DE102015223965A1

DE102015223965A1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102015223965A1
Application number: DE102015223965.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Herbster; Toni Jankowski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Niederdruckpumpe (8), die mit Niederdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe (10) liefert, die mindestens ein Pumpenelement (21) aufweist, das mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher (30) liefert, wobei die Hochdruckpumpe (10) mindestens ein zusätzliches Pumpenelement (22) aufweist, das mit einem zusätzlichen Hochdruckspeicher (65) verbunden ist. Um das Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere im Hinblick auf seine Funktion und/oder seinen Wirkungsgrad, zu verbessern, ist eine Hochdruckventileinrichtung (66) an das zusätzliche Pumpenelement (22) angebaut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einer Niederdruckpumpe, die mit Niederdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe liefert, die mindestens ein Pumpenelement aufweist, das mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher liefert, wobei die Hochdruckpumpe mindestens ein zusätzliches Pumpenelement aufweist, das mit einem zusätzlichen Hochdruckspeicher verbunden ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kraftstoffeinspritzsystems.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 039 207 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe bekannt, aufweisend ein Pumpengehäuse, in welchem eine Pumpennockenwelle gelagert ist, die über einen Rollenstößel mit einem Kolben zusammenwirkt, der in einem von einem Pumpenzylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckten Pumpenzylinder auf und ab bewegbar ist, und der Arbeitsraum über ein Saugventil und ein Überdruckventil mit einem Kraftstoffniederdrucksystem sowie über ein Rückschlagventil mit einem Hochdrucksystem verschaltet ist. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem handelt es sich insbesondere um ein Common-Rail-Einspritzsystem.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einer Niederdruckpumpe, die mit Niederdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe liefert, die mindestens ein Pumpenelement aufweist, das mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher liefert, wobei die Hochdruckpumpe mindestens ein zusätzliches Pumpenelement aufweist, das mit einem zusätzlichen Hochdruckspeicher verbunden ist, insbesondere im Hinblick auf seine Funktion und/oder seinen Wirkungsgrad, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einer Niederdruckpumpe, die mit Niederdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe liefert, die mindestens ein Pumpenelement aufweist, das mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher liefert, wobei die Hochdruckpumpe mindestens ein zusätzliches Pumpenelement aufweist, das mit einem zusätzlichen Hochdruckspeicher verbunden ist, dadurch gelöst, dass eine Hochdruckventileinrichtung an das zusätzliche Pumpenelement angebaut ist. So kann mit dem zusätzlichen Pumpenelement auf einfache Art und Weise eine hydraulische Boostfunktion dargestellt werden. Die Hochdruckventileinrichtung ermöglicht in einem Pumpenmodus oder Pumpenbetrieb der Hochdruckpumpe einen Volumenstrom von dem zusätzlichen Pumpenelement zu dem zusätzlichen Hochdruckspeicher. In einem Motormodus oder Motorbetrieb der Hochdruckpumpe ermöglicht die Hochdruckventileinrichtung einen Volumenstrom in der entgegengesetzten Richtung, also von dem zusätzlichen Hochdruckspeicher zu dem zusätzlichen Pumpenelement. Durch das Anbauen der Hochdruckventileinrichtung an das zusätzliche Pumpenelement kann das Totraumvolumen eines Kompressionsraums des zusätzlichen Pumpenelements verringert werden. Dadurch kann das verfügbare Moment und damit die Effizienz des Kraftstoffeinspritzsystems gesteigert werden. Darüber hinaus kann durch das Anbauen der Hochdruckventileinrichtung an das zusätzliche Pumpenelement die benötigte Anzahl von Einzelteilen sowie die Anzahl der Dichtstellen verringert werden, da kein gesondertes Gehäuse mit einer Sitzkontur für die Hochdruckventileinrichtung benötigt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung