DE10261414B4

DE10261414B4 - Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE10261414B4
Application number: DE2002161414
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2022-12-31
Also published as: WO2004061293A1; DE10261414A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe (13), die Kraftstoff von einer vorgeschalteten Kraftstofffördereinrichtung in einen Hochdruck-Vorratsbehälter (14) pumpt, wobei zwischen der Kraftstofffördereinrichtung und der Hochdruckpumpe (13) ein steuerbares Ventil (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Ventil (12) ein hysteresebehaftetes Einlassdrosselventil ist und dass ausgangsseitig des Einlassdrosselventils (12) eine Leckageöffnung angeordnet ist, über welche Kraftstoff zur Erhöhung des Durchflussvolumens durch das Einlassdrosselventil (12) zu einer eingangsseitig des Einlassdrosselventils (12) liegenden Stelle der Anlage leitbar ist, so dass die Hysterese des Einlassdrosselventils (12) verringert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe, die Kraftstoff von einer vorgeschalteten Kraftstofffördereinrichtung in einen Hochdruck-Vorratsbehälter pumpt, wobei die von der Kraftstofffördereinrichtung der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffmenge mittels eines steuerbaren Einlassdrosselventils regelbar ist.

Derartige Vorrichtungen finden vielfach Anwendung bei modernen Motoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei sog. Common-Rail-Diesel- oder Benzin-Direkteinspritzmotoren. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 20. Aufl., Berlin [u.a]: Springer, 2001, S. P71 offenbart den klassischen Aufbau solcher Einspritzanlagen. Der Kraftstoff wird über eine Niederdruck-Kraftstofffördervorrichtung an eine Hochdruckpumpe gefördert, die ihn in einen Hochdruck-Vorratsbehälter (Rail) pumpt. Das Rail ist mit Injektoren verbunden, über die der Kraftstoff in die Brennkammern des Motors eingespritzt wird. Bei den Injektoren kann es sich beispielsweise um elektrisch ansteuerbare Einspritzventile handeln, die von einer Steuerungsvorrichtung in Bezug auf Öffnungszeitpunkt, -dauer und Einspritzmenge angesteuert werden.

Als Schnittstelle zwischen der Niederdruck-Fördervorrichtung und der Hochdruckpumpe ist in der Regel ein als Magnetventil oder andere elektrisch ansteuerbare Vorrichtung ausgeführtes Einlassdrosselventil vorgesehen, mit dem die Fördermenge der Hochdruckpumpe in Abhängigkeit von dem aktuellen Kraftstoffbedarf reguliert werden kann. Ziel dieser Maßnahme ist es, in dem Rail stets einen angemessenen Druck vorliegen zu haben und andererseits unnötige Pumpleistung der Hochdruckpumpe zu vermeiden.

Allerdings zeigen die üblicherweise verwendeten Einlassdrosselventile bei geringen Durchflussmengen eine erhebliche Hysterese. Das bedeutet, der Volumenstrom durch sie hindurch ist nicht nur abhängig von dem die Ventilspule durchfließenden Strom, sondern auch von der Ansteuerungs-Vorgeschichte. So ist bei gegebenem Spulenstrom die Durchflussmenge z. B. größer, wenn der Strom gerade von einem höheren auf ein niedrigeres Niveau absinkt (also etwa bei Reduktion des Schubes des Motors), als wenn der Strom gerade von einem niedrigeren auf ein höheres Niveau ansteigt (also etwa bei der Beschleunigung des Fahrzeugs). Diese Hysterese muss durch aufwendige Anpassung des Steuerprogramms ausgeglichen werden, was zusätzliche Kosten verursacht und aufgrund der zunehmenden Komplexität des Gesamtsystems zu erhöhter Fehleranfälligkeit führt.

