DE19742180A1

DE19742180A1 - Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Regeln eines Einspritzsystems

Info

Publication number: DE19742180A1
Application number: DE19742180A
Authority: DE
Inventors: Hinrich Dr Krueger; Wendelin Kluegl; Martin Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: DE19742180C2; FR2768775B1; FR2768775A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so wie ein Verfahren zum Regeln eines Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Common-Rail- Einspritzsystem betrieben werden, kommt es häufig zu einer Dampfblasenbildung im Hochdruckspeicher, wenn die Brennkraft maschine im heißgefahrenen Zustand abgestellt wird. Um beim nächsten Anlaßvorgang im Hochdruckspeicher einen Kraftstoff druck zu erzeugen, der für ein Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzventile notwendig ist, muß das von den Dampfbla sen im Hochdruckspeicher eingenommene Volumen wieder mit Kraftstoff gefüllt werden. Hierbei muß ein Anlasser der Brennkraftmaschine und die von der Kurbelwelle angetriebene Hochdruckpumpe mehrere Umdrehungen durchdrehen, bis die Hoch druckpumpe ausreichend Kraftstoff in den Hochdruckspeicher gefördert hat, um die Dampfblasen zu verdrängen. Erst dann beginnt der Druck im Hochdruckspeicher, wieder auf den zur Kraftstoffeinspritzung notwendigen Wert anzusteigen. Die Brennkraftmaschine springt also nur verzögert an.

In der DE 195 39 883 A1 wird ein Common-Rail- Einspritzsystem beschrieben, bei dem eine elektrisch ange triebene Vorförderpumpe eingesetzt wird, deren Förderstrom vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine unbeeinflußt ist. Weiterhin ist zwischen der Vorförderpumpe und dem Vordruck- Regelventil ein ansteuerbares Schaltventil eingesetzt, das während des Anlaßvorgangs der Brennkraftmaschine geschlossen ist, um kurzzeitig den Vordruck im Kraftzulauf zur Hochdruck pumpe zu erhöhen und damit den von der Vorförderpumpe geför derten Kraftstoff direkt durch die Hochdruckpumpe hindurch in den Hochdruckspeicher zu fördern. Da die Vorförderpumpe einen wesentlich höheren Kraftstoffstrom erzeugt als die Hochdruck pumpe beim Anlaßvorgang, werden die Dampfblasen im Hochdruck speicher schnell aufgefüllt und die Anspringverzögerung der Brennkraftmaschine wird verkürzt.

Für die mechanisch von der Kurbelwelle der Brennkraft maschine angetriebene Hochdruckpumpe muß weiterhin während ihres Betriebs für eine Kühlung und Schmierung gesorgt wer den. Hierzu wird im allgemeinen Kraftstoff aus der Kraft stoffzuleitung des Einspritzsystems im Bereich zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe abgezweigt und der Hochdruckpumpe zur Schmierung und Kühlung zugeführt. Bei der Verwendung einer mechanischen Vorförderpumpe, die wie die Hochdruckpumpe von der Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, ergibt sich das Problem, daß, wenn ein Teil des von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoffs zur Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe abgezweigt wird, der Vordruck wäh rend des Anlaßvorgangs nicht so weit erhöht werden kann, daß die Vorförderpumpe durch die Hochdruckpumpe hindurch Kraft stoff direkt in den Hochdruckspeicher zum schnellen Verdrän gen der Dampfblasen fördert und damit für eine Verkürzung des Anlaßvorgangs sorgt. Wird aus diesem Grund anstelle der me chanischen eine elektrische Vorförderpumpe eingesetzt, so führt dies jedoch aufgrund des schlechteren Wirkungsgrades der elektrischen Vorförderpumpe zu einem höheren Energiever brauch des Einspritzsystems.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Einspritzsystem mit einer Hochdruckpumpe bereitzustellen, das sich durch eine einfache Auslegung der Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe und einen kurzen Anlaßvorgang auszeichnet und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Einspritzsy stems.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhän gigen Ansprüchen offenbart.

