DE102005053470A1

DE102005053470A1 - Common Rail mit variablem Volumen zur Versorgung mit unter Druck stehendem Kraftstoff

Info

Publication number: DE102005053470A1
Application number: DE200510053470
Authority: DE
Inventors: Yann Deschamps
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2006-06-01
Also published as: FR2878580A1; FR2878580B1

Abstract

Die Erfindung schlägt ein Common Rail (10) zur Versorgung wenigstens zweier Injektoren (12) mit unter Druck stehendem Kraftstoff vor, dessen Innenvolumen in eine erste Kammer (14) und eine zweite Kammer (16) unterteilt ist, die dazu geeignet sind, über umschaltbare Verschlussmittel (18) miteinander verbunden zu werden, in welchem:
- die erste Kammer (14) unmittelbar mit einer Pumpe (20) zur Versorgung mit unter Druck stehendem Kraftstoff verbunden ist, und
- die Verschlussmittel (18) dazu in der Lage sind, die zweite Kammer (16) von der ersten Kammer (14) und den Injektoren (12) während des Anlassens des Motors zu isolieren oder beim Betrieb des Motors die Verbindung der zweiten Kammer (16) mit der ersten Kammer (14) und den Injektoren (12) zu erlauben, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (16) mit der Pumpe (20) ausschließlich über die erste Kammer (14) verbunden ist, wenn die Verbindungsmittel (18) die Verbindung der zweiten Kammer (16) mit der ersten Kammer (14) erlauben.

Description

Die Erfindung schlägt ein Common Rail zur Versorgung mit unter Druck stehendem Kraftstoff vor, dessen Innenvolumen in zwei Kammern unterteilt ist.
Die Erfindung schlägt insbesondere ein Common Rail zur Versorgung mit unter Druck stehendem Kraftstoff mit mindestens zwei Injektoren eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges vor, welches die Form eines Speichers hat, dessen Innenvolumen in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt ist, die dazu geeignet sind, miteinander über umschaltbare Verschlussmittel verbunden zu werden, vom Typ, in welchem:

– die erste Kammer unmittelbar mit einer Pumpe zur Versorgung des Rails mit unter Druck stehendem Kraftstoff verbunden ist;
– die Injektoren unmittelbar mit der ersten Kammer verbunden sind und mit der zweiten Kammer über die erste Kammer verbunden sind; und
– die Verschlussmittel dazu in der Lage sind, während einer Anlassphase des Motors die zweite Kammer von der ersten Kammer und den Injektoren zu isolieren oder während des Betriebs des Motors im Normalbetrieb die Verbindung der zweiten Kammer mit der ersten Kammer und den Injektoren zu erlauben.

Das zur Versorgung dienende Common Rail bildet einen unter Druck stehenden Kraftstoffspeicher, der es ermöglicht, die von der Versorgungspumpe stammenden Veränderungen des Kraftstoffdrucks abzuschwächen.
So ist die Abschwächung der Druckänderungen umso besser, umso höher das Innenvolumen des Versorgungsrails ist.
Beim Anlassen des Fahrzeuges erhöht sich der Kraftstoffdruck im Inneren des Rails auf progressive Weise.
So wird die Druckanstiegszeit des Rails, während welcher der Kraftstoffdruck im Inneren des Rails ansteigt, um einen vorbestimmten Kraftstoffdruckwert zu erreichen, ebenso umso größer sein, umso größer das Railvolumen ist.
Um diese Druckanstiegszeit zu verringern, wurde vorgeschlagen, das Innenvolumen des Versorgungsrails in zwei Kammern aufzuteilen, wobei eine erste Kammer unmittelbar mit den Injektoren und der Pumpe verbunden ist und die zweite Kammer mit den Injektoren verbunden ist, wenn der Kraftstoffdruck den vorbestimmten Druckwert erreicht hat.

Das Dokument US-A-6,405,710 beschreibt ein solches Common Rail, dessen Innenvolumen in zwei Kammern unterteilt ist.

Das Volumen der ersten Kammer ist relativ gering, was es erlaubt, in dieser ersten Kammer eine besonders kurze Druckanstiegszeit zu haben, was beim Anlassen des Fahrzeugs vorteilhaft ist.

Jede Kammer ist mit der Pumpe zur Versorgung mit unter Druck stehendem Kraftstoff verbunden und ist mit der anderen Kammer über elektronisch gesteuerte Elektroventile verbunden.

