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EP1312791A2 - Hochdruckkraftstoffpumpe mit entlüftetem Membranspeicher - Google Patents

Hochdruckkraftstoffpumpe mit entlüftetem Membranspeicher Download PDF

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Publication number
EP1312791A2
EP1312791A2 EP02017263A EP02017263A EP1312791A2 EP 1312791 A2 EP1312791 A2 EP 1312791A2 EP 02017263 A EP02017263 A EP 02017263A EP 02017263 A EP02017263 A EP 02017263A EP 1312791 A2 EP1312791 A2 EP 1312791A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
pressure
membrane
fuel pump
pressure fuel
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02017263A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1312791A3 (de
Inventor
Helmut Rembold
Heinz Siegel
Klaus Joos
Martin Laich
Peter Ropertz
Uwe Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1312791A2 publication Critical patent/EP1312791A2/de
Publication of EP1312791A3 publication Critical patent/EP1312791A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • 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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high pressure fuel pump for an internal combustion engine, with at least one Pump element, with a fuel supply, with a High-pressure line, the pump element being fuel promotes the fuel supply in the high pressure line, and with a membrane accumulator, the membrane accumulator one has a first subspace and a second subspace are separated from each other by a membrane, and wherein the second compartment with the pressure of the fuel feed is applied.
  • the Membrane accumulators those that occur during operation To dampen pressure surges in the fuel supply and a Sufficient supply of fuel to the delivery area during the suction stroke of the pump element or elements guarantee.
  • This high pressure fuel pump takes place via a volume control valve, which to this Purpose of a hydraulic connection between the delivery room of the pump element and the fuel supply can. When this connection is made, it promotes Pump element no longer in the high pressure line; rather in the fuel supply.
  • regulating the Piston pump is the degree of utilization of the High pressure fuel pump improves because the Work consumption of the pump element is greatly reduced if this only against the low pressure in the fuel supply Must do work.
  • the invention has for its object a High pressure fuel pump for an internal combustion engine with a small diaphragm accumulator with a good one To provide damping behavior,
  • This task is for a high pressure fuel pump an internal combustion engine, with at least one Pump element, with a fuel supply, with a High pressure line, the piston pump fuel from the Supports fuel supply to the high pressure line, and with a membrane accumulator, the membrane accumulator one has a first subspace and a second subspace are separated from each other by a membrane, and wherein the second compartment with the pressure of the fuel feed is acted upon, in that the first subspace is hydraulically connected to the fuel return.
  • Membranes according to the invention can be made of rubber, the opposite Fuel that is not diffusion-tight can be produced.
  • Membranes according to the prior art, which are diffusion-tight are very hard, so a large diameter of the membrane accumulator is necessary to achieve the necessary Absorb damping volume.
  • connection according to the invention between the first subspace and fuel return allows the removal of the by soft and well damping membrane diffusing Fuel in the fuel return.
  • a throttle and / or an orifice is provided in the hydraulic connection between the first compartment and Fuel return so that the small amount of fuel which diffuses easily through the membrane from the second Subspace can be pushed out.
  • a delivery head of the low-pressure pump of around 4 is usual up to 6 bar. It turned out to be advantageous if the flow resistance of the throttle or orifice is selected in this way is that there is a medium pressure when the membrane is defective of about 1.5 bar in the fuel supply. This On the one hand, pressure differences are sufficiently large to easy to be detected and on the other hand is a Pressure of 1.5 bar in the fuel feed is sufficiently high to to enable an emergency driving function of the vehicle.
  • High pressure fuel pump is further improved when the Flow resistance of the throttle or orifice in the direction from the first part of the fuel return is smaller than from Fuel return to the first compartment.
  • this Design of the throttle or orifice ensures that the removal of fuel from the first compartment only against low flow resistance must occur while the backflow of fuel from the fuel inlet is hindered in the first subspace. As a result it in operation to form vapor bubbles in the first Subspace, which improves the function of the damper.
  • This effect can be further increased if in the hydraulic connection between the first part and A return valve is provided for fuel return.
  • This check valve must be arranged so that the Backflow of fuel from the fuel inlet into the first subspace is prevented.
  • High pressure fuel pumps are the throttle, the orifice and / or the check valve in a connector arranged, which in a the hydraulic connection between the first compartment and the fuel return Bore in a pump housing of the high pressure fuel pump and / or the membrane accumulator arranged, in particular is pressed.
  • High pressure fuel pump provide that the membrane has at least one elastic rubber layer and / or that the diaphragm accumulator is a spring-loaded Membrane accumulator is. Both variants allow that Design of a particularly good pressure shock absorbing Diaphragm accumulator.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first Embodiment one with an inventive High pressure fuel pump 1 equipped injection system for internal combustion engines.
