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WO2000017516A1 - Kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

Info

Publication number
WO2000017516A1
WO2000017516A1 PCT/DE1999/002791 DE9902791W WO0017516A1 WO 2000017516 A1 WO2000017516 A1 WO 2000017516A1 DE 9902791 W DE9902791 W DE 9902791W WO 0017516 A1 WO0017516 A1 WO 0017516A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
pump
injection system
fuel
feed
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/002791
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Egon Eisenbacher
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP99953704A priority Critical patent/EP1115975B1/de
Priority to DE59907743T priority patent/DE59907743D1/de
Publication of WO2000017516A1 publication Critical patent/WO2000017516A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps
    • F04B23/08—Combinations of two or more pumps the pumps being of different types
    • F04B23/10—Combinations of two or more pumps the pumps being of different types at least one pump being of the reciprocating positive-displacement type
    • F04B23/103—Combinations of two or more pumps the pumps being of different types at least one pump being of the reciprocating positive-displacement type being a radial piston pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24—Bypassing
    • F04B49/246—Bypassing by keeping open the outlet valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/15—By-passing over the pump

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine, in particular a diesel engine according to the preamble of patent claim 1.
  • FIG. 1 The basic concept of such a common rail diesel engine is shown in FIG. 1, to which reference is already made.
  • the fuel is drawn from a tank 4 via a prefeed pump 2 and is pumped into a high-pressure pump.
  • Pen device 6 brought to the required fuel pressure with a high pressure pump, not shown, and the associated switching elements.
  • the pressurized fuel is fed to the prescribed common high-pressure line, the common rail 8.
  • the common rail injection system enables cylinder-specific control, so that, for example, combustion processes of different strengths are avoided in the individual cylinders and the smoothness of the diesel engine can thus be considerably improved compared to conventional systems. Since the high injection pressure is already available at low engine speeds, an optimal mixture preparation is achieved in the cylinders, which leads to an improvement in fuel consumption and a reduction in exhaust gas emissions.
  • a rapid pressurization of the fuel delivered to the common rail to a minimum level which can be, for example, 150 bar, is required in order to atomize the fuel in the required form when the engine is started.
  • the high-pressure pump device 6 Since the high-pressure pump device 6 is usually coupled to the internal combustion engine, immediately after the engine has started it does not deliver enough pressure to bring the fuel to the aforementioned minimum level of 150 bar. A larger dimensioning of the high-pressure pump device would increase the manufacturing costs of the diesel engine and also the energy consumption, since this pump would be too large in normal operation, i.e. with a warm engine.
  • a Commq.n-Rail injection system is presented in DE 3315927A1, in which the high-pressure pump device 6 is bypassed when the engine is started by means of a bypass circuit, so that the common rail 8 is fed solely by the pre-feed pump 2.
  • the pre-feed pump 2 is driven by an auxiliary motor, so that the power of the pre-feed pump 2 is sufficient to bring the fuel to the required pressure level.
  • US Pat. No. 5,626,121A shows a common rail injection system in which, similar to the exemplary embodiment described above, the high-pressure pump device 6 is bypassed via a bypass line when the engine is started and the common rail 8 by the pre-feed pump 2 to the required level Pressure level is brought.
  • the object of the invention is to create a fuel injection system in which the fuel supply is ensured in the required manner with minimal expenditure on device technology, even when the engine is started.
  • a fuel injection system with the features of claim 1.
  • the measure of providing a pressure relief valve device upstream of a high-pressure pump by means of which the feed pressure of the high-pressure pump is raised to the pressure level required when the engine is started, depending on the pressure in the common rail, the fuel can be atomized in the required manner from the start become.
  • the fuel pressurized via the pre-feed pump then propagates into the common rail via the suction and pressure check valves of the high-pressure pump device. Since the high-pressure pump is flowed through when starting, no separate switching elements have to be provided in order to bypass the high-pressure pump or to prevent backflow from the common rail.
  • the fuel is compressed via the pre-feed pump and the high-pressure pump, so that the feed pressure can be reduced to the predetermined low pressure level via the pressure limiting valve device, so that the pre-feed pump no longer has to be operated at the increased output.
  • a particularly simple fuel injection system can be obtained if the pressure relief valve arrangement has a pressure shutoff or pressure relief valve.
  • control spring of the pressure cut-off or pressure relief valve is designed such that the opening pressure must exceed approximately 150 bar.
