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Stand der Technik
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EP 0 711 914 A1 bezieht
sich auf ein druckgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem
mit Hilfe einer Hochdruckpumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen
Kraftstoffdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten
Druckspeicher gespeichert wird. Weiterhin wird der unter Hochdruck
stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspeicher gefördert,
in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr mittels eines
2/2-Wege-Ventils ein zweiter hoher Kraftstoffdruck von ca. 400 bar
aufrechterhalten wird. Über eine Ventilsteuereinheit wird
entweder der tiefere oder der höhere Kraftstoffdruck in
den Düsenraum eines Injektors geleitet. Dort wird durch
den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventilsitz
abgehoben, so dass Kraftstoff aus der Düsenöffnung
in den Brennraum austreten kann.
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Nachteilig
bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem ist der Umstand,
dass zunächst der gesamte Kraftstoff erst auf das höhere
Druckniveau komprimiert werden muss, um dann einen Teil des Kraftstoffs
wieder auf das tiefere Druckniveau zu entlasten. Außerdem
ist die Hochdruckpumpe, da sie von der Nockenwelle des Motors angetrieben
wird, dauerhaft in Betrieb und zwar auch dann, wenn der gewünschte
Druck im jeweiligen Druckspeicher bereits aufgebaut ist. Diese permanente
Hochdruckerzeugung und die nachfolgende Entlastung auf das Niederdruckniveau
stehen einem besseren Wirkungsgrad entgegen.
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Die
im Bereich von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen
verwendenden Hochdruckkraftstoffpumpen sind derzeit in der Lage,
Drucke bis etwa 2200 bar aufzubauen. Darüber hinausgehende
Drücke sind entweder mit zweistufigen Hochdruckpumpen oder
mit zusätzlichen Druckverstärkern außerhalb
oder innerhalb der Kraftstoffinjektoren möglich. Zweistufige
Hochdruckpumpen benötigen einen deutlich größeren
Bauraum und sind somit nicht mit den derzeitigen Systemen kompatibel. Darüber
hinaus wird die mechanische Belastung von Seiten der Pumpenentwicklung
als kritisch eingestuft. Interne und externe Druckverstärker
werden derzeit lediglich als lokale Druckverstärker für
einzelne In jektoren eingesetzt, d. h. pro Injektor ist ein Druckverstärker
im Einsatz. Dies bedeutet vom Aufwand her zunächst eine
große Anzahl von zusätzlichen Komponenten und
darüber hinaus von der Funktion her einen schlechten Wirkungsgrad
bei druckverstärkter Einspritzung kleiner Mengen, da für jeden
Druckverstärkungsvorgang ein Mindestumsatz an Steuermenge
im Druckverstärker notwendig ist. Ein solcher zentraler
Druckverstärker ist zum Beispiel aus
EP 1 125 046 B1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
ein Druckverstärker vorgeschlagen, der eine einzelne separate
Baugruppe darstellt, und etwa der Größe eines üblicherweise eingesetzten
Druckspeichers entspricht und auch dessen Funktion übernimmt.
In diesem stellt eine gewöhnliche Hochdruckpumpe ein derzeit
gängiges Druckniveau in der Größenordnung
von etwa 2000 bar dar, welches im Folgenden als Mitteldruck bezeichnet
wird. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Druckverstärker
weist in vorteilhafter Weise mindestens zwei Kolben zur Erzielung
der Druckverstärkung auf, die wechselweise betrieben werden
und somit eine kontinuierliche Förderung bei Hochdruck,
d. h. bei einem Druckniveau von > 2500
bar ermöglichen. Die geförderte Menge kann daher
auch ohne großen Hochdruckspeicher den einzelnen Kraftstoffinjektoren
zur Verfügung gestellt werden, da ein Druckabfall durch
injektorseitige Entnahme weitestgehend durch sofortige Nachförderung
kompensiert werden kann.
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Damit
entfällt die aufwändige separate Druckverstärkung
für jeden einzelnen im Rahmen eines Kraftstoffeinspritzsystems
vorgesehene Kraftstoffinjektor, so dass funktionell der bedeutende
Vorteil erreicht wird, dass bei Einspritzdrücken unterhalb des
Maximaldrucks der Hochdruckpumpe die benötigte Menge ohne
Aktivierung des Druckverstärkers in die einzelnen Kraftstoffinjektoren
gefördert werden kann. Dies bedeutet gerade für
kleinere in den Brennraum von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen
einzubringende Einspritzmengen eine deutliche Steigerung des hydraulischen
Wirkungsgrades, bedingt durch den Entfall der bisher erforderlichen Druckverstärkersteuermenge.
