DE10108202A1 - Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Speichereinspritzsystem (Common Rail) für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Ein Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen, mit mengengeregelter Hochdruckpumpe (12) und einem den Volumenstrom und damit den Raildruck regelnden Steuergerät, weist ein steuerbares, mechanisch/hydraulisches Druckabbauventil (27, 28, 29) zur Entnahme minimaler Kraftstoffmengen aus dem Rail (13) zum Zwecke des Druckabbaus im System auf, derart, dass der gewünschte Systemdruck nicht unterschritten wird. DOLLAR A Hierbei besteht das mechanisch/hydraulische Druckabbauventil (27, 28, 29) aus zwei über eine zwischengeschaltete Drosselbohrung (33) in Wirkverbindung miteinander stehenden Ventileinheiten (27, 28), derart, dass die Drosselbohrung (33) an ihrem einen, einer ersten Ventileinheit (27) zugewandten Ende einen ersten Ventilsitz (35) für die erste Ventileinheit (27) und an ihrem anderen, einer zweiten Ventileinheit (28) zugewandten Ende einen zweiten Ventilsitz (34) für die zweite Ventileinheit (28) bildet. Ein mit dem zweiten Ventilsitz (34) zusammenwirkendes Dichtelement (40) der zweiten Ventileinheit (28) ist bei geöffneter erster Ventileinheit (27) über die Drosselbohrung (33) und gegen Federwiderstand (42) durch den Raildruck beaufschlagt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichereinspritzsystem nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Derartige Einspritzsysteme sind bekannt. Zum diesbezüglichen allgemeinen
Stand der Technik wird beispielsweise auf die deutsche Veröffentlichung
"Diesel-Speichereinspritzsystem Common-Rail, technische Unterrichtung Bosch
Nr. 1987722054; KH/VDT-0997-DE" verwiesen.
In Common-Rail-Systemen mit mengengeregelter Hochdruckpumpe (sogenannte
CP3-Systeme), die nicht über ein hochdruckseitiges Druckregelventil zur Senkung
des Systemdrucks verfügen, ist ein Druckabbau im Rail nur über Einspritz-,
Steuermenge und Leckage möglich. Dies führt dazu, dass bei Änderung der
Führungsgröße (z. B. bei Übergang des Betriebszustands der Brennkraftmaschine
in Schubbetrieb) ein zu hoher Raildruck ansteht, der nur sehr langsam abgebaut
werden kann. Bei einem speziellen Betriebszustand erhöht nämlich das Steuer
gerät, in Erwartung eines Betriebszustands, der einen hohen Raildruck verlangt,
den Raildruck, ohne dass dies für den sich anschließend ergebenden tatsächlichen
Betriebszustand nötig ist. Infolgedessen kommt es bei Übernahme des Leerlauf
reglers oder bei einem Mengenwunsch zu einer Einspritzung mit zu hohem Druck,
was wiederum zu einer "harten Verbrennung", dem sogenannten Nageln, sowie zu
einem möglichen Abstellen des Motors aufgrund unzulässiger Regelabweichung
führt.
Ein weiterer Nachteil der im Vorstehenden geschilderten Lösung ist darin zu sehen,
dass eine Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nicht mit Sicherheit gewährleistet
werden kann.
Durch die - nicht vorveröffentlichte - DE. . . (R.39 985) ist es bekannt, in Common-
Rail-Systemen mit mengengeregelter Hochdruckpumpe ein magnetventilge
steuertes Druckabbauventil vorzusehen, das jedoch naturgemäß eine elektrische
Ansteuerung erfordert.
Auch ein mechanisch/hydraulisches Druckabbauventil ist im Prinzip bereits
bekannt. Es wird diesbezüglich die DE. . . (EM 97/3178) genannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, technisch einfacher und wirksamer als
dies mit den oben geschilderten bekannten Lösungen der Fall ist, den Druckabbau
im Rail zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Einspritzsystem der eingangs
bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Durch das erfindungsgemäße, als zusätzlicher Verbraucher im Rail eingebaute
Druckabbauventil wird vorteilhafterweise das Startverhalten und die Mengenbilanz
des Systems nicht verändert. Überdies wird im Leerlauf-Betriebszustand der Brenn
kraftmaschine der Systembedarf der Fördermenge der Hochdruckpumpe erhöht,
was die Gleichförderung der Hochdruckpumpe erleichtert: Durch Öffnen des Druck
abbauventils unterhalb des Leerlauf-Raildruckes kann nämlich ein erhöhter
Leerlauf-Mengenbedarf an Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe eingestellt
werden, wodurch Gleichförderprobleme der Hochdruckpumpe verhindert werden
können.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine elektrische Ansteuerung
nicht notwendig ist und eine separate Endstufe im Spargang-Betriebszustand der
Brennkraftmaschine entfallen kann.
Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Druckabbauventil eine raum
sparende Bauweise und damit eine Integration in der Hochdruckpumpe.
Durch geeignete Einstellung der Drosselkennlinie, der Kolbenflächen und der
Federkräfte des erfindungsgemäßen Druckabbauventils lassen sich kundenindi
viduelle Applikationsmöglichkeiten schaffen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Grundgedankens der
Erfindung sind im Einzelnen aus den Patentansprüchen 2-13 ersichtlich.
Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dienen Aus
führungsbeispiele, die nachstehend detailliert beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 - in Blockschaltbild-Darstellung - eine Ausführungsform
eines Speicher-Einspritzsystems unter Verwendung eines
(nur schematisch dargestellten) Druckabbauventils, und
Fig. 2 - in gegenüber der natürlichen Größe vergrößerter Darstellung -
eine Ausführungsform eines mechanisch/hydraulischen Druck
abbauventils, im vertikalen Längsschnitt.
In Fig. 1 bezeichnet 10 ein Kraftstoff-Reservoir, 11 ein Filter und 12 eine hinsicht
lich der Kraftstoff-Fördermenge verstellbare Hochdruckpumpe (sogenannte CP3-
Pumpe). Mit 13 ist ein Kraftstoff-Speicher (sogenanntes Rail) beziffert, der vier
Injektoren 14-17 einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) speist.
Die Hochdruckpumpe 12 fördert durch eine Niederdruckleitung 18 über das Filter
11 Kraftstoff, der - durch die Pumpe 12 auf Hochdruck gebracht - über eine Hoch
druckleitung 19 dem Rail 13 zugeführt wird. Der unter Hochdruck stehende Kraft
stoff gelangt durch die Injektoren 14-17 in die Brennräume der zugeordneten
Zylinder der Brennkraftmaschine.
Die Besonderheit besteht darin, dass außer den vier Injektoren 14-17 noch ein
weiterer Verbraucher des im Rail 13 gespeicherten Kraftstoffes vorgesehen ist.
Es handelt sich um ein - in Fig. 1 nur schematisch dargestelltes - mechanisch/
hydraulisches Druckabbauventil 20, dessen Gehäuse 21 in Rechteckform ge
strichelt angedeutet ist. Fig. 1 zeigt das Druckabbauventil 20 in seiner Öffnungs
stellung, in der es von einer vergleichsweise kleinen, unter Raildruck stehenden
Kraftstoffmenge durchströmt wird, die dem Druckabbauventil 20 über eine
Leitung 22 zugeführt wird. Das Druckabbauventil 20 hat die Funktion, in
bestimmten speziellen und kurzzeitigen Betriebszuständen der Brennkraft
maschine, z. B. bei Gasstößen im Schubbetrieb oder im Leerlauf, den hierfür zu
hohen Raildruck rasch herunterzusteuern. Die hierfür dem Rail 13 über die Leitung
22 entnommene geringe Kraftstoffmenge wird deshalb auch als Absteuermenge
bezeichnet. Sie gelangt im Anschluß an das Druckabbauventil 20 in eine zum
Kraftstoff-Reservoir 10 führende unter Niederdruck stehende Rücklaufleitung 23.
Für die erforderliche Druckreduzierung sorgt eine Drossel 24, die somit einen
wesentlichen Bestandteil des Druckabbauventils 20 darstellt. In die Rücklaufleitung
23 und damit in das Kraftstoff-Reservoir 10 gelangt des Weiteren - über eine
Kühlmengenrücklaufleitung 25 - ein Teil der von der Hochdruckpumpe 12
geförderten Kraftstoffmenge, der Kühlzwecken dient, ferner - über eine Injektoren-
Rückleitung 26 - der von den Injektoren 14-17 nicht benötigte Kraftstoff sowie die
Leckagemenge des gesamten Systems.
