KRAFTSTOFFEINSPRITZSYSTEM FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE MIT HC-INJEKTOR

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Brennkraftmaschinen, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, haben aufgrund der zunehmend strengeren Abgasvorschriften immer häufiger einen Partikelfilter im Abgasstrang. Üblicherweise werden diese Partikelfilter regeneriert, indem die Steuerung der Brennkraftmaschine Nacheinspritzungen bei den im Brennraum angeordneten Injektoren auslöst, so dass in den heißen Abgasen noch unverbrannter Kraftstoff ist, der im Abgasrohr oxidiert und dadurch die zum Auslösen einer Regeneration des Partikelfilters erforderliche Wärme bereitstellt.

[0002] Diese Nacheinspritzungen sind häufig nicht zielführend, so dass es bereits bekannt ist, in den Abgasstrang so genannte HC-Injektoren vorzusehen. Diese HC-Injektoren spritzen Kraftstoff stromaufwärts des oder der Partikelfilter in das Abgasrohr ein und ermöglichen dadurch eine bessere Steuerung der Regeneration des Partikelfilters.

[0003] Aus US 2007/0227126 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, welches eine Förderpumpe aufweist, die Kraftstoff aus einem Tank zu einer Hochdruckpumpe fördert. Die Hochdruckpumpe fördert den Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher dem mehrere Injektoren nachgeschaltet sind. Es wird ein Regenerationssystem für einen Partikelfilter gezeigt, welches einen Injektor aufweist, dem Kraftstoff durch die Förderpumpe aus dem Tank über ein steuerbares Ventil zugeführt wird.

[0004] Um eine möglichst feine Zerstäubung des durch die HC-Injektoren eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen, sind Betriebsdrücke von 7 - 10 bar (Relativdruck) wünschenswert. Der dazu erforderliche Kraftstoffkreislauf ist wegen des nicht unerheblichen Einspritzdrucks vergleichsweise teuer und wird nur sehr selten benötigt. So ist typischerweise etwa alle 500 bis 1.000 km, entsprechend einer Betriebdauer von teilweise deutlich über 10 Stunden, eine Regeneration des Partikelfilters erforderlich, , wobei diese Regeneration lediglich etwa 10 bis 20 min dauert. Nur während dieses kurzen Zeitraums ist der HC-Injektor aktiv. Daher beträgt die Betriebsdauer des HC-Injektors und der vorgelagerten Pumpe nur einen Bruchteil der Gesamtbetriebsdauer der Brennkraftmaschine.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem HC-Injektor bereitzustellen, das hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten optimiert ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich, wobei in dem Niederdruckbereich eine Vorförderpumpe vorgesehen ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einer Hochdruckpumpe fördert, und wobei in dem Hochdruckbereich eine Hochdruckpumpe vorgesehen ist, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem Common-Rail oder mindestens einem Einspritzventil fördert, dadurch gelöst, dass der Niederdruckbereich mindestens einen HC-Injektor umfasst und dass der mindestens eine HC-Injektor bei Bedarf Kraftstoff stromaufwärts eines oder mehrerer Partikelfilter in die Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine einspritzt.

[0007] Durch die erfindungsgemäß beanspruchte Integration des HC-Injektors in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems kann eine gesonderte Kraftstoffpumpe für den HC-Injektor entfallen. Vielmehr wird die ohnehin vorhandene Vorförderpumpe bei Bedarf auch zur Förderung von Kraftstoff in dem HC-Injektor eingesetzt. Dadurch ergibt sich eine Vereinfachung des Kraftstoffeinspritzsystems und die Herstellungskosten sind deutlich geringer. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass keine weitere Kraftstoffpumpe erforderlich ist, wodurch das Gewicht und daraus folgend der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emission eines mit dem Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüsteten Fahrzeugs gering sind.

[0008] Erfindungsgemäße Ausführungsformen des Kraftstoffeinspritzsystems sehen vor, dass die Förderpumpe als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe oder als mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet ist. Alternativ ist es auch möglich, dass zusätzlich zu der mechanisch angetriebenen Förderpumpe noch eine zuschaltbare Zusatzkraftstoffpumpe vorgesehen ist.