als elektromagnetisch betätigbares und druckgesteuertes 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt ist, wobei die Hochdruckventileinrichtung in einem unbestromten Zustand durch eine Federkraft offen gehalten wird und durch Bestromen geschlossen werden kann. Dabei ist die Hochdruckventileinrichtung vorteilhaft so ausgeführt, dass die Schaltpositionen der Hochdruckventileinrichtung nur in einem nahezu druckausgeglichenen Zustand gewechselt werden können. Dadurch können besonders vorteilhaft sehr kurze Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Hochdruckventileinrichtung realisiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung so ausgeführt und an einen Zylinderkopf des zusätzlichen Pumpenelements angebaut ist, dass der Zylinderkopf im Bereich eines Durchgangslochs, das in einen Kompressionsraum des zusätzlichen Pumpenelements mündet, eine Dichtstelle für einen Ventilkolben der Hochdruckventileinrichtung aufweist. Dadurch kann ein Ventilsitz der Hochdruckventileinrichtung sehr nahe an dem Kompressionsraum des zusätzlichen Pumpenelements angeordnet werden. Der Kompressionsraum wird, da er gleichzeitig auch einen Dekompressionsraum des zusätzlichen Pumpenelements darstellt, auch als Elementraum bezeichnet. Durch die nahe Platzierung des Ventilsitzes am Elementraum kann ein Hub eines Pumpenkolbens des zusätzlichen Pumpenelements minimiert werden. Das führt gleichzeitig zu einer Maximierung des Moments, das mit der Hochdruckpumpe im Motorbetrieb erzeugbar ist. Dabei wird der Zylinderkopf des zusätzlichen Pumpenelements vorteilhaft als Gehäuse und Dichtstelle der Hochdruckventileinrichtung genutzt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben in dem Zylinderkopf des zusätzlichen Pumpenelements hin und her bewegbar geführt und durch eine Ventilfeder in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist, in welcher das Durchgangsloch, das in den Kompressionsraum des zusätzlichen Pumpenelements mündet, durch den Ventilkolben freigegeben ist. In der Öffnungsstellung ist der Elementraum oder Kompressionsraum des zusätzlichen Pumpenelements über das Durchgangsloch mit einem Druckverbindungsraum verbunden. Der Druckverbindungsraum steht mit dem zusätzlichen Hochdruckspeicher in Verbindung und ist zum Beispiel als Ringraum radial außerhalb des Ventilkolbens in dem Zylinderkopf ausgeführt. In der Schließstellung wird die Verbindung durch den Ventilkolben unterbrochen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben in dem Zylinderkopf des zusätzlichen Pumpenelements in einem Führungskörper geführt ist, an dem sich eine Stützscheibe für die Ventilfeder abstützt. Der Führungskörper ist zum Beispiel in eine entsprechende Ausnehmung des Zylinderkopfs des zusätzlichen Pumpenelements eingepresst oder eingeschraubt. Der vorab beschriebene als Ringraum ausgeführte Druckverbindungsraum wird in axialer Richtung vorteilhaft von dem Führungskörper begrenzt. Dann erstreckt sich der Ringraum beziehungsweise Druckverbindungsraum in axialer Richtung zwischen dem Ventilsitz und dem Führungskörper.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder zwischen der Stützscheibe und einem Federteller eingespannt ist, der an dem Ventilkolben befestigt ist. Dadurch kann der Ventilkolben der Hochdruckventileinrichtung auf einfache Art und Weise in seiner Öffnungsstellung vorgespannt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf einen Außengewindebereich aufweist, an dem die Hochdruckventileinrichtung mit Hilfe einer Überwurfmutter befestigt ist. Der Außengewindebereich mit der Überwurfmutter ist in axialer Richtung vorzugsweise vollständig überlappend zu dem Ventilkolben der Hochdruckventileinrichtung angeordnet. Mit Hilfe der Überwurfmutter kann die Hochdruckventileinrichtung auf einfache Art und Weise schnell an dem Zylinderkopf des zusätzlichen Pumpenelements befestigt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung eine Magnetbaugruppe mit einem Polrohr umfasst, das mit Hilfe der Überwurfmutter an dem Zylinderkopf befestigt ist. Zu diesem Zweck weist das Polrohr zum Beispiel einen Bund auf, der eine Anlagefläche für die Überwurfmutter darstellt.