  • the high pressure fuel pump 1 is via a fuel inlet 3, 3a, 3b with fuel supplied from a tank 5.
  • the fuel is from one electric low pressure fuel pump 7 from the tank 5 in the fuel feed 3 promoted.
  • a low pressure regulator 9 regulates the pressure in the fuel inlet 3 to, for example, 4 up to 6 bar.
  • the high-pressure fuel pump 1 promotes Embodiment shown here via a High-pressure line 11 in a common rail 13, which in turn is connected to injectors 15.
  • a Pressure relief valve 17 and a pressure sensor 19 arranged on the common rail 13 are not shown in FIG Control device which regulates and controls the Injection system takes over, signal lines, electrical Utility lines and more.
  • the high-pressure fuel pump 1 has, for example, at least one Pump element 21 with a piston (not shown) and a cylinder (not shown).
  • the pump element 21 delivers fuel from the fuel inlet 3 into the High pressure line 11.
  • the quantity control of the high pressure fuel pump 1 takes place via a bypass 27, which is not shown Delivery chamber of the pump element 21 and the fuel inlet 3 connects with each other, and one arranged in the bypass 27 Volume control valve 29.
  • the pump element 21 does not promote Fuel into the high pressure line 11, but only in the bypass 27.
  • the fuel in the bypass 27 and then in the fuel inlet 3 with a pressure surge acts on the pump element 21 upstream components such as tank 5, Low pressure fuel pump 7, low pressure regulator 9 or Connecting elements, not shown, such as. B. Damage the quick connectors of the high pressure fuel pump can.
  • the membrane accumulator 31 which is only shown schematically here, consists of a Housing 33, the interior of a membrane 35 in two Subspaces is divided. If the membrane 35 is undamaged is, the membrane 35 seals the subspaces liquid-tight against each other.
  • a compression spring 37 housed against the Membrane 35 and the housing 33 supports.
  • the second room 43 of the housing 33 is connected to the fuel inlet 3 and is filled with fuel.
  • the leakage amount of the pump element 21 is a Fuel return 45 is returned to the tank 5. Between the first subspace 39 and the fuel return 45 is a connecting line 47 with a throttle 49 available via the fuel (not shown) which diffuses through the membrane 35 into the first subspace 39, can be dissipated. If the membrane 35 during the Suction strokes, as described above, towards the second Moving part 43, throttle 49 throttles the Fuel return flow from the fuel inlet 3 in the first Subspace 39 so strong that the fuel in the first Subspace 39 at least due to the strong negative pressure partially evaporated. So there is in the first part at most one corresponding to the vapor pressure of the fuel Pressure, which in turn gives the elastic properties in the first Partial space improved.
  • FIG. 2 is a second embodiment High-pressure fuel pump according to the invention in sections shown.
  • the same components are the same Provide reference numerals and it applies to the figure 1 said accordingly.
  • the Pump element 21 from a piston 51 which in a Cylinder bore 53 is made.
  • the Cylinder bore 53 and piston 51 limit one Delivery space 55.
  • the Fuel from the fuel inlet 3 into the delivery space 55 arrive when the piston 51 is in the position shown in FIG. 2 shown arrangement moves down. this is the so-called suction stroke.
  • the membrane accumulator 31 Has housing 33.
  • a membrane 35 divides this Internal volume of the housing 33 in a first subspace 39 and a second subspace 43 liquid-tight.
  • the second Partial space 43 is hydraulic with the fuel inlet 3 connected. If there is a pressure surge in fuel inlet 3 occurs, this lifts the membrane 35 against the force of one arranged in the first partial space 39 compression spring 63 and thus relieves this pressure surge.
  • the compression spring 63 supports one end on the diaphragm 35 via a support plate 65 from.
  • the first subspace 39 is above the throttle 49 and the connecting line 47 with the fuel return 45 hydraulically connected. If through the membrane 35 Fuel from the second subspace 43 into the first subspace 39 diffuses, this fuel can over the Connection line 47 are discharged.
  • the throttle 49 is dimensioned so that these small amounts of fuel, which diffuse through the membrane 35, easily removed can be.
  • the fuel from the Fuel return 45 is not complete in the first Partial flow 39 back when the compression spring 63 during of the suction stroke of the pump element 21, the membrane back in pushes back their starting position. This happens yourself at a very high speed and therefore can the fuel from the fuel return 45 is not in the flow through the throttle 49 at the same speed.
  • FIG 3 two embodiments are more inventive Diaphragm memory 31 shown in sections.