Gemäß diesem Dokument wird die erste Kammer mit der zweiten Kammer verbunden, wenn der Wert des Kraftstoffdrucks im Inneren einer jeden dieser zwei Kammern den Wert des vorbestimmten Drucks erreicht hat, so dass die Gesamt heit des Innenvolumens des Common Rails mit den Injektoren verbunden ist, wenn der Motor im Normalbetrieb läuft.

Jedoch umfasst ein solches System zahlreiche Leitungen zur Verbindung der Kammern untereinander und mit der Versorgungspumpe, Elektroventile und eine elektronische Vorrichtung zur Steuerung der Elektroventile, was das Treibstoffversorgungssystem besonders komplex werden lässt und die Gesamtkosten des Fahrzeugs erhöht.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Common Rail zur Kraftstoffversorgung vorzuschlagen, welches eine geringere Anzahl an Mitteln zur Verbindung der Kammern untereinander und mit der Versorgungspumpe umfasst.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein Common Rail vom vorher beschriebenen Typ vor, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer mit der Pumpe ausschließlich über die erste Kammer verbunden ist, wenn die Verschlussmittel die Verbindung der zweiten Kammer mit der ersten Kammer erlauben.

Gemäß anderer Eigenschaften der Erfindung:

– werden die Verschlussmittel umgeschaltet, um die zweite Kammer von der ersten Kammer zu isolieren, wenn der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer geringer ist als ein Schwellenwert des Kraftstoffdrucks;
– umfassen die Verschlussmittel ein Ventil, welches innerhalb eines die zweite Kammer mit der ersten Kammer verbindenden Kanals beweglich montiert ist, zwischen einer offenen Kanalstellung und einer verschlossenen Kanalstellung, zu welcher hin das Ventil elastisch zurückgeholt wird;
– umfassen die Verschlussmittel Mittel, um einen eventuellen Druckabfall im Inneren der ersten Kammer bei der Versetzung des Ventils von dessen verschlossener Kanalstellung zur offenen Kanalstellung zu verhindern;
– ist das Volumen der zweiten Kammer größer als oder gleich dem Volumen der ersten Kammer.

Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden, detaillierten Beschreibung offensichtlich, zu deren Verständnis auf die einzige Figur verwiesen wird, die eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems ist, das ein Common Rail 10 zur Versorgung mehrerer Injektoren 12 eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) mit unter Druck stehendem Kraftstoff umfasst.
Das Rail 10 wird durch eine Versorgungspumpe 20 mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt, deren Ansaugleitung 22 mit einem Kraftstofftank 24 des Fahrzeugs verbunden ist und deren Ablassleitung 26 mit dem Rail 10 verbunden ist.
Das Rail 10 begrenzt ein Innenvolumen, welches relativ groß ist, was es erlaubt, die Druckschwankungen des Kraftstoffs im Rail 10 abzuschwächen, welche aus von der Pumpe 20 stammenden Druckerhöhungen bestehen oder aus beim Öffnen der Injektoren 12 erzeugten Druckabfällen.
Beim Anlassen des Motors erlaubt eine schnelle Erhöhung des Kraftstoffdrucks im Inneren des Rails 10 den Injektoren 12 und dem Motor, schnell ihre optimalen Betriebsbedingungen zu erreichen.
Jedoch ist die Pumpe 20 nicht dazu in der Lage, das Rail 10 derart zu versorgen, dass der Kraftstoffdruck sofort beim vorbestimmten Minimaldruck ist.
So erfolgt bei einer Anlassphase des Motors der Druckanstieg des Kraftstoffs im Innenvolumen des Rails 10 während eines bestimmten Zeitabschnittes, der vom Gesamtvolumen des Rails 10 und dem Durchsatz der Pumpe 20 abhängt.
Um diesen Zeitabschnitt zu verringern, ist das Innenvolumen des Rails 10 durch umschaltbare Verschlussmittel 18 in eine erste Kammer 14 und eine zweite Kammer 16 unterteilt.
Die erste Kammer 14 ist unmittelbar mit den Injektoren 12 und der Pumpe 20 verbunden, und die zweite Kammer 16 ist mit den Injektoren 12 über die erste Kammer 14 und über die Verschlussmittel 18 verbunden, wenn diese die zwei Kammern 14, 16 nicht isolieren.
So isolieren die Verschlussmittel 18 die zweite Kammer 16 von der ersten Kammer 14 und den Injektoren 12 während der Anlassphase des Motors, und die Pumpe ist nur mit der ersten Kammer 14 verbunden.
Das Volumen V1 der ersten Kammer 14 ist relativ gering, was zur Folge hat, dass der Zeitraum, während welchem der Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 14 ansteigt, bis er den vorbestimmten Minimaldruck erreicht, ebenso relativ gering ist.
Anschließend schalten die Verschlussmittel 18 um, um die zweite Kammer 16 mit der ersten Kammer 14 zu verbinden, wenn der Druck in der ersten Kammer 14 den vorbestimmten Minimaldruck erreicht hat.
Der Kraftstoffdruck im Inneren der zweiten Kammer 16 erhöht sich sodann, bis er mit dem Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 14 übereinstimmt.
Das Rail 10 arbeitet dann im Normalbetrieb.
Das Volumen V2 der zweiten Kammer 16 ist höher als oder gleich dem Volumen V1 der ersten Kammer 14, und es ist in Abhängigkeit des Gesamtvolumens des Rails 10 festgelegt, wenn die beiden Kammern 14, 16 miteinander verbunden sind, um auf wirksame Weise die Druckschwankungen des Kraftstoffs abzuschwächen.
Erfindungsgemäß ist die zweite Kammer 16 mit der Pumpe 20 ausschließlich über die erste Kammer 14 verbunden, wenn die Verschlussmittel 18 umgeschaltet haben, um die zweite Kammer 16 mit der ersten Kammer 14 zu verbinden.
So ist die Pumpe 20 ausschließlich mit der ersten Kammer 14 verbunden, was es erlaubt, die Anzahl der Kanäle zu verringern, die verwendet werden, um die verschiedenen Teile 14, 16 des Rails 10 mit der Pumpe 20 und mit den Injektoren 12 zu verbinden.
Außerdem umfasst die zweite Kammer 16 einen einzigen Auslass 28, über welchem die zweite Kammer 16 mit der ersten Kammer 14 verbunden ist.
Die Verschlussmittel 18 sind derart ausgebildet, dass die zweite Kammer 16 von der ersten Kammer 14 isoliert ist, wenn der Druck in der ersten Kammer 14 geringer ist als der Minimaldruckwert.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Motor ausgeschaltet ist, so dass die Pumpe 20 das Rail 10 nicht mehr versorgt.
Hierzu und gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sind die Verschlussmittel 18 dazu in der Lage, umzuschalten, wenn der Druck im Inneren der ersten Kammer 14 sich verringert und geringer wird als der Schwellenwert.
Dies erlaubt es einerseits, das Innenvolumen V2 der zweiten Kammer 16 vollständig zu isolieren, damit der Kraftstoffdruck im Inneren der zweiten Kammer 16 nur wenig schwankt, und dies erlaubt es andererseits, die Druckerhöhung zu beschleunigen, wenn die Pumpe 20 das Rail 10 erneut versorgt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Verschlussmittel 18 werden diese elektronisch über eine elektronische Steuervorrichtung des Fahrzeugs gesteuert, welche elektronisch mit einem Sensor zur Druckerfassung im Inneren der ersten Kammer 14 verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die erfindungsgemäßen Verschlussmittel 18 einen einzigen Kanal 30, der die erste Kammer 14 mit der zweiten Kammer 16 verbindet, d.h. dass dieser auf der Höhe des einzigen Auslasses 28 der zweiten Kammer 16 ausmündet.
Die Verschlussmittel 18 umfassen auch ein Ventil bzw. Klappenventil 32, welches beweglich im Inneren des Kanals 30 montiert ist, zwischen einer Öffnungsstellung des Kanals 30, in welcher die zweite Kammer 16 mit der ersten Kammer 14 verbunden ist, wenn der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer 14 höher oder gleich ist mit dem vordefinierten Schwellenwert, und einer Verschlussstellung des Kanals 30, in welcher die zweite Kammer 16 von der ersten Kammer 14 und der Pumpe 20 isoliert ist, wenn der Druck im Inneren der ersten Kammer geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
Schließlich umfassen die Verschlussmittel 18 eine elastische Feder 34 zum Rückholen des Ventils 32 in Richtung seiner Verschlussstellung des Kanals 30.
Die Verstellung des Ventils 32 hin zu dessen Öffnungsstellung des Kanals 30 erfolgt also entgegen der durch die Feder 34 ausgeübten Rückholanstrengung.
Die Verstellung des Ventils 32 von dessen Verschlussstellung des Kanals 30 zu dessen Öffnungsstellung des Kanals 30 wird durch die vom unter Druck stehenden Kraftstoff auf eine Druckfläche 32a des Ventils ausgeübte Druckanstrengung erreicht.
Die Fläche der Druckfläche 32a des Ventils 32 und die Steifigkeit der Feder 34 sind derart festgesetzt, dass, wenn der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer 14 mit dem vorbestimmten Schwellenwert übereinstimmt, der Wert der Druckanstrengung des Kraftstoffs auf die Druckfläche 32a des Ventils 32 mit der von der Feder 34 auf das Ventil 32 ausgeübten Rückholanstrengung übereinstimmt.
So wird, wenn der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer 14 ansteigt, der Wert der Druckanstrengung des Kraftstoffs auf die Druckfläche 32a des Ventils 32 größer als die durch die Feder 34 auf das Ventil 32 ausgeübte Rückholanstrengung, so dass sich das Ventil 32 in seine geöffnete Stellung bewegt.
Wenn das Ventil 32 sich in seiner Offenstellung des Kanals 30 befindet, ist der Kraftstoff in der Lage, frei innerhalb des Kanals 30 zu zirkulieren, in die eine oder andere der zwei Kammern 14, 16, um so den Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer 16 mit dem Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 14 auszugleichen.
Jedoch ist während des Anlassens des Motors der Wert des Kraftstoffdrucks im Inneren der zweiten Kammer 16 sehr viel geringer als der vorbestimmte Schwellenwert.
So kann eine beträchtliche Menge an Kraftstoff sich plötzlich von der ersten Kammer 14 hin zur zweiten Kammer 16 bewegen, wenn das Ventil 32 sich in seine Offenstellung des Kanals 30 verstellt, und so einen sprunghaften Abfall des Kraftstoffdrucks in dem Innenvolumen V1 der ersten Kammer 14 verursachen.
Deshalb umfasst der Kanal 30 gemäß einer Ausführungsvariante außerdem Mittel (nicht dargestellt), um zu verhindern, dass der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer 14 beim Verstellen des Ventils 32 von seiner Verschlussstellung des Kanals 30 zu seiner Offenstellung des Kanals 30 sprunghaft abfällt.

