WO2012089378A1 - Pumpe eines kraftstoffeinspritzsystems - Google Patents

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WO2012089378A1
WO2012089378A1 PCT/EP2011/069436 EP2011069436W WO2012089378A1 WO 2012089378 A1 WO2012089378 A1 WO 2012089378A1 EP 2011069436 W EP2011069436 W EP 2011069436W WO 2012089378 A1 WO2012089378 A1 WO 2012089378A1
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pressure
pump
piston
storage space
chamber
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PCT/EP2011/069436
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English (en)
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Klaus Joos
Siamend Flo
Frank Nitsche
Alexander Schenk Zu Schweinsberg
Thorsten Allgeier
Juergen Arnold
Peter Schenk
Michael Bauer
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02M2200/50—Arrangements of springs for valves used in fuel injectors or fuel injection pumps

Definitions

  • the invention relates to a pump, in particular a high-pressure pump, a fuel injection system, with a compressible pressure chamber for conveying fuel under pressure in a pressure range of the fuel injection system.
  • the pressure is generated by means of a pump, in particular a high-pressure pump, which is mechanically driven by the internal combustion engine or engine in known fuel injection systems.
  • the pump has a pressure chamber, which is generally compressible by means of a piston in order to convey fuel from the pressure chamber into a pressure region, in particular a high-pressure region, from where the fuel is injected.
  • An electromechanical, in particular electromagnetic, quantity control valve controls the quantity of fuel delivered by the high-pressure pump per unit time into the high-pressure region, a so-called rail. Together with a high pressure signal measured by a high-pressure sensor, an engine control unit thus regulates the pressure in the pressure range to the desired level by means of the quantity control valve.
  • a pump of a fuel injection system is provided with a compressible pressure space for conveying fuel under pressure in a pressure range of the fuel injection system, wherein the
  • direct fluid-conducting connection means a connection in which there are no further components, in particular no components separating the connection, between the pressure chamber and the storage space.
  • direct contiguity of pressure space and storage space is understood.
  • the pressure space of the pump is compressible as described to expel fuel into the pressure range under pressure.
  • the pressure chamber has a direct fluid-conducting connection to the storage space.
  • a property of the memory space is that its volume is also variable or variable. The volume of the storage space changes depending on the pressure prevailing in it. At high pressure, the storage space is comparatively large, at low pressure comparatively small. Thus, the storage space from the pressure in the pressure chamber can be enlarged or expanded.
  • pressure is built up in the pressure chamber in a compression phase of the pump, thereby expelling fuel under pressure into the pressure region or high-pressure region of the fuel injection system.
  • At the outlet of the pump is located in a known manner an outlet valve. If a predefined pressure is exceeded during this compression of the pressure chamber, the storage space begins to expand or increase in a targeted manner. The still remaining in the pressure chamber residual flow of fuel is then no longer completely promoted by the exhaust valve in the pressure range, but in the increasing volume of the storage space. The pressure in the pressure range now increases much less.
  • Direct injection It is also advantageous that a demand-based flow rate of the pump is achieved. This results in a lower power loss than pure pressure control or pressure limitation via a pressure control valve and a fully pump.
  • the construction can be made more compact, since the forces acting on the parts due to the structure of the invention are lower.
  • the pressure in the pressure chamber of the pump is kept at approximately pre-pressure level from the low-pressure range. This can ensure that the fuel is always in liquid form. There are no cavitation effects, such as blistering, to be expected.
  • the storage space initially returns to its original size, even before via an inlet valve of the pump in a known manner fuel in the pressure chamber nachge redesignt. This allows a particularly fast filling of the pressure chamber. There is no drop in pressure in the pressure chamber significantly below the pressure level in the low pressure range.
  • the compressible pressure space and the expandable storage space are preferably formed by means of a cylinder.
  • the cylinder assumes a double function.
  • Pressure chamber and storage space are housed in a single component in the form of a cylinder or a housing. This is a cost effective solution.
  • the cylinder forms an outer overall seal of the hydraulic system. It is an integral construction, in which the pressure chamber and the storage space are combined in one unit.
  • the expandable storage space is preferably limited by a piston.
  • the piston is in particular displaceably mounted in the cylinder.
  • the volume of the storage space is due to the
  • the piston which delimits the storage space is preferably an evasive pressure regulating piston.
  • the piston is preferably arranged directly on the pressure chamber inside the pump or its cylinder.
  • the storage space may be delimited by means of a membrane.
  • the piston is preferably sealed in its rest position by means of a seat seal.
  • the piston stroke is limited by a stop. At this stop is a seal on which the piston is tight, in particular rests.
  • a so-called seat seal is used here.
  • a particularly good sealing of the piston is achieved in its rest position. In this way, the pressure in the pressure chamber does not drop or only very slowly below the pressure level in the low pressure range.
  • the expandable storage space is preferably expandable against a spring element.
  • the spring preload is adjusted so that it corresponds to the hydraulic force of the regulated high pressure in the storage space.
  • the piston remains tensioned by the spring against its stop. However, if the pump generates too high a pressure, the piston will be pushed back accordingly and the spring will be compressed.
  • the high pressure or overpressure is regulated by the now increasing storage space.
  • the expandable storage space is preferably expandable against a spring element with a very low spring rate. Such a low spring rate arrangement means that the spring is relatively easy to compress. This allows the piston to be moved accordingly easier on this spring. Due to the slight backpressure, the pressure in the pressure chamber only increases very slightly or there is only a slight increase in pressure in the pump when a predefined desired control pressure is reached. In this way, a particularly needs-based fuel delivery is achieved.
  • the pressure in the pressure range is adjusted, preferably to a pressure of between 40 bar and 60 bar, particularly preferably to a pressure of 50 bar.
