Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

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 wesentlich 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.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Herkömmliche Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise eine Vorförderpumpe (Niederdruckpumpe) auf, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank fördert und an eine Hochdruckpumpe weiterleitet, die den zur Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen relativ hohen Einspritzdruck erzeugt. Problematisch ist hierbei, daß Luft im Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe den Druckaufbau an der Ansaugseite der Hochdruckpumpe verzögert, so daß die Brennkraftmaschine 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.

[0003] Bekannte Einspritzanlagen weisen deshalb herkömmlicherweise eine Entlüftungsleitung auf, die von der Kraftstoffleitung im Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe abzweigt, wobei in der Entlüftungsleitung ein Drossel- oder Rückschlagventil angeordnet ist, um zu verhindern, daß nach der Entlüftung der Einspritzanlage im normalen Betrieb Kraftstoff über die Entlüftungsleitung entweicht.

[0004] Die Verwendung einer Drossel in der Entlüftungsleitung hat jedoch den Nachteil, daß ein Kompromiß bei der Dimensionierung der Drossel gefunden werden muß. So soll die Drossel einerseits einen möglichst großen Querschnitt haben, um den Niederdruckbereich möglichst schnell zu entlüften. Andererseits soll der Querschnitt der Drossel im Normalbetrieb nach vollzogener Entlüftung möglichst klein sein, damit über die Entlüftungsleitung möglichst wenig Kraftstoff verlorengeht.

[0005] Ein Rückschlagventil in der Entlüftungsleitung hat dagegen den Nachteil, daß immer erst ein bestimmter Minimaldruck aufgebaut werden muß, bevor das Rückschlagventil die Entlüftungsleitung öffnet, was bei den relativ niedrigen Drehzahlen beim Anlassen der Brennkraftmaschine mit den üblicherweise verwendeten Pumpen problematisch ist.

[0006] Aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/05410 ist weiterhin ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem der Hauptfilter zusätzlich mit dem Rücklauf des Einspritzsystems verbunden ist. In der Rücklaufleitung ist hierbei ein Membranfilter angeordnet, wobei die Durchlässigkeit des Membranfilters für Kraftstoff relativ gering ist, während der Membranfilter Luft weitgehend ungehindert durchläßt, so daß in dem Kraftstoffversorgungssystem befindliche 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.

[0007] Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei möglichst geringen Kraftstoffverlusten im Normalbetrieb eine möglichst schnelle Entlüftung der Einspritzanlage erlaubt.

[0008] Diese Aufgabe wird - ausgehend von der vorstehend beschriebenen bekannten Einspritzanlage - gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0009] Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, zur Entlüftung der Einspritzanlage eine Entlüftungsleitung vorzusehen, die stromabwärts der Pumpe von der Kraftstoffleitung abzweigt, wobei in der Entlüftungsleitung ein Filterelement angeordnet ist, das für Kraftstoff im wesentlichen undurchlässig und für Gas im wesentlichen durchlässig ist. Vorzugsweise wird hierzu ein Membranfilter verwendet, wie es beispielsweise aus der vorstehend erwähnten internationalen Patentanmeldung WO 99/0541 beschrieben ist, so daß auf eine detaillierte Beschreibung eines derartigen Membranfilters verzichtet und diesbezüglich auf die vorstehend genannte Patentanmeldung verwiesen wird.

[0010] In einer Variante der Erfindung weist die Einspritzanlage eine Niederdruckpumpe sowie eine Hochdruckpumpe auf, wobei die Entlüftungsleitung im Niederdruckbereich zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe abzweigt. Dies bietet den Vorteil, daß der auf das Filterelement wirkende Kraftstoffdruck relativ gering ist, so daß nur eine entsprechend geringe Druckfestigkeit des Filterelementes erforderlich ist, was auch den Einsatz der vorstehend erwähnten Membranfilter erlaubt.

[0011] In einer anderen Variante der Erfindung zweigt die Entlüftungsleitung dagegen stromabwärts hinter der Hochdruckpumpe ab, was auch die Entlüftung des Hochdruckbereichs ermöglicht. Bei Einspritzanlagen mit einem Druckspeicher (englisch: common 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 maximalen Kraftstoffdruck freigibt, wohingegen die Entlüftungsleitung bei normalem Einspritzdruck geschlossen ist, um zu verhindern, daß das in der Entlüftungsleitung angeordnete Filterelement durch die im Normalbetrieb relativ hohen Einspritzdrucke beschädigt wird.

[0012] Die beiden vorstehend beschriebenen Varianten einer Entlüftung des Niederdruckbereichs bzw. einer Belüftung des Hochdruckbereichs können selbstverständlich auch kombiniert werden.

[0013] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Figur 1

eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Entlüftung des Niederdruckbereichs, wobei die Entlüftungsleitung in das Gehäuse der Hochdruckpumpe mündet;

Figur 2

eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Niederdruckbereichs, wobei die Entlüftungsleitung in die Kraftstoffrückführung mündet;

Figur 3

eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Niederdruckbereichs zwischen dem Volumenstrom-Regelventil und der Hochdruckpumpe, wobei die Entlüftungsleitung in die Kraftstoffrückführung mündet;

Figur 4

eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Niederdruckbereichs zwischen dem Volumenstrom-Regelventil und der Hochdruckpumpe, wobei die Entlüftungsleitung in die Umgebung frei mündet, sowie

Figur 5

eine Einspritzanlage mit einer Entlüftung des Hochdruckbereichs.