Aus der DE 198 58 084 C1 ist ein Einspritzsystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, das eine Förderpumpe zur Förderung der einzuspritzenden Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter, eine eingangsseitig mit der Förderpumpe verbundene Hochdruckpumpe zum Einspritzen der von der Förderpumpe geförderten Flüssigkeit durch mindestens eine Einspritzdüse und ein zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnetes erstes Entlüftungsglied zur Entlüftung des zwischen der Hochdruckpumpe und der Förderpumpe befindlichen Niederdruckbereichs aufweist. Das erste Entlüftungsglied mündet ausgangsseitig in einem Bereich mit geringerem Druck als in dem Niederdruckbereich und belüftet den Niederdruckbereich bereits bei einem Druck, der unterhalb des zum Betrieb der Hochdruckpumpe erforderlichen Drucks liegt.

In der DE 100 39 773 A1 ist eine Kraftstoffversorgungsanlage zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Sie weist einen Kraftstoffvorratsbehälter, eine erste Kraftstoffpumpe, eine zweite Kraftstoffpumpe und mindestens ein Kraftstoffventil auf, wobei die erste Kraftstoff pumpe den Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter in eine Kraftstoffverbindung fördert und die zweite Kraftstoffpumpe den Kraftstoff aus der Kraftstoffverbindung über eine Druckleitung zum Kraftstoffventil fördert, über das der Kraftstoff zumindest indirekt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Ferner ist eine aus der Kraftstoffverbindung zu dem Kraftstoffvorratsbehälter führende Kraftstoffleitung vorgesehen mit einem Druckregelventil, wobei in der Kraftstoffleitung hydraulisch in Reihe zu den Druckregelventil ein Absperrventil vorgesehen ist und weiterhin ist eine den Kraftstoff mindestens teilweise durch die zweite Kraftstoffpumpe und durch einen hydraulischen Widerstand zu den Kraftstoffvorratsbehälter führende Spülleitung vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzanlage zur Verfügung zu stellen, durch die die genannten Probleme des Standes der Technik überwunden werden, wobei insbesondere der Einfluss des Hystereseverhaltens des Einlassdrosselventils reduziert werden soll.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch auf, dass das steuerbare Ventil ein hysteresebehaftetes Einlassdrosselventil ist und dass ausgangsseitig des Einlassdrosselventils eine Leckageöffnung angeordnet ist, über welche Kraftstoff zur Erhöhung des Durchflussvolumens durch das Einlassdrosselventil zu einer eingangsseitig des Einlassdrosselventils liegenden Stelle der Anlage leitbar ist, so dass die Hysterese des Einlassdrosselventils verringert wird.

Dieser Maßnahme liegt die Idee zugrunde, den Volumenstrom durch das Einlassdrosselventil stets oberhalb desjenigen Bereichs zu halten, in dem die Hysterese des Ventils eine wesentliche Rolle spielt. Dieser vermehrte Durchfluss darf jedoch nicht zu einer übermäßigen Befüllung des Kraftstoffrails und damit zu einem übermäßigen Druck darin führen. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen hydraulischen Kurzschlusskreislauf für einen Teil des geförderten Kraftstoffs zu schaffen, so dass zwar die Durchflussmenge durch das Einlassdrosselventil erhöht wird, in dem Kraftstoffrail jedoch nach wie vor die für eine optimale Ansteuerung des Motors erforderlichen Mengen- und Druckverhältnisse herrschen. Der niedrigste Arbeitdruck ist dabei maßgeblich durch die Kennlinien der jeweils einzusetzenden Einspritzventile bestimmt. Er ist dabei so vorgegeben, dass eine maximal einzuspritzende Kraftstoffmasse durch das Ventil innerhalb einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer eingespritzt werden kann, die durch die jeweilige Zylindersegmentzeitdauer vorgegeben ist.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Leckageöffnung mittels eines Leckageventils geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Hierdurch bietet sich nämlich die Möglichkeit, die Leckage in Abhängigkeit von der aktuellen Bedarfssituation zu steuern. Insbesondere wäre eine Steuerung günstig, die in Fällen geringen Kraftstoffbedarfs das Leckageventil öffnet, um den geringen Durchfluss durch das Einlassdrosselventil zu erhöhen, jedoch in Fällen hohen Kraftstoffbedarfs das Leckageventil schließt, um die Förderleistung der Anlage möglichst effizient und ohne Leckageverluste nutzen zu können.