Zwischen dem Bund und dem Zylinderkopf kann eine Einstellscheibe angeordnet werden. In dem Polrohr ist vorteilhaft ein Anker angeordnet, der über eine elektromagnetische Spule der Magnetbaugruppe aktivierbar ist, um den Ventilkolben der Hochdruckventileinrichtung zu schließen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugventileinrichtung zwischen dem zusätzlichen Pumpenelement und einem Saugbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist. Über die Saugventileinrichtung kann auf einfache Art und Weise Kraftstoff in einen Kompressionsraum des zusätzlichen Pumpenelements angesaugt werden. Die Saugventileinrichtung ist zum Beispiel als elektronisches Saugventil ausgeführt. Das elektronische Saugventil ist zum Beispiel als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckbegrenzungsventileinrichtung zwischen dem zusätzlichen Hochdruckspeicher und dem Saugbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist. Die Druckbegrenzungsventileinrichtung dient vorteilhaft dazu, ein maximales Hochdruckniveau in einem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems sicherzustellen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckpumpe eine Überströmventileinrichtung zugeordnet ist. Die Überströmventileinrichtung dient vorteilhaft dazu, ein Rückführen von Kraftstoff in einen Rücklauf des Kraftstoffeinspritzsystems zu regeln.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Hochdruckpumpe in einem Motorbetriebszustand mit hydraulischer Energie aus dem zusätzlichen Hochdruckspeicher über die geöffnete Hochdruckventileinrichtung durch das zusätzliche Pumpenelement angetrieben wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die geöffnete Hochdruckventileinrichtung im Motormodus der Hochdruckpumpe vor dem Erreichen eines unteren Totpunkts geschlossen wird, wobei die geöffnete Hochdruckventileinrichtung im Pumpenmodus der Hochdruckpumpe nach dem Überschreiten eines oberen Totpunkts geschlossen wird. Im Motormodus wird die Hochdruckpumpe über das zusätzliche Pumpenelement mit hydraulischer Energie aus dem zusätzlichen Hochdruckspeicher angetrieben. Im Pumpenmodus wird der zusätzliche Hochdruckspeicher über das zusätzliche Pumpenelement mit hydraulischer Energie aufgeladen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung im Leerlaufmodus und im Abstellmodus der Hochdruckpumpe geschlossen bleibt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass das System mitgeschleppt wird, ohne dass sich der Zustand des zusätzlichen Hochdruckspeichers verändert.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hochdruckventileinrichtung, eine Hochdruckpumpe, ein zusätzliches Pumpenelement, einen Zylinderkopf, einen Ventilkolben und/oder einen Führungskörper für ein vorab beschriebenes Kraftstoffeinspritzsystem. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe, die ein Pumpenelement aufweist, das einem Hochdruckspeicher zugeordnet ist, und ein zusätzliches Pumpenelement aufweist, das einem zusätzlichen Hochdruckspeicher zugeordnet ist, und
2 ein Ausführungsbeispiel der Hochdruckventileinrichtung aus 1 im Schnitt durch das zusätzliche Pumpenelement.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 eines Kraftfahrzeugs in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 handelt es sich um ein sogenanntes Common-Rail-Einspritzsystem zum Einspritzen von Diesel-Kraftstoff. Ein herkömmliches Common-Rail-System ist zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 027 644 A1 offenbart.
In einem Tankbereich 3 ist durch zwei Tanksymbole 4, 5 ein Tank mit Kraftstoff angedeutet. Von dem Tanksymbol 4 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 6 zu einer Hochdruckpumpe 10. In einem Abschnitt der Hydraulikleitung 6 ist eine Niederdruckpumpe 8 angeordnet. Von dem Tanksymbol 5 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 7 ebenfalls zu der Hochdruckpumpe 10.
In der Hydraulikleitung 6 ist eine Filtereinrichtung 11 zwischen dem Tanksymbol 4 und der Niederdruckpumpe 8 angeordnet. Zwischen der Niederdruckpumpe 8 und der Hochdruckpumpe 10 ist eine weitere Filtereinrichtung 15 angeordnet. Zwischen der Niederdruckpumpe 8 und der Filtereinrichtung 15 sind zwei Rückschlagventile 12 und 13 angeordnet.
