DE19947063A1

DE19947063A1 - Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19947063A1
Application number: DE1999147063
Authority: DE
Inventors: Christoph Klesse; Helmut Hummel; Martin Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-05
Also published as: EP1088984B1; DE50012683D1; EP1088984A3; EP1088984A2

Abstract

Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer Pumpe (1) zur Förderung von Kraftstoff, einer der Pumpe (1) stromabwärts nachgeordneten Kraftstoffleitung (7) zur Weiterleitung mindestens eines Teils des von der Pumpe (1) geförderten Kraftstoffs zu mindestens einem Injektor (10.1-10.4) sowie einem Filterelement (21) zur Entfernung von Gas aus der Einspritzanlage, wobei das Filterelement (21) für den Kraftstoff im wesentlichen undurchlässig und für Gas im wesentlichen durchlässig ist und von der Kraftstoffleitung stromabwärts nach der Pumpe (1) eine Entlüftungsleitung abzweigt, in der das Filterelement (21) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brenn kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmliche Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise eine Vorförderpumpe (Niederdruckpumpe) auf, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank fördert und an eine Hoch druckpumpe weiterleitet, die den zur Einspritzung des Kraft stoffes in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderli chen relativ hohen Einspritzdruck erzeugt. Problematisch ist hierbei, daß Luft im Niederdruckbereich zwischen der Vorför derpumpe und der Hochdruckpumpe den Druckaufbau an der An saugseite der Hochdruckpumpe verzögert, so daß die Brenn kraftmaschine nur verzögert oder gar nicht anspringt. Es ist deshalb erforderlich, im Niederdruckbereich befindliche Luft möglichst schnell aus der Einspritzanlage zu entfernen, um einen möglichst schnellen Druckaufbau zu erreichen.

Bekannte Einspritzanlagen weisen deshalb herkömmlicherweise eine Entlüftungsleitung auf, die von der Kraftstoffleitung im Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe und der Hoch druckpumpe abzweigt, wobei in der Entlüftungsleitung ein Drossel- oder Rückschlagventil angeordnet ist, um zu verhin dern, daß nach der Entlüftung der Einspritzanlage im normalen Betrieb Kraftstoff über die Entlüftungsleitung entweicht.

Die Verwendung einer Drossel in der Entlüftungsleitung hat jedoch den Nachteil, daß ein Kompromiß bei der Dimensionie rung der Drossel gefunden werden muß. So soll die Drossel ei nerseits einen möglichst großen Querschnitt haben, um den Niederdruckbereich möglichst schnell zu entlüften. Anderer seits soll der Querschnitt der Drossel im Normalbetrieb nach vollzogener Entlüftung möglichst klein sein, damit über die Entlüftungsleitung möglichst wenig Kraftstoff verlorengeht.

Ein Rückschlagventil in der Entlüftungsleitung hat dagegen den Nachteil, daß immer erst ein bestimmter Minimaldruck auf gebaut werden muß, bevor das Rückschlagventil die Entlüf tungsleitung öffnet, was bei den relativ niedrigen Drehzahlen beim Anlassen der Brennkraftmaschine mit den üblicherweise verwendeten Pumpen problematisch ist.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/05410 ist wei terhin ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftma schine bekannt, bei dem der Hauptfilter zusätzlich mit dem Rücklauf des Einspritzsystems verbunden ist. In der Rücklauf leitung ist hierbei ein Membranfilter angeordnet, wobei die Durchlässigkeit des Membranfilters für Kraftstoff relativ ge ring ist, während der Membranfilter Luft weitgehend ungehin dert durchläßt, so daß in dem Kraftstoffversorgungssystem be findliche Luft in den Kraftstofftank zurückgeführt wird. Nachteilig an diesem bekannten Kraftstoffversorgungssystem ist jedoch die Tatsache, daß der Membranfilter lediglich die im Zulauf vom Tank bis einschließlich zum Filter enthaltende Luft in den Tank zurückführt. Die Luft im Bereich nach dem Filter wird jedoch nicht aus dem Kraftstoffversorgungssystem entfernt, so daß - wie eingangs beschrieben - der Druckaufbau bei einem teilweise luftgefüllten Kraftstoffversorgungssystem verzögert ist.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Ein spritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei möglichst geringen Kraftstoffverlusten im Normalbetrieb eine möglichst schnelle Entlüftung der Einspritzanlage erlaubt.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von der vorstehend beschriebe nen bekannten Einspritzanlage - gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, zur Entlüftung der Einspritzanlage eine Entlüftungsleitung vorzu sehen, die stromabwärts der Pumpe von der Kraftstoffleitung abzweigt, wobei in der Entlüftungsleitung ein Filterelement angeordnet ist, das für Kraftstoff im wesentlichen undurch lässig und für Gas im wesentlichen durchlässig ist. Vorzugs weise wird hierzu ein Membranfilter verwendet, wie es bei spielsweise aus der vorstehend erwähnten internationalen Pa tentanmeldung WO 99/0541 beschrieben ist, so daß auf eine de taillierte Beschreibung eines derartigen Membranfilters ver zichtet und diesbezüglich auf die vorstehend genannte Pa tentanmeldung verwiesen wird.