  • a suction throttle valve is connected upstream between the suction side of the high-pressure pump in order to increase operational safety, via which the feed pressure is possible through a suction throttle control of the high pressure pump.
  • the feed pressure of the high-pressure pump can also be varied in that the pressure relief valve arrangement can be controlled electrically or electro-hydraulically as a function of the operating state of the internal combustion engine, so that the feed pressure can be varied accordingly.
  • the prefeed pump is designed as an electrically operated positive displacement pump and the high pressure pump as a radial piston pump driven by the internal combustion engine.
  • the pressure relief valve arrangement can be combined into a single valve.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a diesel engine with a common rail injection system
  • FIG 2 is a circuit diagram of a fuel injection system according to the invention for the internal combustion engine shown in Figure 1.
  • the fuel is conveyed from a tank 4 via a prefeed pump 2, compressed to a feed pressure and conveyed via a feed line 14 to the inlet connection of the high-pressure pump device 6.
  • this has a high pressure pump 16 and an upstream suction throttle valve 18, which is designed as a 2-way valve in the embodiment shown and can be actuated electrically or electrohydraulically.
  • the control takes place via the control of the internal combustion engine, not shown.
  • the suction throttle valve 18 In its spring-biased basic position, the suction throttle valve 18 is biased into a flow position. By actuation via the motor control, the suction throttle valve 18 can be brought into its blocking position, so that the supply to the high-pressure pump 16 is interrupted. This can take place, for example, in the event of a fault in the injection system, so that the fuel supply to the cylinders is interrupted.
  • the suction throttle valve 18 should be designed to be adjustable, so that suction throttle control of the high-pressure pump 16 is possible.
  • the high-pressure pump 16 is usually driven via the crankshaft of the internal combustion engine, while the prefeed pump 2 is a large-sized fuel pump which is also driven by the internal combustion engine. Alternatively, this could also have its own, for example electric drive.
  • high-pressure pumps in radial piston construction are usually used, as are described, for example, in DE 42 16 877 C2. Since the construction of these high-pressure pumps 16 is already known from the prior art, a detailed description can be dispensed with.
  • the pressurized fuel is over a
  • High-pressure line 20 is conveyed into the common rail 8, and injected from the latter via the injection nozzles 10 into the cylinder spaces.
  • a return line 22 branches off from the feed line 14, via which a connection to the tank 4 can be established.
  • a pressure modulation or feed pressure relief valve 24 is connected, which is designed as a pressure relief valve in the embodiment shown. In its spring-preloaded basic position, this blocks the connection between the return line 22 and a tank line 26.
  • the pressure at the inlet of the feed pressure relief valve 24 is fed via a control line 30 to the end face of the valve member of the feed pressure relief valve 24 acting against the control spring 28.
  • the feed pressure limiting valve 24 is brought into its flow position, so that a connection to the tank 4 is opened via the tank line 26.
  • the feed pressure limiting valve 24 shown in FIG. 2 can also be designed as an electrically operated valve, the control of which is likewise carried out via the motor control.
  • the feed pressure to the high-pressure pump device 6 can then be modulated by suitable control, so that the pressure in the common rail 8 can be adjusted.
  • circuit according to the invention differs only slightly from conventional common rail injection systems.
  • the feed pressure limiting valve 24 is preceded by a pressure cut-off or a pressure limiting valve 32, which is biased into its closed position by a compression spring 34.
  • the compression spring 34 has a significantly higher spring rate than the control spring 28 and is selected in the exemplary embodiment shown so that a control pressure in the range of 150 bar must be present in order to overcome the force of the compression spring 34. In contrast, a pressure of less than 10 bar in the control line 30 is sufficient to override the force of the control spring 28.
  • the valve member of the pressure shut-off valve 32 is acted upon in the opening direction by the pressure in a high-pressure control line 36, via which the pressure in the common rail 8 is reported to the pressure shut-off valve 32.
  • the electrically operated pre-feed pump 2 starts immediately, while the high-pressure pump 2 driven by the crankshaft of the internal combustion engine is not yet able to deliver the required starting pressure of 150 bar, for example, due to the low engine speed.
  • the pressure shut-off valve 32 is in its blocking position due to the force of the compression spring 34, so that the return line 22 to the tank 4 is shut off.
  • the pre-feed pump 2 delivers at maximum power and is designed so that it can deliver the required starting pressure of about 150 bar.