Das Rückschlagventil 12 sperrt in Richtung der Niederdruckpumpe 8. Das Rückschlagventil 13 sperrt in Richtung der Hydraulikleitung 6. Zwischen der Filtereinrichtung 15 und einem Eingang oder Zulauf 14 der Hochdruckpumpe 10 ist ein zusätzliches Rückschlagventil 16 angeordnet. Das zusätzliche Rückschlagventil 16 sperrt in Richtung der Filtereinrichtung 15.
Die Hochdruckpumpe 10 umfasst ein Hochdruckpumpengehäuse 20. An das Hochdruckpumpengehäuse 20 ist ein Pumpenelement 21 angebaut. Darüber hinaus ist an das Hochdruckpumpengehäuse 20 ein zusätzliches, also ein zweites, Pumpenelement 22 angebaut.
Das Pumpenelement 21 umfasst einen Pumpenkolben 23. Das zusätzliche Pumpenelement 22 umfasst einen Pumpenkolben 24. Der Pumpenkolben 23 begrenzt, bezogen auf eine zentrale Drehachse in dem Hochdruckpumpengehäuse 20 radial außen, einen Kompressionsraum 25 des Pumpenelements 21. Der Pumpenkolben 24 begrenzt, bezogen auf die zentrale Drehachse des Hochdruckpumpengehäuses 20 ebenfalls radial außen, einen Kompressionsraum 26 des zusätzlichen Pumpenelements 22.
In dem Hochdruckpumpengehäuse 20 ist ein Antriebselement 28 für die beiden Pumpenkolben 23 und 24 drehbar angeordnet. Bei dem Antriebselement 28 handelt es sich zum Beispiel um eine Pumpennockenwelle mit zwei Nocken. Die Nocken wirken, zum Beispiel unter Zwischenschaltung von Kopplungselementen, wie Rollenstößeln, mit den Pumpenkolben 23, 24 zusammen, um diese im Betrieb der Hochdruckpumpe 10 in translatorische Bewegungen in dem jeweiligen Pumpenelement 21, 22 zu versetzen.
Das Antriebselement 28 ist in einem Hochdruckpumpeninnenraum 29 angeordnet, der zu Schmier- und/oder Kühlzwecken mit Kraftstoff befüllt ist. In dem Hochdruckpumpeninnenraum 29 sind zum Beispiel Lagerstellen für die Pumpennockenwelle vorgesehen. Diese Lagerstellen sind vorteilhaft Kraftstoffgeschmiert.
Das Pumpenelement 21 dient zur Versorgung eines Hochdruckspeichers 30 mit Kraftstoff, der mit Hochdruck beaufschlagt ist. Der Hochdruckspeicher 30 wird auch als Rail oder Common-Rail bezeichnet. An den Hochdruckspeicher 30 ist ein Injektor 31 angeschlossen. Bei dem Injektor 31 handelt es sich zum Beispiel um einen von vier Injektoren, die an den Hochdruckspeicher 30 angeschlossen sind. Über die Injektoren 31 wird dann Kraftstoff zum Betreiben einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine, eingespritzt.
Dem Hochdruckspeicher 30 ist ein Druckregelventil 34 zugeordnet. Von dem Druckregelventil 34 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 35 zu einer Verzweigung 36 in der Hydraulikleitung 7. In der Hydraulikleitung 35 ist ein Rückschlagventil 37 angeordnet, das in Richtung des Druckregelventils 34 sperrt. Von der Verzweigung 36 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 40 zu dem Hochdruckpumpengehäuse 20.
Der Hochdruckpumpeninnenraum 29 des Hochdruckpumpengehäuses 20 steht also mit den Hydraulikleitungen 6, 7 und 40 in Verbindung. In der Hydraulikleitung 7 ist zwischen der Verzweigung 36 und dem Hochdruckpumpengehäuse 20 eine erste Drossel angeordnet. Eine zweite Drossel ist in der Hydraulikleitung 40 zwischen der Verzweigung 36 und dem Hochdruckpumpengehäuse 20 angeordnet.