  • the expandable storage space is preferably delimited by means of a piston with respect to a spring chamber, and a leakage line is provided on the spring chamber.
  • the leakage line is used for the discharge of
  • the room at the of Storage space facing away from the piston may be filled with fluid under admission pressure of the inlet.
  • the expandable storage space is preferably delimited by means of a piston with respect to a spring chamber and a line is provided on the spring chamber.
  • the line establishes a fluid-conducting connection from the spring chamber to the suction side of the pump.
  • the line is thus coupled to the low pressure port of the pump.
  • a leakage from, or in the spring chamber is discharged to the low pressure area.
  • such a design also results in a damping effect with respect to the piston movement on the storage space. In this way, a leakage line, as mentioned above, can be saved.
  • a check valve is optionally provided in the line.
  • the check valve is preferably arranged such that the leakage can flow away from the spring chamber, but not back into the spring chamber. As a result, vapor pressure is advantageously established in the spring chamber.
  • a throttle is provided in the line.
  • the throttle leads to the least possible impact on the storage space and thus the pressure chamber from the low pressure side of the pump and the resulting there
  • a bypass line is also provided from the high-pressure region to the low-pressure region with a pressure relief valve arranged therein.
  • a pressure relief valve instead of the pressure relief valve, a check valve, a rupture disc or a simple ball valve is preferably arranged in the bypass line.
  • a rupture disc allows a higher temporary overpressure in the pressure range.
  • Fig. 1 is a fuel injection system with a pump according to the prior art
  • Fig. 2 is a fuel injection system with a pump according to the invention.
  • a fuel injection system 10 is shown with a pump 12.
  • the region on the suction side of the pump 12 is referred to as the low-pressure region and the region on the pressure-side of the pump 12 as the pressure region or high-pressure region.
  • fuel is pumped from a tank 14 through an electric fuel pump 16 at a pressure of about 5 bar through a fuel filter 18 to a line 20.
  • a pressure relief valve 22 may direct fuel from the fuel pump 16 back into the tank 14.
  • a low pressure damper 24 is arranged on line 16.
  • the fuel delivery rate of the pump 12 is regulated by a quantity control valve 26.
  • the pump 12 increases the pressure of this fuel up to about 200 bar, wherein the fuel is conveyed through a Raildrossel 44 in a rail 28. This high pressure defines the already mentioned high-pressure region on the pressure side of the pump 12.
  • the fuel can pass from the rail 28
  • Injectors 30 are injected into an internal combustion engine 32.
  • the pressure generated by the pump 12 is too high, for example, in the event of a fault or in hot soak. Therefore, that overpressure of the pump 12 is discharged from the high-pressure region into the pump 12.
  • On the pressure side of the pump 12 branches off from the high-pressure region from a return line 34, which leads back into the delivery chamber of the pump 12.
  • a check valve 36 mounted on the pressure side of the pump 12 forms the outlet valve of the pump 12.
  • the check valve 36 only opens at a certain pressure level and prevents fuel from flowing in the opposite direction to its delivery direction.
  • Another, arranged in the return line 34 check valve 38 ensures that only fuel is returned under pressure in the pump 12. Also, this check valve 38 opens only from a certain higher pressure level in the flow direction to the low pressure area.
  • the amount of fuel delivered by the pump 12 can be influenced by the quantity control valve 26, so that ideally the pump 12 does not generate too much excess pressure at all. Regulated is the funded amount of fuel over
  • a high pressure sensor 40 measures the pressure applied there.
  • a controller 42 receives the information regarding the rail pressure from the high pressure sensor 40 and processes it. According to the programming of the controller 42 is the
  • Quantity control valve 26 adjusted.
  • the quantity control valve 26 regulates the amount of fuel delivered by the pump 12 per unit time due to the fuel pressure occurring and measured in the rail 24.
  • FIG. 2 shows a fuel injection system 10 according to the invention, in which the fuel is first pumped into the line 20 of the low-pressure region.
  • a low pressure damper 24 On the line 20 may optionally be arranged a low pressure damper 24.
  • a quantity control valve 26 is omitted and the fuel flows through a check valve 72 into the pump 12.
  • a check valve 36 On the pressure side of the pump 12, in the pressure range or high pressure region, a check valve 36 is arranged.
  • the check valve 36 opens only in the delivery phase of the pump 12 and prevents fuel then can flow opposite to the conveying direction. Subsequently, the fuel is due to the pump pressure of the pump 12, promoted by the Raildrossel 44, in the rail 28. From there, the fuel reaches the injection valves 30 and is injected into the engine 32.
  • the return line 34 is provided, which leads to a valve 46.
  • Check valve 38 also designed as a check valve. It opens at a certain preset overpressure in the return line 34. In the flow direction behind the valve 46, the fuel flowing through initially comes back into the low-pressure region.
  • the pump 12 in FIG. 2 comprises a housing or a cylinder
  • a pump piston 50 which is displaceable by a drive 52 in the cylinder 48.
  • the area in which the pump piston 50 moves is the pressure chamber 54.
  • a storage piston or a piston 56 is arranged, which can move in the region of a storage space 60.
  • the storage space 60 is limited in the cylinder 48 by a seat seal 58.
  • the piston 56 In rest position, the piston 56 is biased against the seat seal 58 by means of a spring element 62, or a spring.
  • a minimum gap 64 Between the piston 56, or its lateral edges and the cylinder 48 is a minimum gap 64.
  • the spring element 62 is arranged.
  • the piston 56 can be moved in the region of the spring chamber 66. In this case, the distance between the piston 56 and the seat seal 58, which forms the stop when the piston 56 is at rest, becomes larger.
  • the space that is released with the thus increasing distance is referred to as storage space 60.
  • the spring chamber 66 is connected by means of a line 68 to the suction-side region of the pump 12 or the low-pressure region. On the line 68, a throttle 70 is arranged.