Das Einspritzsystem gemäß Anspruch 1 weist eine Vorför derpumpe auf, die mittels einer von der Kraftstoffleitung zur Hochdruckpumpe abzweigenden Zuführung die Hochdruckpumpe zu sätzlich mit Kraftstoff zur Schmierung und Kühlung versorgt, wobei eine zusätzliche Regelvorrichtung in der Zuführung im Zusammenspiel mit dem Vordruck-Regelventil und dem Hochdruck- Regelventil dafür sorgt, daß die Zuführung während des Anlaß vorgangs der Brennkraftmaschine unterbrochen ist. Durch diese Ausgestaltung des Einspritzsystems sowie das im Anspruch 5 angegebene Verfahren zum Betreiben eines solchen Einspritzsy stems wird ein Druck im Kraftstoffzulauf zur Hochdruckpumpe während des Anlaßvorgangs erzeugt, bei dem die Vorförderpum pe, die über ein größeres Fördervolumen verfügt als die Hoch druckpumpe, durch die Hochdruckpumpe hindurch gegen den Wi derstand ihrer Saug- und Druckventile Kraftstoff direkt in den Hochdruckspeicher zum Verdrängen der Dampfblasen fördert und somit den Anlaßvorgang verkürzt. Während des Anlaßvor gangs reicht der noch von einem früheren Betrieb der Hoch druckpumpe in der Zuführung vorhandene Kraftstoff zur Schmie rung und Kühlung der Hochdruckpumpe aus.

Gemäß der im Anspruch 2 offenbarten bevorzugten Ausfüh rungsform ist die zusätzliche Regelvorrichtung an die Kraft stoffleitung nach dem Vordruck-Regelventil angeschlossen, wo bei die Zuführung zur Hochdruckpumpe zwischen dem Vordruck- Regelventil und der zusätzlichen Regelvorrichtung abzweigt. Bei diesem Aufbau muß nur das Vordruck-Regelventil ans teuer bar ausgelegt werden, um die während des Anlaßvorgangs die Zuführung bis zum Erreichen des maximalen Vordrucks zu unter brechen.

Gemäß der im Anspruch 3 angegebenen Ausführungsform kann zur Optimierung des Regelverhaltens ein zusätzliches Durch flußquerschnitt-Regelventil vor der Hochdruckpumpe vorgesehen werden, das mit dem Vordruck-Regelventil in einer Wirkverbin dung steht, so daß ausschließlich das Durchflußquerschnitt- Regelventil zur Regelung des Einspritzsystems angesteuert werden muß.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Einspritzsystem gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Einspritzsystem gemäß einer zweiten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Einspritzsystem gemäß eine dritten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Einspritzsystem gemäß einer vierten Aus führungsform der Erfindung; und

Fig. 5 Diagramme eines Anlaßvorgangs mit einem er findungsgemäßen Einspritzsystem.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Einspritzsy stems gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 10 über eine Kraft stoffleitung 11 durch eine mechanisch, vorzugsweise über eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebene Vorförder pumpe 20 angesaugt und durch die Vorförderpumpe 20 zu einer mechanisch ebenfalls vorzugsweise über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Hochdruckpumpe 30 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 30 verdichtet den Kraftstoff und speist ihn unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher 40 ein. Der Hochdruckspeicher 40 steht mit Injektoren 50 (nur einer gezeigt) in Verbindung, über die der Kraftstoff in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zwi schen der Vorförderpumpe 20 und der Hochdruckpumpe 40 ist in der Kraftstoffleitung 11 ein Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 angeordnet, um den Volumenstrom zur Hochdruckpumpe 30 be darfsabhängig regeln zu können.

Das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 weist einen Ak tor 71 auf, der vorzugsweise als Magnet ausgebildet ist. Der Aktor 71 wirkt direkt auf ein Durchflußquerschnitt- Schließglied 72 des Durchflußquerschnitt-Regelventils 70 ein, das einen von der Vorförderpumpe 20 kommenden Kraftstoffzu lauf mit einem zu der Hochdruckpumpe 30 führenden Kraftstoff ablauf verbindet. Weiterhin ist das Durchflußquerschnitt- Regelventil 70 mit einer Rückstelleinrichtung 73, vorzugswei se einer Federeinrichtung, versehen, die das Durchflußquer schnitt-Schließglied 72 in seine Ausgangsstellung bringt. In dieser Ausgangsstellung ist der Durchflußquerschnitt zwischen dem Kraftstoffzulauf und dem Kraftstoffablauf geschlossen. Wird der Aktor 71 jedoch betätigt, so wird das Durchflußquer schnitt-Schließglied 72 gegen die Rückstelleinrichtung 73 be wegt und damit der Durchflußquerschnitt zwischen dem Kraft stoffzulauf und dem Kraftstoffablauf geöffnet und die Hoch druckpumpe 30 mit Kraftstoff versorgt.

Der Hochdruckspeicher 40 ist über eine Kraftstoffrück leitung 13 an dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 angeschlossen. In der Kraftstoffrückleitung 13 ist ein Hochdruck-Regelventil 80 angeordnet, mit dem sich der Druck im Hochdruckspeicher 40 regeln läßt. Das Hochdruck-Regelventil 80 weist ein Druck schließglied 82 auf, das von einer Rückstelleinrichtung 83, vorzugsweise einer Federvorrichtung, mit einem Haltedruck be legt ist und in seiner Ausgangsstellung die Rückleitung 13 verschließt. Am Hochdruck-Regelventil 80 ist weiterhin ein Aktor 81 angeordnet, mit dem sich der Haltedruck der Rück stelleinrichtung 83 entsprechend der gewünschten Betriebsbe dingung der Brennkraftmaschine einstellen läßt.