Claims

Common Rail (10) zur Versorgung mit unter Druck stehendem Kraftstoff von mindestens zwei Injektoren (12) eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, welches die Form eines Speichers hat, dessen Innenvolumen in eine erste Kammer (14) und eine zweite Kammer (16) unterteilt ist, die dazu geeignet sind, über umschaltbare Verschlussmittel (18) miteinander verbunden zu werden, vom Typ, in welchem: – die erste Kammer (14) unmittelbar mit einer Pumpe (20) zur Versorgung des Rails mit unter Druck stehendem Kraftstoff verbunden ist; – die Injektoren (12) unmittelbar mit der ersten Kammer (14) verbunden sind und über die erste Kammer (14) mit der zweiten Kammer (16) verbunden sind; und – die Verschlussmittel (18) dazu in der Lage sind, die zweite Kammer (16) von der ersten Kammer (14) und den Injektoren (12) während einer Anlassphase des Motors zu isolieren oder beim Betrieb des Motors im Normalbetrieb eine Verbindung der zweiten Kammer (16) mit der ersten Kammer (14) und den Injektoren (12) zu erlauben, so dass die zweite Kammer (16) mit der Pumpe (20) ausschließlich über die erste Kammer (14) verbunden ist, wenn die Verschlussmittel (18) die Verbindung der zweiten Kammer (16) mit der ersten Kammer (14) erlauben, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (18) umgeschaltet werden, um die zweite Kammer (16) mit der ersten Kammer (14) zu verbinden, wenn der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer (14) größer ist als ein Schwellenwert des Kraftstoffdrucks.
Rail (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (18) umgeschaltet werden, um die zweite Kammer (16) von der ersten Kammer (14) zu isolieren, wenn der Kraftstoffdruck im Inneren der ersten Kammer (14) geringer ist als ein Schwellenwert des Kraftstoffdrucks.
Rail (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (18) ein Ventil (32) umfassen, welches beweglich im Inneren eines die zweite Kammer (16) mit der ersten Kammer (14) verbindenden Kanals (30) montiert ist, zwischen einer Offenstellung des Kanals (30) und einer Verschlussstellung des Kanals (30), zu welcher hin das Ventil (32) elastisch rückgeholt wird.
Rail (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (18) Mittel umfassen, um während der Verstellung des Ventils (32) von dessen Verschlussstellung des Kanals (30) hin zur Offenstellung des Kanals (30) einen eventuellen Druckabfall im Inneren der ersten Kammer (14) zu verhindern.
Rail (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (V2) der zweiten Kammer (16) größer oder gleich mit dem Volumen (V1) der ersten Kammer (14) ist.