ist,
was wiederum zur Druckerhöhung
im Niederdruckbereich führt.
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In 8 ist
ein Kraftstoffeinspritzsystem dargestellt, bei dem eine elektrisch
angetriebene Vorförderpumpe 5 vorgesehen
ist. Vom Druckregelventil 20 und vom Innenraum 17 des
Pumpengehäuses
der Hochdruckpumpe 1 führt
eine Rücklaufleitung 13 in den
Tank 3, wobei im Tank eine Saugstrahlpumpe 10 an
die Rücklaufleitung 13 angeschlossen
ist. In der Rücklaufleitung 13 ist
stromaufwärts
vor der Saugstrahlpumpe 10, beispielsweise im Tank 3 oder in
der Saugstrahlpumpe 10, eine schaltbare Drossel 50,
beispielsweise ein elektrisch betätigtes Drosselventil 50,
angeordnet. Wenn ein erhöhter
Druck im Niederdruckbereich für
die HC-Einspritzung erforderlich ist, so wird die schaltbare Drossel 50 auf
einen kleineren Durchflussquerschnitt eingestellt, so dass die durch
die Rücklaufleitung 13 abströmende Kraftstoffmenge
verringert ist, was wiederum zur Druckerhöhung im Niederdruckbereich
führt.