Nach der Vorförderpumpe 20 und vor dem Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 zweigt eine weitere Kraftstoffrücklei tung 12 von der Kraftstoffleitung 11 ab, die an den Kraft stoffvorratsbehälter 10 angeschlossen ist. In der Kraft stoffrückleitung 12 ist ein Vordruck-Regelventil 60 angeord net, mit dem sich der Kraftstoffdruck auf den Volumenstrom nach der Vorförderpumpe 20 einstellen und überschüssiger Kraftstoff über die Kraftstoffrückleitung in den Kraftstoff vorratsbehälter 10 rückführen läßt. Das Vordruck-Regelventil 60 weist ein von einer Rückstelleinrichtung 63, vorzugsweise eine Federeinrichtung, mit einem Haltedruck belegtes Druck schließglied 62 auf, das in seiner Ausgangsstellung die Kraftstoffrückleitung 12 verschließt. Zur Einstellung des Haltedrucks auf die Rückstelleinrichtung 63 ist weiterhin ein ansteuerbarer Aktor 61 am Vordruck-Regelventil 60 angeordnet.

Zwischen der Vorförderpumpe 20 und dem Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 ist außerdem eine Verbindungsleitung 14 an die Kraftstoffleitung 11 angeschlossen, um der mecha nisch angetriebenen Hochdruckpumpe 30 Kraftstoff zur Schmie rung und Kühlung zuzuführen. Die Verbindungsleitung 14 kann dabei zusammen mit der Rückleitung 12 von der Kraftstofflei tung 11 abzweigen. Auf der Zulaufseite zur Hochdruckpumpe 30 sind in der Verbindungsleitung 14 weiterhin nacheinander ein Regelventil 90 und eine Spüldrossel 95 angeordnet. Das Regel ventil 90 weist ein Druckschließglied 92 auf, das von einer Rückstelleinrichtung 93 mit einem Haltedruck belegt ist. Das Druckschließglied 92 ist dabei so angeordnet, daß es in sei ner Ausgangsstellung die Verbindungsleitung 14 verschließt. Weiterhin ist das Regelventil mit einem Aktor 91 versehen, über den sich der Haltedruck der Rückstelleinrichtung 93 ein stellen läßt. Das Regelventil 90 besitzt jedoch einen gerin geren Haltedruck und eine geringere Steigung des Druckabfalls über seinem Durchfluß als das Vordruck-Regelventil 60, um über den gesamten Betriebsbereich der Hochdruckpumpe 30 für eine Schmierung und Kühlung mit Kraftstoff zu sorgen. Der Kraftstoffstrom zur Kühlung und Schmierung wird weiter durch die Spüldrossel 95 eingestellt. Um einen geschlossenen Schmier- und Kühlkreislauf zu bilden, ist die Verbindungslei tung 14 auf der Ablaufseite der Hochdruckpumpe 30 an den Kraftstoffvorratsbehälter 10, vorzugsweise über die Rücklei tung 13, angeschlossen.

Das in Fig. 1 gezeigte Einspritzsystem wird folgender maßen betrieben: Abhängig von der Drehzahl der Brennkraftma schine und dem Fahrerwunsch wird der Kraftstoff über die In jektoren 50 in die Brennkammer eingespritzt und werden die Einstellung der Aktoren 61, 71, 81, 91 der Regelventile 60, 70, 80, 90 vorgenommen. In der Ausgangsposition ist die Kraftstoffleitung 11 zwischen der Vorförderpumpe 20 und der Hochdruckpumpe 30 durch das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 unterbrochen. Gleichzeitig sind die Rückleitungen 12, 13 in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 über das Vordruckregel ventil 60 und das Hochdruckregelventil 80 sowie die Verbin dungsleitung 14 über das Regelventil 90 geschlossen.

In Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsbedingung in der Brennkraftmaschine wird die Verbindung zwischen Vorför derpumpe 20 und Hochdruckpumpe 30 über das Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 dann geöffnet. Gleichzeitig werden über die Aktoren 61, 81 die Haltedrücke der Rückstelleinrich tungen 63, 83 des Vordruck-Regelventils 60 und des Hochdruck- Regelventils 80 eingestellt, um einen gewünschten Vordruck auf den Kraftstoffstrom nach der Vorförderpumpe 20 und einen gewünschten Druck im Hochdruckspeicher 40 zu erzeugen. Das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 und das Vordruck- Regelventil 60 werden dabei vorzugsweise so angesteuert, daß sich mit einer Vergrößerung des Volumenstroms eine Vor druckerhöhung auf der Zulaufseite der Hochdruckpumpe 30 ein stellt, so daß sich eine progressiv steigende Steuerungskenn linie des Volumenstroms über seiner Ansteuergröße und damit eine hohe Regelgüte unter geringem Energieverbrauch der Vor förderpumpe 20 ergibt.

Der Haltedruck der Rückstelleinrichtung 93 auf das Druckschließglied 92 des Regelventils 90 ist weiterhin so eingestellt, daß bereits ein geringer Druck nach der Vorför derpumpe 20 genügt, um die Verbindungsleitung 14 zu öffnen und die Hochdruckpumpe 30 mit Kraftstoff zur Schmierung und Kühlung zu versorgen. Da eine mechanisch angetriebene Vorför derpumpe eingesetzt wird, die an die Kurbelwelle der Brenn kraftmaschine angeschlossen ist, kann ein ausreichendes För dervolumen sowohl zur Kraftstoffzufuhr in den Hochdruckspei cher 40 über die Hochdruckpumpe 30 als auch zur Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe erzielt werden. Die Hochdruck pumpe 30 ist beispielsweise mit einem Hubvolumen von 0,6 cm³ und die Vorförderpumpe 20 mit einem Hubvolumen von 1,2 cm³ ausgelegt.

Wenn die Brennkraftmaschine im heißgelaufenen Zustand abgestellt wird, können im Hochdruckspeicher 40 Dampfblasen entstehen. Das von diesen Dampfblasen eingenommene Volumen muß dann beim nächsten Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine wieder mit Kraftstoff aufgefüllt werden, bis sich ein ausrei chender Druck im Hochdruckspeicher einstellt, um den Ein spritzvorgang in die Brennkraftmaschine beginnen zu können. Um die Zeit zu verkürzen, die notwendig ist, ausreichend Kraftstoff zur Dampfblasenverdrängung einzuspeisen, wird der folgende, anhand der Diagramme in Fig. 5 beschriebene Anlaß vorgang bei der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 ausgeführt: Nach dem Anschalten der Brennkraftmaschine entsteht zunächst eine kurze Totzeit (Zeitraum von 0 bis 0') bis die Brenn kraftmaschine ihren Betrieb aufnimmt und die mit der Brenn kraftmaschine über die Kurbelwelle angetriebene Vorförderpum pe 20 beginnt, Kraftstoff zu fördern. Das Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 ist über den Aktor 71 so angesteuert, daß der Durchflußquerschnitt voll geöffnet ist. Weiterhin ist das Vordruck-Regelventil 60 durch den Aktor 61 auf maximalem Vordruck, der je nach Auslegung 5 bis 20 bar beträgt, einge stellt. Der Aktor 81 des Hochdruck-Regelventils 80 nimmt eine Position ein, bei der im Hochdruckspeicher 40 ein Mindest druck erzeugt wird, der für den Beginn der Kraftstoffein spritzung über die Injektoren 50 erforderlich ist. Bei diesen Einstellungen der Regelventile fördert die Vorförderpumpe 20 durch die Hochdruckpumpe 30 hindurch Kraftstoff direkt in den Hochdruckspeicher 40, da der Vordruck höher eingestellt ist als der summierte Öffnungsdruck der Einlaß- und Auslaßventile der Hochdruckpumpe. Da sich mit der mechanisch angetriebenen Vorförderpumpe 20 ein höherer Förderstrom als bei der Hoch druckpumpe 30 bzw. einer elektrisch angetriebenen Vorförder pumpe erzielen läßt, werden die Dampfblasen im Hochdruckspei cher 40 schnell aufgefüllt und somit wird die Anlaßzeit der Brennkraftmaschine verkürzt.

Um den Anlaßvorgang weiter zu beschleunigen, ist auch das Regelventil 90 über den Aktor 91 so eingestellt, daß die Rückstelleinrichtung 93 das Druckschließglied 92 mit einem Haltedruck belastet, der dem eingestellten maximalen Vordruck entspricht. Das Regelventil 90 öffnet also erst dann, wenn der Vordruck nach der Vorförderpumpe 20 höher ist als der zum Durchfördern durch die Hochdruckpumpe 30 minimal erforderli che Druck. Während des Anlaßvorgangs bleibt die Verbindungs leitung 14 geschlossen, so daß kein Kraftstoff zur Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 30 von der Kraftstoffleitung 11 abgezweigt wird. Da jedoch der Anlaßvorgang nur sehr kurz ist, reicht der noch vom letzten Betrieb der Brennkraftma schine vorhandene Kraftstoff in der Verbindungsleitung 14 aus, um für eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 30 zu sorgen.