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Ebenso
ist alternativ eine vereinfachte Ausführung des Druckverstärkers
mit je nur einem Schaltventil und Druckverstärkerkolben
denkbar, für den Fall, dass die Rückstellzeit
des Druckverstärkerkolbens hinreichend kurz für
die erforderliche Motordrehzahl und somit für die Aktivierungsfrequenz
des Druckverstärkers ist. In diesem Falle kann ein anderes Übersetzungsverhältnis
des Druckverstärkers notwendig sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Hochdruckeinspritzsystems mit einer Druckverstärkereinheit,
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2 zweite
Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Hochdruckeinspritzsystems mit einer Druckverstärkereinheit,
in der ein Zwischendruckspeicher und ein Hochdruckspeicher integriert
sind,
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3 eine
Prinzipskizze der Druckverstärkungseinheit mit zwei Druckverstärkern,
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4 eine
weitere Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Druckverstärkereinheit (ohne Hochdruckspeicher),
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5 eine
Druckverstärkereinheit (mit integriertem Hochdruckspeicher),
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6 der
wechselweise Betrieb der Druckverstärkerkolben bei synchroner
Einspritzung,
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7 synchrone
Einspritzungen bei synchronem Betrieb der Druckverstärkerkolben,
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8 den
wechselweisen Betrieb von Druckverstärkerkolben bei asynchroner
Einspritzung,
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9.1 bis 9.5 Systembilder
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hochdruckspeichereinspritzsystem
mit Verrohrungsvarianten.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist eine
erste Ausführungsform des Hochdruckeinspritzsystems zu entnehmen.
Das Hochdruckeinspritzsystem 10 gemäß der
Darstellung in 1 umfasst neben einem Tank 12 eine
Hochdruckpumpe 14. Die Hochdruckpumpe beaufschlagt eine
Druckverstärkereinheit 16, die gemäß dieser
ersten Ausführungsform ein Zwischenrail 18 sowie
einen optional aktivierbaren Druckverstärker 24 umfasst.
Die Druckverstärkereinheit 16 ihrerseits beaufschlagt
einen extern angeordneten Hochdruckspeicher 20, der seinerseits
eine Anzahl von Hochdruckanschlüssen 26 aufweist. Über
die Hochdruckanschlüsse 26, die am Hochdruckspeicher 20 in
einer Anzahl vorgesehen sind, die der Anzahl mit Kraftstoff zu versorgenden
Kraftstoffinjektoren 22 entspricht, wird die in 1 nicht dargestellte
Verbrennungskraftmaschine versorgt. Über die gestrichelten
Linien von dem Kraftstoffinjektor 22 bzw. von der Druckverstärkereinheit 16,
wird Steuer- bzw. Leckagemenge zum Tank 12 des Hochdruckspeichereinspritzsystems 10 zurückgefördert.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Hochdruckeinspritzsystems, bei dem im Unterschied zur Darstellung
gemäß 1 die Druckverstärkereinheit 16 das
Zwischenrail 18, den optional aktivierbaren Druckverstärker 24 sowie
den Hochdruckspeicher 20 als integriertes Bauteil umfasst.
In diesem Falle sind die Hochdruckanschlüsse 26 an
der Druckverstärkereinheit 16 in einer Anzahl
vorgesehen, die der Anzahl mit Kraftstoff zu versorgender Kraftstoffinjektoren 22 entspricht.
Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht,
wird Leckage- bzw. Steuermenge über die gestrichelt angedeuteten
Linien sowohl von der Druckverstärkereinheit 16 als
auch von dem mindestens einen Kraftstoffinjektor 22 zum
Tank 12 des Hochdruckspeichereinspritzsystems 10 zurückgeleitet.
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3 zeigt
den schematischen Aufbau des Druckverstärkers, von denen
je zwei in den in 1 und 2 dargestellten
Druckverstärkereinheiten verbaut sind.