Darüber hinaus sind an das Hochdruckpumpengehäuse 20 mit dem Hochdruckpumpeninnenraum 29 drei Hydraulikleitungen 44, 45 und 46 angeschlossen. Die Hydraulikleitung 44 steht über einen Dämpfer 48 mit der Hydraulikleitung 35 in Verbindung. Ein Überströmventil 50 ist zwischen die Hydraulikleitungen 44 und 35 geschaltet.
Die Hydraulikleitung 45 verbindet den Hochdruckpumpeninnenraum 29 mit dem Kompressionsraum 25 des Pumpenelements 21. In der Hydraulikleitung 45 ist ein elektronisches Saugventil 52 angeordnet.
Das elektronische Saugventil 52 ist als 2/2-Wegeventil ausgeführt und in seine dargestellte Öffnungsstellung vorgespannt. Durch elektromagnetische Betätigung ist das zusätzlich mit einer Druckrückführung ausgestattete Saugventil in seine Schließstellung umschaltbar. Das Saugventil 52 ist vorteilhaft als Proportionalventil ausgeführt.
Von dem Kompressionsraum 25 des Pumpenelements 21 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 53 zu dem Hochdruckspeicher 30. In der Leitung 53 ist ein Rückschlagventil 54 angeordnet, das in Richtung des Kompressionsraums 25 sperrt.
In der Hydraulikleitung 46 sind zwei Verzweigungen 56 und 57 vorgesehen. Von der Verzweigung 56 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 59 zu dem Kompressionsraum 26 des zusätzlichen Pumpenelements 22. In der Hydraulikleitung 59 ist eine Saugventileinrichtung 60 angeordnet. Die Saugventileinrichtung 60 kann so oder so ähnlich ausgeführt sein wie das Saugventil 52.
Die Hydraulikleitung 46 mit der Verzweigung 56 ist Teil eines Saugbereichs 61 des Kraftstoffeinspritzsystems 1. Von der Verzweigung 57 erstreckt sich eine Hydraulikleitung 62 zum Kompressionsraum 26 des Pumpenelements 22. Die Verzweigung 57 mit der Hydraulikleitung 62 ist Teil eines Druckbereichs 63 des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
In dem Druckbereich 63 ist ein zusätzlicher Hochdruckspeicher 65 angeordnet. Die Hydraulikleitung 62 mit der Verzweigung 57 verbindet den Kompressionsraum 26 des zusätzlichen Pumpenelements 22 mit dem zusätzlichen Hochdruckspeicher 65. Eine Hochdruckventileinrichtung 66 ist in der Hydraulikleitung 62 zwischen dem Kompressionsraum 26 des zusätzlichen Pumpenelements 22 und der Verzweigung 57 angeordnet.
Zwischen der Hochdruckventileinrichtung 66 und der Verzweigung 57 sind ein Temperatursensor 68 und ein Öldrucksensor 69 vorgesehen. Ein weiterer Temperatursensor 70 ist auf einer Gasseite des zusätzlichen Hochdruckspeichers 65 vorgesehen. Auf der Gasseite des zusätzlichen Hochdruckspeichers 65 sind des Weiteren eine Berstscheibe 71 und eine Schmelzsicherung 72 vorgesehen.
In der Hydraulikleitung 46 ist zwischen der Verzweigung 56 und der Verzweigung 57 eine Druckbegrenzungsventileinrichtung 74 angeordnet. Wenn der Druck in dem Druckbereich 63, insbesondere der Druck in dem zusätzlichen Hochdruckspeicher 65, einen vorgegebenen maximalen Wert überschreitet, dann öffnet die Druckbegrenzungsventileinrichtung 74 und der Überdruck wird in dem Saugbereich 61 abgebaut, der auch als Niederdruckbereich bezeichnet wird.
Durch das in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystems 1 mit dem zusätzlichen Pumpenelement 22 und dem zusätzlichen Hochdruckspeicher 65 kann vorteilhaft kinetische Energie in einem Schubbetrieb eines Kraftfahrzeugs über die Hochdruckpumpe 10 in hydraulische Energie umgewandelt werden, die in dem zusätzlichen Hochdruckspeicher 65 gespeichert wird.
Der zusätzliche Hochdruckspeicher 65 ist zum Beispiel als hydropneumatischer Speicher ausgeführt. Der hydropneumatische Speicher kann als Membranspeicher, als Blasenspeicher oder als Federspeicher ausgeführt sein.