[0009] Diese in der Regel elektrisch angetriebene zuschaltbare Zusatzkraftstoffpumpe ist üblicherweise dazu da, beim Start der Brennkraftmaschine einen möglichst raschen Druckaufbau zu erreichen. Weiterhin kann diese Zusatzkraftstoffpumpe dazu verwendet werden, das Kraftstoffeinspritzsystem nach einer Tankleerfahrt wieder zu befüllen. Sobald die Brennkraftmaschine angelaufen ist und die mechanisch angetriebene Förderpumpe ausreichend Druck aufbaut, wird die Zusatzkraftstoffpumpe wieder abgeschaltet. Erfindungsgemäß kann nun bei laufender Brennkraftmaschine die Zusatzkraftstoffpumpe eingeschaltet werden, so dass eine zweistufige Druckerhöhung im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems stattfindet. Die erste Druckerhöhung wird von der Zusatzkraftstoffpumpe bewirkt, während die stromabwärts davon angeordnete mechanisch angetriebene Förderpumpe eine weitere Druckerhöhung bewirkt. Dadurch wird während dieses besonderen Betriebsmodus der Druck auf der Druckseite der Vorförderpumpe kurzzeitig und gezielt erhöht, so dass ein ausreichend hoher Druck zum Einspritzen von Kraftstoff durch den HC-Injektor im Niederdruckbereich vorhanden ist. Da die elektrisch zuschaltbare Zusatzkraftstoffpumpe ohnehin nur sehr geringe Betriebsdauern aufweist, ist auch die zusätzliche kurze Beanspruchung von etwa 10 bis 20 min für eine Regeneration ohne Weiteres möglich und erfordert keine zusätzlichen Maßnahmen zur Erhöhung der Robustheit und Lebensdauer der ohnehin vorhandenen Zusatzkraftstoffpumpe.

[0010] Alternativ ist es möglich, den mindestens einen HC-Injektor an eine Kraftstoffzulaufleitung oder einen Innenraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzuschließen. Selbstverständlich ist es auch möglich, den mindestens einen HC-Injektor an eine Rücklaufleitung anzuschließen.

[0011] Da man im Normalbetrieb bestrebt ist, den Förderdruck der Vorförderpumpe und somit den Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems so gering wie möglich zu halten, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Innenraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe und der Rücklaufleitung ein Druckregelventil angeordnet. Mit Hilfe dieses Druckregelventils wird der Betriebsdruck des Niederdruckbereichs der Brennkraftmaschine im Normalbetrieb geregelt. Zusätzlich ist es erfindungsgemäß möglich, kurzzeitig den Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems durch eine geeignete Ansteuerung des Druckregelventils so weit zu erhöhen, dass ein ausreichend hoher Druck verfügbar ist, um Kraftstoff mit dem HC-Injektor in die Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine einzuspritzen.

[0012] Das Druckregelventil kann beispielsweise vom Druck in dem Kraftstoffzulauf auf der Saugseite der Vorförderpumpe gesteuert werden. Durch kurzzeitiges Erhöhen der Fördermenge der Vorförderpumpe erhöht sich auch der Druck im Niederdruckbereich entsprechend der Kennlinie des Druckregelventils.

[0013] Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich, wobei in dem Niederdruckbereich eine Vorförderpumpe vorgesehen ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einer Hochdruckpumpe fördert, und wobei in dem Hochdruckbereich eine Hochdruckpumpe vorgesehen ist, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in ein Common-Rail oder zu mindestens einem Einspritzventil fördert, wobei an den Niederdruckbereich mindestens ein HC-Injektor angeschlossen ist und wobei der mindestens eine HC-Injektor bei Bedarf Kraftstoff stromaufwärts eines oder mehrerer Partikelfilter in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine einspritzt, dadurch gelöst, dass während der Einspritzung von Kraftstoff durch den HC-Injektor der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angehoben wird.

[0014] Dadurch wird gewährleistet, dass für die Einspritzung von Kraftstoff in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine ein ausreichend hoher Einspritzdruck für den HC-Injektor zur Verfügung steht. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, das heißt wenn kein Kraftstoff durch den HC-Injektor eingespritzt wird, kann der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems wieder auf das normale Maß abgesenkt werden. Dadurch wird unter anderem die Vorförderpumpe entlastet, die Aufheizung des Kraftstoffs wird verringert und der Gesamtwirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems wird erhöht.

[0015] Außerdem muss die Vorförderpumpe nicht für einen Dauerbetriebsdruck, der dem Einspritzdruck des HC-Injektors entspricht, ausgelegt werden. Es ist ausreichend, wenn die Vorförderpumpe kurzzeitig, das heißt wenige Minuten den Einspritzdruck des HC-Injektors bereitstellen kann Dadurch kann die Vorförderpumpe kostengünstiger und kleiner ausgeführt werden.

