DE10143423A1

DE10143423A1 - Kraftstoffeinspritzsystem mit hydraulisch von der Zuleitung entkoppeltem Injektor

Info

Publication number: DE10143423A1
Application number: DE2001143423
Authority: DE
Inventors: Marcus Marheineke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-05-08
Also published as: WO2003027485A1; WO2003027485A8

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Über einen Hochdrucksammelraum (2) werden eine Anzahl von Kraftstoffinjektoren (1) über Hochdruckleitungen (4) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Die Kraftstoffinjektoren (1) umfassen einen Ringraum (12), welchen ein die Hochdruckleitung (4) aufnehmendes Anschlußstück (7) mündet. Der Hochdruckzuleitung (4) zugeordnet ist in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gesehen, vor dem Injektor (9) liegend, ein Zusatzvolumen (8, 21) aufgenommen, welches an seiner im Verteiler (2) zuweisenden Seite ein hydraulisches Entkopplungselement (6, 26) umfasst.

Description

Technisches Gebiet

Bei Kraftstoffeinspritzsystemen zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, kommen Kraftstoffinjektoren zum Einsatz, die über ein Verteilerrohr (Rail) von einem Hochdrucksammelraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt werden. Durch die im Kraftstoffeinspritzsystem auftretenden hohen Drücke von > 1350 bar, liegt das Spitzendruckniveau in Kraftstoffeinspritzsystemen auf einem sehr hohen Niveau, was dessen Dauerfestigkeit mit zunehmender Lebensdauer beeinträchtigt. Bei Einspritzende kann es durch das Schließen der Düsennadel zu einem Druckstoß im Injektor kommen, der zu unerwünscht hohen Druckspitzen führt.

Stand der Technik

DE 196 19 523 A1 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, bei dem ein in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragender Ventilkörper mittels einer Spannmutter axial gegen einen Ventilhaltekörper vorgespannt ist. Der Ventilkörper weist eine von der dem Ventilhaltekörper zugewandten Stirnfläche ausgehende Sackbohrung auf, die als Führungsbohrung ausgebildet ist, in der ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar geführt ist. Dabei weist die Führungsbohrung einen radial erweiterten Druckraum auf, der durch einen zwischen der Wand der Führungsbohrung und dem Ventilgliedschaft gebildeten Ringspalt mit einer konischen Ventilsitzfläche verbunden ist, die am nach innen ragenden, geschlossenen Ende der Führungsbohrung gebildet ist. An diese Ventilsitzfläche schließen sich stromabwärts Einspritzöffnungen an, die in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine münden. Dabei wird das axial verschiebbare Ventilglied mittels einer Rückstellfeder oder einem anders gestalteten Spannelement mit einer am brennraumseitigen Ende des Ventilglieds vorgesehenen Ventildichtfläche in Anlage am Ventilsitz gehalten. Die Kraftstoffzuführung zum Einspritzventil erfolgt über einen in den Druckraum mündenden Zulaufkanal, der den Ventilhaltekörper durchdringt und weiter über eine Einspritzleitung ständig mit einem für sämtliche Einspritzventile der zu versorgenden Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdruckspeicherraum verbunden ist. Das kolbenförmige Ventilglied weist im Bereich des Druckraums eine Ringschulter auf, an der der im Druckraum ständig anstehende Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung des Ventilglieds anliegt. Das Ventilglied wird dabei bei einer anliegenden Druck- bzw. Kolbenstange hydraulisch in seine Schließlage geführt und blockiert, wozu die dem Ventilsitz abgewandte Stirnfläche der Druckstange einen hydraulischen Schließdruckraum begrenzt. Bei dem aus DE 196 19 523 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist jedoch der Umstand von Nachteil, dass sich infolge des ständig am Einspritzventil anliegenden Kraftstoffhochdrucks die das Ventilglied führende Führungsbohrung in radiale Richtung aufweitet. Neben einer verringerten Hochdruckfestigkeit des Ventilkörpers hat dies auch eine verstärkte Leckage zwischen dem Druckraum und einem niederdruckseitig vorgesehenen Federraum zur Folge, was den Wirkungsgrad des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems beeinträchtigt.

DE 298 14 934 U1 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ist mittels einer Spannmutter axial gegen einen Ventilhaltekörper verspannt, in dem ein kolbenförmiges Ventilglied in einer Führungsbohrung axial verschiebbar geführt ist. Die Führungsbohrung weist einen radial erweiterten Druckraum auf, der durch einen zwischen der Wandung der Führungsbohrung und dem Ventilglied gebildeten Ringspalt mittels einer konisch einwärts gerichteten Ventilsitzfläche verbunden ist. An diese schließen sich stromabwärts Einspritzöffnungen an, an welche das Ventilglied unter Vorspannung mit einer Ventildichtfläche in Anlage bringbar ist. Ferner ist ein in den Druckraum mündender Kraftstoffzulaufkanal vorgesehen, der über eine Einspritzleitung ständig mit einem für sämtliche Einspritzventile der zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine gemeinsamen Hochdrucksammelraum (Common Rail) verbunden ist. Eine den Ventilkörper hintergreifende Anlagefläche der Spannmutter und eine mit dieser zusammenwirkende Gegenanschlagfläche ist am Ventilkörper derart konisch ausgebildet, dass neben der axialen Vorspannung eine radiale Spannungskomponente auf den Ventilkörper übertragen werden kann.

DE 101 14 219.6 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit vorgeordnetem Speichervolumen. Ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Versorgung der Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff umfasst eine Hochdruckpumpe. Über die Hochdruckpumpe wird eine Anzahl von Kraftstoffinjektoren mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, wobei den einzelnen Kraftstoffinjektoren jeweils ein Speichervolumen direkt vorgeschaltet ist. Bei diesen Einspritzsystemen gemäß des Common Rail-Prinzips wird der Kraftstoff vom Verteilerrohr (Rail) durch Hochdruckleitungen und gegebenenfalls Druckrohrstutzen zu den einzelnen Injektoren geführt. Ziel ist es, den im Verteilerrohr anstehenden Druck im Injektor konstant für die Einspritzung zur Verfügung zu stellen. Durch den Beginn der Einspritzung wird das System gestört: Beim Öffnen des Magnetventils des Injektors und der Düse kommt es zu einem lokalen Druckabfall. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Hochdruckleitung und Injektor strömt Kraftstoff aus der Hochdruckleitung nach, jedoch ein relativ großes Volumen, wodurch der Druck über den Systemdruck ansteigt. Entsprechend dieser Anregung schwingt der Druck in Injektor und Zuleitung erheblich, wobei die Druckschwingung nur langsam abklingt. Bei Einspritzende wird durch Schließen der Düsennadel darüber hinaus ein Druckstoß verursacht. Dieser Druckstoß überlagert sich mit der bereits ausgebildeten, jedoch im Abklingen begriffenen Druckschwingung in Injektor und Zuleitung. Fällt das Nadelschließen mit einem Maximum der Druckschwingung zusammen, so treten im Injektor unerwünscht hohe Druckspitzen auf, welche die Bauteile erheblich belasten.