Bei einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs kann die in dem zusätzlichen Hochdruckspeicher 65 gespeicherte hydraulische Energie mit Hilfe der Hochdruckpumpe 10, die in einem Motorbetrieb betrieben werden kann, in kinetische Energie umgewandelt werden. Diese kinetische Energie kann genutzt werden, um, zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, beim Antreiben beziehungsweise Beschleunigen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
In dem Kraftstoffeinspritzsystems 1 werden an sich bekannte Komponenten eines Common-Rail-Systems wie die Niederdruckpumpe 8 oder die Hochdruckpumpe 10 genutzt. Die Niederdruckpumpe 8 wird auch als Vorförderpumpe für die Hochdruckpumpe 10 bezeichnet. Die Hochdruckpumpe 10 ist um das zusätzliche Pumpenelement 22 mit dem Pumpenkolben 24, der den Kompressionsraum 26 begrenzt, erweitert.
Das zusätzliche Pumpenelement 22 arbeitet separat zu dem Common-Rail-Hochdruckkreislauf mit dem Hochdruckspeicher 30. Die Verbindung zwischen dem Kompressionsraum 26 und dem Druckbereich 61, der auch als Niederdruckbereich bezeichnet wird, wird mittels der Saugventileinrichtung 60 gesteuert. Zu diesem Zweck ist die Saugventileinrichtung 60 zum Beispiel als elektronisches Saugventil ausgeführt.
Die Verbindung zwischen dem Kompressionsraum 26 und dem Druckbereich 63, der auch als Hochdruckbereich bezeichnet wird, erfolgt über die Hochdruckventileinrichtung 66. Die Hochdruckventileinrichtung 66 ist vorteilhaft als elektronisches Hochdruckventil, insbesondere als Magnetventil, ausgeführt. Im Motorbetrieb oder Motormodus der Hochdruckpumpe 10 wird die Hochdruckventileinrichtung 66 auch rückwärts durchströmt, also vom zusätzlichen Hochdruckspeicher 65 in den Kompressionsraum 26.
Das Befüllen der Pumpenelemente 21, 22 erfolgt über die Hydraulikleitungen 45 und 46 aus dem Kraftstoffvolumen in dem Hochdruckpumpeninnenraum 29. Um hier eine ausreichende Befüllung sicherzustellen, ist es vorteilhaft, das Druckniveau in dem Hochdruckpumpeninnenraum 29 mittels des Überströmventils 50 anzuheben. Darüber hinaus kann über das Überströmventil 50 eine Kraftstoffmenge, welche nicht für die Einspritzung benötigt wird, über die Hydraulikleitung 7 in den Tankbereich 3 beziehungsweise 5 zurückgeführt werden.
In 2 ist das zusätzliche Pumpenelement 22 mit der Hochdruckventileinrichtung 66 im Schnitt dargestellt. Das zusätzliche Pumpenelement 22 umfasst einen Zylinderkopf 90, in welchem der Kompressionsraum 26 von dem Pumpenkolben 24 begrenzt wird. Der Kompressionsraum 26 wird auch als Elementraum 26 bezeichnet.
Der Zylinderkopf 90 umfasst ein Durchgangsloch 91, das eine Niederdruckverbindung zu der Saugventileinrichtung 60 darstellt, die an den Zylinderkopf 90 angebaut ist. Darüber hinaus umfasst der Zylinderkopf 90 ein Durchgangsloch 92, das den Elementraum oder Kompressionsraum 26 des zusätzlichen Pumpenelements 22 mit der Hochdruckventileinrichtung 66 verbindet.
Das Durchgangsloch 92 geht von dem Kompressionsraum oder Elementraum 26 aus und mündet in einen Druckverbindungsraum 99. Der Druckverbindungsraum 99 steht über eine (nicht dargestellte) Hochdruckverbindung mit dem zusätzlichen Hochdruckspeicher (65 in 1) in Verbindung. Bei der Hochdruckverbindung handelt es sich zum Beispiel um einen Abschnitt einer Hydraulikleitung, die in 1 mit 62 bezeichnet ist.