Fig. 2 zeigt eine spezielle, bevorzugte Ausführungsform des - in Fig. 1 nur
schematisch angedeuteten - Druckabbauventils 20. Das Druckabbauventil nach
Fig. 2 setzt sich zusammen aus einer ersten Ventileinheit 27 und einer zweiten
Ventileinheit 28. Zwischen den beiden Ventileinheiten 27, 28 und jeweils beab
standet gegenüber denselben ist eine insgesamt mit 29 bezeichnete Drossel
angeordnet, die aus einem Drosselgehäuse 30 und einem in einer Axialbohrung
31 des Drosselgehäuses 30 eingepressten Drosselelement 32 besteht. Das
Drosselelement 32 weist eine durchgehende Drosselbohrung 33 mit konischen
Erweiterungen 34, 35 an ihren beiden Enden auf.
Die zweite Ventileinheit 28 besteht im Wesentlichen aus einem zweiten Ventilge
häuse 36 mit Axialbohrung 37 und einem in der Axialbohrung 37 verschieblich an
geordneten, rückseitig federbeaufschlagten zweiten Ventilkolben 38. An seinem
der Drossel 29 zugewandten einen Ende 39 ist der zweite Ventilkolben 38 kegel
förmig ausgebildet und beaufschlagt mit der Kegelspitze ein kugelförmiges Dicht
element 40, das mit der konischen Erweiterung 34 der Drosselbohrung 33
zusammenwirkt. Die konische Erweiterung 34 der Drosselbohrung 33 bildet also
damit einen zweiten Ventilsitz für die zweite Ventileinheit 28.
Rückseitig weist der zweite Ventilkolben 38 eine Vertiefung 41 auf, in die eine
zweite Druckfeder 42 eingreift. Mit ihrem rückwärtigen Ende stützt sich die zweite
Druckfeder 42 an einer Einstellschraube 43 ab, die in ein Innengewinde 44 des
zweiten Ventilgehäuses 36 eingeschraubt ist. Durch die Druckfeder 42 wird der
zweite Ventilkolben 38 in Pfeilrichtung 45, also in Richtung des zweiten Ventil
sitzes 34 druckbeaufschlagt.
Die bereits erwähnte erste Ventileinheit 27 besitzt ein erstes Ventilgehäuse 46
und einen ersten Ventilkolben 47, der in einer Axialbohrung 48 verschieblich ange
ordnet ist. Die Verschieblichkeit des ersten Ventilkolbens 47 ist rückseitig durch
einen ringförmigen Anschlag 49 begrenzt. An seinem vorderseitigen, der Drossel
29 zugewandten Ende ist der erste Ventilkolben 47 durch einen Absatz 50 stufen
förmig in ein zapfenförmiges Dichtelement 51 verjüngt, das mit seinem konischen
Ende 52 mit der konischen Drosselbohrungserweiterung 35 kooperiert, die somit
also einen ersten Ventilsitz für die erste Ventileinheit 27 bildet.
An dem Absatz 50 des ersten Ventilkolbens 47 liegt eine erste Druckfeder 53 an,
die den ersten Ventilkolben 47 in Pfeilrichtung 45 beaufschlagt. Hierbei stützt sie
sich rückwärtig an der Drossel 29 ab.
An seiner rückseitigen Stirnfläche 54 wird der erste Ventilkolben 47 in Pfeilrichtung
55 vom Raildruck beaufschlagt. Zugleich wird die (vordere) Absatzfläche 50 des
ersten Ventilkolbens 47 - durch radiale Zuführungen 56, 57 - ebenfalls mit Raildruck
beaufschlagt. Es handelt sich hierbei aber nur um mengenmäßig geringfügige Ent
nahmen aus dem Rail (13, Fig. 1).
Überwiegen die auf die Absatzfläche 50 des ersten Ventilkolbens 47 in Pfeil
richtung 45 wirkenden Kräfte der ersten Druckfeder 47 einerseits und des bei 56,
57 eingeleitenden Raildrucks andererseits, so öffnet die erste Ventileinheit 27.
Die bei 56, 57 zugeführte (geringe) Kraftstoffmenge kann nun über den ersten
Ventilsitz 35 in die Drosselbohrung 33 eintreten und diese - sofern die zweite
Ventileinheit 28 ebenfalls geöffnet ist - in Pfeilrichtung 55 durchströmen.