  • the fuel from the fuel pump 16 is pumped to the pump 12 in Fig. 2.
  • the pump 12 compresses the fuel and directs it under high pressure to the rail 28. So that the pump 12 does not generate too high pressure, the storage space 60 is provided in the cylinder 48 of the pump 12.
  • the spring element 62 is designed such that the piston 56 pushes the spring element 62 back, thus increasing the volume of the storage space 60.
  • the fuel can thus also in addition to the pressure chamber 54 in the storage space 60 spread and thus reduces the pressure generated by the pump 12.
  • the choice of a suitable spring element 62 or its design ensures that the fuel leaves the pump 12 on the pressure side with a certain minimum necessary pressure.
  • the piston 56 also exerts a pressure on the storage space 60 and the fluidically coupled thereto pressure chamber 54 in order to ensure a stable outlet pressure to the rail 28 out.
  • the pressure at the pump 12 the so-called desired control pressure, the pressure side between about 40 bar and about 60 bar.
  • a spring with a for the desired control pressure in particular a pressure of about 50 bar, corresponding or adapted spring force used as a spring element 62 in order to regulate the pressure in the specified range with the smallest possible bandwidth.
  • the spring chamber 66 is coupled by means of the line 68 to the low pressure region.
  • the throttle 70 On the line 68 is the throttle 70.
  • Such a throttle 70 may be designed for example with a diaphragm.
  • the spring chamber 66 is completely filled with fuel, in particular by the spring chamber 66 is connected directly hydraulically to the low pressure input of the pump 12.
  • the throttle 70 between the spring chamber 66 and suction-side low-pressure inlet of the pump 12 can advantageously be dimensioned accordingly.
  • this line and throttle arrangement formed by the throttle 70 comprises that the fuel which passes through the gap 64 into the spring chamber 66, can be discharged from this again in the direction of the low pressure region.
  • the line 68 serves for leakage compensation in the direction
  • the passage cross section of the throttle 70 is preferably dimensioned so that the piston 56 on the one hand reciprocate to a sufficient, desired extent, but on the other unwanted overshoot of the piston 56 can be prevented.
  • pressure pulsations can not or only significantly attenuated in the line 20, ie in the low pressure range, can spread.
  • the throttle 70 is achieved, if necessary, by the fuel pump 16 generated pressure pulsations can not or only significantly attenuated in the spring chamber 66 can spread.
  • valve 46 preferably a check valve attached.
  • the function of the valve 46 is to allow fuel to flow from the pressure range to the low pressure range as soon as this fuel exceeds a certain pressure level at the valve 46.
  • FIG. 2 the inventive embodiment of FIG. 2 can be described as follows:
  • a piston 56 is integrated in addition to the pump piston 50, which is biased by a spring element 62 and tightly rests on a piston stop in the form of a seat seal 58.
  • the spring preload is adjusted to match the hydraulic force of the high pressure regulator.
  • the fuel is conveyed into the pressure range or high-pressure range and thereby compressed. If, during compression, the desired control pressure, in particular of e.g. 50 bar exceeded, then lifts off the piston 56, so that the remaining for the piston stroke residual flow is not promoted to the rail 28, but in the liberated volume or in the storage space 60 of the evasive piston 56.
  • the pressure in the high pressure region increases only slightly depending on the spring stiffness of the spring element 62.
  • the spring element 62 is designed with such a small spring rate that during the entire pressure stroke of the pump piston 50 only the smallest possible increase in pressure results.
  • the piston 56 In the subsequent suction phase of the pump 12, the piston 56 first returns to its initial position to the seat seal 58, before the suction side of the pump 12 nachge felicitt new fuel.
  • the opposite spring chamber 66 in which the spring element 62 is located, can, with sufficient tightness between the piston 56 and cylinder 48, be filled with air at ambient pressure.
  • an opening may be provided, via which a pressure equalization between the spring chamber 66 and the ambient air can take place.
  • the line 68 can be saved.
  • a check valve is provided.
  • the non-illustrated check valve is installed so that the possibly between the piston 56 and the cylinder 48 in the spring chamber 66 leaking fuel from the spring chamber 66 in the
  • Piston 56 and the cylinder 48 in the spring chamber 66 leaking fuel from the spring chamber 66 downstream behind the suction-side check valve 72 into the pressure chamber 54 is passed.
  • the non-illustrated check valve is installed so that no fuel from the pressure chamber 54 enters the spring chamber 66 in the reverse direction. Also in this embodiment, not shown, falls during the suction stroke of the pump 12, the pressure in the spring chamber 66 down to the vapor pressure.
  • a fuel heating when the internal combustion engine and thus standing pump 12 optionally a pressure relief valve, for example a simple ball valve,
  • valve 46 if the system components withstand a higher temporary overpressure, and a rupture disc at the high pressure region of the fuel injection system 10, in particular be provided as a replacement for the valve 46.

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Abstract

Eine Pumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems ist mit einem komprimierbaren Druckraum (54) zum Fördern von Kraftstoff unter Druck in einen Druckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems (10) ausgestattet. Der komprimierbare Druckraum (54) ist direkt fluidleitend mit einem expandierbaren Speicherraum (60) verbunden und dient der autarken Regelung des mit der Pumpe erzeugten Drucks.

Description

Beschreibung Titel
Pumpe eines Kraftstoffeinspritzsvstems Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe, eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit einem komprimierbaren Druckraum zum Fördern von Kraftstoff unter Druck in einen Druckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems.