Je nach Einspritzdauer der Haupteinspritzphase bildet sich somit ein unterschiedliches Druckprofil aus, welches dann die Anfangsbedingung für die Nacheinspritzung darstellt. Unterschiedliche Anfangsbedingungen für die Nacheinspritzung bewirken unterschiedliche Einspritzmengen bei gleicher Bestromungszeit des Injektormagnetventils, wodurch die während der Nacheinspritzphase eingespritzte Kraftstoffmenge auch von der Dauer der Haupteinspritzphase abhängig ist.

Demnach bewirkt die Druckschwingung im Injektor Druckspitzen, die die Lebensdauer des Injektors erheblich beeinträchtigen. Der schwingende Druckverlauf bewirkt, dass die Nacheinspritzung durch die Länge der Haupteinspritzung und den zeitlichen Abstand zwischen diesen beiden Einspritzphasen beeinflusst wird. Damit ist die Nacheinspritzmenge nicht nur allein vom Druck im Verteilerrohr (Rail) und der Bestromungszeit des Injektor- Magnetventils abhängig, sondern auch von der Haupteinspritzung. Abhilfe wurde bislang durch Vergrößerung des Volumens in der Nähe der Injektordüse geschaffen, um die auftretende Druckschwingung zu dämpfen.

Darstellung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Kombination aus einem Drosselelement und einem Volumen in der Nähe, d. h. im Zuleitungsbereich des Kraftstoffinjektors anzuordnen. Mittels einer Eingangsdrossel kann das Teilsystem Injektor/Zusatzvolumen von der Hochdruckleitung und dem übrigen Teil des Einspritzsystems hydraulisch entkoppelt werden. Ein Nachströmen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aus der Hochdruckleitung wird soweit gedämpft, dass die charakteristische Druckbeschwingung im Injektor vermieden werden kann. Durch das Vorsehen des Zusatzvolumens wird der Druckeinbruch bei Beginn der Einspritzung reduziert, da aus diesem Kraftstoffspeicher, der unmittelbar am Kraftstoffinjektor untergebracht ist, ein einen Druckeinbruch ausgleichendes Kraftstoffvolumen sofort nachströmen kann.

Die Kombination aus Drossel und Zusatzvolumen sind auf die jeweilige Applikation an einem Einspritzsystem abgestimmt, um den mittleren Einspritzdruck gegenüber dem nicht entkoppelten Common Rail (Einspritzsystem) nicht zu verringern.

Durch den Einsatz eines Drosselelementes wird der Druckverlauf entscheidend gedämpft, wodurch die bei Betrieb des Injektors maximal auftretende Druckspitze wesentlich herabgesetzt werden kann. Eine Herabsetzung der maximal auftretenden Druckspitze im Injektorkörper setzt die Bauteilbelastung erheblich herab, wodurch die Dauerfestigkeit des Injektorwerkstoffes wesentlich höher liegt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der Hochdruckleitung jeglicher Einfluss auf die Druckverläufe innerhalb des Kraftstoffmjektors genommen. Bisher war es üblich, die Länge der Hochdruckleitungen derart zu minimieren, dass die im Kraftstoffinjektor auftretenden Druckspitzen begrenzt werden konnten. Bei länger geführten Leitungen trat daher bei bisher verwendeten, konventionell beschaffenen Hochdruckleitungen in diesen eine hohe Wandreibung auf, die dem einschießenden Kraftstoff einen Teil seines Impulses nahm. Durch die Entkopplung des Injektorkörpers von der Zuleitung durch Zwischenschaltung eines Speichervolumens mit Eingangsdrossel muss dieses Kriterium bei der Auslegung von Hochdruckzuleitungen künftig nicht mehr berücksichtigt werden. Die Hochdruckleitungslänge hat lediglich bei nicht entkoppelten Kraftstoffeinspritzsystemen einen signifikanten Einfluss auf die Druckschwingung. Ist hingegen das Teilsystem Injektorkörper/Zusatzvolumen mit durch Zwischenschaltung einer Eingangsdrossel von der Hochdruckleitung hydraulisch entkoppelt, so ist eine strikte Einhaltung gleicher Hochdruckzuleitungslängen für alle Injektoren eines mehrzylindrigen Motors nicht mehr erforderlich, was zusätzliche Freiheitsgrade bei der Auslegung der Verbrennungskraftmaschine eröffnet. In Bezug auf die Länge des Verteilerrohres (Rail) wurde dieses im allgemeinen derart dimensioniert, dass die Zuleitungslänge zu den einzelnen Kraftstoffinjektoren der Verbrennungskraftmaschine minimiert war. Die Länge des Verteilerrohrs (Rail) orientierte sich meist an der Länge der Verbrennungskraftmaschine. Mit den durch die erfindungsgemäße Lösung frei wählbaren Längen der Hochdruckzuleitungen vom Verteilerrohr (Rail) zu den einzelnen Kraftstoffinjektoren ist einerseits die Position des Verteilerrohres im Zylinderkopfbereich der Verbrennungskraftmaschine frei wählbar; andererseits kann das Verteilerrohr (Rail) erheblich verkürzt werden. Die Verkürzung eines Verteilerrohres (Rail) hinsichtlich seiner Baulänge bringt eine erhebliche Kostenersparnis mit sich, da nun ein kostenintensives Langlochbohren zur Schaffung des Hohlraumes in einem Schmiede/Gussteil erheblich reduziert werden kann.