Insbesondere zur Erreichung dieses Ziels kann es günstig sein, wenn die Leckageöffnung hochdruckseitig der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Damit wird zwar auch die Hochdruckpumpe von einer größeren Kraftstoffmenge durchsetzt, was zusätzliche Pumpleistung erfordert. Es überwiegt jedoch der Vorteil, dass die Leckagemenge durch diese Maßnahme von den aktuellen Druckverhältnissen in dem Rail abhängig gemacht werden kann. Insbesondere bei Verwendung eines Leckageventils kann dessen Ansteuerung so ohne einen besonderen, getrennt von dem Leckageventil angeordneten Drucksensor und entsprechenden Regelkreis erfolgen.

Zur Steigerung der Fördereffizienz kann bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die durch die Leckageöffnung abgeleitete Kraftstoffmenge an einer hydraulisch zwischen der Kraftstoffförderanlage und dem Einlassdrosselventil gelegenen Stelle der Anlage wieder zugeführt wird. Damit wird der Durchfluss durch das Einlassdrosselventil zwar in der gewünschten Weise gesteigert, die Förderleistung der Niederdruck-Fördervorrichtung muss jedoch nicht entsprechend erhöht werden. Dies führt zu Einsparungen beim Energieverbrauch sowie bei der Auslegung der Komponenten.

Wie bereits angedeutet, kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Leckageventil in Abhängigkeit von dem in dem Vorratsbehälter herrschenden Druck betätigbar ist. Der Druck in dem Rail ist nämlich diejenige Größe, die zur Erzielung der bestmöglichen Motorleistung zu optimieren ist. Auch ist der Druck in dem Rail in vielen Fällen ein Maß für die aktuell benötigte Kraftstoffmenge. Liegt etwa in dem Rail ein zu geringer Druck an, ist dies ein Anzeichen dafür, dass die Fördermenge in das Rail gesteigert werden muss. In diesen Fällen ist es günstig, wenn die Leckageöffnung verschlossen wird, um die Förderleistung der Anlage möglichst effizient zu nutzen und einen schnellen Druckanstieg zu erreichen. Ist der Solldruck dagegen erreicht, kann die Hysteresevermeidung Vorrang haben, so dass das Leckageventil geöffnet und der Durchfluss durch das Einlassdrosselventil über den hysteresebehafteten Bereich gesteigert werden kann.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn ein Auslösedruck definiert ist, unterhalb dessen das Leckageventil geschlossen und oberhalb dessen es geöffnet ist. Dieser stimmt vorzugsweise mit dem im Leerlauf des Motors im Vorratsbehälter herrschenden Druck überein oder liegt geringfügig darunter. Damit kann ein Startvorgang, vor dem der Druck in dem Rail unterhalb des Solldrucks liegt, effizient gestaltet werden. Im Leerlauf oder bei geringen Drehzahlen des Motors dagegen, der Kraftstoffbedarf des Motors besonders niedrig ist, muss der erfindungsgemäße hydraulische Kurzschluss gewährleistet sein.