Heutige Kraftstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen beziehungsweise Verbrennungsmotoren, insbesondere von Ottomotoren, arbeiten als so genannte Direkteinspritzung (DI) mit Einspritzdrücken von bis zu 200 bar. Der Druck wird mittels einer Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe erzeugt, die bei bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen mechanisch vom Verbrennungsmotor beziehungsweise Motor angetrieben wird. Die Pumpe weist einen Druckraum auf, der in der Regel mittels eines Kolbens komprimierbar ist, um Kraftstoff aus dem Druckraum in einen Druckbereich, insbesondere einen Hochdruckbereich, zu fördern, von wo aus der Kraftstoff eingespritzt wird. Ein elektromechanisches, insbesondere elektromagnetisches Mengensteuerventil steuert die von der Hochdruckpumpe pro Zeiteinheit in den Hochdruckbereich, ein so genanntes Rail, geförderte Kraftstoffmenge. Zusammen mit einem von einem Hochdrucksensor gemessenen Hochdrucksignal regelt ein Motor-Steuergerät so mittels des Mengensteuerventils den Druck im Druckbereich auf das gewünschte Niveau.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Pumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem komprimierbaren Druckraum zum Fördern von Kraftstoff unter Druck in einen Druckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems geschaffen, wobei der
komprimierbare Druckraum direkt fluidleitend mit einem expandierbaren Speicherraum verbunden ist. Unter "direkt fluidleitend verbunden" wird dabei eine Verbindung verstanden, bei der sich keine weiteren, insbesondere keine die Verbindung trennenden Bauteile zwischen dem Druckraum und dem Speicherraum befinden. Insbesondere wird dabei ein direktes Aneinandergrenzen von Druckraum und Speicherraum verstanden.
Der Druckraum der Pumpe ist wie erläutert komprimierbar, um Kraftstoff in den Druckbereich unter Druck auszuschieben. Der Druckraum hat eine direkte fluidleitende Verbindung zum Speicherraum. Eine Eigenschaft des Speicherraums ist, dass dessen Volumen ebenfalls veränderbar bzw. variierbar ist. Das Volumen des Speicherraums verändert sich dabei in Abhängigkeit des Drucks, der in ihm vorherrscht. Bei hohem Druck ist der Speicherraum vergleichsweise groß, bei niedrigem Druck vergleichsweise klein. Damit ist der Speicherraum vom Druck im Druckraum vergrößerbar beziehungsweise erweiterbar.
Bei der derartigen Gestaltung wird in einer Verdichtungsphase der Pumpe Druck im Druckraum aufgebaut und dadurch Kraftstoff unter Druck in den Druckbereich bzw. Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems ausgeschoben. Am Ausgang der Pumpe befindet sich dabei in bekannter Weise ein Auslassventil. Wird während dieser Kompression des Druckraums ein vordefinierter Druck überschritten, so beginnt sich der Speicherraum gezielt zu expandieren beziehungsweise zu vergrößern. Die im Druckraum sich noch befindende Restfördermenge an Kraftstoff wird dann nicht mehr durch das Auslassventil vollständig in den Druckbereich gefördert, sondern in das sich vergrößernde Volumen des Speicherraums. Der Druck im Druckbereich steigt nun weit weniger stark an.
Damit ist eine rein mechanische Regelung des Drucks im Druckbereich möglich. Es sind keine elektrischen und elektronischen Komponenten zur Regelung erforderlich. Eine Abhängigkeit von einem Steuergerät und elektrischen Endstufen für die Steuerung entfällt. Es ist somit eine Stand-alone-Pumpe inklusive Regelung geschaffen. Im Weiteren entfällt ein elektromagnetisches Mengensteuerventil und dessen elektrische Ansteuerung, dadurch können Endstufen im Steuergerät und gegebenenfalls ein Drucksensor entfallen und es ist weniger Verkabelung erforderlich. Dies ermöglicht ein kostengünstiges System zur
Direkteinspritzung. Weiter vorteilhaft ist, dass eine bedarfsgerechte Fördermenge der Pumpe erreicht wird. Daraus resultiert eine geringere Verlustleistung als bei reiner Druckabsteuerung bzw. Druckbegrenzung über ein Druckregelventil und einer vollfördernden Pumpe. Die Bauweise kann kompakter gestaltet werden, da die auf die Teile wirkenden Kräfte aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus niedriger sind.
Zusätzlich wird während der Saugphase der Druck im Druckraum der Pumpe auf ca. Vordruckniveau aus dem Niederdruckbereich gehalten. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Kraftstoff immer in flüssiger Form vorliegt. Es sind keine Kavitationseffekte, wie beispielsweise Blasenbildung, zu erwarten.
In der nachfolgenden Saugphase der Pumpe kehrt der Speicherraum zunächst zu seiner ursprünglichen Größe zurück, noch bevor über ein Einlassventil der Pumpe in bekannter Weise Kraftstoff in den Druckraum nachgefördert wird. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Füllen des Druckraums. Es erfolgt dabei kein Absinken des Drucks im Druckraum wesentlich unter das Druckniveau im Niederdruckbereich.
Der komprimierbare Druckraum und der expandierbare Speicherraum sind bevorzugt mittels eines Zylinders gebildet. Der Zylinder übernimmt dabei eine Doppelfunktion. Druckraum und Speicherraum werden in einem einzigen Bauteil in Form eines Zylinders bzw. eines Gehäuse untergebracht. Dies ist eine kostengünstige Lösung. Der Zylinder bildet eine äußerer Gesamtabdichtung des hydraulischen Systems. Es handelt sich um eine Integralbauweise, bei der der Druckraum und der Speicherraum in einer Baueinheit zusammengefasst sind.