In einer Variante der Erfindung weist die Einspritzanlage ei ne Niederdruckpumpe sowie eine Hochdruckpumpe auf, wobei die Entlüftungsleitung im Niederdruckbereich zwischen der Nieder druckpumpe und der Hochdruckpumpe abzweigt. Dies bietet den Vorteil, daß der auf das Filterelement wirkende Kraftstoff druck relativ gering ist, so daß nur eine entsprechend gerin ge Druckfestigkeit des Filterelementes erforderlich ist, was auch den Einsatz der vorstehend erwähnten Membranfilter er laubt.

In einer anderen Variante der Erfindung zweigt die Entlüf tungsleitung dagegen stromabwärts hinter der Hochdruckpumpe ab, was auch die Entlüftung des Hochdruckbereichs ermöglicht. Bei Einspritzanlagen mit einem Druckspeicher (englisch: com mon rail) zweigt die Entlüftungsleitung hierbei vorzugsweise direkt aus dem Druckspeicher ab. In einer Ausführungsform dieser Variante ist in der Entlüftungsleitung vor und/oder nach dem Filterelement ein Druckabschaltventil angeordnet, das die Entlüftungsleitung nur bis zu einem vorgegebenen ma ximalen Kraftstoffdruck freigibt, wohingegen die Entlüftungs leitung bei normalem Einspritzdruck geschlossen ist, um zu verhindern, daß das in der Entlüftungsleitung angeordnete Filterelement durch die im Normalbetrieb relativ hohen Ein spritzdrucke beschädigt wird.

Die beiden vorstehend beschriebenen Varianten einer Entlüf tung des Niederdruckbereichs bzw. einer Belüftung des Hoch druckbereichs können selbstverständlich auch kombiniert wer den.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Er findung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Entlüftung des Niederdruckbereichs, wobei die Entlüftungsleitung in das Gehäuse der Hoch druckpumpe mündet;

Fig. 2 eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Nie derdruckbereichs, wobei die Entlüftungsleitung in die Kraftstoffrückführung mündet;

Fig. 3 eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Nie derdruckbereichs zwischen dem Volumenstrom- Regelventil und der Hochdruckpumpe, wobei die Ent lüftungsleitung in die Kraftstoffrückführung mün det;

Fig. 4 eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Nie derdruckbereichs zwischen dem Volumenstrom- Regelventil und der Hochdruckpumpe, wobei die Ent lüftungsleitung in die Umgebung frei mündet, sowie Fig. 5 eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Hoch druckbereichs.

Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzanlage weist eine Vor förderpumpe 1 auf, die von einer Antriebswelle 2 mechanisch angetrieben wird und Kraftstoff über einen Kraftstoffilter 3 und zwei Rückschlagventile 4.1, 4.2 aus einem Kraftstofftank 5 fördert. Ausgangsseitig ist die Vorförderpumpe mit einem Vordruckregelventil 6 verbunden, das beim Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Ausgangsseite der Vor förderpumpe 1 einen Teil des von der Vorförderpumpe 1 geför derten Kraftstoffstroms abzweigt und an die Ansaugseite der Vorförderpumpe 1 zurückführt, so daß der Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 1 im Normalbetrieb weit gehend konstant gehalten wird.

Weiterhin ist die Vorförderpumpe 1 ausgangsseitig über eine Kraftstoffleitung 7 mit einer Hochdruckpumpe 8 verbunden, die den zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen relativ hohen Einspritz druck erzeugt. Ausgangsseitig ist die Hochdruckpumpe 8 mit einem Druckspeicher 9 (englisch: common rail) verbunden, aus dem vier Injektoren 10.1 bis 10.4 den Kraftstoff zur Ein spritzung in die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine beziehen. Die einzelnen Injektoren 10.1 bis 10.4 sind wieder um mit einer gemeinsamen Rückführleitung 11 verbunden, durch die überschüssiger Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 5 geführt wird.