  • the embodiment of Figure 3a is in place of Throttle 49 a check valve 67 is provided.
  • 3b is the throttle 49 trained that they have a low flow resistance in the flow direction from the first subspace 39 in the Connection line 49 and vice versa has significantly greater flow resistance. This increased Flow resistance promotes the formation of vapor bubbles in the first subspace 39 during the suction stroke of the pump element 21 (see Figure 2).
  • FIG 4 is another embodiment High-pressure fuel pump according to the invention in section shown.
  • the housing 33 of the diaphragm accumulator 31 executed in two parts. It consists of a cover 33a and a lower part 33b. By Screwing the lid 33a and lower part 33b together Membrane 35 clamped and at the same time the compression spring 63 biased.
  • the connecting line 47 runs partially through the cover 33a and then through a housing 69 the high pressure fuel pump.
  • a Connecting part 73 used in an expanded Section 71 of the connecting line 47 is a Connecting part 73 used.
  • the throttle 49 is provided in this connection part 73 .
  • This solution is manufacturing technology and with regard to possible Repairs very cheap.
  • Check valve may be provided.
  • the combination of Throttle 49 (see Figure 3b) and check valve 67 (see Figure 3a) is possible and in certain applications also beneficial.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Diaphragms And Bellows (AREA)

Abstract

Es werden eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit entlüftetem Membranspeicher (31) vorgeschlagen, bei welchem ein erster Teilraum (39) des Membranspeichers (31) mit einem Kraftstoffrücklauf über eine Drossel (49) in Verbindung steht. Dadurch ist es möglich, eine Membran (35) einzusetzen, die nicht diffusionsdicht gegenüber Kraftstoff ist, aber ansonsten bessere Eigenschaften als diffusionsdichte Membrane aufweist. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Pumpenelement, mit einem Kraftstoffzulauf, mit einer Hochdruckleitung, wobei das Pumpenelement Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf in die Hochdruckleitung fördert, und mit einem Membranspeicher, wobei der Membranspeicher einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum aufweist, die durch eine Membran voneinander getrennt sind, und wobei der zweite Teilraum mit dem Druck des Kraftstoffzulaufs beaufschlagt wird.
Bei dieser Hochdruckkraftstoffpumpe, die bspw. in Common-Rail-Einspritzanlagen von Otto-Motoren mit Benzin-Direkeinspritzung eingesetzt wird, dient der Membranspeicher dazu, die während des Betriebs auftretenden Druckstöße im Kraftstoffzulauf zu dämpfen und eine ausreichende Versorgung des Förderraums mit Kraftstoff während des Saughubs des oder der Pumpenelemente zu gewährleisten.
Die Fördermengenregelung dieser Hochdruckkraftstoffpumpe erfolgt über ein Mengensteuerventil, welches zu diesem Zweck eine hydraulische Verbindung zwischen dem Förderraum des Pumpenelements und dem Kraftstoffzulauf herstellen kann. Wenn diese Verbindung hergestellt ist, fördert das Pumpenelement nicht mehr in die Hochdruckleitung; sondern in den-Kraftstoffzulauf. Durch diese Regelung der Kolbenpumpe wird der Nutzungsgrad der Hochdruckkraftstoffpumpe verbessert, da sich die Arbeitsaufnahme des Pumpenelements stark verringert, wenn diese nur gegen den niedrigen Druck im Kraftstoffzulauf Arbeit verrichten muss.
Mit dem Öffnen des Mengensteuerventils wird der Kraftstoffzulauf schlagartig mit einem Druckstoß beaufschlagt, der zu erheblichen mechanischen Beanspruchungen der Einspritzanlage führt. Um diese Druckstöße mindestens teilweise abzubauen, ist ein Membranspeicher mit einer diffusionsdichten und in Folge dessen harten Membran im Kraftstoffzulauf vorgesehen.
Während des Saughubs des Pumpenelements tritt im Kraftstoffzulauf eine dynamische Druckabsenkung, was die Gefahr von Dampfblasenbildung und Kavitation mit sich bringt. Der Druckabsenkung im Kraftstoffzulauf entsteht, weil kurzzeitig die von der Kolbenpumpe angesaugte Kraftstoffmenge größer ist als die von einer Niederdruckpumpe in den Kraftstoffzulauf geförderte Kraftstoffmenge; bzw. weil die Flüssigkeit in der Zulaufleitung beschleunigt werden muß. In diesem Betriebszustand hält der Membranspeicher den Druck im Kraftstoffzulauf mindestens teilweise aufrecht, so dass die unerwünschte Dampfblasenbildung wirksam unterdrückt wird.