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Wie
aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht,
umfasst ein Druckverstärker 24, von dem mindestens
einer in einer Druckverstärkungseinheit 16 verbaut
ist, einen Grundkörper 30. Im Grundkörper 30 befinden
sich Druckverstärkerkolben 32, 33. Die
in den 1 und 2 dargestellten Druckverstärkereinheiten 16 umfassen
jeweils zwei Druckverstärker 24.
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Im
Grundkörper 30 ist der Druckverstärkerkolben 32 angeordnet,
der ein erstes Kolbenteil 34 in größerem
Durchmesser sowie ein zweites Kolbenteil 36 in einem geringeren
Durchmesser aufweist. Am ersten Druckkolbenteil 34 befindet
sich ein ringförmig ausgebildeter Bund 38, an
dem sich eine Rückstellfeder 40 abstützt.
Die Rückstellfeder 40 stützt sich ferner
an einer Ringfläche eines Kolbenführungskörpers 42 ab.
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Im
Grundkörper 30 des in 3 dargestellten
Druckverstärkers 24 befindet sich ein Hochdruckventil 44 sowie
ein Füllventil 46. Diese beiden Ventile 44, 46 werden
bevorzugt als Rückschlagventile ausgeführt. Das
Hochdruckventil 44 befindet sich in einer Speicherzuleitung 54,
die mit einem Hochdruckraum 60 in Verbindung steht. Der
Hochdruckraum 60 wird einerseits durch den Kolbenführungskörper 42 und andererseits
durch eine Hochdruckfläche 64 begrenzt.
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Das
Füllventil 46 befindet sich in einer hydraulischen
Leitung, die gemäß der Darstellung in 3 einen
Steuerraum 62 über ein Schaltventil 50 und
einen Bypass mit einem Speichervolumen 58 verbindet. Des
Weiteren ist in den Grundkörper 30 des in 3 dargestellten
Druckverstärkers 24 das Schaltventil 50 integriert,
welches zum Beispiel als Magnetventil betätigtes Schaltventil,
als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet sein kann.
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Vom
Grundkörper 30 des Druckverstärkers 24 gemäß der
Darstellung in 3 erstreckt sich einerseits
ein Druckverstärkerrücklauf 56, der sich
abströmseitig hinter dem Schaltventil 50 befindet,
die Speicherzuleitung 54 mit integriertem Hochdruckventil 44,
welche sich zum Hochdruckspeicher 20 gemäß der
Systemübersichten in 1 und 2 erstreckt sowie
ein Druckverstärkerzulauf 52, der über
die in den 1 und 2 dargestellte
Hochdruckpumpe 14 beaufschlagt ist. Aus der Darstellung
gemäß 3 ergibt sich zudem, dass das
Speichervolumen 58, welches auch als Mitteldruckspeicher
bezeichnet wird, über einen Bypass 68 mit dem
Steuerraum 62 in Verbindung steht.
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Bei
Einspritzdrücken unterhalb des Maximalförderdrucks
der Hochdruckpumpe 14 wird ein hier so bezeichneter Mitteldruck
von der Hochdruckpumpe 14 über den Druckverstärkerzulauf 52 in
das ein- oder mehrteilig ausgebildete Speichervolumen 58 und
weiter über das Füllventil 46 und das
Hochdruckventil 44 direkt zur Speicherzuleitung 54 gefördert. Von
dort gelangt es entweder in einen externen Hochdruckspeicher 20 – wie
in 1 dargestellt – oder über den
internen Hochdruckspeicher – zu den Kraftstoffinjektoren 22,
wie in 2 dargestellt.
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In
diesem Falle wird der Druckverstärker 24 gemäß der
schematischen Darstellung in 3 im Bypassbetrieb
betrieben, in dem keine Druckverstärkung notwendig ist
und daher auch keine nennenswerte Wirkungsgradverluste auftreten.
Im Bypassbetrieb wird gleichzeitig durch alle zur Verfügung
stehenden Druckverstärker 24 einer Druckverstärkereinheit 16 – wie
in den 1 und 2 dargestellt – gefördert.