[0016] Die erfindungsgemäß beanspruchte temporäre Druckerhöhung im Niederdruckbereich kann bei einer elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe durch eine Erhöhung der Ansteuerspannung derselben oder bei einer druckgeregelten elektrisch angetriebenen Pumpe durch eine Erhöhung des Sollwerts des Drucks erfolgen.

[0017] Alternativ ist es auch möglich, dass zusätzlich zu der Vorförderpumpe stromaufwärts noch eine elektrisch angetriebene Zusatzkraftstoffpumpe vorgesehen ist und dass die temporäre Druckerhöhung im Niederdruckbereich durch zeitweises Einschalten der Zusatzkraftstoffpumpe zusätzlich zur Vorförderpumpe erfolgt. Dadurch ist mit einfachen Mitteln eine zweistufige Druckerhöhung im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems möglich, wobei die Summe beider Druckerhöhungen so groß sein muss, dass der Einspritzdruck des HC-Injektors erreicht wird.

[0018] Dabei ist es möglich, dass eine oder mehrere der folgenden Rücklaufmengen durch die schaltbare Drossel strömt: Die Rücklaufmenge aus dem Pumpengehäuse mit oder ohne den durch die Lagerstellen der Antriebswelle strömenden Kraftstoff, wobei zusätzlich auch noch die Leckagemenge aus den Injektoren durch die schaltbare Drossel strömen kann.

[0019] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0020] Es zeigen:

Figuren 1 bis 4

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzsysteme.

Ausführungsformen der Erfindung

[0021] Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in einer Blockschaltbilddarstellung.

[0022] Das Kraftstoffeinspritzsystems umfasst unter anderem eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1, einen Tank 3, einen Drucksensor 4, eine elektrisch angetriebene Vorförderpumpe 5, einen Kraftstofffilter 7, ein Rail 9 und ein Druckbegrenzungsventil 11. Die an das Rail 9 angeschlossenen Injektoren sind in Figur 1 nicht dargestellt.

[0023] Das Druckbegrenzungsventil 11 mündet in eine Rücklaufleitung 13, in die auch die Leckagemengen der nicht dargestellten Injektoren abgeführt werden. Die Rücklaufleitung 13 mündet bei diesem Ausführungsbeispiel in den Tank 3 und treibt dort eine Strahlpumpe 10 an.

[0024] Im Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 kann optional ein Temperatursensor T angeordnet sein. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist über einen Kraftstoffzulauf 15, den Filter 7 und die Vorförderpumpe 5 hydraulisch mit dem Tank 3 verbunden. Stromabwärts der Vorförderpumpe 5 ist an den Kraftstoffzulauf 15 ein HC-Injektor 16 angeschlossen. Mit dem HC-Injektor 16 kann bei Bedarf Kraftstoff in ein Abgasrohr (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Durch die gezielte Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasrohr an einer stromaufwärts eines Partikelfilters gelegenen Stelle, kann die Regenerierung des Partikelfilters ausgelöst werden.

[0025] Der Kraftstoffzulauf 15 verbindet eine Förderseite der Vorförderpumpe 5 mit einem Innenraum 17 des Pumpengehäuses der Hochdruckpumpe 1, so dass der gesamte Förderstrom der Vorförderpumpe 5 in den Innenraum 17 gelangt. Eine Verbindungsleitung 18 stellt eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses einerseits sowie einer Zumesseinheit 19 und der Rücklaufleitung 13 andererseits her. Zwischen der Verbindungsleitung 18 und der Rücklaufleitung 13 ist ein Druckregelventil 20 angeordnet.

[0026] Die Zumesseinheit 19 dient dazu, die von Pumpenelementen 21 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angesaugte Kraftstoffmenge und damit auch deren Fördermenge zu steuern. Dazu werden die Saugseiten der Pumpenelemente 21 über eine Verteilleitung 23 mit dem Ausgang der Zumesseinheit 19 hydraulisch verbunden.

[0027] Die Pumpenelemente 21 bestehen im wesentlichen aus Saugventilen 25, hochdruckseitigen Rückschlagventilen 27 und einem Kolben 29, der in einer Zylinderbohrung (ohne Bezugszeichen) oszilliert. Die Kolben 29 der Pumpenelemente 21 werden über Rollenstößel 31 von Nocken 33 einer Antriebswelle 35 angetrieben. Die Pumpenelemente 21 fördern unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 34 in das Rail 9.