Durch die hydraulische Entkopplung des Kraftstoffinjektors von der Hochdruckzuleitung durch Zwischenschaltung eines Zusatzvolumens mit diesem vorgelagerter Eingangsdrossel wird der Druckverlauf geglättet, so dass der Einfluss der Länge der Haupteinspritzungsphase reduziert werden kann. Damit ist eine erheblich genauere, im Rahmen einer Nacheinspritzphase einzuspritzende Kraftstoffmengenbeibehaltung möglich. Ferner kann die Nacheinspritzphase nunmehr zeitlich von der Haupteinspritzphase entkoppelt werden. Die bisher sich in Abhängigkeit von der Dauer der Haupteinspritzphase einstellenden unterschiedlichen Druckprofile im Injektor werden mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung vermieden.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein hydraulisch entkoppeltes Einspritzsystem mit Zusatzvolumen samt Eingangsdrossel im Druckrohrstutzen eines Kraftstoffinjektors,
Fig. 2 ein hydraulisch entkoppeltes Einspritzsystem mit in die Hochdruckleitung integriertem Zusatzvolumen mit vorgeschalteter Eingangsdrossel,
Fig. 2.1 ein ein Zusatzvolumen darstellendes Zwischenstück in hülsenförmiger Ausbildung, integriert in die Hochdruckleitung,
Fig. 2.2 die in vergrößertem Maßstab dargestellte Eingangsdrossel an der Eingangsseite des Zwischenstücks,
Fig. 3 die Gegenüberstellung von Druckverläufen im Ringraum und Zuleitung bei Injektor mit Zusatzvolumen/Eingangsdrossel und den Verlauf des Ansteuerstromes während einer ersten Ansteuerzeit,
Fig. 4 die Druckverläufe in Ringraum und Zuleitung von Injektoren mit und ohne Zusatzvolumen/Eingangsdrossel-Kombination während einer zweiten, mehrphasigen Ansteuerzeit,
Fig. 5 die Druckverläufe in Ringraum und Zuleitung zum Injektor, in einem Verteilerrohr (Rail), jeweils für Injektoren mit und ohne Zusatzvolumen/Eingangsdrossel-Kombination während einer dritten, ebenfalls mehrphasigen Ansteuerzeit,
Fig. 6 die sich einstellenden Druckspitzen in Ringraum des Injektors für unterschiedliche Zuleitungslängen und verschiedene Einlaufdrossel-Durchmesser und
Fig. 7 das erzielbare Druckabsenkungsniveau in einer Gegenüberstellung konventioneller Kraftstoffinjektoren mit solchen Injektoren, denen eine Zusatzvolumen/Eingangsdrossel-Kombination vorgeschaltet ist.

