DE102005012928A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe (10) und jeweils einen Injektor (12) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine auf, der zumindest mittelbar über eine hydraulische Leitung (26; 27) mit der Hockdruckpumpe (10) verbunden ist. Jeder Injektor (12) ist über eine hydraulische Leitung (26; 27) mit der Hochdruckpumpe (10) und/oder mit dem Injektor (12) eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine verbunden. Auf diese Weise kann ein üblicherweise zwischen der Hochdruckpumpe (10) und den Injektoren (12) vorgesehener Hochdruckspeicher entfallen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer
  • Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die EP 0 299 337 A bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe auf, durch die Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher, ein sogenanntes Rail, gefördert wird. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor zur Kraftstoffeinspritzung vorgesehen, wobei jeder Injektor über eine an einem Hochdruckanschluss des Injektors angeschlossene hydraulische Leitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist. Nachteilig bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist der große Fertigungs- und Montageaufwand, der durch den zwischen der Hochdruckpumpe und den Injektoren angeordneten Hochdruckspeicher verursacht wird. Der Hochdruckspeicher muss wegen dem in diesem herrschenden Hochdruck eine große Festigkeit aufweisen. Darüberhinaus wird durch den Hochdruckspeicher der im Umfeld der Brennkraftmaschine für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung erforderliche Bauraum vergrößert.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass bei dieser kein Hochdruckspeicher erforderlich ist, wodurch deren Fertigung und Montage vereinfacht und deren Bauraumbedarf reduziert ist.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben.
    •
  • Zeichnung
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 einen Injektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in vergrößerter Darstellung und die 3 bis 10 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In den 1 bis 10 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine dargestellt, die vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck gefördert wird. An jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 12 angeordnet, durch den Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt werden kann. In den 1 bis 10 sind dabei nur einige der Injektoren 12 dargestellt, wobei weitere Injektoren bis zum letzten Injektor 12d durch Punkte angedeutet sind. Der Injektor 12 weist wie in 2 dargestellt ein Kraftstoffeinspritzventil 14, durch das Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt wird, und einen elektrisch betätigten Aktor 16 auf. Durch den Aktor 16 wird die Öffnungs- und Schließbewegung eines Einspritzventilglieds 15 des Kraftstoffeinspritzventils 14 gesteuert. Der Aktor 16 ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Aktor, der abhängig von einer an diesen angelegten elektrischen Spannung seine Größe ändert. Durch diese Größenänderung kann eine Schaltfunktion erzielt werden, mittels der das Einspritzventilglied 15 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Der Aktor 16 wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 18 angesteuert. Der Aktor 16 ist in einem kraftstoffgefüllten Raum 20 in einem Gehäuse 22 des Injektors 12 angeordnet. Der Aktor 16 kann beispielsweise auf einen Kolben 17 wirken, durch den ein Steuerraum 19 begrenzt wird, wobei das Einspritzventilglied 15 durch den im Steuerraum 19 herrschenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt ist. Der Kolben 17 wird durch eine vorgespannte Feder 21 in Anlage am Aktor 16 gehalten. Das Einspritzventilglied 15 wird außerdem durch eine vorgespannte Feder 23 in Schließrichtung beaufschlagt. Wenn an den Aktor 16 durch die Steuereinrichtung 18 eine elektrische Spannung angelegt ist, so dehnt sich dieser aus und drückt den Kolben 17 in den Steuerraum 19, in dem somit ein hoher Druck herrscht, durch den das Einspritzventilglied 15 in seiner Schließstellung gehalten wird, so dass keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Wenn durch die Steuereinrichtung 18 keine elektrische Spannung an den Aktor 16 angelegt wird, so verringert dieser seine Ausdehnung, so dass der Kolben 17 durch die Feder 21 aus dem Steuerraum 19 herausbewegt wird, wodurch der Druck im Steuerraum 19 sinkt. Das Einspritzventilglied 15 wird dann durch den auf dieses in Öffnungsrichtung wirkenden Hochdruck gegen den im Steuerraum 19 herrschenden geringen Druck und gegen die Kraft der Feder 23 in seine Öffnungsstellung bewegt, so dass Kraftstoff eingespritzt wird.