Der expandierbare Speicherraum ist vorzugsweise von einem Kolben begrenzt. Der Kolben ist insbesondere verschiebbar in dem Zylinder gelagert. Durch eine derartige Ausführung ist das Volumen des Speicherraums aufgrund der
Verschiebung des Kolbens variabel. Bei dem Kolben, der den Speicheraum begrenzt, handelt es sich vorzugsweise um einen ausweichenden Druckregelkolben. Der Kolben ist bevorzugt direkt am Druckraum innerhalb der Pumpe beziehungsweise deren Zylinder angeordnet. Alternativ kann der Speicheraum mittels einer Membran abgegrenzt sein.
Der Kolben ist bevorzugt in seiner Ruhelage mittels einer Sitzdichtung abgedichtet. Der Kolbenweg ist dabei durch einen Anschlag begrenzt. An diesem Anschlag befindet sich eine Dichtung, an der der Kolben dicht anliegt, insbesondere aufliegt. Vorzugsweise wird hier eine sogenannte Sitzdichtung verwendet. Damit wird eine besonders gute Abdichtung des Kolbens in seiner Ruhelage erzielt. Auf diese Weise sinkt der Druck im Druckraum nicht oder nur sehr langsam unter das Druckniveau im Niederdruckbereich.
Der expandierbare Speicherraum ist vorzugsweise gegen ein Federelement expandierbar. Die Federvorspannung wird so eingestellt, dass sie der hydraulischen Kraft des einzuregelnden Hochdrucks im Speicherraum entspricht. Solange die Pumpe einen gewünschten Druck erzeugt bleibt der Kolben durch die Feder gegen seinen Anschlag gespannt. Erzeugt die Pumpe allerdings einen zu hohen Druck wird der Kolben entsprechend zurückgedrängt und dabei die Feder komprimiert. Der hohe Druck beziehungsweise Überdruck wird über den sich nun vergrößernden Speicherraum abgeregelt. Der expandierbare Speicherraum ist bevorzugt gegen ein Federelement mit sehr geringer Federrate expandierbar. Eine derartige Anordnung mit einer geringen Federrate bedeutet, dass sich die Feder verhältnismäßig leicht zusammendrücken lässt. Dadurch kann der Kolben an dieser Feder entsprechend leichter bewegt werden. Durch den leichten Gegendruck steigt der Druck im Druckraum nur sehr geringfügig an beziehungsweise es erfolgt ein nur geringer Druckanstieg in der Pumpe, wenn ein vordefinierter Soll-Regeldruck erreicht wird. Auf diese Weise wird eine besonders bedarfsgerechte Kraftstoffförderung erreicht.
Gleichzeitig wird der Druck im Druckbereich eingeregelt, vorzugsweise auf einen Druck von zwischen 40 bar und 60 bar, besonders bevorzugt auf einen Druck von 50 bar.
Ferner ist der expandierbare Speicherraum bevorzugt mittels eines Kolbens gegenüber einem Federraum abgegrenzt und an dem Federraum ist eine Leckageleitung vorgesehen. Die Leckageleitung dient zum Abführen von
Leckage, die sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder und der dort in der
Regel ausgebildeten Gleitdichtung zwangsläufig ergibt. Der Raum an der vom Speicherraum abgewandten Seite des Kolbens kann mit Fluid unter Vordruck des Zulaufs gefüllt sein.
Der expandierbare Speicherraum ist vorzugsweise mittels eines Kolbens gegenüber einem Federraum abgegrenzt und an dem Federraum ist eine Leitung vorgesehen. Die Leitung stellt eine fluidleitende Verbindung vom Federraum zur Saugseite der Pumpe her. Die Leitung ist damit an den Niederdruckanschluss der Pumpe gekoppelt. Eine Leckage vom, beziehungsweise im Federraum wird zum Niederdruckbereich abgeführt. Vorteilhaft ergibt sich durch eine derartige Gestaltung auch eine dämpfende Wirkung bezüglich der Kolbenbewegung am Speicherraum. Auf diese Weise kann eine Leckageleitung, wie oben bereits erwähnt, eingespart werden.
In der Leitung ist optional ein Rückschlagventil vorgesehen. Das Rückschlagventil ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die Leckage vom Federraum wegfließen kann, aber nicht mehr zurück in den Federraum. Dies führt dazu, dass sich im Federraum vorteilhaft Dampfdruck einstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pumpe ist in der Leitung eine Drossel vorgesehen. Die Drossel führt zu einer möglichst geringen Beeinflussung des Speicherraums und damit des Druckraums von der Niederdruckseite der Pumpe und den dort entstehenden
Druckpulsationen.
Optional ist ferner eine Bypassieitung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich mit einem darin angeordnetem Überdruckventil vorgesehen. Statt dem Überdruckventil ist in der Bypassieitung vorzugsweise auch ein Rückschlagventil, eine Berstscheibe oder ein einfaches Kugelventil angeordnet. Eine Berstscheibe erlaubt einen höheren temporären Überdruck im Druckbereich. Durch eine Gestaltung mit einer solchen Bypassieitung wird im Fehlerfall oder im so genannten Hot-Soak, eine unzulässige Druckerhöhung bei stehendem Motor und damit stehender Pumpe, verhindert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Pumpe gemäß dem Stand der Technik und
Fig. 2 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer erfindungsgemäßen Pumpe. In Fig. 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 mit einer Pumpe 12 dargestellt. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystemen 10 wird der Bereich saugseitig der Pumpe 12 als Niederdruckbereich und der Bereich druckseitig der Pumpe 12 als Druckbereich oder Hochdruckbereich bezeichnet.
Im Niederdruckbereich wird aus einem Tank 14 Kraftstoff durch eine elektrische Kraftstoffpumpe 16 mit einem Druck von ca. 5 bar durch einen Kraftstofffilter 18 zu einer Leitung 20 gepumpt. Ein Überdruckventil 22 kann Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 16 zurück in den Tank 14 leiten. An der Leitung 16 ist ein Niederdruckdämpfer 24 angeordnet.