Ausführungsvarianten

In Fig. 1 ist ein hydraulisch entkoppeltes Einspritzsystem mit Zusatzvolumen samt diesem vorgeschalteter Eingangsdrossel zu entnehmen.
Das in Fig. 1 schematisch wiedergegebene Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ein Verteilerrohr 2 (Common Rail), welches eine Anzahl von Anschlüssen 3 für Hochdruckleitungen 4 enthält. Die Anzahl der Anschlüsse 3 für Hochdruckleitungen entspricht der Anzahl der zu versorgenden Kraftstoffinjektoren an einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine. Das Verteilerrohr 2 (Common Rail) ist in der Regel als ein geschmiedetes oder gegossenes Bauteil beschaffen, welches einen Hohlraum umfasst, von dem die einzelnen, zu den Anschlüssen 3 für die Hochdruckleitungen 4 führenden Querbohrungen abzweigen. Vom Anschluss 3 der Hochdruckleitung erstreckt sich eine Hochdruckleitung 4 in Richtung auf einen Injektor 9 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Die Hochdruckleitung 4 ist in einer Leitungslänge 4.1 ausgebildet und weist einen Leitungsdurchmesser 4.2 auf. Durch die Hochdruckleitung 4 schießt unter hohem Druck stehender Kraftstoff in Richtung auf ein Zusatzvolumen 8, welches dem Injektorkörper 10 des Kraftstoffinjektors 9 vorgeschaltet ist. An einer Übergangsstelle 5 mündet die Hochdruckleitung 4 in ein Zusatzvolumen 8, welches in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 in einen Druckrohrstutzen 7 eines Injektorkörpers eines Kraftstoffinjektors 9 integriert ist.
Das Zusatzvolumen 8 - integriert in den Druckrohrstutzen 7 - ist durch ein hydraulisches Entkopplungselement 6 von der Zuleitung 4 und des die Zuleitung 4 beaufschlagenden Verteilerrohres 2 (Common Rail) entkoppelt. An der der Zuleitung 4 zuweisenden Seite des Zusatzvolumens 8 ist ein hydraulisches Entkopplungselement, welches zum Beispiel als eine Eingangsdrossel beschaffen sein kann, angeordnet, durch welchen der unter extrem hohen Druck stehende Kraftstoff vom Verteilerrohr 2 in das Zusatzvolumen 8 einströmt.
Das hydraulische Entkopplungselement 6 kann einerseits in die dem Verteiler 2 (Common Rail) zuweisende Stirnseite des Zusatzvolumens 8 im Druckrohrstutzen 7 integriert sein; daneben kann das hydraulische Entkopplungselement 6 auch als eine Querschnittsverengung in die Hochdruckzuleitung 4 integriert sein; auch die Integration eines ringförmigen Elements zur Querschnittbegrenzung in die Hochdruckzuleitung 4, die an der Übergangsstelle 5 in das Zusatzvolumen 8 übergeht, ist möglich.
Das Zusatzvolumen 8, welches im Druckrohrstutzen 7 des Injektorkörpers 10 aufgenommen werden kann, liegt bevorzugt in der Größenordnung zwischen 1 cm³ und 4,7 cm³. In den Druckrohrstutzen 7 des Injektorkörpers 10 ist ein in Fig. 1 nicht dargestellter Stabfilter eingelassen, um den einschießenden Kraftstoff vor Eintritt in einen Ringraum 12 im Injektorkörper 10 zu filtern. Der Injektor 9 umfasst einen Injektorkörper 10, in welchem ein Ringraum 12 ausgebildet ist, der einen Stößel oder eine direkt in einen Steuerraum hineinragende Düsennadel beaufschlagt. Die Stirnseite eines von einem Ringraum umgebenen Steuerraums wird durch ein zum Beispiel kugelförmig ausgebildetes Schließelement freigegeben bzw. verschlossen, so dass über die unterhalb des Schließelementes liegende Ablaufdrosselbetätigung eines Magnetventils eine Druckentlastung des Steuerraums erfolgen kann. Der hier nur schematisch angedeutete Ringraum 12 im Injektorkörper 10 steht mit der Kraftstoffzulaufbohrung, die vom Druckrohrstutzen 7 abzweigt, in Verbindung. Bei Druckbeaufschlagung des Ringraums 12 ist sichergestellt, dass in den angedeuteten Steuerraum stets ein ausreichendes Steuervolumen eintritt, während der unter hohem Druck stehende Kraftstoff gleichzeitig an einem hier nicht dargestellten Düsenraum, die Düsennadel im unteren Bereich des Injektorkörpers umschließend, ansteht. Bei Druckentlastung des Steuerraums 12 erfolgt ein Auffahren der Düsennadel bzw. einer Düsennadel/Stößelanordnung in vertikale Richtung nach oben, so dass es im Bereich der hier angedeuteten Einspritzdüse 12 zum Einspritzen von Kraftstoff in Gestalt eines Einspritzkegels 13 in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine kommt.
Neben der Integration eines Zusatzvolumens 8 in den Druckrohrstutzen 7 des Injektorkörpers 10 ist es auch möglich, das Zusatzvolumen in die Hochdruckleitung 4 zu verlegen.
Diese Ausführungsvariante ist in Fig. 2 wiedergegeben, die ein hydraulisch entkoppeltes Einspritzsystem mit in die Hochdruckleitung integriertem Zusatzvolumen mit hydraulischem Entkopplungselement umfasst.
Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein Einspritzsystem zu entnehmen, dessen Verteilerrohr 2 (Rail) über einen Anschluss 3 für eine Hochdruckleitung mit der Hochdruckleitung 4 verbunden ist. Analog zur Darstellung gemäß Fig. 2 ist die Hochdruckleitung 4 in einer Länge 4.1 ausgebildet, welche den Abstand vom Anschluss 3 zur Übergangsstelle 5 der Hochdruckleitung 4 in ein Zusatzvolumen 21 darstellt. Die Länge der Hochdruckzuleitung ist mit Bezugszeichen 4.1 bezeichnet. Über die Hochdruckleitung 4 und das in diese integrierte Zusatzvolumen 21 wird ein Kraftstoffinjektor 9, dessen Injektorkörper 10 mit einem Ringraum 12 versehen ist, mit Kraftstoff versorgt, der an einer Einspritzdüse 11 bei Betätigung einer hier nicht dargestellten Düsennadel/Stößelanordnung im Injektorkörper 10 eine Einspritzung vornimmt, die durch ein Einspritzkegel 13 angedeutet ist. Der Ringraum 12, innerhalb dessen im Injektorkörper 10 die höchsten Drücke, d. h. auch die durch Druckschwingungen und Druckpulsationen erzeugten Druckspitzen, auftreten können, bildet einen Zulauf für einen hier nicht dargestellten Steuerraum, der druckentlastbar ist und bei dessen Betätigung der Düsennadel/Stößelanordnung innerhalb des Injektorkörpers 10 eine vertikale Bewegung aufgeprägt wird, die entweder ein Schließen der Einspritzdüse 11 bzw. ein Öffnen der Einspritzdüse 11 nach sich zieht.
In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein Zusatzvolumen 21, welches in einem Innenmaß 21.1 und einem Durchmesser 21.2 ausgebildet ist, in die Hochdruckleitung 4 integriert. Die Anordnung des Zusatzvolumens 21 innerhalb der Hochdruckzuleitung 4 ist so gewählt, dass das Zusatzvolumen 21 in Bezug auf den Abstand zwischen dem Verteiler 2 (Rail) und dem Injektor 9 in dem dem Injektorkörper 10 zuweisenden Bereich der Hochdruckzuleitung 4 liegt, wobei dem Zusatzvolumen 21 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 2 ein Stabfilterelement 20 nachgeschaltet sein kann, welches den einschießenden Kraftstoff vor Eintritt in den Injektorkörper 10 einer Filterung unterzieht. Das Zusatzvolumen 21 enthält an seiner dem Verteilerrohr 2 (Rail) zuweisenden Seite ein hydraulisches Entkopplungselement 6 in Gestalt einer Eingangsdrossel. Das hydraulische Entkopplungselement 6 hat im Vergleich zum Durchmesser 4.2 der Hochdruckzuleitung 4 einen um ein Vielfaches geringeren Durchtrittsquerschnitt 6.2. Die Dimensionierung des Durchtrittsquerschnitts 6.2 des hydraulischen Entkopplungselements 6 ist abhängig von den maximal zulässigen Druckspitzen innerhalb des Injektorkörpers 10 bzw. dem noch zulässigen Druckabfall während der Einspritzphase des Kraftstoffinjektors 9. Die Anordnung des Zusatzvolumens 21 innerhalb der Hochdruckzuleitung 4 ist so gewählt, dass die Ausgangsseite des Zusatzvolumens 21 näher an der Einmündungsstelle der Hochdruckzuleitung 4 im Bereich des Stabfilters 20 in den Injektorkörper 10 orientiert ist, als die dem Verteilerrohr 2, das hydraulische Entkopplungselement 6 aufnehmende Stirnseite des Zusatzvolumens 21.