Wenn der Membranspeicher, beispielsweise durch den Bruch der Membran, unwirksam geworden ist, sind Bypass und Kraftstoffzulauf den oben genannten Druckspitzen voll ausgesetzt, was über kurz oder lang zu deren Beschädigung führt. Außerdem kann ohne den Membranspeicher während des Saughubs der Kolbenpumpe Kavitation entstehen, was zu deren Beschädigung führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine mit einem klein bauenden Membranspeicher mit einem guten Dämpfungsverhalten bereitzustellen,
Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Pumpenelement, mit einem Kraftstoffzulauf, mit einer Hochdruckleitung, wobei die Kolbenpumpe Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf in die Hochdruckleitung fördert, und mit einem Membranspeicher, wobei der Membranspeicher einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum aufweist, die durch eine Membran voneinander getrennt sind, und wobei der zweite Teilraum mit dem Druck des Kraftstoffzulaufs beaufschlagt wird, dadurch gelöst, dass der erste Teilraum mit dem Kraftstoffrücklauf hydraulisch in Verbindung steht.
Vorteile der Erfindung
Durch die hydraulische Verbindung von erstem Teilraum und Kraftstoffrücklauf kann eine weiche Membran eingesetzt werden, mit der große Hübe realisierbar sind. Solche erfindungsgemäßen Membranen können aus Gummi, der gegenüber Kraftstoff nicht diffusionsdicht ist, hergestellt werden. Mebranen nach dem Stand der Technik, die diffusionsdicht sein müssen, sind sehr hart, so dass ein großer Durchmesser des Membranspeichers erforderlich ist, um das notwendige Dämpfungsvolumen aufzunehmen.
Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen erstem Teilraum und Kraftstoffrücklauf ermöglicht die Abfuhr des durch die weiche und gut dämpfende Membran diffundierenden Kraftstoffs in den Kraftstoffrücklauf.
Außerdem ist durch die erfindungsgemäße hydraulische Verbindung gewährleistet, dass selbst beim Bruch der Membran kein Kraftstoff in die Umwelt gelangen kann. Schließlich ist die erfindungsgemäße Lösung sehr einfach realisierbar und kann ohne größere Änderungen auch an bereits bestehenden in Serie gefertigten Hochdruckkraftstoffpumpen eingeführt werden.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass in der hydraulischen Verbindung zwischen erstem Teilraum und Kraftstoffrücklauf eine Drossel und/oder eine Blende vorgesehen ist, so dass die kleine Kraftstoffmenge, welche durch die Membran diffundiert ohne weiteres aus dem zweiten Teilraum ausgeschoben werden kann.
Eine nochmals gesteigerte Funktionsfähigkeit ergibt sich, wenn der Strömungswiderstand der Drossel oder der Blende in Richtung vom ersten Teilraum zum Kraftstoffrücklauf so bemessen ist, dass sich bei defekter Membran im Kraftstoffzulauf ein gegenüber dem Normalzustand deutlich verringerter zeitlich gemittelter Druck im ersten Teilraum einstellt, so dass bei Versagen des Membranspeichers die Brennkraftmaschine mit reduzierter Kraftstofffördermenge und infolgedessen auch reduzierten Drücken in der Hochdruckleitung weiterbetrieben werden kann. Somit steht dem Fahrer eines mit einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe ausgestatteten Fahrzeugs eine Notfahrfunktion zur Verfügung, die es ihm erlaubt, die nächstgelegene Werkstatt anzufahren. Wegen der reduzierten Kraftstofffördermenge und der sich daraus ergebenden Leistungsreduktion der Brennkraftmaschine erkennt das Steuergerät eine Fehlfunktion und kann eine Warneinrichtung, wie z.B. eine Signalleuchte im Armaturenbrett des Fahrzeugs, aktivieren.
Üblich ist eine Förderhöhe der Niederdruckpumpe von etwa 4 bis 6 Bar. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Strömungswiderstand der Drossel oder Blende so gewählt wird, dass sich bei defekter Membran ein mittlerer Druck von etwa 1,5 Bar im Kraftstoffzulauf einstellt. Diese Druckunterschiede sind einerseits ausreichend groß, um leicht detektiert werden zu können und andererseits ist ein Druck von 1,5 Bar im Kraftstoffzulauf ausreichend hoch, um eine Notfahrfunktion des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Das Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe wird weiter verbessert, wenn der Strömungswiderstand der Drossel oder Blende in Richtung vom ersten Teilraum zum Kraftstoffrücklauf kleiner ist als vom Kraftstoffrücklauf zum ersten Teilraum. Bei dieser Auslegung der Drossel oder Blende ist gewährleistet, dass die Abfuhr von Kraftstoff aus dem ersten Teilraum nur gegen einen geringen Strömungswiderstand erfolgen muss, während das Zurückströmen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf in den ersten Teilraum behindert wird. Infolgedessen kommt es im Betrieb zur Ausbildung von Dampfblasen im ersten Teilraum, was die Funktion des Dämpfers verbessert.