Die zweite Ventileinheit 28 öffnet, wenn der das kugelförmige Dichtelement 40
beaufschlagende Druck der über die geöffnete erste Ventileinheit 27 in die
Drosselbohrung 33 eingetretenen Kraftstoffmenge größer ist als der durch die
zweite Druckfeder 42, den zweiten Ventilkolben 38 und den Durchmesser des
kugelförmigen Dichtelements 40 eingestellte Öffnungsdruck der zweiten Ventil
einheit 28. Wichtig ist hierbei, dass der eingestellte Öffnungsdruck der zweiten
Ventileinheit 28 oberhalb des Mindestdrucks für die Einspritzung gewählt wird,
um das Startverhalten der Brennkraftmaschinen nicht zu beeinträchtigen. Diese
Forderung kann durch die Einstellschraube 43 ist einfacher Weise erfüllt werden.
Dadurch lässt sich leicht feststellen, ob der Öffnungsdruck über oder unter dem
Leerlaufdruck sein soll (Gleichförderproblematik der Hochdruckpumpe 12, siehe
Fig. 1). Die zweite Ventileinheit 28 bleibt geöffnet, so lange der an der Kugel 40
wirkende Raildruck größer als die entgegenwirkende Federkraft (42) ist.
Um die notwendige Pumpenfördermenge im Bereich der Volllast kleiner zu halten,
muß ab ca. 800 bar Raildruck das gesamte Druckabbauventil geschlossen werden,
damit es keinen Einfluss auf die Mengenbilanz des Systems hat. Diese Forderung
wird durch die erste Ventileinheit 27 realisiert: Durch das Flächenverhältnis des
ersten Ventilkolbens 47 an seiner Vorder- und Rückseite sowie durch die Kraft der
ersten Druckfeder 53 wird der Schließdruck der ersten Ventileinheit 27 und damit
des gesamten Druckabbauventils 27, 28, 29 bestimmt.
Eine weitere Besonderheit des Druckabbauventils 27, 28, 29 nach Fig. 2 besteht
darin, dass durch den sich in Folge des axialen Abstandes zwischen zweiter
Ventileinheit 28 und Drossel 29 ergebenden radialen Spalt - bei 58 - eine gewisse
Kraftstoffmenge (aus der durchgehenden Rücklaufleitung 25, Fig. 1, durch die z. B.
die Schmiermenge der Hochdruckpumpe 12 geführt wird) zu Kühlzwecken der
Kugel 40 zugeführt wird. Bei 59 verlässt dann diese Kühlmenge, zusammen mit der
Absteuermenge (bei geöffneter zweiter Ventileinheit 28), das Druckabbauventil und
kann anschließend in die Rücklaufleitung 23 (Fig. 1) eingeleitet werden.
Claims (13)
1. Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen, mit mengen
geregelter Hochdruckpumpe (12), einem den Volumenstrom und damit den
Raildruck regelnden Steuergerät und einem steuerbaren mechanisch/
hydraulischen Druckabbauventil (27, 28, 29), zur Entnahme minimaler Kraftstoff
mengen aus dem Rail (13) zum Zwecke des Druckabbaus im System, derart,
dass der gewünschte Systemdruck nicht unterschritten wird, dadurch gekenn
zeichnet, dass das mechanisch/hydraulische Druckabbauventil (27, 28, 29)
aus zwei über eine zwischengeschaltete Drosselbohrung (33) in Wirkverbindung
miteinander stehenden Ventileinheiten (27, 28) besteht, derart, dass die Drossel
bohrung (33) an ihrem einen, einer ersten Ventileinheit (27) zugewandten Ende
einen ersten Ventilsitz (35) für die erste Ventileinheit (27) und an ihrem anderen,
einer zweiten Ventileinheit (28) zugewandten Ende einen zweiten Ventilsitz (34)
für die zweite Ventileinheit (28) bildet, und dass ein mit dem zweiten Ventilsitz
(34) zusammenwirkendes Dichtelement (40) der zweiten Ventileinheit (28) bei
geöffneter erster Ventileinheit (27) über die Drosselbohrung (33) und gegen
Federwiderstand (42) durch den Raildruck beaufschlagt ist.