Besonders einfach und kostengünstig lässt sich diese Funktionalität dadurch erreichen, dass das Leckageventil ein selbsttätig arbeitendes, mechanisches Überdruckventil ist. Dieses kann durch die Auslegung seiner Komponenten, so eingestellt werden, dass das oben beschriebene oder ein anderes gewünschtes Verhalten gewährleistet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, stattdessen ein elektrisch ansteuerbares Ventil zu verwenden.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigt: Fig.: ein hydraulisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage.
Die Figur stellt ein. hydraulisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage 10 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform dar. Der Kraftstoff wird gemäß dem Pfeil 11 von einer nicht näher dargestellten Niederdruck-Zuführungsvorrichtung aus dem Tank eines Kraftfahrzeugs zu der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 13 gefördert. Schnittstelle zwischen Niederdruck- und Hochdruckanlage bildet ein regelbares Einlassdrosselventil 12, das z. B. als Magnetventil aus geführt sein kann und in der Regel in stromlosem Zustand geschlossen ist, was jedoch nicht zwingend der. Fall sein muss.
Die Hochdruckpumpe 13 fördert Kraftstoff in ein Kraftstoffrail 14, d. h. einen Hochdruck-Kraftstoffvorratsbehälter, der seinerseits in Injektoren 15 mündet. Die Injektoren 15 können z. B. als steuerbare Magnetventile ausgeführt sein, die mit dem im Kraftstoffrail 14 aufgebauten Hochdruck eine definierte Menge Kraftstoffs zu einem bestimmten Zeitpunkt in eine Brennkammer des nicht näher dargestellten Motors einspritzen.
Bei bekannten Einspritzanlagen ist ein als Block 16 dargestelltes Sicherheits-Überdruckventil vorhanden, das jedoch mit dem nachfolgend näher beschriebenen, erfindungsgemäßen Leckageventil 17 nicht zu vergleichen ist. Das bekannte Sicherheitsventil 16 öffnet nur im Notfall, wenn z. B. aufgrund eines Defektes der Anlage oder einer ihrer Komponenten der Druck in dem Rail über ein kritisches Niveau hinausgeht, um dessen Beschädigung zu verhindern.
Das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Leckageventil 17 kann zusätzlich zu dem bekannten Sicherheitsventil 16 eingebaut sein. Es ist günstigerweise, wie in 1 dargestellt, als selbsttätig wirkendes, mechanisches Überdruckventil ausgeführt. Sein Auslösedruck entspricht dem niedrigsten Solldruck, der bei laufendem Motor bestimmungsgemäß in dem Kraftstoffrail 14 herrschen kann oder liegt geringfügig darunter. Es wirkt also im Vergleich zu dem bekannten Sicherheitsventil 16 in einem viel niedrigeren Druckbereich.
Das erfindungsgemäße Leckageventil 17 verbindet einen auf dem Druckniveau des Rails liegenden Anschlusspunkt mit einem zweiten Anschlusspunkt, der unmittelbar vor dem Eingang des Einlassdrosselventils 12 liegt. Damit wird die in der Figur nicht näher dargestellte Niederdruck-Fördervorrichtung durch die Leckagemenge nicht zusätzlich belastet, die Durchfluss menge durch das Einlassdrosselventil 12 jedoch so weit angehoben, dass dessen Hystereseverhalten zuverlässig unterdrückt oder zumindest auf ein tolerierbares Maß reduziert wird.

Claims

Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe (13), die Kraftstoff von einer vorgeschalteten Kraftstofffördereinrichtung in einen Hochdruck-Vorratsbehälter (14) pumpt, wobei zwischen der Kraftstofffördereinrichtung und der Hochdruckpumpe (13) ein steuerbares Ventil (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Ventil (12) ein hysteresebehaftetes Einlassdrosselventil ist und dass ausgangsseitig des Einlassdrosselventils (12) eine Leckageöffnung angeordnet ist, über welche Kraftstoff zur Erhöhung des Durchflussvolumens durch das Einlassdrosselventil (12) zu einer eingangsseitig des Einlassdrosselventils (12) liegenden Stelle der Anlage leitbar ist, so dass die Hysterese des Einlassdrosselventils (12) verringert wird.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageöffnung hochdruckseitig der Hochdruckpumpe (13) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Leckageöffnung abgeleitete Kraftstoffmenge an einer hydraulisch zwischen der Kraftstofffördereinrichtung und dem Einlassdrosselventil (12) gelegenen Stelle der Anlage wieder zugeführt wird.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageöffnung mittels eines Leckageventils (17) geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4 rückbezogen auf Anspruch 2,, dadurch gekennzeichnet, dass das Leckageventil (17) in Abhängigkeit von dem in dem Vorratsbehälter (14) herrschenden Druck betätigbar ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslösedruck, unterhalb dessen das Leckageventil (17) geschlossen und oberhalb dessen es geöffnet ist, mit dem im Leerlauf des Motors im Vorratsbehälter (14) herrschenden Druck übereinstimmt oder geringfügig darunter liegt.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leckageventil (17) ein selbsttätig arbeitendes, mechanisches Überdruckventil ist.