DE102004016508A1

DE102004016508A1 - Common-Rail-System

Info

Publication number: DE102004016508A1
Application number: DE200410016508
Authority: DE
Inventors: Hans Bossemeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-04-03
Filing date: 2004-04-03
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Kraftstoff-Einspritzsystem mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (2), einer Mehrzahl von Injektoren (5), die jeweils wenigstens eine Einspritzöffnung (8) zur Einspritzung von Kraftstoff aufweisen, einer Mehrzahl von Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42), die die Hochdruckpumpe (2) mit den Einspritzöffnungen (8) verbinden, mit Drosseln (6, 7), die in den Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42) angeordnet sind, wobei in unmittelbarer Nähe zu jedem Injektor (5) wenigstens eine erste Drossel (7) angeordnet ist, die einen Strömungswiderstand hat, der in Rückrichtung zur Hochdruckpumpe (2) größer als in Strömungsrichtung zur jeweiligen Einspritzöffnung (8) ist, und wobei in der Kraftstoffdruckleitung (4, 41, 42) wenigstens eine zweite Drossel (6) angeordnet ist.

Description

Moderne Kraftstoff-Einspritzsysteme enthalten einen gemeinsamen, zentralen Hochdruckspeicher (Rail) zwischen der Hochdruckpumpe und den Injektoren. Ein derartiges Einspritzsystem ist beispielsweise aus der EP 1 162 364 B1 bekannt. Der zentrale Hochdruckspeicher ist über Kraftstoffdruckleitungen mit den einzelnen Injektoren verbunden. Zur Reduzierung von über die Kraftstoffdruckleitungen übertragenen Schwingungen zwischen dem Rail und den Injektoren wird vorgeschlagen, Drosseln mit von der Strömungsrichtung abhängigem Widerstand vorzusehen.

Der Einsatz eines üblichen Rails als zentraler Hochdruckspeicher ist sowohl hinsichtlich des Platzbedarfs, als auch hinsichtlich der Herstellkosten nachteilig. Andererseits kann auf das Rail bislang nicht einfach verzichtet werden, denn mit abnehmender Grösse des zentralen Hochdruckspeichervolumen nehmen die Nachteile hinsichtlich der Übertragung unerwünschter Druckwellen noch zu.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Common-Rail-System hat den Vorteil, dass es gegenüber heutigen Common-Rail-Systemen ein reduziertes Hochdruckspeichervolumen aufweist, wobei sich gleichzeitig unerwünschte Druckwellen wirksam reduzieren lassen. Ein grosser zentraler Hochdruckspeicher, der üblicherweise einen Querschnitt von mehr als 8 mm und eine Gesamtlänge von mehr als 15 cm hat, ist nicht erforderlich. Unter Umständen kann ein zentraler Hochdruckspeicher sogar ganz entfallen.

Vorteilhafterweise sollten das im Hochdrucksystem vorhandene Volumen und die Art der Nachförderung durch die Pumpe aufeinander abgestimmt sein.

Untersuchungen zur Mindestgröße des Hochdruckspeichers haben gezeigt, dass das effektive Hochdruckspeichervolumen von der Dauer der Injektion abhängt. Es kann kleiner, aber auch sehr viel größer als das Volumen des zentralen Hochdruckspeichers sein. Bei sehr kurzen Einspritzungen leistet das zentrale Hochdruckspeichervolumen kaum Beiträge zum effektiven Speichervolumen. Hingegen trägt bei langen Einspritzungen das gesamte Hochdruckvolumen zwischen der Hochdruckpumpe und den Injektoren zum effektiven Volumen bei. Hinzu kommt ein Beitrag auf Grund der Nachförderung der Pumpe, der von der Phasenlage zwischen den Injektionen und dem Pumpenhub abhängt.

Die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Common-Rail-Systems.

Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Systems mit verzweigter Anordnung der Kraftstoffdruckleitungen,
2 ein erfindungsgemäßes Common-Rail-System mit einer gestreckten Anordnung der Kraftstoffdruckleitungen,
3 einen Längsschnitt durch einen hohlzylindrischen Hochdrucksammelraum (Rail) und
4 einen Querschnitt durch einen kugelförmigen Hochdruckteilraum.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in 1 schematisch dargestellte Common-Rail-System 1 weist ein zu einer Hochdruckpumpe 2 gehörendes Hochdruckvolumen 3 auf. Von dem Hochdruckvolumen 3 zweigen eine Mehrzahl Kraftstoffdruckleitungen 4 ab, die den unter Druck stehenden Kraftstoff zu Einspritzöffnungen 8 an Injektoren 5 führen. In jeder Kraftstoffdruckleitung 4 sind wenigstens zwei Drosseln 6, 7 vorgesehen. Eine erste Drossel 7 ist in unmittelbarer Nähe zu den Injektoren 5 angeordnet und eine zweite Drossel 6 befindet sich näher am Kraftstoffdruckvolumen 3. Die erste Drossel 7 kann in einer alternativen Ausführungsform auch zusammen mit den Injektoren 5 eine gemeinsame Baueinheit bilden. Die erste Drossel 7 weist dabei jeweils einen richtungsabhängigen Strömungswiderstand auf. Die zweiten Drosseln 6 müssen nicht notwendigerweise einen richtungsabhängigen Strömungswiderstand haben. Da bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 jeweils eine separate Kraftstoffdruckleitung 4 von der Hochdruckpumpe 2 zu den Einspritzöffnungen 8 an den Injektoren 5 führt, wird diese Ausführung auch als verzweigte Anordnung bezeichnet.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Systems 1 schematisch dargestellt. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Hochdruckpumpe 2 hat ein Hochdruckvolumen 3, von dem eine Sammeldruckleitung 41 abzweigt. Von der Kraftstoffleitung 41 zweigen dann anschliessend jeweils Zweigleitungen 42 ab, die zu Einspritzöffnungen 8 an den Injektoren 5 führen. Die Sammeldruckleitung 41 unterteilt sich daher in mehrere Teilabschnitte, einen ersten Teilabschnitt 41a zwischen der Kraftstoffpumpe 2 und einer ersten Zweigleitung 42a, einem zweiten Teilabschnitt 41b zwischen der ersten Zweigleitung 42a und einer weiteren Zweigleitung 42b, und so weiter. Es ergibt sich jeweils ein weiterer Teilabschnitt 41c, d der Sammeldruckleitung 41 für jeden weiteren hinzukommenden Injektor 5. Im Beispielfall sind insgesamt 4 Injektoren 5 gezeigt. Zwischen der Sammeldruckleitung 41 und der jeweiligen Einspritzöffnung 8 eines Injektors 5 ist in den Zweigleitungen 42a–d jeweils wenigstens eine erste Drossel 7a–d angeordnet. Die ersten Drosslen 7a–d haben einen richtungsabhängigen Strömungswiderstand und sind in unmittelbarer Nähe zum Injektor 5 angeordnet. Sie können auch mit den Injektoren 5 eine gemeinsame Baueinheit bilden. Darüber hinaus ist im Beispielfall in jedem Teilabschnitt 41a–d der Sammeldruckleitung 41 wenigstens eine zweite Drossel 6a–d angeordnet. Die zweiten Drosseln 6a–d müssen nicht notwendigerweise einen richtungsabhängigen Strömungswiderstand haben. Sie können auch hinsichtlich ihrer Anzahl insgesamt auf wenigstens eine zweite Drossel 6 reduziert werden. Die zweite Drossel 6 sollte dann so angeordnet werden, dass sie ein möglichst großes Kraftstoffteilvolumen vom restlichen Kraftstoffvolumen trennt.