  • the suction throttle valve 18 is in a flow position, so that the fuel pressurized via the pre-feed pump 2 via the suction valves (not shown). and pressure check valves of the high pressure pump 16 is conveyed into the high pressure line 20.
  • the high-pressure pump 16 makes a negligible contribution to the compression of the fuel 20. That is, the pressure in the common rail 8 is brought essentially to the minimum level by the action of the prefeed pump 2, so that the atomization is acceptable Fuel is required.
  • the pressure in the common rail 8 is reported via the high-pressure control line 36 to the control side of the pressure cut-off valve 32.
  • the preset pressure level for example 150 bar
  • the pressure cut-off valve 32 is brought into its flow position so that the connection of the return line 22 to the feed pressure limiting valve 24 is opened.
  • the feed pressure limiting valve 24 is brought into its flow position, so that the connection to the tank T is opened and the pressure in the return line 22 is reduced to the preset feed pressure of less than 10 bar.
  • the starting process of the internal combustion engine has now been completed, so that the high-pressure pump runs at the required speed in order to bring the fuel from the preset supply pressure ( ⁇ 10 bar) to the pressure level required in the common rail 8. This means that after the starting process is completed, the pre-feed pump 2 is relieved of pressure, so that it only has to bring the normally required feed pressure of up to 10 bar.
  • the circuit according to the invention has a much simpler structure than the injection systems described at the outset, since in principle only the pre-feed pump 2 and the suction throttle valve 18 are to be dimensioned with regard to the pressure level of approximately 150 bar required during the starting process. As an additional component, only the pressure shut-off valve 32 has to be provided, which is connected upstream of the feed pressure limiting valve 24. A large-sized pre-feed pump 2 can thus ensure a quick starting behavior of the internal combustion engine with minimal energy consumption and low expenditure on device technology.
  • valve and control devices can also be provided in order to bring the feed pressure in the feed line 14 to the required high pressure level during the starting process.
  • a pressure limiting valve can also be used, for example.
  • the main advantage of the invention over the conventional solutions is that no complex circuit for bypassing the high-pressure displacer has to be provided during the starting process, so that only existing line and valve means have to be added.
  • a fuel injection system for an internal combustion engine with a prefeed pump and a high-pressure pump, from which pressurized fuel can be conveyed into a common rail.
  • the feed pressure of the high-pressure pump is brought to a high pressure level, so that the pressure required for optimal atomization builds up very quickly in the common rail.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Offenbart ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vorförderpumpe (2) und einer Hochdruckpumpe (16), von der druckbeaufschlagter Kraftstoff in eine Common-Rail (18) förderbar ist. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird der Speisedruck der Hochdruckpumpe (16) auf ein hohes Druckniveau gebracht, so daß sich in der Common-Rail (18) sehr schnell der für eine optimale Zerstäubung erforderliche Druck aufbaut.

Description

WO 00/17516 - 1 - PCTtDE99t02791
Beschreibung
Kraftstoffeinspritzsystem
Die Efindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
An moderne Verbrennungsmotorenkonzepte werden erhebliche technologische Anforderungen gestellt, um die Gesetzesvorgaben der Gesetzgeber zu erfüllen und die Vorstellungen der Autofahrer in Bezug auf Verbrauch, Leistung, Drehmoment und Laufruhe zu befriedigen.
Die Dieselmotoren hinkten lange Jahre in bezug auf die technologische Weiterentwicklung den mit Katalysatoren ausgerüsteten Ottomotoren hinterher. Durch Entwicklung von neuen Einspritzsystemen konnte dieser technolo- gische Vorsprung der Otto-Motoren jedoch in jüngster Zeit eingeholt werden. Als besonders leistungsfähig haben sich dabei Direkteinspritzsysteme gezeigt, bei denen der aus einem Tank angesaugte und mit Druck beaufschlagte Kraftstoff einer gemeinsamen Leitung, der sogenannten Common- Rail zugeführt und von dort an die Einspritzdüsen der jeweiligen Zylinder verteilt wird. Die elektronische Motorsteuerung regelt den Druck von bis zu 2000 bar unabhängig von der Einspritzfolge je nach Drehzahl und Last des Motors.
Das Grundkonzept eines derartigen Common-Rail-Diesel- motors ist in Figur 1 dargestellt, auf die bereits jetzt Bezug genommen sei.