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Bei
erforderlicher Druckverstärkung können die Druckverstärker 24 der
Druckverstärkereinheit 16 wechselweise oder gleichzeitig
eingesetzt werden. In jedem dieser Fälle wird das entsprechende
Schaltventil 50, bei dem es sich bevorzugt um ein 3/2-Wege-Ventil
handelt, geschaltet. Der Steuerraum 62 des Druckverstärkerkolbens 32 wird
aufgrund der Aktivierung des Schaltventiles 50 mit dem
Druckverstärkerrücklauf 56 verbunden
und demzufolge druckentlastet. Aufgrund dessen steigt der Druck
im Hochdruckraum 60 des Druckverstärkers 24,
bis sich ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Hochdruck
an der Hochdruckfläche 64 des Hochdruckkolbens 32 und der
durch die Rückstellfeder 40 erzeugten Kraft einerseits
und dem Mitteldruck an der Mitteldruckfläche 66 der
Druckverstärkerkolben 32, 33 andererseits
eingestellt hat.
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Vorzugsweise
entspricht das durch die beiden Druckflächen 64 bzw. 66 definierte Übersetzungsverhältnis
i dem Quotienten aus gewünschten Maximaldruck, der an der
Speicherzuleitung 54 gefordert wird und dem Hochdruckpumpenförderdruck. Somit
wird die Hochdruckmenge durch das Hochdruckventil 44 nachgefördert,
wenn am Hochdruckanschluss, d. h. in der Speicherzuleitung 54 der Druck
aufgrund von Mengenentnahme absinkt. Über das Füllventil 46 ist
die Verbindung zum Speichervolumen 58 geschlossen.
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Beim
Deaktivieren des Schaltventiles 50 wird der Steuerraum 62 des
Hochdruckkolbens 32 mit dem Speichervolumen 58 verbunden,
wodurch der Druck im Steuerraum 62 ansteigt und der Druckverstärkerkolben 32, 33 bei
hydraulischem Kraftausgleich durch die Federkraft der Rückstellfeder 34 an seiner
Anschlagbegrenzung 48 positioniert wird.
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Vorzugsweise
wird die Aktivierung der jeweils einem Druckverstärker 24 zugeordneten Schaltventile 50 mit
den Einspritzungen synchronisiert, so dass pro Zylinder der mit
Kraftstoff zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine und jeweils 720° Kurbelwellenwinkel
bei einer Viertaktverbrennungskraftmaschine ein Förderhub
des Druckverstärkers 24 erfolgt. Entsprechend
ist sichergestellt, dass die Rückstellzeit eines jeden
Druckverstärkerkolbens 32 bzw. 33 des
mindestens einen Druckverstärkers 24 hinreichend
kurz ist, um bei einer mit zwei Druckverstärkern 24 ausgestatteten
Druckverstärkereinheit 16 bei jeder zweiten Einspritzung
fördern zu können.
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Die
Druckverstärkereinheit 16 gemäß den Darstellungen
der 1 und 2 umfasst außer dem
Zwischenspeicher (Zwischenrail) vorzugsweise zwei Druckverstärker 24 und
gegebenenfalls – wie in der Ausführungsform gemäß 2 dargestellt – einen
Hochdruckspeicher 20 (Hochdruckrail), der in die Druckverstärkereinheit 16 integriert
ist.
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In
den 4 und 5 sind verschiedene Ausführungsformen
von Druckverstärkereinheiten, die in den 1 und 2 nur
schematisch dargestellt sind, wiedergegeben. Der Zwischenspeicher 18 (Zwischenrail)
stellt nicht notwendigerweise ein separates Bauteil dar, sondern
teilt sich auf ein Speichervolumen 38 (vgl. Darstellung
gemäß 3) der vorzugsweise zwei innerhalb
einer Druckverstärkereinheit 16 verbauten Druckverstärker 24 auf.
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Wie
zum Beispiel aus der Darstellung gemäß 4 hervorgeht,
kann die Druckverstärkereinheit 16 einen U-förmig
ausgebildeten Zentralkörper 94 umfassen, der Speichertöpfe 92 aufweist,
in denen die einzelnen Druckverstärker 24 der
Druckverstärkereinheit 16 eingelassen sind. An
einer Stirnseite des Zentralkörpers 94 befindet
sich jeweils eine erste Schalteinheit 84 sowie eine zweite
Schalteinheit 86, jeweils ausgebildet als 3/2-Wege-Ventil 50.