Dieser Effekt kann weiter gesteigert werden, wenn in der hydraulischen Verbindung zwischen erstem Teilraum und Kraftstoffrücklauf ein Rückschlagventil vorgesehen wird. Dieses Rückschlagventil ist so anzuordnen, dass das Rückströmen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf in den ersten Teilraum unterbunden wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe sind die Drossel, die Blende und/oder das Rückschlagventil in einem Verbindungsstück angeordnet, welches in eine die hydraulische Verbindung zwischen erstem Teilraum und Kraftstoffrücklauf bildende Bohrung in einem Pumpengehäuse der Hochdruckkraftstoffpumpe und/oder des Membranspeichers angeordnet, insbesondere eingepresst, ist.
Weitere Varianten der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe sehen vor, dass die Membran mindestens eine elastische Gummischicht aufweist und/oder dass der Membranspeicher ein federbelasteter Membranspeicher ist. Beide Varianten erlauben die Ausgestaltung eines besonders gut Druckstöße dämpfenden Membranspeichers.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Es zeigen:
Fig. 1
ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Einspritzanlage mit einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe,
Fig. 2
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe,
Fig. 3
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Drossel und eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils und
Fig. 4
eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer mit einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe 1 ausgestatteten Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 1 wird über einen Kraftstoffzulauf 3, 3a, 3b mit Kraftstoff aus einem Tank 5 versorgt. Der Kraftstoff wird von einer elektrischen Niederdruckkraftstoffpumpe 7 aus dem Tank 5 in den Kraftstoffzulauf 3 gefördert. Ein Niederdruckregler 9 regelt den Druck im Kraftstoffzulauf 3 auf beispielsweise 4 bis 6 bar.
Die erfindungsgemäße Hochdruckkraftstoffpumpe 1 fördert im hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Hochdruckleitung 11 in einen Common-Rail 13, der wiederum mit Injektoren 15 verbunden ist. Am Common-Rail 13 sind ein Druckbegrenzungsventil 17 und ein Drucksensor 19 angeordnet. Nicht dargestellt in Fig. 1 sind ein Steuergerät, welches die Regelung und Steuerung der Einspritzanlage übernimmt, Signalleitungen, elektrische Versorgungsleitungen und anderes mehr.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 1 weist bspw. mindestens ein Pumpenelement 21 mit einem Kolben (nicht dargestellt) und einem Zylinder (nicht dargestellt) auf. Das Pumpenelement 21 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 3 in die Hochdruckleitung 11. Um ein Rückströmen des Kraftstoffs aus der Hochdruckleitung 11 in das Pumpenelement 21 und aus dem Pumpenelement 21 in den Kraftstoffzulauf 3b zu unterbinden, sind ein Auslaßventil 23 in der Hochdruckleitung 11 und ein Einlaßventil 25 im Kraftstoffzulauf 3b vorgesehen.
Die Mengenregelung der Hochdruckkraftstoffpumpe 1 erfolgt über einen Bypass 27, welcher einen nicht dargestellten Förderraum des Pumpenelements 21 und den Kraftstoffzulauf 3 miteinander verbindet, und ein im Bypass 27 angeordnetes Mengensteuerventil 29.
Wenn das Mengensteuerventil 29, wie in Fig. 1 dargestellt, geöffnet ist, fördert das Pumpenelement 21 keinen Kraftstoff in die Hochdruckleitung 11, sondern ausschließlich in den Bypass 27.
Sobald das Mengensteuerventil 29 geschlossen wird, baut sich während des Förderhubs des Pumpenelements 21 ein Druck im Förderaum (nicht dargestellt) des Pumpenelements 21 auf und das Pumpenelement 21 fördert in die Hochdruckleitung 11, sobald der Druck im Förderraum (nicht dargestellt) höher ist als der Druck in der Hochdruckleitung 11 hinter dem Auslaßventil 23.
Wenn das Mengensteuerventil 29 während des Förderhubs geöffnet wird, wird der Kraftstoff im Bypass 27 und anschließend im Kraftstoffzulauf 3 mit einem Druckstoß beaufschlagt, welcher die dem Pumpenelement 21 vorgelagerten Komponenten wie Tank 5, Niederdruckkraftstoffpumpe 7, Niederdruckregler 9 oder nicht dargestellte Verbindungselemente, wie z. B. Schnellanschlüsse der Kraftstoffhochdruckpumpe, beschädigen können.