[0028] Die Nocken 33 sind Teil einer Antriebswelle 35, die zu beiden Seiten der Nocken 33 in einem ersten Lager und in einem zweiten Lager in einem Pumpengehäuse (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 35 ist in dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses angeordnet. Die Lager der Antriebswelle 35 werden zwangsweise von einem Teilstrom des von dem Kraftstoffzulauf 15 in den Innenraum 17 des Pumpengehäuses strömenden Kraftstoffs durchströmt und sind in dem Blockschaltbild gemäß Figur 1 als Drosselstellen dargestellt. Das erste Lager hat in Figur 1 das Bezugszeichen 39, während das zweite Lager mit dem Bezugszeichen 41 versehen wurde.

[0029] Bei dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe ist das Druckregelventil 20 stromabwärts des Innenraums 17 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeordnet. Das Druckregelventil 20 umfasst einen Steuerkolben 55, der durch eine Feder 56 in Schließrichtung beaufschlagt ist und eine Leckageleitung 57.

[0030] Durch die Anordnung des Druckregelventils 20 stromabwärts des Innenraums 17 herrscht in dem Innenraum 17 nahezu der gleiche Druck wie auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5. In der Regel beträgt der Überdruck auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5 und damit des Innenraums 17 etwa 3 bis 6 bar.

[0031] Dieser im Innenraum 17 herrschende Druck führt unter Anderem dazu, dass Kraftstoff durch die Lager 39 und 41 gepresst wird. Da das erste Lager 39 und das zweite Lager 41 in der Regel als Gleitlager ausgebildet sind, bildet sich durch die zwangsweise Durchströmung der Lager 39 und 41 in den Lagern 39 und/oder 41 ein hydrodynamischer Schmierkeil aus. Dadurch erhöht sich die Belastbarkeit des ersten Lagers 39 und des zweiten Lagers 41 erheblich und gleichzeitig wird auch die Wärmeabfuhr aus dem ersten Lager 39 und dem zweiten Lager 41 verbessert.

[0032] Die Anordnung des Druckregelventils 20 in der Verbindungsleitung 18 hat im Normal-Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems unter anderem auch den Vorteil, dass die Förderhöhe der Vorförderpumpe reduziert werden kann. Dies bedeutet aber auch, dass der normale Betriebsdruck im Niederdruckbereich des Kralftstoffeinspritzsystems nicht ausreicht, um einen HC-Injektor zu betreiben. Wenn nämlich der Druck, mit dem der Kraftstoff von dem HC-Injektor 16 in die Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, zu niedrig ist, wird der Kraftstoff nicht ausreichend fein zerstäubt und dadurch ist die vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs nicht gewährleistet. Bei einer unvollständigen Verbrennung verschlechtern sich die Emissionswerte der Brennkraftmaschine, was unerwünscht ist.

[0033] Erfindungsgemäß kann nun zeitgleich mit der Einspritzung von Kraftstoff durch den HC-Injektor 16 der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems erhöht werden. Dies kann durch Erhöhen der Versorgungsspannung der elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe 5 erfolgen, so dass diese mit einer höheren Drehzahl läuft und infolgedessen der Förderdruck auf den gewünschten Wert ansteigt.

[0034] Alternativ ist es auch möglich über eine Druckregelung den Betriebsdruck zu erhöhen. Dies erfordert auf der Förderseite der Vorförderpumpe 5 einen Drucksensor 4, der über nicht dargestellte Signalleitungen mit einem Druckregler verbunden ist. Im Normalbetrieb wird die Vorförderpumpe 5 als Sollwert p_soll des Drucks im Niederdruckbereich etwa 3 - 5 bar vorgegeben. Wenn nun Kraftstoff durch den HC-Injektor eingespritzt werden soll, wird der Sollwert p_soll des Druckreglers kurzzeitig auf einen Wert von etwa 7 - 10 bar erhöht. Infolgedessen wird die Vorförderpumpe 5 von dem Druckregler so angesteuert, dass sich der gewünschte Soll-Druck p_soll im Niederdruckbereich einstellt.

[0035] Da die Regenerierung eines Partikelfilters und die dazu erforderliche Einspritzung von Kraftstoff in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine durch den HC-Injektor nur etwa 10 - 20 min dauert und überdies nur selten erforderlich ist, kann für diese kurzen Betriebsdauern die Vorförderpumpe 5 oberhalb des Nennpunkts betrieben werden, ohne dass sie Schaden nimmt beziehungsweise ihre Lebensdauer drastisch reduziert wird. Somit ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem ohne zusätzliche Investitionen in eine verstärkte Pumpe realisierbar, was sich vorteilhaft auf dessen Wirtschaftlichkeit auswirkt.