Demgemäß wird der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe 2 aus einem Tank 4 angesaugt und in einer Hochdruckpum- peneinrichtung 6 mit einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe sowie den zugehörigen Schaltelementen auf den erforderlichen Kraftstoffdruck gebracht. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird der vorgeschriebenen gemeinsamen Hochdruckleitung, der Common-Rail 8 zugeführt.
Diese steht in Verbindung mit beispielsweise piezoelektrisch angesteuerten Einspritzdüsen 10, über die der Kraftstoff je nach Drehzahl und Last des Motors in die zugeordneten Zylinder 12 einspritzbar sind. Das Common-Rail-Einspritzsystem ermöglicht eine zylinderindividuelle Ansteuerung, so daß beispielsweise unterschiedlich starke Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern vermieden werden und somit die Laufruhe des Diesel- motors gegenüber herkömmlichen Systemen erheblich verbessert werden kann. Da der hohe Einspritzdruck bereits bei niedrigen Drehzahlen zur Verfügung steht, wird eine optimale Gemischaufbereitung in den Zylindern bewirkt, die zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauches und einer Absenkung der Abgasemissionen führt.
Beim Starten des Verbrennungsmotores ist eine schnelle Druckbeaufschlagung des zur Common-Rail geförderten Kraftstoffes auf ein Mindestniveau, das bei beispielswei- se 150 bar liegen kann erforderlich, um den Kraftstoff beim Starten des Motors in der erforderlichen Form zu zerstäuben.
Da die Hochdruckpumpeneinrichtung 6 üblicherweise an den Verbrennungsmotor angekoppelt ist, liefert diese unmittelbar nach dem Start des Motores noch nicht genügend Druck, um den Kraftstoff auf das vorgenannte Mindestniveau von 150 bar zu bringen. Eine Größerdimensionierung der Hochdruckpumpeneinrichtung würde die Herstellkosten des Dieselmotores und auch den Energieverbrauch erhöhen, da diese Pumpe im Normalbetrieb, das heißt bei warmem Motor zu groß ausgelegt wäre.
Zur Lösung dieses Problemes wird in der DE 3315927A1 ein Commq.n-Rail-Einspritzsystem vorgestellt, bei dem die Hochdruckpumpeneinrichtung 6 beim Starten des Motores über eine Bypassschaltung umgangen wird, so daß die Common-Rail 8 alleine von der Vorförderpumpe 2 gespeist wird. In diesem Betriebszustand wird die Vorförderpumpe 2 über einen Hilfsmotor angetrieben, so daß die Leistung der Vorförderpumpe 2 ausreicht, um den Kraftstoff auf das erforderliche Druckniveau zu bringen.
In der US 5 626 121A wird ein Common-Rail-Einspritz- System gezeigt, bei dem - ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - beim Starten des Motores die Hochdruckpumpeneinrichtung 6 über eine Bypassleitung umgangen und die Common-Rail 8 über die Vorförderpumpe 2 auf das erforderliche Druckniveau gebracht wird.
Bei beiden bekannten Einspritzsystemen ist ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich, um die Hochdruckpumpeneinrichtung zu umgehen und eine Rückströmung des druckbeaufschlagten Kraftstoffs von der Common- Rail zur Hochdruckpumpeneinrichtung zu verhindern.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, bei dem die Kraftstoffversorgung bei minimalem vorrichtungstech- nischem Aufwand auch beim Starten des Motores in der erforderlichen Weise gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die Maßnahme, stromaufwärts einer Hochdruckpumpe eine Druckbegrenzungsventileinrichtung vorzusehen, über die in Abhängigkeit vom Druck in der Common-Rail der Speisedruck der Hochdruckpumpe auf das beim Starten des Motores erforderliche Druckniveau angehoben wird, kann der Kraftstoff von Beginn an in der erforderlichen Art und Weise zerstäubt werden. Der über die Vorförderpumpe druckbeaufschlagte Kraftstoff pflanzt sich dann über die Saug- und Druckrückschlagventile der Hochdruckpumpenein- richtung in die Common-Rail fort. Da die Hochdruckpumpe beim Starten durchströmt wird, müssen keine eigenen Schaltelemente vorgesehen werden, um die Hochdruckpumpe zu umgehen oder ein Rückströmen aus der Common-Rail zu verhindern.
Nach dem Anlaufen des Verbrennungsmotores wird der Kraftstoff über die Vorförderpumpe und die Hochdruckpumpe komprimiert, so daß der Speisedruck über die Druckbegren- zungsventileinrichtung auf das vorgestimmte niedrige Druckniveau abgesenkt werden kann, so daß die Vorförderpumpe nicht mehr mit der erhöhten Leistung betrieben werden muß.