Um diese Druckstöße abzubauen, ist im Kraftstoffzulauf 3 ein Membranspeicher 31 vorgesehen. Der Membranspeicher 31, der hier nur schematisch dargestellt ist, besteht aus einem Gehäuse 33, dessen Innenraum von einer Membran 35 in zwei Teilräume unterteilt wird. Wenn die Membran 35 unbeschädigt ist, dichtet die Membran 35 die Teilräume flüssigkeitsdicht gegeneinander ab. Im ersten Teilraum 39 des Gehäuses 33 ist eine Druckfeder 37 untergebracht, die sich gegen die Membran 35 und das Gehäuse 33 abstützt. Der zweite Teilraum 43 des Gehäuses 33 ist mit dem Kraftstoffzulauf 3 verbunden und ist mit Kraftstoff gefüllt. Sobald der oben genannte Druckstoß den zweiten Teilraum 43 des Membranspeichers 31 erreicht, wird die Druckfeder 37 zusammengepresst und absorbiert somit die in dem Druckstoß enthaltene Energie.
Wenn das Pumpenelement 21 während des Saughubs mit hoher Geschwindigkeit Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 3 ansaugt, führt dies zu einem starken Druckabfall im Kraftstoffzulauf 3, 3a und 3b, da die Förderleistung der Niederdruckkraftstoffpumpe 7 nicht ausreicht, um diese Bedarfsspitze abzufahren. Während der Druck im Kraftstoffzulauf 3 genügend abgsinkt, drückt die Druckfeder 37 die Membran 35 des Membranspeichers 31 in Richtung des zweiten Teilraums und fördert somit Kraftstoff aus dem Membranspeicher 31 in den Kraftstoffzulauf 3. Der Membranspeicher 31 hat also zwei Funktionen: Er schützt die Einspritzanlage vor schädlichen Druckspitzen und er gewährleistet einen ausreichenden Kraftstofffluss aus dem Kraftstoffzulauf 3b in das Pumpenelement 21 während des Saughubs.
Die Leckagemenge des Pumpenelements 21 wird über einen Kraftstoffrücklauf 45 in den Tank 5 zurückgeleitet. Zwischen dem ersten Teilraum 39 und dem Kraftstoffrücklauf 45 ist eine Verbindungsleitung 47 mit einer Drossel 49 vorhanden über die Kraftstoff (nicht dargestellt), welcher durch die Membran 35 in den ersten Teilraum 39 diffundiert, abgeführt werden kann. Wenn die Membran 35 sich während des Saughubs, wie oben beschrieben, in Richtung des zweiten teilraums 43 bewegt, drosselt die Drossel 49 den Kraftstoffrückfluß aus dem Kraftstoffzulauf 3 in den ersten Teilraum 39 so stark, dass der Kraftstoff im ersten Teilraum 39 aufgrund des starken Unterdruck mindestens teilweise verdampft. Im ersten Teilraum herrscht also höchstens ein dem Dampfdruck des Krafstoffs entsprechender Druck, was wiederum die elastischen Eigenschaften im ersten Teilraum verbessert.
Wenn die Membran 35 des Membranspeichers 31 undicht werden sollte, fließt der Kraftstoff auch in den ersten Teilraum 39 und über die Verbindungsleitung 47 in den Kraftstoffrücklauf 45. Dadurch wird der Mebranspeicher 31 wirkungslos und der Druck im Kraftstoffzulauf 3 sinkt so weit ab (beispielsweise auf 1,5 bar), dass die Brennkraftmaschine nur noch mit reduzierter Leistung und Drehzahl betrieben werden kann. Dadurch werden Schäden, die andernfalls durch die Druckspitzen beim Steuern der Fördermenge des Pumpenelements entstehen würden verhindert. Durch den Druckabfall im Kraftstoffzulauf 3 kann die Fehlfunktion der Einspritzanlage vom nicht dargestellten Steuergerät erkannt und ein entsprechendes Notfahrprogramm aktiviert werden.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe ausschnittsweise dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das betreffend der Figur 1 Gesagte entsprechend. In Figur 2 ist deutlich zu erkennen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Pumpenelement 21 aus einem Kolben 51, der in einer Zylinderbohrung 53 geführt ist, besteht. Die Zylinderbohrung 53 und der Kolben 51 begrenzen einen Förderraum 55. Über das Einlassventil 25 kann der Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 3 in den Förderraum 55 gelangen, wenn der Kolben 51 sich in der in Figur 2 dargestellten Anordnung nach unten bewegt. Dies ist der sog. Saughub.
