DE10122242A1 - Accumulator injection system (common rail) for internal combustion engines - Google Patents
Accumulator injection system (common rail) for internal combustion enginesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichereinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a memory injection system according to the preamble of claim 1.
Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen sind bekannt. Es wird diesbezüglich die deutsche Veröffentlichung "Diesel-Speichereinspritzsystem Common-Rail, technische Unterrichtung Bosch Nr. 1987722054; KH/VDT-0997- DE" genannt.Accumulator injection systems for internal combustion engines are known. It will in this regard, the German publication "Diesel accumulator injection system Common rail, technical information Bosch No. 1987722054; KH / VDT-0997- DE "called.
Man unterscheidet hierbei Common-Rail-Systeme, bei denen ein hochdruckseitiges Druckregelventil zur Senkung des Systemdrucks zum Einsatz kommt, und Common-Rail-Systeme mit mengengeregelter Hochdruckpumpe (sogenannte CP 3-Systeme), bei denen ein Druckabbau im Kraftstoff-Druckspeicher (Rail) nur über Einspritz-, Steuermenge und Leckage möglich ist. Auf ein solches CP3-System bezieht sich speziell die vorliegende Erfindung.A distinction is made here between common rail systems in which a high-pressure side Pressure control valve to lower the system pressure is used, and Common rail systems with volume-controlled high pressure pump (so-called CP 3 systems) in which a pressure reduction in the fuel pressure accumulator (rail) is only possible Injection, control amount and leakage is possible. On such a CP3 system specifically relates to the present invention.
Bei derartigen CP3-Systemen erfolgt die Druckregelung im Einzelnen durch variables Öffnen und Verschließen der Ansaugleitung der Hochdruckpumpe (CP3- Hochdruckpumpe). Bei niedrigen Drehzahlen und geringer Last der Brennkraftmaschine wird nur ein sehr kleiner Bruchteil der möglichen Förderleistung der Hochdruckpumpe benötigt, um den erforderlichen Druck im Rail aufzubauen. In such CP3 systems, the pressure control is carried out in detail variable opening and closing of the suction line of the high pressure pump (CP3- High pressure pump). At low speeds and low load the Internal combustion engine is only a very small fraction of the possible Delivery rate of the high pressure pump required to achieve the required pressure in the rail build.
Da die Hochdruckpumpe jedoch im Wesentlichen auf höhere Fördermengen ausgelegt ist, wie sie bei Teil- oder Volllast der Brennkraftmaschine und bei entsprechend hohen Drehzahlen derselben benötigt werden, erweist sich die gleichwohl auch bei geringer Last und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu fordernde Gleichförderung der Hochdruckpumpe in diesen speziellen Betriebszuständen als nicht zufriedenstellend, d. h. die einzelnen Elemente der Pumpe vermögen keinen gleichmäßigen Förderstrom zu erzeugen. Des Weiteren sind die Rippel auf dem Drucksignal relativ hoch, weil die Pumpenelemente nur in einem kurzen Winkel fördern und in den Förderlücken Einspritzungen erfolgen.However, since the high pressure pump essentially relies on higher flow rates is designed as they are at partial or full load of the internal combustion engine and correspondingly high speeds of the same are required, it turns out nevertheless, even at low load and low speeds Internal combustion to be promoted in this high pressure pump special operating conditions as unsatisfactory, d. H. the single ones Elements of the pump are unable to produce a uniform flow. Furthermore, the ripples on the pressure signal are relatively high because of the Pump elements only at a short angle and in the delivery gaps Injections take place.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch wenig aufwendige Maßnahmen dafür Sorge zu tragen, dass auch bei Betriebszuständen, die nur geringe Förderleistungen der Hochdruckpumpe benötigen, die erforderliche Gleichförderung der Hochdruckpumpe gewährleistet bleibt.The object of the present invention is by means of measures which are not very complex to ensure that even in operating conditions that are only minor Pumping capacities of the high pressure pump need the required Equal delivery of the high pressure pump remains guaranteed.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Einspritzsystem der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object in an injection system is the beginning designated type by the characterizing features of claim 1 solved.