[0014] Die in Figur 1 dargestellte Einspritzanlage weist eine Vorförderpumpe 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 Vorförderpumpe 1 einen Teil des von der Vorförderpumpe 1 geförderten Kraftstoffstroms abzweigt und an die Ansaugseite der Vorförderpumpe 1 zurückführt, so daß der Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 1 im Normalbetrieb weitgehend konstant gehalten wird.

[0015] 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 Einspritzdruck 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 Einspritzung in die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine beziehen. Die einzelnen Injektoren 10.1 bis 10.4 sind wiederum mit einer gemeinsamen Rückführleitung 11 verbunden, durch die überschüssiger Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 5 geführt wird.

[0016] An der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe 8 ist weiterhin ein Hochdruck-Regelventil 12 angeordnet, das beim Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Kraftstoffdrucks an der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe 8 einen Teil des von der Hochdruckpumpe 8 geförderten Kraftstoffstroms über eine Rückführleitung 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 Spannungssignal 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. Weiterhin steuert die Steuereinheit 16 ein Volumenstrom-Regelventil 17 an, das in der Kraftstoffleitung 7 zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 angeordnet ist.

[0017] 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 gespült wird, was eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 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 begrenzen. Darüber hinaus ist in der Spülleitung auch ein Rückschlagventil 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 Hochdruckpumpe 8 ausreichender Kraftstoffdruck gebildet hat.

[0018] Problematisch bei der vorstehend beschriebenen Einspritzanlage 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 Kraftstoffleitung 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 Vorförderpumpe über die Entlüftungsleitung durch den Membranfilter 21 in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 gepumpt und anschließend 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 Membranfilter 21 Luft angesaugt wird.

[0019] Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Niederdruckbereich also relativ schnell entlüftet, indem die im Niederdruckbereich befindliche Luft in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 gepumpt wird und anschließend wieder in den Kraftstofftank gelangt.

[0020] Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so daß im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird und auch dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

[0021] Der Unterschied des in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiels gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht im wesentlichen darin, daß die Entlüftungsleitung nicht in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 8, sondern in die Rückführleitung 13 mündet, so daß die in dem Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 befindliche Luft direkt in den Kraftstofftank 5 zurückgeführt wird. Hierdurch wird eine Ansammlung von Luft im Gehäuse der Hochdruckpumpe 8 vermieden.

[0022] Auch das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 überein, so daß auch diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen wird und dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

[0023] Der Unterschied des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht im wesentlichen darin, daß die Entlüftungsleitung im Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe 1 und der Hochdruckpumpe 8 stromabwärts des Volumenstrom-Regelventils 17 abzweigt, so daß auch die in diesem Bereich der Einspritzanlage befindliche Luft sicher aus dem System entfernt werden kann.

[0024] Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsführungsbeispiel stimmt ebenfalls weitgehend mit dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so daß auch diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung von Figur 1 verwiesen wird und im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

[0025] Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen im wesentlichen dadurch, daß die Entlüftungsleitung ausgangsseitig in die Umgebung mündet, so daß die im Niederdruckbereich befindliche Luft direkt an die Umgebung abgegeben wird. Zur Vermeidung einer Umweltschädigung durch die in dem Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffgase ist in der Entlüftungsleitung zusätzlich ein Aktivkohlefilter 24 angeordnet.

[0026] Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt ebenfalls weitgehend mit dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so daß im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Es ist lediglich zu bemerken, daß in Figur 5 einige Bauelemente weggelassen wurden, die für die Darstellung der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind.

[0027] Der Unterschied des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht im wesentlichen darin, daß nicht der Niederdruckbereich, sondern der Hochdruckbereich der Einspritzanlage entlüftet 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 Druckspeicher 9 abgeführte Luft in den Kraftstofftank 5 zurückgeführt wird. Der in der Entlüftungsleitung angeordnete Membranfilter 21 sorgt hierbei dafür, daß Kraftstoff zurückgehalten wird. Stromaufwärts vor dem Membranfilter 21 ist hierbei ein Druckabschaltventil 25 angeordnet, das beim Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher 9 schließt, um zu verhindern, daß der relativ druckempfindliche Membranfilter 21 im Normalbetrieb beschädigt wird. Das Druckabschaltventil 25 öffnet also nur solange, wie der Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher 9 aufgrund der im System befindlichen Luft noch nicht den Normalwert erreicht hat. Weiterhin ist in der Entlüftungsleitung ein Rückschlagventil 26 angeordnet.

[0028] 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 gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Ansprüche

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 Pumpe (1) geförderten Kraftstoffs zu mindestens einem Injektor (10.1 bis 10.4) gekennzeichnet durch

ein Filterelement (21) zur Entfernung von Gas aus der Einspritzanlage, 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 wesentlichen 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 Entlüftungsleitung zwischen der Niederdruckpumpe (1) und der Hochdruckpumpe (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 Entlüftungsleitung im Hochdruckbereich stromabwärts hinter der Hochdruckpumpe (8) abzweigt.

5. Einspritzanlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Hochdruckpumpe (8) ausgangsseitig mit einem Druckspeicher (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 Filterelement 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 indirekt in einen Kraftstofftank (5) mündet.

9. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Entlüftungsleitung ausgangsseitig in den Ansaugbereich 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) angeordnet 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 Rückführleitung (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 Filterelement 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 Versorgungsleitung ein Rückschlagventil (4.1, 4.2) angeordnet ist.

Zeichnung