Fig. 2.1 zeigt ein ein Zusatzvolumen darstellendes Zwischenstück einer Hochdruckleitung.
In dieser Ausführungsvariante eines Zusatzvolumens 21 ist dieses als hülsenförmiges Bauteil ausgebildet, welches an seiner, dem Injektorkörper 10 zuweisenden Seite, mit einem Innengewindeabschnitt versehen ist und welches an seiner dem Verteiler 2 (Rail) zuweisenden Seite mit einem Außengewinde 27 versehen ist. Der Außengewindeabschnitt 27 des als hülsenförmiges Einbauteil beschaffenen Zusatzvolumens 21 umschließt einen Einlaufkegel 24, an welchen sich eine Vorschaltstrecke 25 anschließt. Die Vorschaltstrecke 25 mündet in einen Drosseleinlauf 26, an welchem sich ein als Bohrung ausgebildetes hydraulisches Entkopplungselement 6 anschließt. In Strömungsrichtung des Kraftstoffes gesehen schließt sich an die Ausgangsseite des hydraulischen Entkopplungselements 6 in Form einer Eingangsdrossel das Zusatzvolumen an, welches ein Innenmaß 21.2 und einen Innendurchmesser aufweist, der mit Bezugszeichen 21.2 bezeichnet ist. Die Wandstärke ist aufgrund des herrschenden Druckes größer ausgeführt als die Wandstärke der Hochdruckzuleitung 4 und in Fig. 2.1 mit Bezugszeichen 23 identifiziert. Das Kraftstoffspeichervolumen des Zusatzvolumens 21 ist durch die Auslegungsgeometrie, d. h. das Innenmaß 21.2 bzw. den Innendurchmesser 21.2 des Zusatzvolumens definiert und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1 cm³ und 4,7 cm³. Der Innendurchmesser 21.2 des Zusatzvolumens 21 kann zwischen 5 und 10 mm schwanken, abhängig vom aufzunehmenden Kraftstoffvolumen.
Fig. 2.2 zeigt die in vergrößertem Maßstab dargestellte Wiedergabe eines hydraulischen Entkopplungselements.
Das hydraulische Entkopplungselement gemäße der Darstellung in Fig. 2.2 ist als Eingangsdrosselelement 6 beschaffen, dessen Drosseleinlauftrichter 26 eine Vorschaltstrecke 25 vorgeschaltet ist. Das Eingangsdrosselelement weist eine Drossellänge 6.1 auf und ist als Bohrung gefertigt und mit einem Drosseldurchmesser 6.2 ausgebildet. Der Drosseldurchmesser 6.2 des hydraulischen Entkopplungselements 6 liegt zwischen 0,7 mm und 1,4 mm je nach Applikation des Kraftstoffeinspritzsystems. Neben einer als Bohrung beschaffenen Eingangsdrossel kann das hydraulische Entkopplungselement 6 auch als Querschnittsverengung in der Zuleitung ausgebildet sein; ferner ist es denkbar, eine Querschnittsverengung in Form eines Einsatzringes oder eines Einsatzstückes in das Innere einer Hochdruckzuleitung 4 zu verpressen und auf diesem Wege eine hydraulische Entkopplung der Zuleitung 4 von einem mit Kraftstoff zu versorgenden Injektorkörper 10 eines Kraftstoffinjektors 9 herbeizuführen.
Fig. 3 ist eine Gegenüberstellung von Druckverläufen im Ringraum des Kraftstoffinjektors und Zuleitung bei Injektoren mit Zusatzvolumen/hydraulischem Entkopplungselement und solchen Injektoren ohne diese Komponenten sowie der Verlauf des Ansteuerstroms während einer ersten Ansteuerzeit des Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Zu Beginn des Einspritzzyklus' 32 erfolgt eine Injektorstromerhöhung auf den Ansteuerstrom der Magnetspule während eines Ansteuerzeitraumes, der durch die geschweifte Klammer 31 gekennzeichnet ist. Während dieser Zeitspanne ist das Magnetventil in seiner Offenstellung, d. h. die Ablaufdrossel eines Steuerraums im Injektorkörper 10, welcher eine Düsennadel/Stößelanordnung beaufschlagt, ist geöffnet, die Düsennadel/Stößelanordnung fährt in vertikale Richtung nach oben im Injektorkörper 10 auf und gibt die Einspritzöffnungen am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 9 frei.
Mit Bezugszeichen 33 ist der sich einstellende Druckverlauf in einem Injektorringraum 12 gekennzeichnet.
Nach einer erfolgten Ansteuerung der Magnetspule 13 des Kraftstoffinjektors 9 während eines Zeitraums von 0,4 ms erfolgt der Aufbau einer Druckschwingung, welche nach einem starken Druckabfall eine Druckspitze 35 abnimmt, um dann allmählich abzuklingen und eine weitere Druckspitze 36 anzunehmen. Die Hüllkurve der sich einstellenden Druckspitzen während der Druckschwingung ist mit Bezugszeichen 37 in der Darstellung gemäß Fig. 3 gekennzeichnet und soll das Abklingen dieser Druckpulsation, die im Ringraum 12 des Kraftstoffinjektors 9 weiter schwingt und durch die Wandreibung begrenzt wird, andeuten. Die Wankungsbreiten, d. h. die Amplituden der sich einstellenden Druckschwingung 37, sind in der Darstellung gemäß Fig. 3 mit Bezugszeichen 38 gekennzeichnet.
Der Druckschwingung im Injektorringraum 12 eines Kraftstoffinjektors ohne Zusatzvolumen und hydraulisches Entkopplungselement 33 ist in der Darstellung gemäß Fig. 3 ein Druckverlauf 34 in einen Kraftstoffinjektorringraum 12 gegenübergestellt, der mit einem Zusatzvolumen und einem diesem eingangsseitig zugeordneten hydraulischen Entkopplungselement 6 versehen ist.
Gemäß des Kurvenzuges 34 (gepunktete Darstellung in Fig. 3) tritt analog zum Druckverlauf 33 zunächst nach Ende der Ansteuerzeit 31 von 0,4 s ein starker Druckabfall ein, wonach die Druckschwingung ein erstes Maximum erreicht, um dann gemäß des weiteren Verlaufs des Kurvenzuges 34 langsam abzuklingen. Die Druckschwingung gemäß des Druckverlaufs 34 in der Darstellung gemäß Fig. 3 zeichnet sich durch den Druckverlauf 33 mit einer ersten Druckspitze 35 und einer weiteren Druckspitze 36 dadurch aus, dass die zweite Schwankungsbreite 39 des Druckverlaufs 34 gemäß der Darstellung in Fig. 3 wesentlich geringer ist und damit die sich einstellenden Druckspitzen im Injektorkörper 10, insbesondere im Bereich von dessen Ringraum 12, geringer ausfallen. Dadurch wird die Dauerfestigkeit des Injektorkörpers 10 erheblich verbessert, so dass sich insgesamt eine längere Lebensdauer dieses Bauteils eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 erzielen lässt.
Im unteren Teil der Darstellung gemäß Fig. 3 sind die Druckverläufe in der Hochdruckzuleitung 4 dargestellt. Mit Bezugszeichen 40.1 ist der Druckverlauf in der Hochdruckzuleitung 4 ohne in diese integriertes Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und ohne diesem vorgeschalteten hydraulischen Entkopplungselement wiedergegeben. Gemäß des Verlaufs des Kurvenzuges 40.1 wird deutlich, dass auch in der Zuleitung sich eine Druckschwingung einstellt, die in etwa synchron zur Schwingung 37 bzw. deren Hüllkurve an die Druckspitzen 35 bzw. die weitere Druckspitze 36 der Kraftstoffdruckschwingung im Ringraum des Injektors 10 entspricht, der ohne ein Zusatzvolumen bzw. ein hydraulisches Entkopplungselement in der Kraftstoffzuleitung betrieben wird. Demgegenüber verläuft der Druck gemäß der Kurve 40.2, die den Druckverlauf in der Zuleitung 4 repräsentiert, in der ein Zusatzvolumen 8 bzw. 21 mit vorgeschaltetem hydraulischen Entkopplungselement 6 aufgenommen ist, mit wesentlich geringeren Amplituden, d. h. die auftretenden Druckspitzen liegen wesentlich unter den Druckspitzen, die im Verlauf des Kurvenzuges 40.1 in der Hochdruckzuleitung 4 ohne Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und ohne hydraulisches Entkopplungselement 6 auftreten.
Der Darstellung gemäß Fig. 4 sind die Druckverläufe im Ringraum und Zuleitung von Injektoren mit und ohne Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement während einer zweiten, mehrphasigen Ansteuerzeit zu entnehmen.