[0036] Um zu verhindern, dass der für die HC-Einspritzung im Niederdruckbereich aufgebaute erhöhte Druck über die Lager 39, 41 wieder abgebaut wird kann vorgesehen sein, dass in der Verbindung der Abläufe von wenigstens einem der Lager 39, 41 mit der Rücklaufleitung 13 ein Durchflussbegrenzungselement 42 angeordnet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abläufe beider Lager 39, 41 zunächst zusammengeführt sind und dann gemeinsam mit der Rücklaufleitung 13 verbunden sind, wobei dann nur ein Durchflussbegrenzungselement 42 für beide Lager 39, 41 erforderlich ist. Das Durchflussbegrenzungselement 42 kann beispielsweise als Drosselstelle ausgebildet sein. Alternativ kann das Durchflussbegrenzungselement 42 auch als schaltbare Drossel, beispielsweise in Form eines elektrisch oder hydraulisch betätigten Ventils ausgebildet sein. Weiterhin kann das Durchflussbegrenzungselement 42 auch als Druckhalteventil ausgebildet sein, das bei einem bestimmten Druck öffnet und danach einen Druckanstieg gemäß der Ventilkennlinie verursacht. Besonders vorteilhaft ist in Kombination mit dem Durchflussbegrenzungselement 42 wenn das Druckregelventil 20 eine progressive Federkennlinie aufweist. Hierdurch kann ein möglichst konstanter Druck im Niederdruckbereich im Normalbetrieb, also ohne HC-Einspritzung, erreicht werden, während ein möglichst starker Druckanstieg im Niederdruckbereich bei Zunahme der Fördermenge in den Niederdruckbereich zur HC-Einspritzung erreicht wird. Die Feder des Druckregelventils 20 ist dabei so ausgelegt, dass deren Federsteifigkeit mit zunehmendem Öffnungshub zunimmt.

[0037] In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorförderpumpe 5 mechanisch angetrieben. Sie ist häufig direkt mit der Antriebswelle 35 der Hochdruckpumpe 1 gekoppelt. Wegen dieser starren Kopplung geht der Druckaufbau beim Start der Brennkraftmaschine, bei dem die Drehzahlen naturgemäß sehr niedrig sind, relativ langsam vonstatten. Um diesen Mangel zu beheben, ist stromaufwärts der Vorförderpumpe 5 eine elektrisch angetriebene schaltbare Zusatzkraftstoffpumpe 43 vorgesehen. Diese Zusatzkranstoffpumpe 43 wird üblicherweise nur während des Starts der Brennkraftmaschine betrieben, so dass ein rascherer Druckaufbau im Kraftstoffeinspritzsystem möglich ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, diese Zusatzkraftstoffpumpe zeitgleich und hydraulisch in Reihe mit der Vorförderpumpe 5 auch bei laufender Brennkraftmaschine betrieben wird, wenn Kraftstoff durch den HC-Injektor 16 eingespritzt werden soll. Dann nämlich addieren sich die Förderhöhen von Zusatzkraftstoffpumpe 43 und Vorförderpumpe 5 auf einen Wert, der ausreichend groß ist, um die feine Zerstäubung des Kraftstoffs durch den HC-Injektor zu gewährleisten.

[0038] Auf der Saugseite der Vorförderpumpe ist eine Saugdrossel 45 vorgesehen, die dafür sorgt, dass die Fördermenge der Vorförderpumpe 5 insbesondere bei hohen Drehzahlen limitiert wird

[0039] Die mechanisch angetriebene Vorförderpumpe 5 des zweiten Ausführungsbeispiels kann als Flügelzellenpumpe, als Innenzahnradpumpe, insbesondere als Gerotorpumpe, oder als Außenzahnradpumpe ausgebildet sein. Bei diesen Pumpen ist zwischen den sich drehenden Bauteilen und dem Pumpengehäuse ein Spalt vorhanden, der Leckageverluste verursacht. Dieser Spalt ist in Figur 2 durch das Symbol einer Drossel (siehe Bezugszeichen 49) dargestellt. Die durch den Spalt abfließende Leckagemenge wird durch eine Leckageleitung 51 abgeführt. Die Leckageleitung 51 mündet in die Leitung (ohne Bezugszeichen), welche die durch das erste Lager 39 strömende Kraftstoffmenge der Rücklaufleitung 13 zuführt.

