AT2545U1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (2) und zumindest einer über einen Strömungsweg (3) mit dieser strömungsverbundenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) mit einer Einspritzdüse (5a), wobei der Strömungsweg (3) über ein Absteuerelement (12) druckentlastbar ist und zwischen dem Absteuerelement (12) und der Einspritzdüse (5a) eine Fixdrossel (7) mit strömungsrichtungsabhängigem Strömungswiderstand angeordnet ist, und wobei der Strömungswiderstand in Förderrichtung (8) zur Einspritzdüse (5a) geringer ist als in Rückströmrichtung von der Einspritzdüse (5a) und der Durchmesser des Drosselquerschnittes (11) der Fixdrossel (7) in Strömungsrichtung zur Einspritzdüse (5a) hin stetig abnimmt. Der Auslauf (14) der Fixdrossel (7) ist scharfkantig ausgebildet. Um den Rückfluß des Kraftstoffes in Richtung Hockdruckpumpe (2) mit geringem Bau-, Einbau- und Kostenaufwand zu verringern, ohne die Kraftstoffeinspritzung wesentlich zu behindern, ist vorgesehen, daß die Durchmesserabnahme des Drosselquerschnittes (11) der Fixdrossel degressiv ausgebildet ist und daß - in Förderrichtung (8) gesehen - der Einlauf (9) in die Fixdrossel (7) strömungsgünstig gerundet ist.

Description

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  Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe und zumindest einer über einen Strömungsweg mit dieser strömungsverbundenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Einspritzdüse, wobei der Strömungsweg über ein Absteuerelement druckentlastbar ist und zwischen dem Absteuerelement und der Einspritzdüse eine Fixdrossel mit strömungsrichtungsabhängigem Strömungswiderstand angeordnet ist, und wobei der Strömungswiderstand in Förderrichtung zur Einspritzdüse geringer ist als in Rückströmrichtung von der Einspritzdüse, der Durchmesser des Drosselquerschnittes der Fixdrossel in Strömungsrichtung zur Einspritzdüse hin stetig abnimmt und der Auslauf der Fixdrossel scharfkantig ausgebildet ist. 



  Die Funktionssicherheit von Einspritzsystemen mit intermittierenden Drücken hängt unter anderem wesentlich von jenen Vorgängen ab, die zeitlich am Ende der Einspritzungen und zwischen den einzelnen Einspritzungen ablaufen, wie etwa Absteuervorgänge, Auffüllvorgänge, Spülvorgänge od. dgl. Insbesondere sind davon jene Teile betroffen, die zwischen der Hochdruckpumpe und der Einspritzdüse positioniert sind. 



  Beim Absteuervorgang kommt es zu einem Rückströmen des Kraftstoffes in Richtung der Pumpe. Schädlich in jedem Falle sind übergrosse Rückströmgeschwindigkeiten aus der Einspritzleitung in Richtung Pumpe, welche durch die Öffnungscharakteristik der Absteuerelemente verursacht werden können. Wegen der damit verbundenen Saugwelle kann es zu Hohlraumbildungen innerhalb des Systems kommen, trotz eines positiven Förderdruckes auf der Niederdruckseite. Solche Hohlräume müssen vor der nächsten Einspritzung erst aufgefüllt werden, bevor der eigentliche Einspritzvorgang beginnen kann. Solcherart entstehende Hohlräume fluktuieren stochastisch in ihrer Grösse und führen zu einer fluktuierenden Einspritzung, was sowohl den Einspritzzeitpunkt als auch die Einspritzmenge betrifft.

   Weiters kann eine übergrosse Rückströmgeschwindigkeit einen so raschen Druckabfall an der Düse zur Folge haben, dass diese infolge ihrer Trägheit die Schliessbewegung noch nicht beendet hat, wenn der Kraftstoffdruck unter den im Zylinder herrschenden Gasdruck abfällt. Somit kann Verbrennungsgas in die Düse gelangen, was infolge des stochastisch fluktuierenden eingeschlossenen Gasvolumens ebenso wie die Hohlraumbildung zu fluktuierender Einspritzung führt und zusätzlich infolge der Einlagerung von Verbrennungsrückständen in der Düse zu Undichtheiten derselben führt. 



  Um diese Nachteile zu mindern bzw. zu vermeiden ist es bekannt, Entlastungsventile und/oder Rückströmdrosseln, die eine Begrenzung des Rückströmens aus der Einspritzleitung in definiertem Ausmass erlauben, zu verwenden. Derartige Elemente enthalten jedoch bewegliche Teile und erfordern einen nicht unerheblichen Einbau- und Kostenaufwand. 