  • Am Gehäuse 22 des Injektors 12 sind zwei Hochdruckanschlüsse 24 vorgesehen, über die unter Hochdruck stehender Kraftstoff dem Injektor 12 zugeführt wird bzw. von diesem weitergeführt wird. Die Hochdruckanschlüsse 24 sind mit dem Raum 20 verbunden, in dem der Aktor 16 angeordnet ist. Außerdem sind die Hochdruckanschlüsse 24 über den Raum 20 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 14 verbunden, um diesem den für die Kraftstoffeinspritzung erforderlichen Kraftstoff zuzuführen. Der Raum 20 bildet dabei einen Hochdruckspeicher, aus dem der Kraftstoff zur Einspritzung entnommen wird. Der Raum 20 besitzt dabei ein ausreichend großes Volumen, um das für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Kraftstoffvolumen speichern zu können. Das Volumen des Raums 20 kann zwischen 1 und 5 cm3, beispielsweise etwa 2 cm3 betragen.
  • Bei einem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist nur ein erster Injektor 12a der Injektoren 12 mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden, wobei eine vom Hochdruckauslass der Hochdruckpumpe 10 abführende hydraulische Leitung 26 mit einem Hochdruckanschluss 24 des Injektors 12a verbunden ist. Vorzugsweise ist der mit der Hochdruckpumpe 10 verbundene erste Injektor 12a der am nächsten zur Hochdruckpumpe 10 angeordnete Injektor der Brennkraftmaschine. Die Zylinder der Brennkraftmaschine und damit auch die diesen zugeordneten Injektoren 12 sind in Reihe angeordnet. Mit dem anderen Hochdruckanschluss 24 des ersten Injektors 12a ist eine hydraulische Leitung 27 verbunden, die zu einem anderen Injektor 12b führt und mit einem Hochdruckanschluss 24 dieses Injektors 12b verbunden ist. Vorzugsweise ist der Injektor 12b benachbart zum ersten Injektor 12a angeordnet. Mit dem anderen Hochdruckanschluss 24 des Injektors 12b ist eine hydraulische Leitung 27 verbunden, die wiederum zu einem anderen, vorzugsweise benachbart angeordneten Injektor 12 führt und mit einem Hochdruckanschluss 24 dieses Injektors 12 verbunden ist. Der letzte Injektor 12d ist nur über eine an einem von dessen beiden Hochdruckanschlüssen 24 angeschlossene hydraulische Leitung 27 mit dem vorhergehenden benachbarten Injektor verbunden, während an dessen anderem Hochdruckanschluss 24 ein Drucksensor 28 angeordnet ist. Alternativ kann der Drucksensor 28 auch an einem anderen Injektor 12, in einer der hydraulischen Leitungen 27 zwischen den Injektoren 12, in der hydraulischen Leitung 26 zwischen der Hochdruckpumpe 10 und dem ersten Injektor 12a oder an der Hochdruckpumpe 10 angeordnet sein. Die Injektoren 12 der Zylinder der Brennkraftmaschine sind hydraulisch in Reihe miteinander verbunden, wobei nur der erste Injektor 12a direkt mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist.
  • Der Drucksensor 28 ist mit der elektrischen Steuereinrichtung 18 verbunden und liefert dieser ein Signal für den tatsächlich in den Injektoren 12 herrschenden Druck. Auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 10 ist eine Kraftstoffzumesseinrichtung 30 angeordnet, durch die die von der Hochdruckpumpe 10 angesaugte und unter Hochdruck geförderte Kraftstoffmenge verändert werden kann. Durch die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 kann beispielsweise ein veränderlicher Durchflussquerschnitt auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 10 eingestellt werden. Vorzugsweise wird der Saugseite der Hochdruckpumpe 10 Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 32 mittels einer Förderpumpe 34 zugeführt, wobei die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 zwischen der Förderpumpe 34 und der Hochdruckpumpe 10 angeordnet ist. Durch die Steuereinrichtung 18 wird die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 derart angesteuert, dass die Hochdruckpumpe 10 eine Kraftstoffmenge unter Hochdruck zu den Injektoren 12 fördert, wie sie erforderlich ist, um in den Injektoren 12 einen vorgegebenen Druck für die Kraftstoffeinspritzung aufrechtzuerhalten.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Hochdruckpumpe 10 nur ein einziges Pumpenelement aufweist, wobei die zum ersten Injektor 12a führende hydraulische Leitung 26 am Auslass dieses Pumpenelements angeschlossen ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Hochdruckpumpe 10 mehrere Pumpenelemente aufweist, beispielsweise zwei oder drei Pumpenelemente, wobei die Auslässe der Pumpenelemente zu einem gemeinsamen Anschluss an der Hochdruckpumpe 10 zusammengeführt sind, an dem die zum ersten Injektor 12a führende hydraulische Leitung 26 angeschlossen ist.