2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Drosselbohrung (33) zur Bildung der beiden Ventilsitze (34, 35) an ihren beiden
Enden jeweils eine konische Erweiterung (34 bzw. 35) aufweist.
3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselbohrung (33), einschließlich der beiden Ventilsitze (34, 35), in einem
separaten Drosselelement (32) eingearbeitet ist, das in einer Bohrung (31) eines
Drosselgehäuses (30) befestigt, vorzugsweise eingepresst, ist.
4. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass als Dichtelement der zweiten Ventileinheit (28) eine Kugel (40) dient, die
mit einem rückseitig durch eine zweite Druckfeder (42) beaufschlagten zweiten
Ventilkolben (38) in Wirkverbindung steht, derart, dass das Dichtelement (40)
durch die zweite Druckfeder (42) über den zweiten Ventilkolben (38) - entgegen
dem Raildruck - in Schließstellung gedrückt wird.
5. Speichereinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinheit (27) einen rückseitig (in
Schließrichtung) durch den Raildruck (55) und vorderseitig (in Öffnungsrichtung 45)
durch eine erste Druckfeder (53) beaufschlagten ersten Ventilkolben (47) aufweist.
6. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Ventilkolben (47, 38) der beiden Ventileinheiten (27, 28) jeweils
in einem gesonderten Ventilgehäuse (46 bzw. 36) in zueinander koaxialen
Bohrungen (48 bzw. 37) verschieblich angeordnet sind.
7. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
dass sich der erste Ventilkolben (47) vorderseitig durch einen Absatz (50) stufen
förmig in ein zapfenförmiges Dichtelement (51) verjüngt, welches mit seinem
konischen Ende (52) mit dem ersten Ventilsitz (35) kooperiert, und dass die erste
Druckfeder (53) das zapfenförmige Dichtelement (51) umgibt und sich (vorderseitig)
an dem Absatz (50) des ersten Ventilkolbens (47) abstützt.
8. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselgehäuse (30) zwischen den beiden Ventilgehäusen (46, 36) der beiden
Ventileinheiten (27, 28) angeordnet ist und dass sich die erste Druckfeder (53)
(rückseitig) an dem Drosselgehäuse (30) abstützt.
9. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Drosselgehäuse (30) und das Ventilgehäuse (36) der zweiten Ventileinheit (28)
axial beabstandet sind und dass dadurch entstandene radiale Spalte (58 bzw. 59)
zum einen zur Zu- und Abführung von der Hochdruckpumpe (12) zu Kühlzwecken
entnommenem Kraftstoff und zum anderen zur Absteuerung einer minimalen
Kraftstoffmenge aus dem Rail (13) dienen.
10. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselgehäuse (30) und das Ventilgehäuse (46) der ersten Ventileinheit (27)
axial beabstandet sind und dass ein dadurch entstandener radialer Spalt zur Zu
führung (56, 57) von dem Rail (13) entnommenem Kraftstoff zur Drosselbohrung
(33) dient.
11. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
der ersten Ventileinheit (27) durch den radialen Spalt (56, 57) zugeführte Kraftstoff
menge gleichzeitig zur Druckbeaufschlagung des Absatzes (50) am ersten Ventil
kolben (47) - hierbei die Federkraft der ersten Druckfeder (53) unterstützend - dient.
12. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kennlinie der ersten Druckfeder (53) und die Fläche des Absatzes (50) am ersten
Ventilkolben (47) so ausgelegt und aufeinander abgestimmt sind, dass sich die
erste Ventileinheit (27) bei einem Raildruck von mindestens (ca.) 800 bar in
Schließstellung befindet und nur bei Raildrücken unterhalb dieses Wertes geöffnet
ist.
13. Speichereinspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 4-12,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die den zweiten Ventilkolben (38) beauf
schlagende zweite Druckfeder (42) rückseitig an einer in das zweite Ventilgehäuse
(36) eingeschraubten Einstellschraube (43) abstützt, die zur Verstellung der
Federvorspannung und damit zur Einstellung des Öffnungsdrucks der zweiten
Ventileinheit (28) dient.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001108202 DE10108202A1 (de) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001108202 DE10108202A1 (de) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10108202A1 true DE10108202A1 (de) | 2002-08-22 |
Family
ID=7674905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001108202 Ceased DE10108202A1 (de) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10108202A1 (de) |
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