[0040] Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der HC-Injektor 16 vom Innenraum 17 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 1 mit Kraftstoff versorgt und stromabwärts der Vorforderpumpe 5 angeordnet, so dass er mit dem Förderdruck der Vorförderpumpe 5 beaufschlagt wird. Das Einschalten der Zusatzkraftstoffpumpe 43 bewirkt - abhängig von der Drehzahl der Hochdruckpumpe 1 und der Leistung der Zusatzkraftstoffpumpe 43 - einen Druckanstieg im Innenraum 17 und damit auch am HC-Injektor 16.

[0041] In Figur 3 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem dargestellt, bei dem eine mechanisch angetriebene Vorförderpumpe 5 vorgesehen ist, wobei im Zulauf zur Vorförderpumpe 5 eine schaltbare Drossel 50 angeordnet ist. Die schaltbare Drossel 50 kann ein elektrisch betätigtes Ventil sein analog zur Ausführung gemäß Figur 7 oder hydraulisch betätigt sein Bei der hydraulischen Steuerung der schaltbaren Drossel 50 kann der sich bei der Strömung zum HC-Injektor 16 ergebende Druckabfall genutzt werden. Stromaufwärts vor der mechanisch angetriebenen Vorförderpumpe 5 kann analog zur Ausführung gemäß Figur 2 eine Zusatzkraftstoffpumpe 43 vorgesehen sein. Wenn ein erhöhter Druck im Niederdruckbereich für die HC-Einspritzung erforderlich ist, so wird die schaltbare Drossel 50 auf einen größeren Durchflussquerschnitt eingestellt, so dass die Fördermenge der Vorförderpumpe 5 erhöht ist, was wiederum zur Druckerhöhung im Niederdruckbereich führt.

[0042] Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung der Schaltbaren Diossel 50.

[0043] Wenn die Ansteuerung der Schaltbaren Diassel 50 hydrauhsch erfolgt, nutzt man den an einer Drosselstelle 61 entstehenden Druckabfall. Diese Drosselstelle 61 ist in einer Versorgungsleitung (ohne Bezugszeichen) des HC-Injektors 16 angeordnet. Dies bedeutet, dass an der Drosselstelle ein Druckabfall entsteht, sobald der HC-Injektor 16 Kraftstoff einspritzt. Über Steuerleitungen, von denen eine erste stromaufwärts der Drosselstelle und die andere stromabwärts der Drosselstelle 61 angeschlossen ist, wird die schaltbare Drossel 50 hydraulisch betätigt.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich, wobei in dem Niederdruckbereich eine Vorförderpumpe (5) vorgesehen ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (3) zu einer Hochdruckpumpe (1) fördert, und wobei in dem Hochdruckbereich eine Hochdruckpumpe (1) vorgesehen ist, die eine in einem Innenraum (17) und über mindestens ein Lager (39,41) drehbar gelagerte Antriebswelle aufweist und unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem Common-Rail (9) oder mindestens einem Einspritzventil fördert, wobei der Innenraum (17) der Hochdruckpumpe (1) Teil des Niederdruckbereichs ist und der Niederdruckbereich mindestens einen HC-Injektor (16) umfasst, der bei Bedarf Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich und stromabwärts der Vorförderpumpe (5) in eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Niederdruckbereich während der Einspritzung von Kraftstoff durch den HC-Injektor in die Abgasnachbehandlungseinrichtung durch eine Erhöhung der Zulaufmenge zum Niederdruckbereich angehoben wird.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) als mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe, insbesondere als direkt von der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) angetriebene Kraftstoffpumpe, ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts vor der Vorförderpumpe (5) eine schaltbare Drossel (50) vorgesehen ist.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der mechanisch angetriebenen Vorförderpumpe (5) noch eine elektrisch angetriebene zuschaltbare Zusatz-Kraftstoffpumpe (43) vorgesehen ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine HC-Injektor (16) an eine Kraftstoffzulaufleitung (15) oder einen Innenraum (17) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) angeschlossen ist.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine HC-Injektor (16) an die Rücklaufleitung (13) angeschlossen ist.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Drossel (50) elektrisch oder hydraulisch geschaltet wird.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindung des wenigstens einen Lagers (39,41) mit der Rücklaufleitung (13) ein Durchflussbegrenzungselement (42) vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich, wobei in dem Niederdruckbereich eine Vorförderpumpe (5) vorgesehen ist, die Kraftstoffaus einem Kraftstofftank (3) zu einer Hochdruckpumpe (1) fördert, und wobei in dem Hochdruckbereich eine Hochdruckpumpe (1) vorgesehen ist, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in ein Common-Rail (9) oder zu mindestens einem Einspritzventil fördert, wobei an den Niederdruckbereich mindestens ein HC-Injektor (16) angeschlossen ist, und wobei der mindestens eine HC-Injektor (16) bei Bedarf Kraftstoff stromaufwärts eines oder mehrerer Partikelfilter in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einspritzung von Kraftstoff durch den HC-Injektor (16) in das Abgasrohr der Druck im Niederdruckbereich durch eine Erhöhung der Zulaufmenge zum Niederdruckbereich angehoben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) elektrisch angetrieben wird, und dass die Druckerhöhung im Niederdruckbereich durch eine Erhöhung der Ansteuerspannung der Vorförderpumpe (5) erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) von einem Druckregler gesteuert wird, und dass die Druckerhöhung im Niederdruckbereich durch eine Erhöhung des Sollwerts (p_soll) des Drucks erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Vorförderpumpe (5) eine stromaufwärts der Vorförderpumpe (5) angeordnete elektrisch angetriebene Zusatz-Kraftstoffpumpe (43) vorgesehen ist, und dass die Druckerhöhung im Niederdruckbereich durch Einschalten der Zusatz-Kraftstoffpumpe (43) zusätzlich zur Vorförderpumpe (5) erfolgt.