Seitlich am U-förmig ausgebildeten Zentralkörper 94 der Druckverstärkereinheit 16 sind
Anschlüsse 82 ausgeführt, bei denen es
sich um die in 3 dargestellten Anschlüsse 82,
nämlich Druckverstärkerzulauf 52, Speicherzuleitung 54 sowie
Druckverstärkerrücklauf 56 handelt. Am
Druckverstärkerzulauf 52, vgl. auch Bezugszeichen 98,
wird zum Beispiel die in 1 dargestellte Hochdruckpumpe 14 angeschlossen,
vgl. Position 98 in 1. Des Weiteren
umfassen die Anschlüsse am 82 U-förmig
ausgebildeten Zentralkörper 94 der Druckverstärkereinheit 16 gemäß der
Darstellung in 4, Hochdruckanschlüsse 100,
die zum Beispiel zum in 1 dargestellten Hochdruckspeicher 20 führen.
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Aus
der Darstellung gemäß 4 geht zudem
hervor, dass die beiden Druckverstärker 24, von denen
der Druckverstärker 24 den Druckverstärkerkolben 32 und
der Druckverstärker 24 den Druckverstärkerkolben 33 aufweist,
parallel zueinander angeordnet sind. Der Druckverstärker 24 mit
Druckverstärkerkolben 32 ist inaktiv, der andere
Druckverstärker 24 mit Druckverstärkerkolben 33 ist
aktiv. Am Zentralkörper 94 der Druckverstärkereinheit 16 befindet
sich ein Druckregelventil 102 sowie ein Drucksensor 104.
Aus 4 lässt sich des Weiteren entnehmen,
dass der aktive der beiden Druckverstärker 24 entsprechend
des Druckverstärkungsverhältnisses i verdichteten
Kraftstoff über die Speicherzuleitungen 54 bzw. 100 zu
dem in 1 dargestellten Hochdruckspeicher 20 führt.
Der Aufbau der in der Ausführungsform gemäß 4 dargestellten
Druckverstärker 24 entspricht im Wesentlichen
der Darstellung der Druckverstärker 24 gemäß 3.
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Die
Druckverstärkereinheit 16 in der in 5 dargestellten
Ausführungsform weist ebenfalls Anschlüsse 82 auf,
die jeweils den Druckverstärkerzulauf 52 sowie
die Speicherzuleitung 54 repräsentieren. Der Druckverstärkerrücklauf
ist nicht dargestellt.
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In
den 4 und 5 sind jeweils Druckverstärkereinheiten 16 dargestellt,
die eine reduzierte Baulänge aufweisen, die aufgrund des
in U-Form ausgebildeten einteiligen Zentralkörpers 94 erreicht wird.
Des Weiteren sind in den Ausführungsformen gemäß der 4 und 5 Anschlussmöglichkeiten für
den Drucksensor 104 bzw. das dort schematisch dargestellte
Druckregelventil 102 an der Stirnseite des einteilig ausgebildeten
Zentralkörpers vorgesehen.
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Während 4 eine
Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform
gemäß 1 darstellt, zeigt 5 eine
Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform
gemäß 2 mit integriertem Hochdruckspeicher 20.
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Aus
der Darstellung gemäß 5 lässt
sich zum Beispiel entnehmen, dass die Druckverstärkereinheit 16 eine
sehr kompakte Bauform aufweist, was durch den einteilig ausgebildeten
Zentralkörper 94 erreicht wird. Auch in dieser
Ausführungsform der Druckverstärkereinheit 16 gemäß der
schematischen Wiedergabe in der 1, sind
zwei Druckspeichertöpfe 92 vorgesehen, die nebeneinander
platziert sind. Den beiden Druckspeichertöpfen 92 gegenüberliegend
befinden sich am einteiligen Zentralkörper 94 die
erste Schalteinheit 84 bzw. die zweite Schalteinheit 86,
die zum Beispiel als Magnetventile ausgebildet sein können,
vgl. Position 50 in 3.
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Aus
der Darstellung gemäß 5 geht eine Ausführungsform
der Druckverstärkereinheit 16 mit integriertem
Hochdruckspeicher gemäß 2 hervor.