Wenn zum Zeitpunkt 1 die Dampfblasen verdrängt sind, be ginnt der Druck im Hochdruckspeicher 40 anzusteigen, bis zum Zeitpunkt 2 der am Hochdruckregelventil 80 festgelegte Min destdruck für den Beginn der Einspritzung erreicht ist. Zwi schen den Zeitpunkten 1 und 2 treten, wie das Diagramm des Drehzahlverlaufs zeigt, bereits Arbeitsprozesse in der Brenn kammer der Brennkraftmaschine ohne Kraftstoffverbrennung auf. Wenn zum Zeitpunkt 2 der Mindestdruck im Hochdruckspeicher erreicht ist, setzt die Einspritzung in die Brennkammer der Brennkraftmaschine ein, wobei im dargestellten Fall die erste Einspritzung nicht zu einer Kraftstoffverbrennung führt und die Brennkraftmaschine damit um einen Zyklus verzögert an springt. Zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 beginnt die Dreh zahl bei der Brennkraftsmaschine schnell anzusteigen, bis sie zum Zeitpunkt 3 die Soll-Leerlaufdrehzahl erreicht hat. Diese Drehzahl wird dann durch die Regelung der Einspritzmenge über die Injektoren 50 konstant gehalten, bis eine Änderung im Be triebszustand der Brennkraftmaschine bewirkt werden soll.

Das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 und das Vor druck-Regelventil 60 werden bis zum Zeitpunkt 3 auf maximal geöffneten Durchflußquerschnitt und maximal möglichen Vor druck gehalten. Da zum Zeitpunkt 1 die Hochdruckpumpe 30 be ginnt, Kraftstoff zu fördern, könnten das Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 und das Vordruckregelventil 60 zwar bereits auf eine Position zurückgefahren werden, bei der der Vordruck und Volumenstrom im Zulauf zur Hochdruckpumpe 30 ge rade ausreicht, daß die Hochdruckpumpe ihr maximales Förder volumen erzielt. Weiterhin könnte beim Erreichen des Zeit punktes 2 die Einstellung des Durchflußquerschnitt- Regelventils 70 und des Vordruck-Regelventils 60 weiter so verändert werden, daß der eingestellte Vordruck und Volumen strom im Zulauf zur Hochdruckpumpe 30 nur etwas höher ist als der Bedarf der Injektoren 50, so daß die Hochdruckpumpe stets einen gewissen Kraftstoffüberschuß fördert, der über das Hochdruck-Regelventil 80 abgesteuert wird. Diese möglichen Änderungen in der Einstellung der Regelventile werden jedoch im allgemeinen nicht durchgeführt, da die erforderlich schnelle Nachführung der Regelventile 60, 80 nur sehr schwie rig auszuführen ist.

Ab dem Zeitpunkt 1 könnte auch der eingestellte Halte druck am Regelventil 90 vom maximalen Vordruck auf einen Hal tedruck abgesenkt werden, der erforderlich ist, um einen Kraftstoffdurchlauf durch die Verbindungsleitung 14 zu ge währleisten. Es würde dann Kraftstoff aus der Kraftstoffzu leitung 11 über die Verbindungsleitung 14 der Hochdruckpumpe 30 zur Schmierung und Kühlung zugeführt. Zur Vereinfachung der Steuerung wird jedoch die Druckeinstellung am Regelventil 90 synchron mit der Druckeinstellung am Vordruck-Regelventil 60 vorgenommen und erst zum Zeitpunkt 3 auf den zum Kraft stoffdurchlauf durch die Verbindungsleitung 14 notwendigen Minimalwert abgesenkt. Bis zum Zeitpunkt 3 ist der vom letz ten Betrieb der Brennkraftmaschine vorhandene Kraftstoff in der Verbindungsleitung 14 ausreichend, um für eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 30 zu sorgen.