  • In 3 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier jedoch auch der letzte Injektor 12d über eine hydraulische Leitung 26 direkt mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden. Der letzte Injektor 12d ist außerdem wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit dem diesem benachbarten Injektor über eine hydraulische Leitung 27 verbunden. An der Hochdruckpumpe 10 sind hierbei zwei Hochdruckauslässe vorgesehen, von denen einer mit dem ersten Injektor 12a und der andere mit dem letzten Injektor 12d verbunden ist. Der Drucksensor 28 kann an einem der Injektoren 12, in einer hydraulischen Leitung 27 zwischen den Injektoren 12 oder in einer hydraulischen Leitung 26 zwischen der Hochdruckpumpe 10 und einem der Injektoren 12 oder an der Hochdruckpumpe 10 angeordnet sein. Wenn die Hochdruckpumpe 10 nur ein Pumpenelement aufweist, so müssen an diesem zwei Hochdruckanschlüsse vorgesehen sein zum Anschließen der beiden zu den Injektoren 12a und 12d führenden hydraulischen Leitungen 26. Wenn die Hochdruckpumpe 10 zwei Pumpenelemente aufweist, so ist die hydraulische Leitung 26 zum ersten Injektor 12a am Auslass des einen Pumpenelements angeschlossen und die hydraulische Leitung 26 zum letzten Injektor 12d ist am Auslass des anderen Pumpenelements angeschlossen. Wenn die Hochdruckpumpe 10 mehr als zwei Pumpenelemente aufweist, so sind deren Auslässe zu zwei Hochdruckanschlüssen an der Hochdruckpumpe 10 zusammengeführt, wobei an jedem Hochdruckanschluss eine zu einem Injektor 12a bzw. 12d führende hydraulische Leitung 26 angeschlossen ist.
  • In 4 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Zylinder der Brennkraftmaschine v-förmig angeordnet sind, wobei in jeder Zylinderreihe mehrere Zylinder nebeneinander angeordnet sind. Nur der erste Injektor 12a einer ersten Zylinderreihe ist direkt mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden und die übrigen Injektoren 12 sind über hydraulische Leitungen 27 in Reihe miteinander verbunden. Die jeweils am weitesten von der Hochdruckpumpe 10 entfernt angeordneten Injektoren 12 der beiden Zylinderreihen sind ebenfalls über eine hydraulische Leitung 27 miteinander verbunden. An dem am nächsten zur Hochdruckpumpe 10 angeordneten Injektor 12d der zweiten Zylinderreihe ist der Drucksensor 28 angeordnet. Der Drucksensor 28 kann auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel angegeben ist. Die Ausbildung der Hochdruckpumpe 10 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • In 5 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich vom dritten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass jeweils der der Hochdruckpumpe 10 am nächsten angeordnete Injektor 12 jeder Zylinderreihe über jeweils eine hydraulische Leitung 26 mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist. Die übrigen Injektoren 12 sind jeweils durch die hydraulischen Leitungen 27 untereinander in Reihe verbunden.
  • Die Ausbildung der Hochdruckpumpe 10 ist wie beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • In 6 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich ist bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ein Druckregelventil 32 vorgesehen, durch das der in den Injektoren 12 herrschende Druck verändert werden kann. Das Druckregelventil 32 kann beispielsweise an der Hochdruckpumpe 10 angeordnet sein. Der Drucksensor 28 kann am letzten Injektor 12d angeordnet sein. Alternativ kann das Druckregelventil 32 auch wie bei einer in 7 dargestellten Variante am letzten Injektor 12d angeordnet sein und der Drucksensor 28 kann in einer der hydraulischen Leitungen 27 zwischen den Injektoren 12 angeordnet sein. Das Druckregelventil 32 und der Drucksensor 28 können auch an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein. Das Druckregelventil 32 ist mit der Steuereinrichtung 18 verbunden und wird durch diese angesteuert, um den in den Injektoren 12 herrschenden Druck auf einen vorgegebenen Wert einzustellen. Bei Ansteuerung des Druckregelventils 32 durch die Steuereinrichtung 18 kann eine sehr schnelle Änderung des in den Injektoren 12 herrschenden Drucks erreicht werden. Bei Ansteuerung der Kraftstoffzumesseinrichtung 30 durch die Steuereinrichtung 18 kann erreicht werden, dass die Hochdruckpumpe 10 zumindest im wesentlichen nur die für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Kraftstoffmenge unter Hochdruck zu den Injektoren 12 gefördert wird, wodurch die Antriebsleistung für die Hochdruckpumpe 10 gering gehalten werden kann.