Sobald der Kolben 51 sich wieder nach oben in Richtung des Einlassventils 25 bewegt, verringert sich das Volumen des Förderraums 55, das Einlassventil 25 schließt und Kraftstoff wird über das Auslassventil 23 in die Hochdruckleitung 11 ausgeschoben, vorausgesetzt, das Mengensteuerventil 29 ist geschlossen.
Wenn der Kolben 51 ausreichend Kraftstoff in die Hochdruckleitung 11 gefördert hat, wird das Mengensteuerventil 29 geöffnet. Diese Schaltstellung des Mengensteuerventils 29 ist in Figur 2 dargestellt. Durch das geöffnete Mengensteuerventil 29 kann der vom Kolben 51 geförderte Kraftstoff in den Kraftstoffzulauf 3 ausgeschoben werden. Daraus resultiert der bereits erwähnte Druckstoß im Kraftstoffzulauf 3, welcher durch den Membranspeicher 31 gedämpft wird. Am Kolben 51 ist ein Ringkanal 57 vorgesehen, welcher von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 3 durchströmt wird. Dadurch wird der Kolben 51 gekühlt und geschmiert. Über eine Ablaufdrossel 59 wird der Kraftstoff aus dem Ringkanal 57 in den Kraftstoffrücklauf 45 abgeführt. Die Leckagemenge des Pumpenelements 21 wird aus einem Leckageraum 61 ebenfalls in den Kraftstoffrücklauf 45 abgeführt.
In Figur 2 ist zu erkennen, dass der Membranspeicher 31 ein Gehäuse 33 aufweist. Eine Membran 35 unterteilt das Innenvolumen des Gehäuses 33 in einen ersten Teilraum 39 und einen zweiten Teilraum 43 flüssigkeitsdicht. Der zweite Teilraum 43 ist hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf 3 verbunden. Wenn im Kraftstoffzulauf 3 ein Druckstoß auftritt, hebt dieser die Membran 35 gegen die Kraft einer im ersten Teilraum 39 angeordneten Druckfeder 63 an und baut somit diesen Druckstoß ab. Die Druckfeder 63 stützt sich über eine Stützplatte 65 einenends auf der Membran 35 ab.
Wie bereits an Hand des ersten Ausführungsbeispiels (Figur 1) erläutert, steht der erste Teilraum 39 über die Drossel 49 und die Verbindungsleitung 47 mit dem Kraftstoffrücklauf 45 hydraulisch in Verbindung. Wenn durch die Membran 35 Kraftstoff vom zweiten Teilraum 43 in den ersten Teilraum 39 diffundiert, kann dieser Kraftstoff über die Verbindungsleitung 47 abgeführt werden. Die Drossel 49 ist so bemessen, dass diese geringen Kraftstoffmengen, welche durch die Membran 35 diffundieren, ohne weiteres abgeführt werden können. Andererseits kann der Kraftstoff aus dem Kraftstoffrücklauf 45 nicht vollständig in den ersten Teilraum 39 zurückströmen, wenn die Druckfeder 63 während des Saughubs des Pumpenelements 21 die Membran wieder in ihre Ausgangslage zurückdrückt. Dieser Vorgang vollzieht sich mit einer sehr hohen Geschwindigkeit und deshalb kann der Kraftstoff aus dem Kraftstoffrücklauf 45 nicht in der gleichen Geschwindigkeit durch die Drossel 49 strömen. Es bildet sich deshalb eine Dampfblase im ersten Teilraum 39. Wegen dieser Dampfblase ist die Funktionsfähigkeit des Membranspeichers 31 als Druckdämpfer trotz der Verbindungsleitung 47 zum Kraftstoffrücklauf 45 gewährleistet. Des Weiteren ist die Drossel 49 so zu dimensionieren, dass im Fall einer defekten Membran 35 sich ein reduziertes Druckniveau im Kraftstoffzulauf 3 einstellt. Dieses reduzierte Druckniveau von z. B. 1,5 bar ist ausreichend, um einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten ohne unzulässig hohe Druckstöße im Kraftstoffzulauf 3 durch das Öffnen des Mengensteuerventils 29 zu verursachen, so dass Schäden während des Notfahrbetriebs am Kraftstoffzulauf 3 und der mit ihm verbundenen Bauteile nicht entstehen. Dies wird dadurch erreicht, dass nach der Fehlererkennung durch die Diagnose im Steuergerät, der Systemdruck im Common-Rail deutlich reduziert wird, was wiederum zu niedrigeren Druckstößen auf der Zulaufleitung nach dem Öffnen des Mengensteuerventils führt. Dadurch reduziert sich auch die Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine.