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Der
Darstellung gemäß 5 ist ebenfalls eine
Druckverstärkereinheit 16 mit einem hier ebenfalls
analog zu 4 einteilig ausgebildeten Zentralkörper 94 zu
entnehmen. Gemäß dieser Ausführungsform
befinden sich die beiden Druckspeichertöpfe 92 sowie
die erste Schalteinheit 84 und die zweite Schalteinheit 86 einander
nebeneinander liegend am einteiligen Zentralkörper 94.
In der Darstellung gemäß 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 98 einen Pumpenanschluss analog zu Bezugszeichen 52 in
der Ausführungsform gemäß 3,
womit der Druckverstärkereinheit-Zulauf bezeichnet ist.
Das Bezugszeichen 100 hingegen kennzeichnet einen Hochdruckanschluss,
analog zum Bezugszeichen 54 in der Ausführungsform
gemäß 3, dort werden die Kraftstoffinjektoren
bzw. Hochdruckleitungen die zu diesen verlaufen, angeschlossen.
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Bei
der in 5 dargestellten Ausführungsform der Druckverstärkereinheit 16 handelt
es sich um eine solche, mit der zum Beispiel eine 4-Zylinderverbrennungskraftmaschine
mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgt werden kann.
Seitlich am einteiligen Zentralkörper 94 befinden
sich die Anschlüsse 82. Zusammen mit den seitlich
am Zentralkörper 94 angeordneten Hochdruckanschlüssen 82 bzw. 100 können
an der in 5 dargestellten Druckverstärkereinheit 16 zum
Beispiel 4 Kraftstoffinjektoren bzw. 4 Hochdruckleitungen, die zu
4 Kraftstoffinjektoren führen, angeschlossen werden.
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6 zeigt
einen wechselweisen Betrieb zweier Druckverstärkerkolben
bei synchroner Einspritzung.
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Aus 6 geht
hervor, dass ein Kolbenhub h eines ersten Druckverstärkerkolbens 32 und
eines zweiten – gestrichelt angedeuteten – Druckverstärkerkolbens 33 über
der Zeit aufgetragen ist. Mit Bezugszeichen 22 ist die
Aktivierung eines jeden Kraftstoffinjektors 22 dargestellt,
wobei die Kraftstoffinjektoren 22 eine zum Beispiel jeweils
rampenförmig verlaufende Einspritzcharakteristik aufweisen,
während der Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine
eingebracht wird. Neben einer rampenförmig verlaufenden
Einspritzcharakteristik können auch mehrfach Einspritzungen
gefahren werden, oder es lassen sich beliebige weitere Einspritzstrategien
implementieren. Wie aus der Darstellung gemäß 6 hervorgeht,
können jeweilige Hubwege 112 und 114 bei
wechselweisem Betrieb 110 der Druckverstärkerkolben 32, 33 einander
geringfügig überlappen. Während der erste
Hubweg 112 und der zweite Hubweg 114 des ersten
Druckverstärkerkolbens 32 in durchgezogenen Linien
dargestellt ist, werden demgegenüber der erste Hubweg 112 sowie der
zweite Hubweg 114 des zweiten Druckverstärkerkolbens 33 in
gestrichelter Darstellung angedeutet. Der in 6 durch
Bezugszeichen 110 angedeutete wechselweise Betrieb der
Druckverstärkereinheit 16 setzt voraus, dass die
schematisch in den 1 und 2 dargestellte
Druckverstärkereinheit 16 zwei Druckverstärker 24 gemäß der
Darstellung in 3 umfasst.
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Der
Darstellung gemäß 7 lässt
sich ein synchroner Betrieb einer Druckverstärkereinheit 16 mit
zwei Druckverstärkern 24 entnehmen. Aus den in 7 dargestellten
Hubverläufen des ersten Hubes 112 und des zweiten
Hubes 114 geht hervor, dass in diesem Falle der erste Hochdruckkolben 32 sowie der
zweite – angestrichelt angedeutete – Hochdruckkolben 33 synchron
betrieben werden. In diesem Falle fallen jeweils die ersten Hubwege 112 sowie
die zweiten Hubwege 114 zusammen. Durch die einander überlappenden
Förderhübe 112 bzw. 114 der
beiden Druckverstärkerkolben 32 und 33 lässt
sich die Fördermenge steigern und der Druckabfall im Hochdruckspeicher 20 des
Hochdruckeinspritzsystems 10 gemäß der
schematischen Übersichtszeichnungen in den 1 und 2 weiter
reduzieren. Die einzelnen Einspritzvorgänge erfolgen vorzugsweise
synchron zur Förderung – wie in der Darstellung
gemäß 7 angedeutet – um auf
diese Weise den Druckabfall gering zu halten. Wie in Zusammenhang
mit 8 dargestellt ist, welche einen wechselweisen Betrieb
der Druckverstärkerkolben bei asynchroner Einspritzung
zeigt, können die Einspritzungen auch erforderlichenfalls
zwischen den einzelnen Druckverstärkerhüben 112 und 114 des
ersten Druckverstärkerkolbens 32 und des zweiten
Druckverstärkerkolbens 33 vorgenommen werden.