Der Zylinderkopf 90 weist im Mündungsbereich des Durchgangslochs 92 in dem Druckverbindungsraum 99 eine Dichtstelle 94 für einen Ventilkolben 95 auf. Der Ventilkolben 95 umfasst an einem Ende einen Ventilkolbenkopf 96, von dem eine Ventilkolbenstange 97 ausgeht. Der Ventilkolbenkopf 96 weist an seinem der Ventilkolbenstange 97 abgewandten Ende eine Dichtfläche oder Dichtkante auf, die zur Darstellung eines Ventilsitzes 98 an einer Dichtfläche oder Dichtkante im Bereich der Dichtstelle 94 an dem Zylinderkopf 90 dichtend zur Anlage kommen kann.
Der Ventilkolben 95 ist mit dem Ventilkolbenkopf 96 in einem Führungskörper 100 hin und her bewegbar, das heißt in 2 nach links und nach rechts, geführt. Der als Ringraum ausgeführte Druckverbindungsraum 99 wird auf seiner in 2 rechten Seite von dem Führungskörper 100 begrenzt.
Durch eine Ventilfeder 102 ist der Ventilkolben 95 in eine Öffnungsstellung vorgespannt, in welcher eine Verbindung zwischen dem Elementraum 26 und dem Druckverbindungsraum 99 über das Durchgangsloch 92 durch den Ventilkolbenkopf 96 freigegeben wird. In der Schließstellung, also bei geschlossenem Ventilsitz 98, kommt der Ventilkolbenkopf 96 so an der Dichtstelle 94 des Zylinderkopfs 90 zur Anlage, dass die Verbindung zwischen dem Elementraum 26 über das Durchgangsloch 92 mit dem Druckverbindungsraum 99 unterbrochen wird.
Die Ventilfeder 102 ist als Schraubendruckfeder ausgeführt und in axialer Richtung zwischen einer Stützscheibe 104 und einem Federteller 105 eingespannt. Die Stützscheibe 104 stützt sich an dem Zylinderkopf 90 beziehungsweise an dem Führungskörper 100 ab. Der Federteller 105 ist an der Ventilkolbenstange 97 des Ventilkolbens 95 befestigt. Durch die Vorspannkraft der Ventilfeder 102 wird der Ventilkolben 95 in 2 nach rechts, also von dem Elementraum oder Kompressionsraum 26 des zusätzlichen Pumpenelements 22 weg, vorgespannt.
Der Zylinderkopf 90 umfasst radial außerhalb und in axialer Richtung überlappend zu dem Ventilkolben 95 einen Außengewindebereich 108. Der Außengewindebereich 108 dient zum Aufschrauben einer Überwurfmutter 109, mit welcher die Hochdruckventileinrichtung 96 schnell und einfach an dem Zylinderkopf 90 befestigt werden kann. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse des Ventilkolbens 95, die gleichzeitig eine Bewegungsachse des Ventilkolbens 95 darstellt. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu der Längsachse des Ventilkolbens 95. Radial bedeutet quer zur Längsachse des Ventilkolbens 95.
Die Hochdruckventileinrichtung 66 umfasst zur Betätigung des Ventilkolbens 95 eine Magnetbaugruppe 110 mit einem Polrohr 112. Das Polrohr 112 weist einen Bund 113 auf, der zur Befestigung der Hochdruckventileinrichtung 66 an dem Zylinderkopf 90 mit Hilfe der Überwurfmutter 109 in axialer Richtung an dem Außengewindebereich 108 festgelegt wird. Eine Einstellscheibe 114 ist in axialer Richtung zwischen dem Bund 113 und dem Außengewindebereich 108 des Zylinderkopfs 90 eingespannt.
Die Magnetbaugruppe 110 umfasst im Inneren des Polrohrs 112 einen Pol 115, durch welchen sich die Ventilkolbenstange 97 des Ventilkolbens 95 mit ihrem dem Ventilkolbenkopf 96 abgewandten Ende hindurch erstreckt. Das Polrohr 112 ist an seinem dem Elementraum 26 abgewandten Ende einstückig mit einem Polrohrendstück 116 verbunden, welches das Polrohr 112 in 2 nach rechts abschließt.