Nach dem zum Zeitpunkt 4 die zum Zeitpunkt 3 ausgelösten Änderungen in der Einstellung des Durchflußquerschnitt- Regelventils 70 und des Vordruck-Regelventils 60 auf eine Po sition durchgeführt ist, bei der der Volumenstrom und Vor druck gerade ausreicht, den Injektorbedarf mit einem gewissen Kraftstoffüberschuß, der durch das Hochdruckregelventil 80 angesteuert wird, zu decken, wird das Durchflußquerschnitt- Regelventil 70 langsam weiter geschlossen. Sobald zum Zeit punkt 5 der zur Aufrechterhaltung des gewünschten Drucks im Hochdruckspeicher 40 erforderliche Volumenstrom unterschrit ten wird, beginnt der Ansteuerwert des Hochdruck-Regelventils 80 anzusteigen, um den gewünschten Druck im Hochdruckspeicher aufrecht erhalten zu können. Mit Hilfe einer Plausibilitäts kontrolle zum Zeitpunkt 6 wird die Regelung des Drucks im Hochdruckspeicher 40 vom Hochdruck-Regelventil 80 auf die Re gelung durch das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 umge schaltet und das Hochdruck-Regelventil 80 wird im weiteren Betrieb dichtgehalten. Mit diesen Steuerungsvorgängen muß je doch so lange gewartet werden, bis ein hinreichend konstanter Betriebszustand in der Brennkraftmaschine vorliegt. Statt ei ner Druckregelung im Hochdruckspeicher 40 über das Durch flußquerschnitt-Regelventil 70 kann auch eine Druckregelung durch das Hochdruck-Regelventil 80 erfolgen.

Um den Anlaßvorgang und dazu die Zeitspanne zwischen Zeitpunkt 0 und Zeitpunkt 1 zu verkürzen, ist es vorteilhaft, den am Vordruck-Regelventil 60 und am Regelventil 90 einge stellten Vordruck so hoch wie möglich auszulegen. Als maxima le Vordruckwerte können hier bis zu 20 bar angelegt werden, ohne daß dies nachteilige Auswirkungen auf den Energiever brauch des Einspritzsystems oder die Haltbarkeit der Vorför derpumpe hat. Grund hierfür ist, daß bei der Brennkraftma schine Betriebszustände, bei denen das Durchflußquerschnitt- Regelventil 70 voll geöffnet und Vordruck durch das Vordruck- Regelventil auf maximalen Wert eingestellt ist, neben dem An laßvorgang nur äußerst selten und kurzfristig auftreten, z. B. dann, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine nahe bei der Nenndrehzahl liegt und die Lastanforderung an die Brennkraft maschine gleichzeitig angehoben wird, so daß der Druck im Hochdruckspeicher 40 auf den für diese höhere Lastanforderung erforderlichen Wert gebracht werden muß. In diesem Fall muß das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 für Sekundenbruchtei le voll geöffnet und der maximale Vordruck am Vordruck- Regelventil 60 eingestellt werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Einspritzsystem könnte jedoch auch auf das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70, das den Kraftstoffzulauf zur Hochdruckpumpe 30 und damit die Kraftstofförderung in den Hochdruckspeicher 40 bedarfsabhän gig regelt, verzichtet werden. Statt dessen wird das Fördervo lumen in den Hochdruckspeicher 40 durch das Hochdruckregel- Ventil 80 eingestellt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Einspritz systems, bei dem im folgenden nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen wird. Beim Einspritzsystem gemäß Fig. 2 ist das Regelventil 90 nach dem Vordruck-Regelventil 60 in der Kraftstoffrückleitung 12 angeordnet. Die Verbindungslei tung 14, über die der Hochdruckpumpe 30 Kraftstoff zur Schmierung und Kühlung zugeführt wird, zweigt von der Kraft stoffrückleitung 12 zwischen dem Vordruck-Regelventil 60 und dem Regelventil 90 ab. Durch diese Anordnung ist eine geson derte Ansteuerung des Regelventils 90 beim Anlaßvorgang, im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1, nicht erfor derlich, da die Verbindungsleitung 14 bereits durch die Ein stellung des Vordruck-Regelventils 60 auf den maximalen Vor druck unterbrochen wird. Das Regelventil 90 ist so voreinge stellt, daß durch die Rückstelleinrichtung 93 ein Haltedruck auf das Schließglied 92 wirkt, der ausreicht, einen Kraft stoffstrom zur Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 30 über die Verbindungsleitung 14 während des Betriebs der Hoch druckpumpe zu gewährleisten.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 2, bei der das Durchflußquerschnitt-Regelventil 70 über eine erste Federvorrichtung 74 mit dem Vordruck-Regelventil 60 gekoppelt ist. Das kombinierte Durchflußquerschnitt- Vordruck-Regelventil ist so ausgelegt, daß in der Ausgangs stellung die Kraftstoffleitung 11 durch das Durchflußquer schnitt-Schließglied 72 und die Kraftstoffrückleitung 11 durch das Druckschließglied 62 geschlossen sind, wobei die Federverbindung 74, die das Druckschließglied 62 beauf schlagt, unbelastet gehalten wird. Wenn das Durchflußquer schnitt-Schließglied 72 durch den Aktor 71 betätigt und damit der Durchflußquerschnitt in der Kraftstoffleitung 11 geöffnet wird, wird gleichzeitig über die Federvorrichtung 74 das Druckschließglied 62 vorgespannt und ein gewünschter Vordruck auf den Kraftstoff nach der Vorförderpumpe 20 eingestellt. Die Federverbindung 74 ist dabei so ausgelegt, daß bei maxi mal geöffnetem Durchflußquerschnitt der maximale Vordruck über das Druckschließglied 62 eingestellt ist. Das Einspritz system gemäß Fig. 3 zeigt also, im Vergleich zu der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 2, eine vereinfachte Steuerung, da das Vordruck-Regelventil 60 nicht getrennt vom Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 angesteuert werden muß.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform des Ein spritzsystems ist, in einer Weiterentwicklung der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 3, auch das Hochdruck-Regelventil 80 über eine weitere Federverbindung 75 mit dem Durchflußquer schnitt-Regelventil 70 verbunden. Diese weitere Federverbin dung 75 ist so ausgelegt, daß in der Ausgangsstellung, wenn das Durchflußquerschnitt-Schließglied 72 die Kraftstofflei tung 11 unterbricht, die Federverbindung 75 unbelastet gehal ten wird. Wenn das Durchflußquerschnitt-Schließglied 72 durch den Aktor 71 bewegt und damit die Kraftstoffleitung 11 geöff net wird, wird über die Federverbindung 75 das Druckschließ glied 82 gegen den Durchflußquerschnitt der Rückleitung 13 vorgespannt und damit der im Hochdruckspeicher 40 gewünschte Druck eingestellt. Die Federverbindung 75 ist dabei so ausge legt, daß ausgehend von einer Ruheposition ein steiler An stieg des Haltedrucks auf das Druckschließglied 82 erreicht wird, der ab einer vorgegebenen Federauslenkung in einen fla chen Anstieg abknickt. Durch eine solche degressive Feder kennlinie, die z. B. durch eine degressive Tellerfeder oder eine Hintereinanderschaltung zweier Kopplungsfedern erzielt werden kann, wird eine besonders vorteilhafte Abstimmung des Regelverhaltens des Hochdruck-Regelventils 80 auf das Durch flußquerschnitt-Regelventil 70 sichergestellt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Einspritzsystem kann somit über einen einzigen Aktor die gesamte Volumenstrom- und Druckregelung ausgeführt werden.