Während einer zweiten Ansteuerzeitdauer 41 wird die Magnetspule des Kraftstoffinjektors 9 während einer ersten Ansteuerphase 41.1 mit einem höheren Strom angesteuert, wobei sich an die erste Ansteuerphase 41.1 eine zweite Ansteuerphase 41.2 anschließt, in der die Magnetspule mit einem Haltestrom angesteuert wird. Nach Abschluss der zweiten Ansteuerphase nimmt der Spulenstrom wieder seinen Ausgangswert an.
Mit Bezugszeichen 42 ist der Druckverlauf in einem Ringraum 12 eines Kraftstoffinjektors 9 gekennzeichnet, welcher nach Ende der zweiten Ansteuerphase drastisch ansteigt, um anschließend wieder sehr stark abzufallen. Auch gemäß dieses mit Bezugszeichen 42 gekennzeichneten Druckverlaufs stellt sich im Ringraum 12 eines Injektorkörpers 10 eines Kraftstoffinjektors 9 eine abklingende Druckschwingung ein. Demgegenüber verläuft die sich im Ringraum 12 einstellende Druckschwingung bei einem Kraftstoffinjektor, dem ein Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und ein diesem vorgeschaltetes hydraulisches Entkopplungselement 6 zugeordnet sind, entsprechend des Druckverlaufs 43 mit wesentlich geringer ausgeprägten Amplituden. Zwar stellt sich gemäß des Druckverlaufs 43 nach Ende der zweiten Ansteuerphase 41.2 der Magnetspule des Kraftstoffinjektors 9 auch ein starker Druckanstieg im Ringraum 12 des Injektorkörpers 10 ein, jedoch bleibt dieser etwa 50% unter der Druckspitze, verglichen zum mit Bezugszeichen 42 gekennzeichneten Kurvenzug und der dort auftretenden Druckspitze nach Beendigung der zweiten Ansteuerphase 41.2. Ein Vergleich der auftretenden Schwankungsbreiten 46 bzw. 47 zeigt, dass die Amplitudenbreite 46 beim Kurvenzug 42 das etwa 1,5-fache der Schwankungsbreite 47 gemäß des Druckverlaufs 43 beim Kraftstoffinjektor 9 einnimmt, der mit einem Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und einem hydraulischen Entkopplungselement versehen ist.
Eine Gegenüberstellung zum Vergleich der Kurvenzüge 44 bzw. 45 im unteren Teil der Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt, dass gemäß des Kurvenzuges 44 in einer Hochdruckzuleitung 4 ohne Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und ohne zusätzliches hydraulisches Entkopplungselement 6 sich wesentlich höhere Druckamplituden und damit eine erheblich höhere Bauteilbelastung in der Hochdruckzuleitung 4 einstellt, verglichen mit den sich ergebenden Druckspitzen gemäß des Druckverlaufs 45 in einer Hochdruckleitung 4, die ein entweder im Druckrohrstutzen 7 aufgenommenes Zusatzvolumen 8 bzw. ein separat in die Hochdruckleitung 4 enthaltenes Zusatzvolumen 21, jeweils mit vorgeschaltetem hydraulischen Entkopplungselement, enthalten.
Fig. 5 zeigt die Druckverläufe in Ringraum und Zuleitung eines Injektors, eines Verteilerrohrs (Rail) jeweils für Injektoren mit und ohne Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement, während einer dritten, ebenfalls mehrphasigen Ansteuerzeit der Magnetspule eines Kraftstoffinjektors.
Während eines dritten Ansteuerraumes 50 wird die Magnetspule eines Kraftstoffinjektors 9 mit einem ersten Ansteuerstrom 41 betrieben, der nach etwa 0,5 ms auf einen niedrigeren Steuerstromwert 51 sinkt, der über eine Zeitspanne von etwa 3,5 ms beibehalten wird.
Während dieser Ansteuerzeit der Magnetspule eines Kraftstoffinjektors 9 stellen sich im Ringraum 12 des Injektorkörpers 10 des Kraftstoffinjektors 9 folgende Druckverläufe ein:
Bei Kraftstoffinjektoren 9, deren Ringraum 12 kein Zusatzvolumen 8 bzw. 21 mit vorgeschaltetem hydraulischen Entkopplungselement 6 zugeordnet ist, stellt sich ein Druckverlauf 53 gemäß der strichpunktierten Linie in Fig. 5 ein. Der Druckverlauf 53 ist durch hohe Druckspitzen, starke Druckschwankungen während und nach dem dritten Ansteuerzeitraum 50 der Magnetspule des Kraftstoffinjektors 9 gekennzeichnet. Demgegenüber verläuft der Druckverlauf 54 (gepunktete Darstellung) im Ringraum 12 eines Kraftstoffinjektors 9, dem ein Zusatzvolumen 8 bzw. 21 samt dieser vorgeschaltetem hydraulischen Entkopplungselement 6 zugeordnet ist, wesentlich flacher. Zwar treten auch hier Druckschwankungen nach Beendigung des dritten Ansteuerzeitraums 50 auf, jedoch verlaufen diese auf einem wesentlich für die Bauteilfestigkeit niedrigeren, d. h. günstigeren Niveau. Die Dauerfestigkeit des Injektorkörpers 10 wird durch die gemäß des Kurvenzuges 54 auftretenden Druckamplituden nicht signifikant beeinträchtigt, wohingegen die gemäß des Druckverlaufes 53 auftretenden Druckspitzen die Bauteilfestigkeit mit zunehmender Lebensdauer eines Kraftstoffinjektors 9 beeinträchtigen können.
Gemäß des strichpunktierten Kurvenzuges des Druckverlaufs 55 stellt sich in der Hochdruckzuleitung 4 ohne Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und ohne hydraulisches Entkopplungselement 6 ebenfalls eine Druckschwingung ein, an deren Maxima eine strichpunktiert dargestellte Hüllkurve angelegt wurde, um das Abklingen der sich einstellenden Druckschwingung in der Hochdruckzuleitung 4 mit zunehmender Zeit anzudeuten. Demgegenüber ist durch den in gepunkteter Darstellung gekennzeichneten Druckverlaufs 56 in der Hochdruckzuleitung 4 mit Zusatzvolumen 8 bzw. 21 und diesem vorgeschalteten hydraulischen Entkopplungselement ein wesentlich gleichmäßigerer Druckverlauf zu beobachten. Der mit Bezugszeichen 56 identifizierte Druckverlauf in der Hochdruckzuleitung 4 verläuft wesentlich materialschonender dank ausbleibender, in kurzen Zeiträumen aufeinanderfolgender Druckspitzen, was eine Zug/Schwellbelastung des Bauteils des Injektorkörpers 10 weitestgehend vermeidet.
Zusätzlich ist der Darstellung gemäß Fig. 5 der Druckverlauf im Verteiler 2 (Rail) des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zu entnehmen. Aufgrund der Beaufschlagung des Verteilers 2 (Rail) durch eine hier nicht dargestellte Hochdruckpumpe bleibt dessen Druckniveau während der ersten Hälfte der Einspritzphase nahezu konstant. Lediglich nach Ende des Ansteuerzeitraums 50 (etwa bei 4 ms) stellt sich ein bemerkbarer Druckabfall gemäß des Kurvenzuges 52 im Verteiler 2 (Rail) ein. Dies findet seine Ursache darin, dass durch die Ansteuerung der Düsennadel/Stößelanordnung im Kraftstoffinjektor 9 eine Störung, d. h. ein eine Druckschwingung auslösendes Ereignis im Injektor stattfindet und nicht im Verteiler 2 (Rail).
Fig. 6 zeigt eine Gegenüberstellung sich einstellender Druckspitzen in Ringräumen von Injektoren für unterschiedliche Zuleitungslängen und unterschiedliche Durchmesser des hydraulischen Entkopplungselements.
Über die Ansteuerzeit der Magnetspule eines Kraftstoffinjektors 60 ist die maximale Druckdifferenz zwischen Ringraumdruck und dem Druck im Verteilerrohr aufgetragen. Mit Bezugszeichen 62 ist der Druckverlauf im Ringraum 12 eines Kraftstoffinjektors 9 bezeichnet, der von einer Hochdruckzuleitung 4 beaufschlagt ist, deren Länge 4.1 etwa 600 mm beträgt. Die sich einstellenden Druckwerte stellen die maximalen Druckwerte dar, die allen Auslegungsvarianten in Fig. 6 zu entnehmen sind. Daher ist ein solchermaßen druckbeaufschlagter Injektor den höchsten Druckschwankungen, d. h. der höchsten Materialbeanspruchung ausgesetzt.
Durch den mit Dreiecken versehenen gekennzeichneten Druckverlauf 63, der auf einem wesentlich niedrigeren Druckniveau im Vergleich zum Kurvenzug 62 liegt, beträgt die Zuleitungslänge 4.1 ebenfalls 600 mm, wobei in diese ein Zusatzvolumen 8 bzw. 21 integriert ist, dem ein hydraulisches Entkopplungselement 6 vorgeschaltet ist, das in diesem Falle einen Drosseldurchmesser 6.2 von etwa 1,4 mm aufweist.