Durch das erfindungsgemäße Ventil bzw. die dadurch in den in Rede stehenden speziellen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine bewirkte zusätzliche Leckage läßt sich ohne großen technischen Aufwand das gesetzte Ziel einer besseren Gleichförderung der Hochdruckpumpe erreichen, indem nämlich die zusätzliche Leckage für den nötigen Volumenstrom sorgt. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil handelt es sich somit gewissermaßen um ein Konstantleckageventil.By the valve according to the invention or the thereby in question special operating points of the internal combustion engine caused additional leakage the goal of a better one can be set without great technical effort Achieve equal promotion of the high pressure pump, namely by the additional Leakage provides the necessary volume flow. In the valve according to the invention it is a kind of a constant leakage valve.
Darüber hinaus trägt das erfindungsgemäße Ventil auch zu einer Verbesserung der Druckregelung bei, da es hilft, ein Aufschwingen des Druckregelkreises zu vermeiden. In addition, the valve according to the invention also contributes to an improvement in Pressure control, as it helps the pressure control circuit to oscillate avoid.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt also in der Erzeugung eines zusätzlichen Volumenstroms, der mit einer Regelung im Ventil gekoppelt ist. Die Vorsteuerung kann so ausgelegt werden, dass auch die Leckage durch Injektoren und Ventil abgedeckt ist.Another peculiarity of the invention lies in the generation of a additional volume flow, which is coupled with a control in the valve. The Pilot control can be designed so that leakage through injectors and valve is covered.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung können den Patentansprüchen 2-11 entnommen werden.Advantageous refinements and developments of the basic idea of Invention can be found in claims 2-11.
Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel, das im Folgenden detailliert beschrieben ist. Im Einzelnen zeigt:A serves to illustrate and explain the invention Embodiment that is described in detail below. In detail shows:
Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt und in stark vergrößerter Darstellung - eine Ausführungsform eines Konstantleckage ventils, und Fig. 1 in vertical longitudinal section and in a greatly enlarged representation - an embodiment of a constant leakage valve, and
Fig. 2 in Diagrammdarstellung - den Verlauf des Raildruckes (PRail) aufgetragen über dem Raildurchsatz (Q). Fig. 2 in a diagram - the course of the rail pressure (P rail ) plotted against the rail throughput (Q).
In Fig. 1 bezeichnet 10 einen (nur teilweise dargestellten) Druckspeicher (Rail) mit einem zur Aufnahme von Kraftstoff dienenden Innenraum 11. Der Druckspeicher 10 wird in bekannter und daher nicht näher gezeigter Weise durch eine hinsichtlich der Kraftstoff-Fördermenge verstellbare Hochdruckpumpe (sog. CP3) mit Kraftstoff versorgt. Der Druckspeicher 10 wiederum speist Injektoren (nicht gezeigt), deren Anzahl von der Zylinderzahl der betreffenden Brennkraftmaschine abhängt. Durch die Injektoren gelangt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff in die Brennräume der zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine. In FIG. 1, 10 designates a (only partially shown) pressure accumulator (rail) with an interior 11 serving to receive fuel. The pressure accumulator 10 is supplied with fuel in a known and therefore not shown manner by a high-pressure pump (CP3) which is adjustable with regard to the fuel delivery quantity. The pressure accumulator 10 in turn feeds injectors (not shown), the number of which depends on the number of cylinders of the internal combustion engine in question. The high-pressure fuel reaches the combustion chambers of the assigned cylinders of the internal combustion engine through the injectors.