Claims

1. Fuel injection system of an internal combustion engine, having a low-pressure region and a high-pressure region, wherein in the low-pressure region there is provided a predelivery pump (5) which delivers fuel from a fuel tank (3) to a high-pressure pump (1), and wherein in the high-pressure region there is provided a high-pressure pump (1) which has a drive shaft rotatably mounted in an interior space (17) and by means of at least one bearing (39, 41) and which delivers highly pressurized fuel to a common rail (9) or to at least one injection valve, wherein the interior space (17) of the high-pressure pump (1) is part of the low-pressure region, and the low-pressure region comprises at least one HC injector (16) which injects fuel on demand from the low-pressure region, and downstream of the predelivery pump (5), into an exhaust-gas treatment device of the internal combustion engine, characterized in that the pressure in the low-pressure region is raised, by means of an increase of the supply flow rate to the low-pressure region, during the injection of fuel by the HC injector into the exhaust-gas treatment device.

2. Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the predelivery pump (5) is in the form of an electrically driven fuel pump.

3. Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the predelivery pump (5) is in the form of a mechanically driven fuel pump, in particular of a fuel pump driven directly by the fuel high-pressure pump (1).

4. Fuel injection system according to Claim 3, characterized in that a switchable throttle (50) is provided upstream of the predelivery pump (5).

5. Fuel injection system according to Claim 3, characterized in that an electrically driven, activatable auxiliary fuel pump (43) is provided in addition to the mechanically driven predelivery pump (5).

6. Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one HC injector (16) is connected to a fuel supply line (15) or to an interior space (17) of the high-pressure fuel pump (1).

7. Fuel injection system according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the at least one HC injector (16) is connected to the return line (13).

8. Fuel injection system according to Claim 4, characterized in that the switchable throttle (50) is electrically or hydraulically switched.

9. Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that a throughflow limiting element (42) is provided in a connection of the at least one bearing (39, 41) to the return line (13).

10. Method for operating a fuel injection system, having a low-pressure region and a high-pressure region, wherein in the low-pressure region there is provided a predelivery pump (5) which delivers fuel from a fuel tank (3) to a high-pressure pump (1), and wherein in the high-pressure region there is provided a high-pressure pump (1) which delivers highly pressurized fuel to a common rail (9) or to at least one injection valve, wherein to the low-pressure region there is connected at least one HC injector (16), and wherein the at least one HC injector (16) injects fuel on demand into an exhaust pipe of the internal combustion engine upstream of one or more particle filters, characterized in that the pressure in the low-pressure region is raised, by means of an increase of the supply flow rate to the low-pressure region, during the injection of fuel by the HC injector (16) into the exhaust pipe.

11. Method according to Claim 10, characterized in that the predelivery pump (5) is electrically driven, and in that the pressure increase in the low-pressure region is realized by means of an increase in the activation voltage of the predelivery pump (5).