Eine weitere Druckabsenkung ist durch den Druckverlauf gemäß der durch Kreise gekennzeichneten Drücke 64 gegeben. Gemäß dieses, hier nicht durchgängig dargestellten Kurvenzuges beträgt die Zuleitungslänge 4.1 820 mm, wohingegen der Drosseldurchmesser 6.2 des hydraulischen Entkopplungselements 6 auf 1 mm reduziert wird. Gemäß der in Fig. 6 mit Kreisen und Bezugszeichen 64 identifizierten Druckpunkte stellt sich ein im Vergleich zum Druckverlauf 63 nochmals niedrigerer Maximaldruck im Ringraum 12 des Kraftstoffinjektors 9 ein.
Gleiches gilt für einen mit Bezugszeichen 65 gekennzeichneten Druckverlauf, welcher in der Darstellung gemäß Fig. 6 punktiert wiedergegeben ist und einzelne Quadrate miteinander verbindet. Der Druckverlauf 64 wurde an einem Kraftstoffeinspritzsystem aufgenommen, dessen Hochdruckzuleitung 4 in einer Zuleitungslänge 4.1 von 600 mm ausgebildet war und dessen Drosseldurchmesser 6.2 1 mm betrug. Gemäß des Kurvenzuges 64 stellt sich nach etwa 1,5 ms ein sehr niedriger Überdruck in der Ringkammer 12 des Injektorkörpers 10 ein.
Schließlich ist mit Bezugszeichen 66 ein weiterer Druckverlauf gekennzeichnet, der in einem Kraftstoffeinspritzsystem 1 aufgenommen worden ist, dessen Zuleitungslänge 4.1 600 mm betrug, wobei der Drosseldurchmesser 6.2 des hydraulischen Entkopplungselements 6auf 0,7 mm zurückgenommen war. Gemäß dieses Druckverlaufes stellt sich nach etwa 0,5 ms der Ansteuerzeit des Injektors ein nur wesentlich vom Druck im Verteilerrohr 2 (Rail) verschiedener Druck ein, wobei der Überdruck gemäß des Kurvenverlaufs 66 nach etwa 0,5 ms Einspritzansteuerdauer lediglich 50 bar oberhalb des Druckes im Verteilerrohr 2 (Rail) liegt.
Ein weiterer günstiger Druckverlauf ist durch die mit Bezugszeichen 67 gekennzeichneten Dreiecke repräsentiert. Die Druckwerte 67 wurden an einem Kraftstoffeinspritzsystem aufgenommen, dessen Zuleitungslänge 4.1 820 mm betrugt, wobei der Drosseldurchmesser 6.2 des hydraulischen Entkopplungselements 1 mm und das Kraftstoffvolumen des Zusatzvolumens 8 bzw. 21 etwa 3 cm³ annimmt.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 6 ist ersichtlich, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung der Vorschaltung eines Zusatzvolumens 8 bzw. 21 und der Vorschaltung eines hydraulischen Entkopplungselements in Bezug auf einen Kraftstoffinjektor 9 dessen Bauteil, d. h. Werkstoffbelastung signifikant um bis zu 300 bar Spitzendruckbelastung verringert werden kann, was der Lebensdauer eines Kraftstoffeinspritzsystems bzw. dessen Komponenten Kraftstoffinjektor 9 in günstiger Weise zugutekommt.
Fig. 7 zeigt die erzielbaren Druckabsenkungsniveaus in einer Gegenüberstellung konventioneller Kraftstoffinjektoren mit solchen Injektoren, denen ein Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement in Gestalt einer Eingangsdrossel vorgeschaltet ist.
Über die Ansteuerzeit einer Magnetspule eines Kraftstoffinjektors 9 aufgetragen, die in der Darstellung gemäß Fig. 7 4,0 ms beträgt, sind die mit Bezugszeichen 72 erzielbaren Maximaldruckreduktionen dargestellt. Es wird deutlich, dass die höchsten Druckspitzen zu Beginn der Einspritzung im Zeitraum bis zu 1 ms Ansteuerdauer des Magnetventils auftreten. Eine Reduktion um etwa 300 bar in der Druckspitze stellt eine erhebliche Lebensdauerreserve, sprich Materialfestigkeitsreserve, dar, so dass die Lebensdauer eines mit Zusatzvolumen 8, 21 und hydraulischem Entkopplungselement beschaffenen Kraftstoffeinspritzsystems erheblich erhöht wird. Aus den Gegenüberstellungen der Druckverläufe gemäß der Fig. 3, 4 und 5 von solchen Injektoren 9, denen ein Zusatzvolumen 8 bzw. 21 sowie ein hydraulisches Entkopplungselement 6 zugeordnet ist, gegenüber solchen Injektoren, die ohne diese Komponenten beschaffen sind, stellt sich aufgrund der Verringerung der Schwingungsamplitude 39, 47 ein wesentlich schnelleres Abklingverhalten einer Druckschwingung ein, so dass eine Nacheinspritzung hinsichtlich Zeitpunkt und Druckniveau nicht wesentlich stärker von einer dieser vorhergehenden Haupteinspritzphase, die die Störung, welche zur Anregung einer Druckschwingung im Kraftstoffeinspritzsystem führt, hervorruft, abhängt. Damit ist die genaue Beibehaltung und Reproduzierbarkeit durch eine Dämpfung der Druckschwingung durch Zusatzvolumen und hydraulisches Entkopplungselement erzielbar, was die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Einspritzung günstig beeinflusst. Bezugszeichenliste 1 Kraftstoffeinspritzsystem
2 Verteilerrohr (Rail)
3 Anschluss Hochdruckleitung
4 Hochdruckleitung
4.1 Leitungslänge
4.2 Leitungsdurchmesser
5 Übergang
6 hydraulisches Entkopplungselement
6.1 Drossellänge
6.2 Drosseldurchmesser
7 Druckrohrstutzen
8 Zusatzvolumen
8.1 Innenmaß
8.2 Durchmesser
9 Kraftstoffinjektor
10 Injektorkörper
11 Einspritzdüse
12 Ringraum
13 Einspritzkegel
20 Stabfilter
21 zuleitungsintegriertes Zusatzvolumen
21.1 Innenmaß
21 Durchmesser
22 Hülse
23 Wandstärke
24 Einlaufkegel
25 Vorschaltstrecke
26 Drosseleinlauf
27 Außengewinde Hochdruckzuleitung
30 Injektorstromansteuerung
31 erster Ansteuerzeitraum
32 Beginn Einspritzphase
33 Druckverlauf Ringraum Kraftstoffinjektor ohne Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement
34 Druckverlauf Ringraum Kraftstoffinjektor mit Zusatzvolumen/hydraulischem Entkopplungselement
35 erste Druckspitze
36 weitere Druckspitze
37 abklingende Druckschwingung
38 erste Schwankungsbreite
39 zweite Schwankungsbreite
40.1 Druckverlauf Zuleitung ohne Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement
40.2 Druckverlauf Zuleitung mit Zusatzvolumen/hydraulischem Entkopplungselement
41 zweiter Ansteuerzeitraum
41.1 erste Ansteuerphase
41.2 zweite Ansteuerphase
42 Druckverlauf Ringraum Kraftstoffinjektor ohne Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement
43 Druckverlauf Ringraum Kraftstoffinjektor mit Zusatzvolumen/hydraulischem Entkopplungselement
44 Druckverlauf Zuleitung ohne Zusatzvolumenlhydraulisches Entkopplungselement
45 Druckverlauf Zuleitung Kraftstoffinjektor mit Zusatzvolumen/hydraulischem Entkopplungselement
46 dritte Schwankungsbreite
47 vierte Schwankungsbreite
50 dritter Ansteuerzeitraum
51 weitere Ansteuerphase
52 Druckverlauf Verteiler (Rail)
53 Druckverlauf Ringraum Kraftstoffinjektor ohne Zusatzvolumenlhydraulisches Entkopplungselement
54 Druckverlauf Ringraum Kraftstoffinjektor mit Zusatzvolumenlhydraulisches Entkopplungselement
55 Druckverlauf Zuleitung ohne Zusatzvolumen/hydraulisches Entkopplungselement
56 Druckverlauf Zuleitung mit Zusatzvolumen/hydraulischem Entkopplungselement
60 Ansteuerzeit Injektor
61 Druckdifferenz Δp = p_max, Ringraum - p_rail
62 Druckverlauf erste Leitungslänge
63 Druckverlauf erste Leitungslänge mit erstem Eingangsdrosseldurchmesser
64 Druckverlauf zweite Leitungslänge mit Eingangsdrosselelement zweiter Durchmesser
65 Druckverlauf erste Leitungslänge mit zweitem Eingangsdrosseldurchmesser
66 Druckverlauf erste Leitungslänge mit drittem Eingangsdrosseldurchmesser
67 Druckverlauf zweite Leitungslänge mit zweitem Eingangsdrosseldurchmesser und Zusatzvolumen
70 Maximaldruckverlauf: p_max - p_max, _{Zusatzvolumen/hydraulisches} _{Entkopplungselement}
71 Minimaldruckverlauf: p_min - p_min, _{Zusatzvolumen/hydraulisches} _{Entkopplungselement}
72 Bauteilfestigkeitsgewinn