Außer den genannten Injektoren ist an den Druckspeicher 10 - gewissermaßen als weiterer Verbraucher - ein insgesamt mit 12 beziffertes Ventil angeschlossen. Das Ventil 12 besitzt ein im Wesentlichen zylindrisches Ventilgehäuse 13 mit zwei Stirnflächen 14 und 15 und einem im Wesentlichen zylindrischen Innenraum (Ventilraum) 16. An der Stirnfläche 14 des Ventilgehäuses 13 ist ein zapfenförmiger Fortsatz 17 angeformt, der ein Außengewinde 18 und einen zum Ventilraum 16 koaxialen und in diesen einmündenden Ventilzulauf 19 aufweist. Das Ventilgehäuse 13 und damit das Ventil 12 insgesamt ist mittels des Fortsatzes 17, der in ein entsprechendes Innengewinde des Druckspeichers 10 eingeschraubt ist, an dem Druckspeicher 10 befestigt. Durch den Ventilzulauf 19 wird eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum 11 des Druckspeichers 10 und dem Ventilraum 16 hergestellt.In addition to the injectors mentioned, a total of 12 valve is connected to the pressure accumulator 10 - as a further consumer, so to speak. The valve 12 has an essentially cylindrical valve housing 13 with two end faces 14 and 15 and an essentially cylindrical interior (valve space) 16 . A peg-shaped extension 17 is formed on the end face 14 of the valve housing 13 and has an external thread 18 and a valve inlet 19 coaxial with the valve chamber 16 and opening into it. The valve housing 13 and thus the valve 12 as a whole is secured to the pressure accumulator 10 by means of the extension 17 which is screwed into a corresponding internal thread of the pressure reservoir 10th The valve inlet 19 creates a hydraulic connection between the interior 11 of the pressure accumulator 10 and the valve chamber 16 .
Am Übergang des Ventilzulaufs 19 in dem Ventilraum 16 ist ein konischer Ventilsitz 20 ausgebildet, der mit einem kugelförmigen Ventilkörper 21 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 21 wird von einer Druckfeder 22 in der durch einen Pfeil 23 angedeuteten Schließrichtung des Ventils 12 kraftbeaufschlagt. Entgegen der Schließkraft der Druckfeder 22, und damit in Öffnungsrichtung 24 des Ventils 12, wirkt auf den Ventilkörper 21 über den Ventilzulauf 19 der im Innenraum 11 des Druckspeichers 10 herrschende Raildruck, der also bestrebt ist, das Ventil 12 in dessen aus Fig. 1 ersichtliche Öffnungsstellung zu betätigen.At the transition of the valve inlet 19 in the valve chamber 16 , a conical valve seat 20 is formed which interacts with a spherical valve body 21 . The valve body 21 is acted upon by a compression spring 22 in the closing direction of the valve 12 indicated by an arrow 23 . Contrary to the closing force of the compression spring 22 , and thus in the opening direction 24 of the valve 12 , acts on the valve body 21 via the valve inlet 19 of the rail pressure prevailing in the interior 11 of the pressure accumulator 10 , which therefore strives to valve 12 in the valve 12 shown in FIG. 1 To open position.
Rückseitig stützt sich die Druckfeder 22 an einem Schraubenelement 25 ab, das in eine Gewindebohrung 26 des Ventilgehäuses 13 eingeschraubt ist. Das Schraubenelement 25 bildet hierbei einen Teil einer mit 27 bezifferten Bodenfläche des Ventilraumes 16. Das Schraubenelement 25 fungiert als Druckjustiervorrichtung für das Ventil 12, da sich hiermit - je nachdem, wie weit das Schraubenelement 25 in die Gewindebohrung 26 eingeschraubt ist, - eine Verstellung der Vorspannung der Druckfeder 22 bewirken läßt. Insgesamt gesehen sollten Ventilkörper 21, Ventilsitz 20 und Vorspannung der Druckfeder 22 so ausgefegt und aufeinander abgestimmt sein, dass das Ventil 12 erst oberhalb eines festgelegten Minimal-Rail-Druckes Pmin (siehe auch Fig. 2) im Innenraum 11 des Druckspeichers 10 öffnet. On the back, the compression spring 22 is supported on a screw element 25 which is screwed into a threaded bore 26 of the valve housing 13 . The screw element 25 here forms part of a bottom surface of the valve chamber 16 numbered 27. The screw element 25 functions as a pressure adjusting device for the valve 12 , since it can be used to adjust the prestress of the compression spring 22 , depending on how far the screw element 25 is screwed into the threaded bore 26 . Seen overall, the valve body 21 , valve seat 20 and pretension of the compression spring 22 should be swept out and matched to one another in such a way that the valve 12 only opens in the interior 11 of the pressure accumulator 10 above a specified minimum rail pressure P min (see also FIG. 2).