In der Leitung 20 wird durch ein Mengensteuerventil 26 die Kraftstofffördermenge der Pumpe 12 reguliert. Die Pumpe 12 erhöht den Druck dieses Kraftstoffs auf bis zu ca. 200 bar, wobei der Kraftstoff durch eine Raildrossel 44 in ein Rail 28 gefördert wird. Dieser hohe Druck definiert den bereits erwähnten Hochdruckbereich druckseitig der Pumpe 12. Vom Rail 28 kann der Kraftstoff über
Einspritzventile 30 in einen Verbrennungsmotor 32 eingespritzt werden.
Der von der Pumpe 12 erzeugte Druck ist z.B. im Fehlerfall oder im Hot-Soak zu hoch. Daher wird jener Überdruck der Pumpe 12 vom Hochdruckbereich in die Pumpe 12 abgeleitet. Dazu zweigt druckseitig von der Pumpe 12 aus dem Hochdruckbereich eine Rückführungsleitung 34 ab, die in den Förderraum der Pumpe 12 zurückführt. Ein druckseitig der Pumpe 12 angebrachtes Rückschlagventil 36 bildet das Auslassventil der Pumpe 12. Das Rückschlagventil 36 öffnet sich erst ab einem bestimmten Druckniveau und verhindert, dass Kraftstoff entgegengesetzt zu dessen Förderrichtung fließen kann. Ein weiteres, in der Rückführungsleitung 34 angeordnetes Rückschlagventil 38 stellt sicher, dass nur Kraftstoff unter Überdruck in die Pumpe 12 zurückgeführt wird. Auch dieses Rückschlagventil 38 öffnet sich erst ab einem bestimmten höherem Druckniveau in Flussrichtung zum Niederdruckbereich. Zusätzlich kann, wie erwähnt, im Niederdruckbereich die von der Pumpe 12 geförderte Kraftstoffmenge durch das Mengensteuerventil 26 beeinflusst werden, so dass die Pumpe 12 idealerweise überhaupt keinen zu starken Überdruck erzeugt. Reguliert wird die geförderte Menge an Kraftstoff über ein
vergleichsweise komplexes elektromechanisches System. Am Rail 28 misst ein Hochdrucksensor 40 den dort anliegenden Druck. Ein Steuergerät 42 erhält die Information bezüglich des Raildrucks vom Hochdrucksensor 40 und verarbeitet diese. Entsprechend der Programmierung des Steuergeräts 42 wird das
Mengensteuerventil 26 verstellt. So reguliert das Mengensteuerventil 26 die pro Zeiteinheit von der Pumpe 12 geförderte Kraftstoffmenge aufgrund des im Rail 24 auftretenden und gemessenen Kraftstoffdrucks.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem 10 gezeigt, bei dem der Kraftstoff zunächst in die Leitung 20 des Niederdruckbereichs gepumpt wird. An der Leitung 20 kann optional ein Niederdruckdämpfer 24 angeordnet sein. Im Gegensatz zu Fig. 1 entfällt hier ein Mengensteuerventil 26 und der Kraftstoff fließt durch ein Rückschlagventil 72 in die Pumpe 12.
Druckseitig von der Pumpe 12, im Druckbereich bzw. Hochdruckbereich, ist ein Rückschlagventil 36 angeordnet. Das Rückschlagventil 36 öffnet sich erst in der Förderphase der Pumpe 12 und verhindert, dass Kraftstoff anschließend entgegengesetzt zu deren Förderrichtung fließen kann. Nachfolgend wird der Kraftstoff aufgrund des Pumpendrucks der Pumpe 12, durch die Raildrossel 44, in das Rail 28 gefördert. Von dort gelangt der Kraftstoff zu den Einspritzventilen 30 und wird in den Verbrennungsmotor 32 eingespritzt.
Da die Pumpe 12, wie bereits erwähnt, zeitweise Überdruck erzeugen kann, ist hochdruckseitig von der Pumpe 12 die Rückführungsleitung 34 vorgesehen, die zu einem Ventil 46 führt. Das Ventil 46 in Fig. 2 kann, wie in Fig. 1 das
Rückschlagventil 38, ebenfalls als Rückschlagventil gestaltet sein. Es öffnet sich ab einem bestimmten voreingestellten Überdruck in der Rückführungsleitung 34. In Flussrichtung hinter dem Ventil 46 gelangt der durchfließende Kraftstoff zunächst wieder in den Niederdruckbereich. Die Pumpe 12 in Fig. 2 umfasst ein Gehäuse beziehungsweise einen Zylinder
48, in dem die verschiedenen Komponenten der Pumpe 12 angeordnet sind. Gezeigt werden ein Pumpenkolben 50, der von einem Antrieb 52 im Zylinder 48 verschiebbar ist. Der Bereich in dem sich der Pumpenkolben 50 bewegt ist der Druckraum 54. Entgegengesetzt zum Pumpenkolben 50 ist ein Speicherkolben beziehungsweise ein Kolben 56 angeordnet, der sich im Bereich eines Speicherraums 60 bewegen kann. Der Speicherraum 60 wird im Zylinder 48 von einer Sitzdichtung 58 begrenzt. In Ruhelage ist der Kolben 56 gegen die Sitzdichtung 58 mittels einem Federelement 62, beziehungsweise einer Feder, vorgespannt. Zwischen dem Kolben 56, beziehungsweise dessen seitlichen Kanten und dem Zylinder 48 befindet sich ein minimaler Spalt 64. In einem Federraum 66 an der Rückseite des Kolbens 56 ist das Federelement 62 angeordnet. Der Kolben 56 kann in den Bereich des Federraums 66 verschoben werden. Dabei wird der Abstand zwischen dem Kolben 56 und der Sitzdichtung 58, die den Anschlag bei Ruhelage des Kolbens 56 bildet, größer. Der Raum, der mit dem derart zunehmenden Abstand freigegeben bzw. erzeugt wird, wird als Speicherraum 60 bezeichnet. Zusätzlich ist der Federraum 66 mittels einer Leitung 68 mit dem saugseitigen Bereich der Pumpe 12 beziehungsweise dem Niederdruckbereich verbunden. An der Leitung 68 ist eine Drossel 70 angeordnet.