  • In 8 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dargestellt, das im wesentlichen gleich wie das dritte Ausführungsbeispiel mit v-förmig angeordneten Zylindern der Brennkraftmaschine ausgebildet ist und bei dem zusätzlich das Druckregelventil 32 vorgesehen ist. Die Verbindung der Injektoren 12 mit der Hochdruckpumpe 10 über die hydraulische Leitung 26 und untereinander über die hydraulischen Leitungen 27 ist gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel, so dass nur der erste Injektor 12a direkt mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist. Das Druckregelventil 32 ist beispielsweise an der Hochdruckpumpe 10 angeordnet und der Drucksensor 28 ist am letzten Injektor 12d angeordnet. Alternativ kann das Druckregelventil 32 auch wie bei einer in 9 dargestellten Variante am letzten Injektor 12d angeordnet sein und der Drucksensor 28 kann in einer der hydraulischen Leitungen 27 zwischen den Injektoren 12 angeordnet sein. Das Druckregelventil 32 und der Drucksensor 28 können auch an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein.
  • In 10 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem abweichend zum sechsten Ausführungsbeispiel jeweils der am nächsten zur Hochdruckpumpe 10 angeordnete Injektor 12 der beiden Zylinderreihen über jeweils eine hydraulische Leitung 26 mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist. Die am weistesten entfernt von der Hochdruckpumpe 10 angeordneten Injektoren 12d der beiden Zylinderreihen sind nicht miteinander verbunden, sondern an diesen ist jeweils ein Druckregelventil 32 angeordnet. In einer der hydraulischen Leitungen 27 zwischen den Injektoren 12 der beiden Zylinderreihen ist jeweils ein Drucksensor 28 angeordnet. Das Druckregelventil 32 und der Drucksensor 28 der beiden Zylinderreihen können auch an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein. Beim siebten Ausführungsbeispiel sind somit getrennte Hochdruckzweige für die Injektoren 12 der beiden Zylinderreihen der Brennkraftmaschine mit eigenem Druckregelventil 32 und Drucksensor 28 vorhanden.

Claims (11)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (10) und mit jeweils einem Injektor (12) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, der zumindest mittelbar über eine hydraulische Leitung (26; 27) mit der Hochdruckpumpe (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Injektor (12) über eine hydraulische Leitung (26; 27) mit der Hochdruckpumpe (10) und/oder mit dem Injektor (12) eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine verbunden ist.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Injektor (12) wenigstens einen Speicherraum (20) aufweist, der mit den hydraulischen Leitungen (26; 27) verbunden ist.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Injektor (12) zwei Hochdruckanschlüsse (24) für die hydraulischen Leitungen (26; 27) aufweist.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoren (12) über die hydraulischen Leitungen (26; 27) in Reihe miteinander verbunden sind und dass nur ein erster der Injektoren (12a) direkt mit der Hochdruckpumpe (10) verbunden ist.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoren (12) über die hydraulischen Leitungen (26; 27) in Reihe miteinander verbunden sind und dass ein erster und ein letzter der Injektoren (12a, 12d) direkt mit der Hochdruckpumpe (10) verbunden ist.
  6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hochdruckpumpe (10), an einem der Injektoren (12), in einer hydraulischen Leitung (27) zwischen den Injektoren (12) oder in einer hydraulischen Leitung (26) zwischen der Hochdruckpumpe (10) und einem der Injektoren (12) wenigstens ein Drucksensor (28) angeordnet ist.
  7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Drucksensor (28) mit einer elektrischen Steuereinrichtung (18) verbunden ist und dass der Hochdruckpumpe (10) eine Kraftstoffzumesseinrichtung (30) vorgeschaltet ist, die durch die Steuereinrichtung (18) in Abhängigkeit von dem durch den Drucksensor (28) erfassten Druck angesteuert wird.
  8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hochdruckpumpe (10), an einem der Injektoren (12), in einer hydraulischen Leitung (27) zwischen den Injektoren (12) oder in einer hydraulischen Leitung (26) zwischen der Hochdruckpumpe (10) und einem der Injektoren (12) wenigstens ein Druckregelventil (32) angeordnet ist, das durch eine elektrische Steuereinrichtung (18) angesteuert wird.
  9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (10) ein einziges Pumpenelement aufweist, mit dem wenigstens einer der Injektoren (12) über eine hydraulische Leitung (26) verbunden ist.
  10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (10) mehrere Pumpenelemente aufweist, die mit einem gemeinsamen Hochdruckanschluss der Hochdruckpumpe (10) verbunden sind, mit dem einer der Injektoren (12) über eine hydraulische Leitung (26) verbunden ist.
  11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (10) zwei Pumpenelemente aufweist, mit denen jeweils einer der Injektoren (12) über jeweils eine hydraulische Leitung (26) verbunden ist.
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