In Figur 3 sind zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Membranspeicher 31 ausschnittsweise dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3a ist an Stelle der Drossel 49 ein Rückschlagventil 67 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3b ist die Drossel 49 so ausgebildet, dass sie einen geringen Strömungswiderstand in der Strömungsrichtung vom ersten Teilraum 39 in die Verbindungsleitung 49 hat und umgekehrt einen demgegenüber deutlich größeren Strömungswiderstand hat. Dieser erhöhte Strömungswiderstand fördert die Dampfblasenbildung im ersten Teilraum 39 während des Saughubs des Pumpenelements 21 (siehe Figur 2).
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe im Schnitt dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 33 des Membranspeichers 31 zweiteilig ausgeführt. Es besteht aus einem Deckel 33a und einem Unterteil 33b. Durch Verschrauben von Deckel 33a und Unterteil 33b wird die Membran 35 festgeklemmt und gleichzeitig die Druckfeder 63 vorgespannt. Die Verbindungsleitung 47 verläuft teilweise durch den Deckel 33a und anschließend durch ein Gehäuse 69 der Hochdruckkraftstoffpumpe. In einem erweiterten Abschnitt 71 der Verbindungsleitung 47 ist ein Verbindungsteil 73 eingesetzt. In diesem Verbindungsteil 73 ist die Drossel 49 vorgesehen. Diese Lösung ist fertigungstechnisch und im Hinblick auf eventuelle Reparaturen sehr günstig. Selbstverständlich können bei allen Ausführungsbeispielen an Stelle der Drossel 49 ein Rückschlagventil vorgesehen sein. Auch die Kombination von Drossel 49 (siehe Figur 3b) und Rückschlagventil 67 (siehe Figur 3a) ist möglich und in bestimmten Anwendungsfällen auch vorteilhaft.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (10)

  1. Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Pumpenelement (21), mit einem Kraftstoffzulauf (3), mit einem Kraftstoffrücklauf (45), mit einer Hochdruckleitung (11), wobei das Pumpenelement (21) Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf (3) in die Hochdruckleitung (11) fördert, und mit einem Membranspeicher (31), wobei der Membranspeicher (31) einen ersten Teilraum (39) und einen zweiten Teilraum (43) aufweist, die durch eine Membran (35) voneinander getrennt sind, wobei der zweite Teilraum (43) mit dem Druck des Kraftstoffzulaufs (3) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilraum (39) mit einem Kraftstoffrücklauf (45) hydraulisch in Verbindung steht.
  2. Hochdruckkraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der hydraulischen Verbindung zwischen erstem Teilraum (39) und Kraftstoffrücklauf (45) eine Drossel (49) oder eine Blende vorgesehen ist.
  3. Hochdruckkraftstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Drossel (49) oder Blende in Richtung vom ersten Teilraum (39) zum Kraftstoffrücklauf (45) so bemessen ist, dass sich bei defekter Membran (35) im Kraftstoffzulauf (3) ein gegenüber dem Normalzustand deutlich verringerter mittlerer Druck einstellt.
  4. Hochdruckkraftstoffpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Drossel (45) oder Blende in Richtung vom ersten Teilraum (39) zum Kraftstoffrücklauf (45) kleiner ist als vom Kraftstoffrücklauf (45) zum ersten Teilraum (39).
  5. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der hydraulischen Verbindung zwischen erstem Teilraum (39) und Kraftstoffrücklauf (45) ein Rückschlagventil (67) vorgesehen ist.
  6. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (45), die Blende und/oder das Rückschlagventil (67) in einem Verbindungsstück (73) angeordnet sind, und dass das Verbindungsstück (73) in eine die hydraulische Verbindung zwischen erstem Teilraum (39) und Kraftstoffrücklauf (45) bildende Bohrung (71) in einem Pumpengehäuse (69) der Hochdruckkraftstoffpumpe (1) und/oder des Membranspeichers (31) angeordnet, insbesondere eingepresst, ist.
  7. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (35) mindestens eine elastische Gummischicht aufweist.
  8. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranspeicher ein federbelasteter Membranspeicher (31) ist.
  9. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (47) im Inneren der Hochdruckkraftstoffpumpe an den Kraftstoffrücklauf (45) angebunden ist.
  10. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einem Common-Rail (13) nach der Erkennung eines Ausfalls des Membranspeicher reduziert wird.
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