Ein besonders einfach aufgebautes Kraftstoffein- spritzsystem erhält man, wenn die Druckbegrenzungsven- tilanordnung ein Druckabschalt- oder Druckbegrenzungsventil hat.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Kraft- Stoffeinspritzsystems wird die Steuerfeder des Druckabschalt- oder Druckbegrenzungsventils derart ausgelegt, daß der AufSteuerdruck etwa 150 bar übersteigen muß.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zur Erhöhung der Betriebssicherheit zwischen der Saugseite der Hochdruckpumpe ein Saugdrosselventil vorgeschaltet, über das der Speisedruck durch eine Saugdrosselregelung der Hochdruckpumpe möglich ist.
Der Speisedruck der Hochdruckpumpe läßt sich darüber hinaus auch variieren, indem die Druckbegrenzungsventil- anordnung elektrisch oder elektrohydraulisch in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors ansteuerbar ist, so daß der Speisedruck entsprechend variierbar ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Vorförderpumpe als elektrisch betriebene Verdrängerpumpe und die Hochdruckpumpe als eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Radialkolbenpumpe ausgeführt.
Die Druckbegrenzungsventilanordnung kann zu einem einzigen Ventil zusammenfaßt sein.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Schemadarstellung eines Dieselmotors mit Common-Rail-Einspritzsystem und
Figur 2 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems für den in Figur 1 dargestellten Verbrennungsmotor.
Wie bei dem eingangs beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystem wird der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe 2 aus einem Tank 4 gefördert, auf einen Speisedruck komprimiert und über eine Speiseleitung 14 zum Eingangsan- Schluß der Hochdruckpumpeneinrichtung 6 gefördert. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat diese eine Hochdruck- pumpe 16 und ein vorgeschaltetes Saugdrosselventil 18, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel als 2-Wegeventil ausgeführt ist und elektrisch oder elektrohydraulisch betätigbar ist. Die Ansteuerung erfolgt über die nicht dar- gestellte, Steuerung des Verbrennungsmotors.
In seiner federvorgespannten Grundstellung ist das Saugdrosselventil 18 in eine Durchflußstellung vorgespannt. Durch Ansteuerung über die Motorsteuerung kann das Saugdrosselventil 18 in seine Sperrstellung gebracht werden, so daß die Zufuhr zur Hochdruckpumpe 16 unterbrochen ist. Dies kann beispielsweise bei einer Störung des Einspritzsystems erfolgen, so daß die Kraftstoffversorgung zu den Zylindern unterbrochen wird. Das Saugdrossel- entil 18 solltinuierlich verstellbar ausgeführt werden, so daß eine Saugdrosselregelung der Hochdruckpumpe 16 möglich ist.
Die Hochdruckpumpe 16 wird üblicherweise über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, während die Vorförderpumpe 2 eine großdimensionierte Kraftstoffpumpe ist, die auch vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Alternativ könnte diese auch einen eigenen, beispielsweise elektrischen Antrieb aufweisen.
Bei Common-Rail-Einspritzsystemen werden üblicherweise Hochdruckpumpen in Radialkolbenbauweise eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE 42 16 877 C2 beschrieben sind. Da der konstruktive Aufbau dieser Hochdruckpumpen 16 bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden.
Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über eine
Hochdruckleitung 20 in die Common-Rail 8 gefördert, und von dieser über die Einspritzdüsen 10 in die Zylinderräume eingespritzt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung zweigt von der Speiseleitung 14 eine Rücklaufleitung 22 ab, über die eine Verbindung mit dem Tank 4 herstellbar ist.
In die Rücklaufleitung 22 ist ein Druckmodulationsoder Speisedruckbegrenzungsventil 24 geschaltet, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Druckbegrenzungsventil ausgeführt ist. Dieses sperrt in seiner federvorgespann- ten Grundposition die Verbindung zwischen der Rücklauf- leitung 22 und einer Tankleitung 26. Der Druck am Eingang des Speisedruckbegrenzungsventils 24 wird über eine Steuerleitung 30 zu der gegen die Steuerfeder 28 wirkenden Stirnfläche des Ventilgliedes des Speisedruckbegrenzungs- ventils 24 geführt. Bei Überschreiten eines voreingestellten Maximalspeisedruckes in der Rücklaufleitung 22 wird das Speisedruckbegrenzungsventil 24 in seine Durchflußstellung gebracht, so daß über die Tankleitung 26 eine Verbindung zum Tank 4 aufgesteuert wird.