An der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe 8 ist weiterhin ein Hochdruck-Regelventil 12 angeordnet, das beim Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Kraftstoffdrucks an der Aus gangsseite der Hochdruckpumpe 8 einen Teil des von der Hoch druckpumpe 8 geförderten Kraftstoffstroms über eine Rückführ leitung 13 in den Kraftstofftank 5 zurückführt, wobei in der Rückführleitung 13 ein Rückschlagventil 14 angeordnet ist. Zur Steuerung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich weist die dargestellte Einspritzanlage einen Drucksensor 15 auf, der den Druck in dem Druckspeicher 9 mißt und in ein Span nungssignal umwandelt, das einer elektronischen Steuereinheit 16 zugeführt wird, wobei die elektronische Steuereinheit 16 in Abhängigkeit von dem gemessenen Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher das Hochdruck-Regelventil 12 ansteuert. Weiter hin steuert die Steuereinheit 16 ein Volumenstrom-Regelventil 17 an, das in der Kraftstoffleitung 7 zwischen der Vorförder pumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 angeordnet ist.

Zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 zweigt eine Spülleitung von der Kraftstoffleitung 7 ab, wobei die Spülleitung ausgangsseitig in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 mündet, so daß die Hochdruckpumpe 8 im Normalbetrieb durch den aus der Kraftstoffleitung 7 abgezweigten Kraftstoff ge spült wird, was eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpum pe 8 bewirkt. Der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff verläßt das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 anschließend wieder über eine Rückführleitung 18, die in die Rückführleitung 13 mündet, so daß der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff anschließend in den Kraftstofftank 5 zurückgeführt wird. In der Spülleitung ist zunächst eine Drossel 19 angeordnet, um den über die Spülleitung abzweigenden Kraftstoffstrom zu be grenzen. Darüber hinaus ist in der Spülleitung auch ein Rück schlagventil 20 angeordnet, das erst beim Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks im Niederdruckbereich öffnet, so daß die Spülung der Hochdruckpumpe erst einsetzt, wenn sich im Niederdruckbereich eine für den Betrieb der Hoch druckpumpe 8 ausreichender Kraftstoffdruck gebildet hat.

Problematisch bei der vorstehend beschriebenen Einspritzanla ge ist, daß der Druckaufbau im Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 im teilweise luftgefüllten Zustand verzögert oder gar verhindert wird, da Luft stark kompressibel ist. Die dargestellte Einspritzanlage weist deshalb eine Entlüftungsleitung auf, die von der Kraft stoffleitung 7 stromabwärts der Vorförderpumpe 1 abzweigt und ausgangsseitig in dem Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 mündet. In der Entlüftungsleitung ist ein Membranfilter 21 angeordnet, der für Kraftstoff weitgehend undurchlässig ist, Luft jedoch nahezu ungehindert durchläßt. Die in dem Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe 1 und dem Volumenstromregelventil 17 befindliche Luft wird deshalb gegebenenfalls von der Vor förderpumpe über die Entlüftungsleitung durch den Membranfil ter 21 in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 gepumpt und an schließend über die Rückführleitungen 18 und 13 zurück in den Kraftstofftank geführt. In der Entlüftungsleitung sind vor und hinter dem Membranfilter 21 jeweils Rückschlagventile 22 bzw. 23 angeordnet, die verhindern, daß bei Stillstand des Systems durch den Höhenunterschied zwischen dem Tank 5 und der Pumpe Luft über die Entlüftungsleitung und den Membran filter 21 Luft angesaugt wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Er findung wird der Niederdruckbereich also relativ schnell ent lüftet, indem die im Niederdruckbereich befindliche Luft in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 gepumpt wird und anschlie ßend wieder in den Kraftstofftank gelangt.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weit gehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel überein, so daß im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird und auch dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Der Unterschied des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiels gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiel besteht im wesentlichen darin, daß die Entlüftungslei tung nicht in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8, sondern in die Rückführleitung 13 mündet, so daß die in dem Niederdruck bereich zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 befindliche Luft direkt in den Kraftstofftank 5 zurückge führt wird. Hierdurch wird eine Ansammlung von Luft im Gehäu se der Hochdruckpumpe 8 vermieden.

Auch das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 überein, so daß auch diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zur Fig. 1 verwiesen wird und dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Der Unterschied des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht im we sentlichen darin, daß die Entlüftungsleitung im Niederdruck bereich zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 stromabwärts des Volumenstrom-Regelventils 17 abzweigt, so daß auch die in diesem Bereich der Einspritzanlage befindli che Luft sicher aus dem System entfernt werden kann.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt ebenfalls weitgehend mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so daß auch diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung von Fig. 1 verwiesen wird und im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen im wesentlichen dadurch, daß die Entlüftungsleitung ausgangs seitig in die Umgebung mündet, so daß die im Niederdruckbe reich befindliche Luft direkt an die Umgebung abgegeben wird. Zur Vermeidung einer Umweltschädigung durch die in dem Kraft stoff enthaltenen Kohlenwasserstoffgase ist in der Entlüf tungsleitung zusätzlich ein Aktivkohlefilter 24 angeordnet.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt eben falls weitgehend mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel überein, so daß im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Es ist lediglich zu bemerken, daß in Fig. 5 einige Bauelemente weggelassen wurden, die für die Darstellung der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind.