  Es ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der eingangs genannten Art durch den Beitrag Injection rate shaping technologie with common rail fuel system (ECD-U2)", Y. Nishijima, S. Hoh und 

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 T. Iwanaga, IMECHE 28.-29. September 1995, London ; Seiten 147-159, bekannt geworden, bei dem eine Fixdrossel mit richtungsabhängigem Strömungswiderstand in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist. Dadurch, dass die Drossel einen richtungsabhängigen hydraulischen Widerstand aufweist, kann der Druckverlust in Förderrichtung in Grenzen gehalten werden, während dem Rückströmen von der Einspritzdüse ein beträchtlicher Widerstand entgegengesetzt wird.

   Die Fixdrossel ist dabei trichterartig gestaltet und verjüngt sich stetig in Strömungsrichtung zur Einspritzdüse, wobei gegenüberliegende Wände zueinander einen spitzen Winkel von etwa   200 einschliessen.   Da die Drossel nicht beweglich ist, verringert sich zwar der Einbau- und Kostenaufwand, während die Haltbarkeit und Funktionssicherheit wesentlich gesteigert werden kann. Beim Durchströmen der Drossel in der Rückströmrichtung wirkt der Kegel als Diffusor, wodurch die in diese Strömungsrichtung gewünschte Drosselwirkung stark reduziert wird. Ausserdem erfordert die trichterförmige Gestaltung relativ viel Baulänge, sodass die Fixdrossel nur in Systemen eingesetzt werden kann, bei denen genügend Einbauraum vorhanden ist. 



  Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und den Rückfluss des Kraftstoffes in Richtung Pumpe mit geringem Platz-, Einbau- und Kostenaufwand zu vermindern, ohne den Einspritzvorgang nachteilig zu beeinträchtigen. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Durchmesserabnahme des Drosselquerschnittes der Fixdrossel degressiv ausgebildet ist und dass-in Förderrichtung gesehen-der Einlauf in die Fixdrossel strömungsgünstig gerundet ist. Die Fixdrossel weist in Förderrichtung einen hohen Durchflussbeiwert, in entgegengesetzter Richtung dagegen einen niedrigen Durchflussbeiwert auf. Durch die Rundung im Bereich des Einlaufes wird erreicht, dass der Durchmesser des Strömungsquerschnittes in Strömungsrichtung zur Einspritzdüse degressiv abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass mit einer degressiven Durchmesserabnahme - bei besserer strömungsrichtungsabhängiger Drosselwirkung - die Baulänge der erfindungsgemässen Fixdrossel im Vergleich zur bekannten Fixdrossel mit konstant abnehmendem Durchmesser wesentlich kürzer gehalten werden kann. 



  In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Krümmungsradius der Rundung des Einlaufes mindestens etwa dem kleinsten Durchmesser des Drosselquerschnittes, und vorzugsweise etwa maximal dem doppelten kleinsten Durchmesser des Drosselquerschnittes entspricht. 



  Die Fixdrossel kann an beliebiger Stelle zwischen Hochdruckpumpe und der Einspritzdüse eingebaut sein. Eine besonders einfache Fertigung ist allerdings möglich, wenn die Konstantdrossel in die Hochdruckpumpe oder in die Kraftstoffeinspritzrichtung integriert wird. 



  Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig.   l   das erfindungsgemässe Einspritzsystem in einer schematischen Darstellung, Fig. 2 ein Detail dieses Einspritzsystems. 

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  Ein Einspritzsystem 1 weist eine Hochdruckpumpe 2 auf, die über einen durch eine Einspritzleitung oder eine Bohrung gebildeten Strömungsweg 3 mit einer Einspritzvorrichtung 4 verbunden ist. Der Strömungsweg 3 mündet in den Düsenraum 5 dieser Einspritzvorrichtung 4, wobei die Einspritzung durch die Einspritzdüse 5a durch Heben der Düsennadel 6 erfolgt, sobald die Kraftwirkung auf die Düsennadel infolge des Druckes im Düsenraum 5 grösser   ist..   als die auf die Düsennadel 6 wirkende Schliesskraft. Die Art der Aufbringung der Schliesskraft - ob als Federkraft oder als Hydraulikkraft - ist für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unerheblich.

   Zwischen Hochdruckpumpe 2 und der Einspritzdüse 5a ist eine Fixdrossel 7 vorgesehen, welche in Förderrichtung von der Hochdruckpumpe 2 zur Einspritzdüse 5a einen niedrigeren Strömungswiderstand bzw. einen höheren Durchflussbeiwert aufweist.. als entgegen der Förderrichtung 8. Dadurch fliesst bei Absteuerung des Druckes im Strömungsweg 3, etwa durch Öffnen eines z. B. durch ein Steuerventil gebildeten Absteuerelementes 12 zu einem Leckölsystem 13, nur eine geringe Kraftstoffmenge von der Einspritzdüse 5a zurück. 