Das in Figur 2 dargestellte Speisedruckbegrenzungsventil 24 kann auch als elektrisch betätigtes Ventil ausgeführt werden, dessen Ansteuerung ebenfalls über die Motorsteuerung erfolgt. Durch geeignete Ansteuerung kann dann der Speisedruck zur Hochdruckpumpeneinrichtung 6 moduliert werden, so daß der Druck in der Common-Rail 8 einstellbar ist.
Bis hierhin unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltung nur unwesentlich von herkömmlichen Common-Rail- Einspritzsystemen.
Dem Speisedruckbegrenzungsventil 24 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein Druckabschalt- oder ein Druckbegrenzungsventil 32 vorgeschaltet, das von einer Druckfeder 34 in seine Schließstellung vorgespannt ist. Die Druckfeder 34 hat eine wesentlich höhere Federrate als die Steuerfeder 28 und wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel so gewählt, daß ein Steuerdruck im Bereich von 150 bar anliegen muß, um die Kraft der Druckfeder 34 zu überwinden. Im Gegensatz dazu reicht ein Druck von unter 10 bar in der Steuerleitung 30 aus, um die Kraft der Steuerfeder 28 zu übersteuern. Das Ventilglied des Druckabschaltventils 32 wird in Öffnungsrichtung von dem Druck in einer Hochdrucksteuerleitung 36 beaufschlagt, über die der Druck in der Common-Rail 8 zum Druckabschaltventil 32 gemeldet wird.
Das heißt, solange der Druck in der Common-Rail 8 den über die Druckfeder 34 voreingestellten Wert von bei- spielsweise 150 bar nicht überschreitet, ist die Verbindung der Rücklaufleitung 22 zum Tank 4 unterbrochen, so daß der von der Vorförderpumpe 2 abgegebenen Speisedruck auf diesen Maximalwert begrenzt ist.
Beim Starten des Verbrennungsmotores läuft die elektrisch betätigte Vorförderpumpe 2 sofort an, während die von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetriebene Hochdruckpumpe 2 aufgrund der geringen Motordrehzahl noch nicht in der Lage ist, den erforderlichen Startdruck von beispielsweise 150 bar zu liefern.
Beim Startvorgang befindet sich das Druckabschaltventil 32 aufgrund der Kraft der Druckfeder 34 in seiner Sperrstellung, so daß die Rücklaufleitung 22 zum Tank 4 hin abgesperrt ist. Die Vorförderpumpe 2 fördert mit maximaler Leistung und ist so ausgelegt, daß sie den erforderlichen Startdruck von etwa 150 bar liefern kann. Das Saugdrosselventil 18 befindet sich in einer Durchflußposition, so daß der über die Vorförderpumpe 2 druckbeauf- schlagte Kraftstoff über die nicht dargestellten Saug- und Druckrückschlagventile der Hochdruckpumpe 16 in die Hochdruckleitung 20 gefördert wird.
Unmittelbar nach dem Starten des Motores liefert die Hochdruckpumpe 16 einen vernachlässigbaren Beitrag zur Kompression des Kraftstoffs 20. Das heißt, der Druck in der Common-Rail 8 wird im wesentlichen durch die Wirkung der Vorförderpumpe 2 auf dasjenige Mindestniveau gebracht, daß zu einer akzeptablen Zerstäubung des Kraft- Stoffes erforderlich ist.
Der Druck in der Common-Rail 8 wird über die Hochdrucksteuerleitung 36 zur Steuerseite des Druckabschaltventils 32 gemeldet. Bei Überschreiten des voreingestell- ten Druckniveaus (beispielsweise 150 bar) in der Common- Rail 8 wird das Druckabschaltventil 32 in seine Durchflußstellung gebracht, so daß die Verbindung der Rücklaufleitung 22 zum Speisedruckbegrenzungsventil 24 aufgesteuert wird.