Wie bei Fig. 1 wird bei Fig. 2 der Kraftstoff von der Kraftstoff pump 16 zur Pumpe 12 gefördert. Die Pumpe 12 verdichtet den Kraftstoff und leitet ihn unter Hochdruck zum Rail 28. Damit die Pumpe 12 keinen zu hohen Überdruck erzeugt, ist im Zylinder 48 der Pumpe 12 der Speicherraum 60 vorgesehen. Im Falle eines Überdrucks bei der Pumpenförderung ist das Federelement 62 derart ausgelegt, dass der Kolben 56 das Federelement 62 zurückdrängt, und so das Volumen des Speicheraums 60 vergrößert. Der Kraftstoff kann sich somit zusätzlich zum Druckraum 54 auch im Speicheraum 60 ausbreiten und verringert auf diese Weise den Druck den die Pumpe 12 erzeugt. Durch die Wahl eines geeigneten Federelements 62 beziehungsweise dessen Auslegung wird gewährleistet, dass der Kraftstoff mit einem bestimmten minimal notwendigen Druck die Pumpe 12 druckseitig verlässt. Notwendigerweise übt der Kolben 56 auch einen Druck auf den Speicheraum 60 und den damit fluidisch gekoppelten Druckraum 54 aus, um einen stabilen Auslassdruck zum Rail 28 hin zu gewährleisten. Üblicherweise beträgt der Druck an der Pumpe 12, der so genannte Soll-Regeldruck, druckseitig zwischen ca. 40 bar und ca. 60 bar. Besonders bevorzugt wird eine Feder mit einer für den Soll-Regeldruck, insbesondere einen Druck von ca. 50 bar, entsprechenden bzw. angepassten Federkraft als Federelement 62 verwendet, um den Druck im angegebenen Bereich mit möglichst kleiner Bandbreite einzuregeln.
Sobald die Pumpe 12 den nächsten Ansaugtakt vollzieht, lässt der Druck sowohl im Druckraum 54 als auch im Speicherraum 60 nach und der Kolben 56 bewegt sich zurück in seine Ausgangslage an der Sitzdichtung 58.
Zwischen dem Kolben 56 und dem Zylinder 48 kommt es aufgrund einer dort ausgebildeten Gleitdichtung zu Leckage. Die Leckage wird in den Federraum 66 abgeführt. Der Federraum 66 ist mittels der Leitung 68 mit dem Niederdruckbereich gekoppelt. An der Leitung 68 befindet sich die Drossel 70. Eine derartige Drossel 70 kann beispielsweise mit einer Blende gestaltet sein.
Der Federraum 66 wird vollständig mit Kraftstoff gefüllt, insbesondere indem der Federraum 66 direkt hydraulisch mit dem Niederdruckeingang der Pumpe 12 verbunden wird. Zur Erreichung einer möglichst geringen Beeinflussung zwischen Kolbenbewegung und Druckpulsationen kann vorteilhaft auch die Drossel 70 zwischen Federraum 66 und saugseitigem Niederdruckeingang der Pumpe 12 entsprechend dimensioniert werden.
Die Funktion dieser durch die Drossel 70 gebildeten Leitungs- und Drosselanordnung umfasst, dass der Kraftstoff, der durch den Spalt 64 in den Feder- räum 66 gelangt, von diesem wieder in Richtung Niederdruckbereich abgeführt werden kann. Die Leitung 68 dient zum Leckageausgleich in Richtung
Niederdruckbereich.
Der Durchlassquerschnitt der Drossel 70 ist vorzugsweise so dimensioniert, dass sich der Kolben 56 einerseits in ausreichendem, erwünschten Maße hin- und herbewegen kann, dass aber andererseits ungewollte Überschwinger des Kolbens 56 verhindert werden. Mit der Drossel 70 wird erreicht, dass in dem Federraum 66 auftretende Druckpulsationen sich nicht bzw. nur erheblich gedämpft in die Leitung 20, d. h. in den Niederdruckbereich, ausbreiten können. Ebenso wird mit der Drossel 70 erreicht, dass die ggf. durch die Kraftstoffpumpe 16 erzeugten Druckpulsationen sich nicht bzw. nur erheblich gedämpft in den Federraum 66 ausbreiten können.
Als weiteren Sicherungsmechanismus bezüglich eines Überdrucks an der Druckseite der Pumpe 12 ist eine Rückführungsleitung 34 vom Druckbereich zum
Niederdruckbereich angeordnet. An der Rückführungsleitung 34 ist ein Ventil 46, verzugsweise ein Rückschlagventil, angebracht. Das Ventil 46 hat die Funktion, Kraftstoff vom Druckbereich zum Niederdruckbereich fließen zu lassen, sobald dieser Kraftstoff ein bestimmtes Druckniveau am Ventil 46 überschreitet.
Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Ausführungsform der Fig. 2 wie folgt beschrieben werden: In der Pumpe 12 ist ein Kolben 56 zusätzlich zum Pumpenkolben 50 integriert, der durch ein Federelement 62 vorgespannt ist und an einem Kolbenanschlag in Form einer Sitzdichtung 58 dicht aufliegt. Die Federvorspannung wird so eingestellt, dass sie der hydraulischen Kraft des einzuregelnden Hochdrucks entspricht.