In 3 ist ein hohlzylindrischer Hochdrucksammelraum 9 im Längsschnitt dargestellt, der in der Sammeldruckleitung 41 zwischengeschaltet werden kann, wenn das Kraftstoffvolumen insgesamt vergrössert werden soll. Der Hochdrucksammelraum 9 ist prinzipiell ähnlich einem herkömmlichen Rail ausgebildet, ist jedoch hinsichtlich seiner maximalen Länge L von 15 cm bei einem Innendurchmesser I von über 8 mm deutlich kleiner als herkömmliche Rails. Der Innendurchmesser i der Sammeldruckleitung 41 ist kleiner oder gleich 8 mm.
In 4 ist ein kugelförmiger Hochdruckteilraum 10 im Schnitt dargestellt, wie er an den Verbindungsstellen der Leitungsabschnitte 41a–d, 42a–d der Kraftstoffdruckleitung 41, 42 angeordnet werden kann, wenn das Kraftstoffvolumen insgesamt vergrössert werden soll. Der Hochdruckteilraum hat einen Innendurchmesser d von maximal 20 min und ist damit relativ klein.
Bei beiden Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 haben die beiden Drosseln 6 bzw. 6a–d und 7 bzw. 7a–d die Aufgabe, Druckwellen zu bedämpfen. Eigenfrequenzen von Druckwellen in Leitungsstücken zwischen zwei Drosseln 6, 7 an denen Druckwellen teilweise reflektiert werden, hängen von den Längen der Leitungsstücke ab. Die Verwendung mehrerer Drosseln 6, 7 dient dazu, schwingungsfähige Bereiche voneinander abzutrennen und alle Eigenfrequenzen weit über die höchsten Haupteinspritzungs- und Pumpen- oder Pumpenhub-Frequenzen zu heben. Insofern kann es sein, dass im zweiten Ausführungsbeispiel nicht alle, aber mindestens eine der Drosseln 6a–d benötigt werden. Die Drosseln 7 bzw. 7a–d sind als richtungsabhängige Drosseln ausgebildet, die in Strömungsrichtung von der Hochdruckpumpe 2 zu den Einspritzöffnungen 8 der Injektoren 5 jeweils einen geringeren Strömungswiderstand aufweisen als in der Gegenrichtung zur Pumpe 2. Derartige richtungsabhängige Drosseln sind bereits bekannt (z.B. EP 11 62 364 B1 ). Sie können beispielsweise durch Querschnittsänderungen mit in Strömungsrichtung abrupter Verjüngung und anschliessender allmählicher Querschnittserweiterung gebildet sein. In Folge des sich nur langsam erweiternden Querschnitts wird ein nahezu ungehinderter Durchfluss zur Einspritzöffnung gewährleistet. Der in Rückrichtung viel höhere Strömungswiderstand infolge der düsenartigen Verengung der Drossel bewirkt eine starke Bedämpfung der unerwünschten Druckwellen.
In den Ausführungsbeispielen ist darauf geachtet, dass in Rückrichtung von der Einspritzöffnung 8 eines Injektors 5 zur Pumpe 2 jeweils Drosseln 6, 7 zwischengeschaltet sind, die die Druckschwankungen wirksam bedämpfen, wobei die Drosseln 7 richtungsabhängige Drosseln sind, aber die Drosseln 6 nicht richtungsabhängig sein müssen. Die Erfindung ist nicht auf eine Ausführungsform mit vier Injektoren beschränkt, vielmehr kann eine beliebige Anzahl von Injektoren 5 vorgesehen sein. Die Innendurchmesser i der Kraftstoffdruckleitungen 4, 41, 42 sind stets kleiner oder gleich 8 mm. Das Kraftstoff-Einspritzsystem kann jeweils einen oder mehrere Hochdrucksammelräume 9 und/oder einen oder mehrere kugelförmige Hochdruckteilräume 10 aufweisen. Es sind auch andere Anordnungen der Kraftstoffleitungen 4, 41, 42 denkbar.
Die folgenden Maßnahmen tragen dazu bei, ein einfaches Common-Rail-System ohne zentrales Speichervolumen (Rail) zwischen Hochdruckpumpe 2 und Injektoren 5 aufzubauen:

– ein zusätzliches Hochdruckspeichervolumen in jedem Injektor 5
– ein zusätzliches Hochdruckspeichervolumen in der Hochdruckpumpe 2
– Drosseln 6, 7 in den Kraftstoffdruckleitungen 41, 42 zwischen Pumpe 2 und den Einspritzöffnungen 8 der Injektoren 5. Dabei sind Drosseln mit richtungsabhängigen Strömungswiderständen, beispielsweise Venturi-Düsen, besonders gut geeignet.
– Kraftstoffdruckleitungen mit erweitertem Innendurchmesser
– richtungsabhängige Drosseln innerhalb der Injektoren
– Drosseln an Krafstoffdruckleitungen mit einheitlichen Abständen von den Injektoren
– Einspritzungen aller Injektoren in gleicher Phase zu den Pumpenhüben, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen Hochdruckpumpen und Motordrehzahl so gewählt werden kann, dass zu jedem Pumpenkolbenhub genau eine Haupteinspritzung gehört
– Phasenbeziehung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle so wählen, dass die Pumpennachförderung während der Haupteinspritzung besonders groß ist.

Die zusätzlichen Kraftstoffvolumen und die Wahl der Phasenlage dienen dazu, einspritzbedingte Druckeinbrüche kleiner zu halten. Einheitliche Phasenbeziehungen und einheitliche Drosselabstände sollen dazu beitragen, dass sich alle Injektoren gleich verhalten. Auf diese Weise werden Druckschwingungen im Kraftstoffleitungssystem auf ein unproblematisches Maß reduziert.

Claims

Kraftstoff-Einspritzsystem mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (2), einer Mehrzahl von Injektoren (5), die jeweils wenigstens eine Einspritzöffnung (8) zur Einspritzung von Kraftstoff aufweisen, einer Mehrzahl von Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42), die die Hochdruckpumpe (2) mit den Einspritzöffnungen (8) verbinden, mit Drosseln (6, 7), die in den Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42) angeordnet sind, wobei in unmittelbarer Nähe zu jedem Injektor (5) wenigstens eine erste Drossel (7) angeordnet ist, die einen Strömungswiderstand hat, der in Rückrichtung zur Hochdruckpumpe (2) größer als in Strömungsrichtung zur jeweiligen Einspritzöffnung (8) ist, und wobei in der Kraftstoffdruckleitung (4, 41, 42) wenigstens eine zweite Drossel (6) angeordnet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Hochdruckpumpe (2) zu jedem Injektor (5) eine separate Kraftstoffdruckleitung (4) führt, in der die zweite Drossel (6) angeordnet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Hochdruckpumpe (2) zu den Injektoren (5) eine Sammeldruckleitung (41) angeordnet ist, von der je eine Zweigleitung (42) zu den Einspritzöffnungen (8) führt und wobei die wenigstens eine zweite Drossel (6) in der Sammeldruckleitung (41) angeordnet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in unmittelbarer Nähe zu den Injektoren (5) angeordneten ersten Drosseln (7) baulich in diesem integriert sind.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlagen zwischen Pumpenkolbenhüben und Haupteinspritzungen für alle Injektoren (5) gleich sind.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Phasenlagen von Einspritzung und Kolbenhub der Hochdruckpumpe (2) überlagern.
Kraftstoff-Einspritzsystemn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser (i) der Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42) stets kleiner oder gleich 8 mm sind.
Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42) ein zylinderförmiger Hochdrucksammelraum (9) gebildet ist, der eine Länge (L) von maximal 15 cm und einen Durchmesser (I) größer oder gleich 8 mm hat.
Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstellen von Leitungsabschnitten (41a–d, 42a–d) der Kraftstoffdruckleitungen (4, 41, 42) kugelförmige Hochdruckteilräume (10) mit einem Durchmesser (d) von maximal 20 mm gebildet sind.