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass als Ventilablauf (bei geöffnetem Ventil 12) eine insgesamt mit 28 bezeichnete Drossel dient, die als Radialbohrung mit veränderlichem Durchmesser in das Ventilgehäuse 13 eingearbeitet ist. Als eigentlicher Drosselquerschnitt fungiert hierbei ein mit 29 bezifferter mittlerer Abschnitt mit minimalem Querschnitt der Drossel 28.A further peculiarity is that the valve outlet (with valve 12 open) is a throttle, designated overall by 28, which is incorporated into the valve housing 13 as a radial bore with a variable diameter. The actual throttle cross-section here is a central section, numbered 29, with a minimal cross-section of the throttle 28 .
Wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, arbeitet die aus Fig. 1 ersichtliche im Vorstehenden beschriebene Ventilanordnung im Einzelnen wie folgt. Im Ventil 12 wird durch die eingebaute Druckfeder 22 der Druck auf einen Minimaldruck Pmin eingeregelt, der beispielsweise 150 bar betragen kann. Wenn das Ventil 12 bei diesem Druck öffnet, kann die in den Ventilraum 16 einströmende Kraftstoffmenge zunächst vollständig von der Drossel 28 abgeführt werden, so dass sich der Druck PRail im System bis zu einem (von dem Querschnitt des Drosselbohrungsab schnittes 29 abhängenden) Volumenstromwert Q1 praktisch nicht zu erhöhen vermag (siehe Fig. 2). Steigt der von der Hochdruckpumpe geförderte Volumenstrom (Q) weiter an, so erfolgt eine kontinuierliche Druckerhöhung im System, dadurch bedingt, dass es dem Drosselquerschnitt 29 - erwünschter maßen und ganz gezielt - nicht mehr möglich ist, diesen erhöhten Kraftstoffstrom vollständig abzuleiten. Der durch die Drossel 28 abgeleitete geringe Volumenstrom stellt also dann im Verhältnis zu dem von der Hochdruckpumpe insgesamt geförderten Volumenstrom gewissermaßen eine (zusätzliche) Leckage dar.As can be seen in particular from FIG. 2, the valve arrangement described in FIG. 1 described above works in detail as follows. In the valve 12 , the pressure spring 22 is regulated by the built-in pressure spring 22 to a minimum pressure P min , which can be, for example, 150 bar. When the valve 12 opens at this pressure, the amount of fuel flowing into the valve chamber 16 can first be completely discharged from the throttle 28 , so that the pressure P Rail in the system up to a volume flow value Q (depending on the cross section of the throttle bore section 29 ) 1 is practically unable to increase (see FIG. 2). If the volume flow (Q) conveyed by the high-pressure pump continues to increase, there is a continuous pressure increase in the system, due to the fact that it is no longer possible for the throttle cross-section 29 - more desirable and specifically targeted - to completely discharge this increased fuel flow. The low volume flow derived by the throttle 28 thus represents a (additional) leakage in relation to the volume flow delivered by the high pressure pump.
Was die unterschiedlichen Querschnitte der Drossel 28 anbelangt, so haben diese im Einzelnen eine verschiedenartige Funktion: Die beiden - mit 30, 31 bezifferten - Abschnitte größeren Querschnitts haben die Aufgabe der Druckregelung in dem Durchsatzbereich a (Durchsatz O-Q1), während der Abschnitt 29 mit dem engen Querschnitt zur Begrenzung der maximalen Durchflußmenge dient. Im Regelbereich a des Ventils 12 wird die steigende Leckage der (nicht dargestellten) Injektoren durch den Verschleiß über die Lebensdauer ausgeglichen, weil die Druckfeder 22 über den Ventilkörper 21 den Durchflußquerschnitt verringert, und somit der Druck (Pmin) wieder konstant gehalten werden kann.As far as the different cross-sections of the throttle 28 are concerned, they have a different function in detail: the two sections - with 30, 31 numbered - of larger cross-section have the function of pressure control in the throughput range a (throughput OQ 1 ), while the section 29 with the narrow cross section serves to limit the maximum flow rate. In the control range a of the valve 12 , the increasing leakage of the injectors (not shown) is compensated for by the wear over the service life, because the compression spring 22 reduces the flow cross section via the valve body 21 , and thus the pressure (P min ) can be kept constant again.
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