Durch den vergleichsweise hohen Druck in der Rücklaufleitung 22 wird das Speisedruckbegrenzungsventil 24 in seine Durchflußstellung gebracht, so daß die Verbindung zum Tank T aufgesteuert und der Druck in der Rück- laufleitung 22 auf den voreingestellten Speisedruck von weniger als 10 bar abgebaut wird. Der Startvorgang des Verbrennungsmotors ist zwischenzeitlich abgeschlossen, so daß die Hochdruckpumpe mit der erforderlichen Drehzahl läuft, um den Kraftstoff vom voreingestellten Speisedruck (< 10 bar) auf das in der Common-Rail 8 erforderliche Druckniveau zu bringen. Das heißt, nach abgeschlossenem Startvorgang wird die Vorförderpumpe 2 druckentlastet, so daß sie nur noch den üblicherweise erforderlichen Speisedruck von bis zu 10 bar bringen muß. Die erfindungsgemäße Schaltung hat einen wesentlich einfacheren Aufbau als die eingangs beschriebenen Einspritzsysteme, da im Prinzip lediglich die Vorförderpumpe 2 und das Saugdrosselventil 18 im Hinblick auf das wäh- rend des Startvorgangs erforderliche Druckniveau von etwa 150 bar zu dimensionieren sind. Als zusätzliches Bauelement muß lediglich das Druckabschaltventil 32 vorgesehen werden, das dem Speisedruckbegrenzungsventil 24 vorgeschaltet ist. Durch eine groß dimensionierte Vorförder- pumpe 2 läßt sich somit eine schnelles Startverhalten des Verbrennungsmotores bei minimalem Energieverbrauch und geringem vorrichtungstechnischen Aufwand sicherstellen.
Selbstverständlich können auch andere Ventil- und Steuereinrichtung vorgesehen werden, um den Speisedruck in der Speiseleitung 14 während des Startvorganges auf das erforderliche hohe Druckniveau zu bringen. Anstelle eines vorgesteuerten Druckabschaltventils kann beispielsweise auch ein Druckbegrenzungsventil verwendet werden.
Hauptvorteil der Erfindung gegenüber den herkömmlichen Lösungen liegt darin, daß keine aufwendige Schaltung zur Umgehung des Hochdruckverdrängers während des Startvorgangs vorgesehen werden muß, so daß lediglich vorhan- dene Leitungs- und Ventilmittel ergänzt werden müssen.
Offenbart ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe, von der druckbeaufschlagter Kraftstoff in eine Common-Rail förderbar ist. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird der Speisedruck der Hochdruckpumpe auf ein hohes Druckniveau gebracht, so daß sich in der Common-Rail sehr schnell der für eine optimale Zerstäubung erforderliche Druck aufbaut.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Vorförderpumpe (2) zum Fördern des Kraftstoffes von einem Tank (4) zu einer Hoch ruckpumpe (16), über die der Kraftstoff in eine Common-Rail (8) förderbar ist, in der Einspritzdüsen (10) zum Einspritzen des druckbeaufschlagten Kraftstoffes in die Zylinder (12) eines Verbrennungsmotors angeordnet sind, wobei stromabwärts der Vorförderpumpe (2) eine Druckbegrenzungsventilanordnung (34, 32) zur Einstellung des Speisedruckes für die Hochdruckpumpe (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsven- tilanordnung (24, 32) derart ansteuerbar ist, daß der Speisedruck während des Startvorganges des Verbrennungs- motores auf das für die Einspritzung erforderliche Druckniveau in der Common-Rail (8) angehoben ist.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsventilan- ordnung ein Druckbegrenzungsventil (24) hat, dem eine Ventileinrichtung (32) vorgeschaltet ist, über die in Abhängigkeit vom Druck in der Common-Rail (8) die Verbindung zwischen der Vorförderpumpe (2) und dem Druckbegren- zungsventil (24) aufsteuerbar ist.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Druckabschalt- oder Druckbegrenzungsventil (32), das über den Druck in der Common-Rail (8) gegen die Kraft einer Druckfeder (34) aufsteuerbar ist.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (34) derart ausgelegt ist, daß der AufSteuerdruck etwa 150 bar übersteigen muß.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckpumpe (16) ein Saugdrosselventil (18) vorge- schaltet,, ist, über das die Kraftstoffzufuhr zur Hoch- druckpumpe (16) absperrbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsventilanordnung (24, 32) elektrisch oder elektrohydraulisch ansteuerbar ist, um den Speisedruck zu variieren.
7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorherge- henden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorförderpumpe (2) eine elektrisch betriebene Verdrängerpumpe und/oder die Hochdruckpumpe (16) eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Radialkolbenpumpe ist.
8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsventilanordnung (24, 32) als ein einziges Ventil ausgeführt ist.
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