12. Method according to either of Claims 10 and 11, characterized in that the predelivery pump (5) is controlled by a pressure regulator, and in that the pressure increase in the low-pressure region is realized by means of an increase in the setpoint value (p_soll) of the pressure.

13. Method according to either of Claims 10 and 11, characterized in that, in addition to the predelivery pump (5), there is provided an electrically driven auxiliary fuel pump (43) which is arranged upstream of the predelivery pump (5), and in that the pressure increase in the low-pressure region is realized by means of the activation of the auxiliary fuel pump (43) in addition to the predelivery pump (5).

Revendications

1. Système d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne comprenant une région basse pression et une région haute pression, une pompe de pré-alimentation (5) étant prévue dans la région basse pression, laquelle refoule du carburant depuis un réservoir de carburant (3) jusqu'à une pompe haute pression (1), et une pompe haute pression (1) étant prévue dans la région haute pression, laquelle présente un arbre d'entraînement monté à rotation dans un espace interne (17) et par le biais d'au moins un palier (39, 41) et refoule du carburant à haute pression vers une rampe commune (9) ou au moins vers une soupape d'injection, l'espace interne (17) de la pompe haute pression (1) faisant partie de la région basse pression et la région basse pression comprenant au moins un injecteur de HC (16) qui injecte au besoin du carburant depuis la région basse pression et en aval de la pompe de pré-alimentation (5) dans un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la pression dans la région basse pression pendant l'injection de carburant est augmentée par l'injecteur de HC dans le dispositif de post-traitement des gaz d'échappement par une augmentation de la quantité d'alimentation vers la région basse pression.

2. Système d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe de pré-alimentation (5) est réalisée sous forme de pompe à carburant entraînée électriquement.

3. Système d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe de pré-alimentation (5) est réalisée sous forme de pompe à carburant entraînée mécaniquement, notamment sous forme de pompe à carburant entraînée directement par la pompe haute pression de carburant (1).

4. Système d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un étranglement commutable (50) est prévu en amont avant la pompe de pré-alimentation (5).

5. Système d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en plus de la pompe de pré-alimentation (5) entraînée mécaniquement, encore une autre pompe à carburant supplémentaire (43) pouvant être incorporée dans le circuit et entraînée électriquement est prévue.

6. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un injecteur de HC (16) est raccordé à une conduite d'alimentation en carburant (15) ou à un espace interne (17) de la pompe haute pression de carburant (1).

7. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'au moins un injecteur de HC (16) est raccordé à la conduite de retour (13).

8. Système d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étranglement commutable (50) est commuté électriquement ou hydrauliquement.

9. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans une liaison de l'au moins un palier (39, 41) à la conduite de retour (13) est prévu un élément de limitation du débit (42).

10. Procédé pour faire fonctionner un système d'injection de carburant comprenant une région basse pression et une région haute pression, une pompe de pré-alimentation (5) étant prévue dans la région basse pression, laquelle refoule du carburant depuis un réservoir de carburant (3) jusqu'à une pompe haute pression (1), et une pompe haute pression (1) étant prévue dans la région haute pression, laquelle refoule du carburant à haute pression dans une rampe commune (9) ou au moins vers une soupape d'injection, au moins un injecteur de HC (16) étant raccordé à la région basse pression, et l'au moins un injecteur de HC (16) injectant au besoin du carburant en amont d'un ou de plusieurs filtres à particules dans un tuyau d'échappement du moteur à combustion interne, caractérisé en ce que pendant l'injection de carburant à travers l'injecteur de HC (16) dans le tuyau d'échappement, la pression dans la région basse pression est augmentée par une augmentation de la quantité d'alimentation vers la région basse pression.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pompe de pré-alimentation (5) est entraînée électriquement, et en ce que l'augmentation de pression dans la région basse pression est réalisée par une augmentation de la tension de commande de la pompe de pré-alimentation (5).

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que la pompe de pré-alimentation (5) est commandée par un régulateur de pression et en ce que l'augmentation de pression dans la région basse pression est réalisée par une augmentation de la valeur de consigne (p_soll) de la pression.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce qu'en plus de la pompe de pré-alimentation (5), il est prévu une pompe à carburant supplémentaire (43) entraînée électriquement et disposée en amont de la pompe de pré-alimentation (5), et en ce que l'augmentation de pression dans la région basse pression est réalisée par enclenchement de la pompe à carburant supplémentaire (43) en plus de la pompe de pré-alimentation (5).

Zeichnung