  In Fig. 2 ist die in Fig. 1 nur schematisch angedeutete Konstantdrossel 7 im Detail dargestellt. 



  Die Fixdrossel 7 weist-in Förderrichtung 8 gesehen-auf der Seite des Eintrittes 9 eine Rundung 10 auf, sodass der Durchflussquerschnitt stetig bis zum kleinsten Durchmesser d des Drosselquerschnittes 11 hin abnimmt. In einem sehr vorteilhaften Ausführungsbeispiel liegt der Radius R der Rundung 10 beispielsweise zwischen dem einfachen und dem doppelten kleinsten Durchmesser d des Drosselquerschnittes 11. Die Länge L der Fixdrossel 7 wird dabei so kurz wie möglich gehalten und kann beispielsweise etwa dem Radius R der Rundung 10 entsprechen. Der Auslauf 14 der Konstantdrossel 7 dagegen ist scharfkantig ausgebildet, wodurch entgegen der Förderrichtung 8 ein hoher Strömungswiderstand entsteht. 



  Die Hochdruckpumpe 2 kann Teil eines konventionellen Reihen- oder Verteilereinspritzsystems oder eines   Steckpumpen- oder   Pumpedüsesystems oder auch eines Speichereinspritzsystems sein. Die Fixdrossel 7 kann dabei zwischen der Hochdruckpumpe 2 und der Einspritzvorrichtung 4 im Strömungsweg 3 vorgesehen sein. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Fixdrossel 7 in einen Bauteil des Einspritzsystems, beispielsweise in die Hochdruckeinspritzpumpe 2 oder in die Einspritzvorrichtung 4 integriert wird. Durch die Fixdrossel 7 gemäss der Erfindung kann auf bewegliche Teile, wie beispielsweise Rückströmdrosseln oder Entlastungsventile, verzichtet werden, ohne dass ein wesentlicher Druckverlust in Förderrichtung hingenommen werden muss.

   Dem Rückströmen von der Einspritzvorrichtung 4 her wird dagegen ein beträchtlicher Widerstand entgegengesetzt, welcher ausreicht, um die nachteilige Bildung von Hohlräumen oder das Eindringen von Verbrennungsgasen in die Düse infolge des Rückströmens zur Hochdruckpumpe 2 zu verhindern. 



  Die Fixdrossel eignet sich für alle bekannten Einspritzsysteme, bei denen zwischen zwei Einspritzvorgängen der Einspritzdruck abgesteuert wird und eine Rückströmung des Kraftstoffes auftritt, beispielsweise Reiheneinspritzsysteme, Verteilereinspritzsysteme, Einzeleinspritzsysteme, aber auch für Speichereinspritzsysteme od. dgl.

Claims (5)

1. ANSPRÜCHE 1. Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (2) und zumindest einer über einen Strömungsweg (3) mit dieser strömungsverbundenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) mit einer Einspritzdüse (5a), wobei der Strömungsweg (3) über ein Absteuerelement (12) druckentlastbar ist und zwischen dem Ab- steuerelement (12) und der Einspritzdüse (5a) eine Fixdrossel (7) mit strömungsrich- tungsabhängigem Strömungswiderstand angeordnet ist, und wobei der Strömungswi- derstand in Förderrichtung (8) zur Einspritzdüse (5a) geringer ist als in Rückströmrich- tung von der Einspritzdüse (5a), der Durchmesser des Drosselquerschnittes (11) der Fix- drossel (7) in Strömungsrichtung zur Einspritzdüse (5a) hin stetig abnimmt und der Auslauf (14) der Fixdrossel (7) scharfkantig ausgebildet ist,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserabnahme des Drosselquerschnittes (11) der Fixdrossel (7) degressiv ausgebildet ist und dass-in Förderrichtung (8) gesehen-der Einlauf (9) in die Fixdrossel (7) strömungsgünstig gerundet ist.
2. 2. Einspritzsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungs- radius (R) der Rundung (10) des Einlaufes (9) mindestens dem kleinsten Durchmesser (d) des Drosselquerschnittes (11) entspricht.
3. 3. Einspritzsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R) der Rundung (10) des Einlaufes (9) höchstens etwa dem doppel- ten kleinsten Durchmesser (d) des Drosselquerschnittes (11) entspricht.
4. 4. Einspritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixdrossel (7) im Bereich der Hochdruckpumpe (2) angeordnet ist.
5. 5. Einspritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixdrossel (7) in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) integriert ist.