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Hochdrucksammelraum (2), über den eine Anzahl von Kraftstoffinjektoren (1) über jeweils eine Hochdruckleitung (4) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar sind, wobei die Kraftstoffinjektoren (1) einen Ringraum (12) umfassen, in welchen das die Hochdruckleitung (4) aufnehmendes Anschlußstück (7) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochdruckzuleitung (4) in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gesehen vor dem Injektor (9) liegend ein Zusatzvolumen (8, 21) aufgenommen ist, welches an seiner dem Hochdrucksammelraum (2) zuweisenden Seite ein hydraulisches Entkopplungselement (6, 26) umfasst.

2. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Entkopplungselement als eine Eingangsdrossel (6) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen (8) im Druckrohrstutzen (7) des Injektorkörpers (10) des Kraftstoffmjektors (9) integriert ist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen (21) in die Hochdruckzuleitung (4) integriert ist.

5. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (4.1) des in die Hochdruckleitung (4) integrierten Zusatzvolumens (21) vom Verteiler (2) größer ist als der Abstand zum Injektorkörper (10) des Kraftstoffinjektors (9).

6. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Zusatzvolumens (8, 21) applikationsabhängig von der maximalen mit dem Kraftstoffinjektor (9) einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist.

7. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (6.2) des hydraulischen Entkopplungselements (6) druckspitzenabhängig ausgewählt ist.

8. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (6.2) des hydraulischen Entkopplungselements (6) abhängig vom zulässigen Druckabfall während der Einspritzung ausgelegt ist.

9. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen (21) in den als ein hülsenförmiges Einsatzstück ausgeführt ist, an welchem ein hydraulisches Entkopplungselement (6) als Bohrung ausgebildet ist.

10. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Ansprüche 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem hydraulischen Entkopplungselement (6) eine sich an einen Einlauftrichter (24) anschließende Vorschaltstrecke (25) zugeordnet ist.

11. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffaufnahmevolumen des Zusatzvolumens (8, 21) zwischen 1 cm³ bis 4,7 cm³ beträgt.

12. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (6.2) des hydraulischen Entkopplungselements (6) zwischen 0,7 mm und 1,4 mm beträgt.

13. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Ansprüche 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser (8.1, 21.1) der Zusatzvolumina (8, 21) zwischen 5 mm und 10 mm betragen.

14. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am als Zusatzvolumen dienenden Zwischenstück (21) Gewindeansätze (27) zur Integration in eine Hochdruckleitung (4) ausgebildet sind.