In der Verdichtungsphase der Pumpe 12 wird der Kraftstoff in den Druckbereich beziehungsweise Hochdruckbereich gefördert und dadurch verdichtet. Wird während der Verdichtung der Soll-Regeldruck, insbesondere von z.B. 50 bar, überschritten, dann hebt der Kolben 56 ab, so dass die für den Kolbenhub verbleibende Restfördermenge nicht zum Rail 28, sondern in das frei werdende Volumen beziehungsweise in den Speicheraum 60 des ausweichenden Kolbens 56 gefördert wird. Der Druck im Hochdruckbereich steigt dabei abhängig von der Federsteifigkeit des Federelements 62 nur geringfügig an. Dadurch wird eine bedarfsgesteuerte Kraftstoffförderung erreicht und gleichzeitig der Druck eingeregelt. Vorzugsweise ist das Federelement 62 mit einer so kleinen Federrate ausgelegt, dass während des gesamten Druckhubs des Pumpenkolbens 50 sich nur ein möglichst geringer Druckanstieg ergibt.
In der nachfolgenden Saugphase der Pumpe 12 kehrt der Kolben 56 zunächst in seine Ausgangslage an die Sitzdichtung 58 zurück, bevor dann saugseitig von der Pumpe 12 neuer Kraftstoff nachgefördert wird. Der gegenüberliegende Federraum 66, in dem sich das Federelement 62 befindet, kann, bei ausreichender Dichtheit zwischen Kolben 56 und Zylinder 48, mit Luft bei Umgebungsdruck gefüllt sein. Bei dieser abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform kann eine Öffnung vorgesehen sein, über die ein Druckausgleich zwischen dem Federraum 66 und der Umgebungsluft stattfinden kann. Bei dieser abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Leitung 68 eingespart werden.
In einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten, abgewandelten Ausführungsform ist ein Rückschlagventil vorgesehen. Das nicht dargestellte Rückschlagventil ist so eingebaut, dass der eventuell zwischen dem Kolben 56 und dem Zylinder 48 in den Federraum 66 leckende Kraftstoff aus dem Federraum 66 in den
Niederdruckbereich, genauer gesagt in die Leitung 20, abgeführt wird. Mit dem nicht dargestellten Rückschlagventil kann kein Kraftstoff aus der Leitung 20 in den Federraum 66 gelangen. Weil das Federelement 62 so stark ist, dass es während eines Saughubs des Pumpenkolbens 50 den Kolben 56 in Richtung Verkleinerung des Speicherraums 60 schiebt, fällt bei dieser nicht dargestellten
Ausführungsvariante während des Saughubs der Druck in dem Federraum 66 bis auf den Dampfdruck ab.
Das Ausführungsbeispiel kann auch so abgewandelt werden, dass ein nicht dargestelltes Rückschlagventil so eingebaut ist, dass der eventuell zwischen dem
Kolben 56 und dem Zylinder 48 in den Federraum 66 leckende Kraftstoff aus dem Federraum 66 stromabwärts hinter dem saugseitigen Rückschlagventil 72 in den Druckraum 54 geleitet wird. Das nicht dargestellte Rückschlagventil ist so eingebaut, dass in umgekehrter Richtung kein Kraftstoff aus dem Druckraum 54 in den Federraum 66 gelangt. Auch bei dieser nicht dargestellten Ausführungsvariante fällt während des Saughubs der Pumpe 12 der Druck in dem Federraum 66 bis auf den Dampfdruck ab.
Zur Verhinderung einer Druckerhöhung im Hot-Soak, einer Kraftstofferwärmung bei stehendem Verbrennungsmotor und damit stehender Pumpe 12, kann optional ein Überdruckventil, zum Beispiel ein einfaches Kugelventil,
beziehungsweise falls die Systemkomponenten einen höheren temporären Überdruck standhalten, auch eine Berstscheibe am Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems 10, insbesondere als Ersatz für das Ventil 46 vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1. Pumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem komprimierbaren
Druckraum (54) zum Fördern von Kraftstoff unter Druck in einen
Druckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems (10),
dadurch gekennzeichnet, dass der komprimierbare Druckraum (54) direkt fluidleitend mit einem expandierbaren Speicherraum (60) verbunden ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der komprimierbare Druckraum (54) mittels eines Zylinders (48) gebildet ist und der expandierbare Speicherraum (60) ebenfalls von dem Zylinder (48) gebildet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der expandierbare Speicherraum (60) von einem Kolben (56) begrenzt ist, der insbesondere in dem Zylinder (48) verschiebbar gelagert ist.
4. Pumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben(56) in seiner Ruhelage mittels einer Sitzdichtung (58) abgedichtet ist.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der expandierbare Speicherraum (60) gegen ein Federelement (62) expandierbar ist, dessen Federrate derart gewählt ist, dass der zum Expandieren erforderliche Druck dem im Druckraum (54) herzustellenden Druck entspricht.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der expandierbare Speicherraum (60) gegen ein Federelement (62) mit geringer Federrate expandierbar ist.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der expandierbare Speicherraum (60) mittels eines Kolbens (56) gegenüber einem Federraum (66) abgegrenzt ist und an dem Federraum (66) eine Leckageleitung (68) vorgesehen ist.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der expandierbare Speicherraum (60) mittels eines Kolbens (56) gegenüber einem Federraum (66) abgegrenzt ist und an dem Federraum (66) eine Leitung (68) vorgesehen ist, mittels der eine fluidleitende Verbindung vom Federraum (66) zur Saugseite der Pumpe (12) hergestellt ist.
9. Pumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass in einer vom Federraum (66) zum Druckraum (54) führenden Leitung, insbesondere in der Leitung (68), ein
Rückschlagventil vorgesehen ist.
10. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (68) eine Drossel (70) vorgesehen ist.
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