Mit Hilfe einer Überwurfmutter 117 ist eine Spuleneinheit 122 auf dem Polrohr 112 befestigt. Die Spuleneinheit 122 umfasst einen Spulenträger mit einer elektromagnetischen Spule mit einer Kunststoffumspritzung. Die Magnetbaugruppe 110 umfasst darüber hinaus einen (nicht dargestellten) Anschlussstecker zum Herstellen einer elektrischen Verbindung.
Die Magnetgruppe 110 umfasst des Weiteren einen Anker 118, der durch eine Ankerfeder 119 gegen den Ventilkolben 95 vorgespannt ist. Beim Bestromen der Spule wird der Anker 118 so gegen den Ventilkolben 95 bewegt, dass die Hochdruckventileinrichtung 66 schließt.
Die Ventilkolbenstange 97 ist im Bereich der Magnetbaugruppe 110 vorzugsweise mit Niederdruck beaufschlagt. Zwischen der Ventilkolbenstange 97 und dem Pol 115 ist ausreichend Spiel vorhanden, um einen Druckausgleich bei einer Bewegung des Ventilkolbens 95 zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Polrohr 112 radial innen im Bereich der Ventilkolbenstange 97 mit Ausnehmungen, insbesondere mit Längsnuten, versehen sein, die einen Druckausgleich beim Bewegen des Ventilkolbens 95 ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010039207 A1 [0002]
DE 102009027644 A1 [0024]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Niederdruckpumpe (8), die mit Niederdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe (10) liefert, die mindestens ein Pumpenelement (21) aufweist, das mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher (30) liefert, wobei die Hochdruckpumpe (10) mindestens ein zusätzliches Pumpenelement (22) aufweist, das mit einem zusätzlichen Hochdruckspeicher (65) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochdruckventileinrichtung (66) an das zusätzliche Pumpenelement (22) angebaut ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung (66) als elektromagnetisch betätigbares und druckgesteuertes 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt ist, wobei die Hochdruckventileinrichtung (66) in einem unbestromten Zustand durch eine Federkraft offen gehalten wird und durch Bestromen geschlossen werden kann.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung (66) so ausgeführt und an einen Zylinderkopf (90) des zusätzlichen Pumpenelements (22) angebaut ist, dass der Zylinderkopf im Bereich eines Durchgangsloch (92), das in einen Kompressionsraum (26) des zusätzlichen Pumpenelements (22) mündet, eine Dichtstelle (94) für einen Ventilkolben (95) der Hochdruckventileinrichtung (66) aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (95) in dem Zylinderkopf (90) des zusätzlichen Pumpenelements (22) hin und her bewegbar geführt und durch eine Ventilfeder (102) in eine Öffnungsstellung vorgespant ist, in welcher das Durchgangsloch (92), das in den Kompressionsraum (26) des zusätzlichen Pumpenelements (22) mündet, durch den Ventilkolben (95) freigegeben ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (95) in dem Zylinderkopf (90) des zusätzlichen Pumpenelements (22) in einem Führungskörper (100) geführt ist, an dem sich eine Stützscheibe (104) für die Ventilfeder (102) abstützt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (102) zwischen der Stützscheibe (104) und einem Federteller (105) eingespannt ist, der an dem Ventilkolben (95) befestigt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (90) einen Außengewindebereich (108) aufweist, an dem die Hochdruckventileinrichtung (66) mit Hilfe einer Überwurfmutter (109) befestigt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckventileinrichtung (66) eine Magnetbaugruppe (110) mit einem Polrohr (112) umfasst, das mit Hilfe der Überwurfmutter (109) an dem Zylinderkopf (90) befestigt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (10) in einem Motorbetriebszustand mit hydraulischer Energie aus dem zusätzlichen Hochdruckspeicher (65) über die geöffnete Hochdruckventileinrichtung (66) durch das zusätzliche Pumpenelement (22) angetrieben wird.
Hochdruckventileinrichtung (66), Hochdruckpumpe (10), zusätzliches Pumpenelement (22), Zylinderkopf (90), Ventilkolben (95) und/oder Führungskörper (110) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.