Die in den Einspritzsystemen der Fig. 1 bis 4 beschriebe nen Vorförderpumpen und Hochdruckpumpen können vorzugsweise auch elektrisch angetrieben werden. Selbstverständlich sind auch Kombinationen von elektrisch angetriebener Vorförderpum pe und mechanisch angetriebener Hochdruckpumpe und umgekehrt einsetzbar.

Claims

1. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit
einer Vorförderpumpe (20), einer Hochdruckpumpe (30), einem Hochdruckspeicher (40) und wenigstens einem Injektor (50), die über eine Kraftstoffleitung (11) miteinander verbunden sind, um Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (10) über die Vorförderpumpe (20) und die Hochdruckpumpe (30) in den Hochdruckspeicher (40) zu fördern und aus dem Hochdruck speicher über den Injektor in eine Brennkammer der Brenn kraftmaschine einzuspritzen,
einer ersten Regelvorrichtung (60), die zwischen der Vor förderpumpe (20) und der Hochdruckpumpe (30) an die Kraft stoffleitung (11) angeschlossen ist, um einen Druck im Kraft stoffzulauf vor der Hochdruckpumpe zu regeln, und
einer zweiten Regelvorrichtung (80), die an den Hochdruck speicher (40) angeschlossen ist, um einen Druck im Hochdruck speicher zu regeln, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zuführung (14) für die Hochdruckpumpe (30) an der Kraftstoffleitung (11) zwischen der Vorförderpumpe (20) und der Hochdruckpumpe (30) angeschlossen ist, um der Hochdruck pumpe Kraftstoff zur Schmierung oder Kühlung zuzuführen, und
daß eine dritte Regelvorrichtung (90, 95) an die Zuführung angeschlossen ist, um den Kraftstoffstrom zur Schmierung oder Kühlung der Hochdruckpumpe zu regeln,
wobei die erste, zweite und dritte Regelvorrichtung beim Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine so angesteuert werden, daß der Druck im Kraftstoffzulauf vor der Hochdruckpumpe (30) maximal ist, und daß der Druck im Hochdruckspeicher (40) auf einen zur Kraftstoffeinspritzung erforderlichen Mindestdruck eingestellt ist und die Zuführung (14) zur Hochdruckpumpe un terbrochen ist.

2. Einspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte Regelvorrichtung (60, 90) nacheinan der an die Kraftstoffleitung (11) zwischen der Vorförderpumpe (20) und der Hochdruckpumpe (30) angeschlossen sind, daß die Zuführung (14) zur Hochdruckpumpe zwischen der ersten und dritten Regelvorrichtung abzweigt, wobei die erste Regelvor richtung (60) beim Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine so an gesteuert wird, daß die Zuführung bis zum Erreichen des maxi malen Drucks im Kraftstoffzulauf vor der Hochdruckpumpe un terbrochen ist und die dritte Regelvorrichtung (90) so ausge legt ist, daß der zur Schmierung und Kühlung der Hochdruck pumpe notwendige Kraftstoffstrom in die Zuführung (14) abge leitet wird.

3. Einspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Regelvorrichtung (70) in der Kraftstofflei tung (11) zwischen der Vorförderpumpe (20) und der Hochdruck pumpe (30) angeordnet ist, um den Kraftstoffstrom zur Hoch druckpumpe zu regeln, und eine erste Wirkverbindung (74) zwi schen der ersten und vierten Regelvorrichtung besteht, wobei die vierte Regelvorrichtung (70) beim Anlaßvorgang so ange steuert wird, daß der Kraftstoffstrom zur Hochdruckpumpe (30) maximal ist und die erste Wirkverbindung (74) bewirkt, daß die erste Regelvorrichtung (60) auf maximalen Druck einge stellt ist.

4. Einspritzsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Wirkverbindung (75) zwischen der vierten und zweiten Regelvorrichtung besteht, wobei die vierte Regelvor richtung (70) direkt angesteuert wird, um den Kraftstoffstrom zur Hochdruckpumpe (30) einzustellen, und die Einstellung der vierten Regelvorrichtung (70) über die erste Wirkverbindung (74) die erste Regelvorrichtung (60) steuert, um den Druck im Kraftstoffzulauf zur Hochdruckpumpe (30) einzustellen, und über die zweite Wirkverbindung (75) die zweite Regelvorrich tung (80) steuert, um den Druck im Hochdruckspeicher (40) einzustellen.

5. Verfahren zum Regeln eines Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine mit einer Vorförderpumpe (20), einer Hoch druckpumpe (30), einem Hochdruckspeicher (40) und wenigstens einem Injektor (50), die über eine Kraftstoffleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei Kraftstoff aus einem Kraft stoffvorratsbehälter (10) über die Vorförderpumpe (20) und die Hochdruckpumpe (30) in den Hochdruckspeicher (40) geför dert und aus dem Hochdruckspeicher über den Injektor (50) in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt wird,
wobei mittels einer ersten Regelvorrichtung (60) ein Druck im Kraftstoffzulauf vor der Hochdruckpumpe (40) eingestellt wird, und
wobei mittels einer zweiten Regelvorrichtung (80) ein Druck im Hochdruckspeicher (40) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
über eine Zuführung (14) aus der Kraftstoffleitung (11) zwi schen der Vorförderpumpe (20) und der Hochdruckpumpe (30) Kraftstoff zur Schmierung oder Kühlung abgezweigt und mittels einer dritten Regelvorrichtung (90, 95) der Kraftstoffstrom in der Zuführung (14) geregelt wird, und
daß beim Anlaßvorgang die erste, zweite und dritte Regel vorrichtung so angesteuert werden, daß der Druck im Kraft stoffzulauf (11) vor der Hochdruckpumpe (30) maximal ist, und
daß der Druck im Hochdruckspeicher (40) auf einen zur Kraft stoffeinspritzung erforderlichen Mindestwert eingestellt ist und die Zuführung (14) zur Hochdruckpumpe unterbrochen ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anlaßvorgang der Druck im Kraftstoffzulauf zur Hoch druckpumpe (40) durch die erste Regelvorrichtung mindestens auf den summierten Öffnungsdruck der Ein- und Auslaßventile der Hochdruckpumpe (40), vorzugsweise auf 5 bis 20 bar, ein gestellt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der Kraftstoffstrom vor der Hochdruckpumpe durch ei ne vierte Regelvorrichtung eingestellt wird, wobei eine erste Wirkverbindung (74) zwischen der ersten und vierten Regelvor richtung besteht und die vierte Regelvorrichtung (70) beim Anlaßvorgang so angesteuert wird, daß der Kraftstoffstrom zur Hochdruckpumpe (30) maximal ist und die erste Wirkverbindung (74) bewirkt, daß der maximale Druck auf den Kraftstoffstrom durch die erste Regelvorrichtung (60) eingestellt wird.