Der Unterschied des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbei spiels zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht im wesentlichen darin, daß nicht der Niederdruckbe reich, sondern der Hochdruckbereich der Einspritzanlage ent lüftet wird. So zweigt von dem Druckspeicher 9 (englisch: common rail) eine Entlüftungsleitung ab, die ausgangsseitig in die Rückführleitung 13 mündet, so daß die aus dem Druck speicher 9 abgeführte Luft in den Kraftstofftank 5 zurückge führt wird. Der in der Entlüftungsleitung angeordnete Mem branfilter 21 sorgt hierbei dafür, daß Kraftstoff zurückge halten wird. Stromaufwärts vor dem Membranfilter 21 ist hier bei ein Druckabschaltventil 25 angeordnet, das beim Über schreiten eines vorgegebenen maximalen Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher 9 schließt, um zu verhindern, daß der rela tiv druckempfindliche Membranfilter 21 im Normalbetrieb be schädigt wird. Das Druckabschaltventil 25 öffnet also nur so lange, wie der Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher 9 auf grund der im System befindlichen Luft noch nicht den Normal wert erreicht hat. Weiterhin ist in der Entlüftungsleitung ein Rückschlagventil 26 angeordnet.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear teten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

1. Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit
einer Pumpe (1) zur Förderung von Kraftstoff,
einer der Pumpe stromabwärts nachgeordneten Kraftstoffleitung (7) zur Weiterleitung mindestens eines Teils des von der Pum pe (1) geförderten Kraftstoffs zu mindestens einem Injektor (10.1 bis 10.4) gekennzeichnet durch
ein Filterelement (21) zur Entfernung von Gas aus der Ein spritzanlage, wobei das Filterelement (21) für den Kraftstoff im wesentlich undurchlässig und für Gas im wesentlichen durchlässig ist, wobei
von der Kraftstoffleitung (7) stromabwärts nach der Pumpe (1) eine Entlüftungsleitung abzweigt, in der das Filterelement (21) angeordnet ist.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (21) eine Membran aufweist, die für den Kraftstoff im wesentlich undurchlässig und für Gas im wesent lichen durchlässig ist.

3. Einspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) eine Niederdruckpumpe ist, der stromabwärts eine Hochdruckpumpe (8) nachgeordnet ist, wobei die Entlüf tungsleitung zwischen der Niederdruckpumpe (1) und der Hoch druckpumpe (8) abzweigt.

4. Einspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) eine Niederdruckpumpe ist, der stromabwärts eine Hochdruckpumpe (8) nachgeordnet ist, wobei die Entlüf tungsleitung im Hochdruckbereich stromabwärts hinter der Hochdruckpumpe (8) abzweigt.

5. Einspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (8) ausgangsseitig mit einem Druck speicher (9) verbunden ist, wobei die Entlüftungsleitung von dem Druckspeicher (9) abzweigt.

6. Einspritzanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entlüftungsleitung stromaufwärts vor dem Fil terelement ein Druckabschaltventil (25) angeordnet ist, um das Filterelement vor einem Überdruck zu schützen.

7. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung ausgangsseitig in das Gehäuse der Hochdruckpumpe (8) mündet.

8. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung ausgangsseitig direkt oder indi rekt in einen Kraftstofftank (5) mündet.

9. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung ausgangsseitig in den Ansaugbe reich der Brennkraftmaschine mündet.

10. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung ausgangsseitig frei endet.

11. Einspritzanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entlüftungsleitung ein Aktivkohlefilter (24) ange ordnet ist, um die Abgabe von Kraftstoffgasen an die Umgebung zu verhindern.

12. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gehäuse der Hochdruckpumpe (8) eine Rückführlei tung (18) herausgeführt ist, wobei in der Rückführleitung (18) ein Rückschlagventil angeordnet ist.

13. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entlüftungsleitung vor und/oder nach dem Fil terelement ein Rückschlagventil (22, 23) angeordnet ist.

14. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckpumpe (1) über eine Versorgungsleitung mit einem Kraftstofftank verbunden ist, wobei in der Versorgungs leitung ein Rückschlagventil (4.1, 4.2) angeordnet ist.