Dazu kann in den Pausen zwischen den einzelnen Einspritzvorgängen eine
Nachförderung vorgesehen sein, wie in der Darstellung gemäß 10 angedeutet. Im Unterschied zur Darstellung
gemäß 7 führen der erste
Druckverstärkerkolben 32 bzw. der zweite Druckverstärkerkolben 33 in
den Einspritzpausen der hier beispielhaft herausgegriffenen Kraftstoffinjektoren 22 einen
ersten Hub 112 aus. Ein weiterer Hub 114 kann
teilweise, ganz oder gar nicht mit einer Einspritzung zusammenfallen.
Charakterisierend ist in diesem Zusammenhang, dass der erste Hub 112 nicht
mit der Einspritzung zusammenfällt, sondern in einer Einspritzpause
erfolgt.
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Wie
aus der Figurensequenz der 9.1 bis 9.5 hervorgeht, kann die Druckverstärkereinheit 16 gemäß der
schematischen Darstellung in den 1 und 2 auf
verschiedene Art und Weise mit den Kraftstoffinjektoren hydraulisch
verbunden werden.
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9.1 zeigt, dass die Hochdruckpumpe 14 die
Druckverstärkereinheit 16 mit unter Hochdruck stehendem
Kraftstoff bei einem Druckniveau von etwa 2000 bar beaufschlagt.
Die Druckverstärkereinheit 16 wiederum beaufschlagt den
extern angeordneten Hochdruckspeicher 20 mit einem Druck
der entsprechend des Übersetzungsverhältnisses
i der beiden Druckverstärker 24 erhöht
ist, wobei es sich gemäß der Darstellung 9.1 um einen extern angeordneten Hochdruckspeicher 20 handelt.
Von diesem aus verlaufen jeweils einzelne Hochdruckleitungen 140 zu
den Kraftstoffinjektoren 22. Diese versorgen in dieser
Verrohrungsvariante gemäß 9.1 eine
Sechszylinderverbrennungskraftmaschine.
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Der
Darstellung gemäß 9.2 ist
eine angesichts der Variante gemäß 9.1 leicht modifizierte Verrohrungsvariante zu
entnehmen. In der Ausführungsform gemäß 9.2 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 14,
die Druckverstärkereinheit 16, die ihrerseits
den externen Hochdruckspeicher 20 beaufschlagt. Zwischen
den einzelnen Kraftstoffinjektoren 22 gemäß 9.2 verläuft eine durch einzelne Verbindungsstücke 144 angedeutete
Ringleitung 142. Dadurch können jeweils den einzelnen Kraftstoffinjektoren 22 zugeordnete
Einzelhochdruckleitungen 140 – wie in 9.1 eingesetzt – vermieden werden. Die
Ringleitung 142 zum Anschluss der Kraftstoffinjektoren 22 hat
einen in hydraulischer Hinsicht erheblichen Vorteil, weil das Speichervolumen
in den Kraftstoffinjektoren 22 bei geringen räumlichen
Abständen Druckabfälle und daraus hervorgehende
Druckschwingungen reduziert. Wird auf das in den 9.1 und 9.2 extern
in Bezug auf die Druckverstärkereinheit 16 angeordnete
Rail, d. h. den Hochdruckspeicher 20 verzichtet, kann über
die Ringleitung 142 darüber hinaus im Vergleich
zur Ausführungsvariante gemäß 9.3 die Anzahl der notwendigen Anschlüsse
an der Druckverstärkereinheit 16 reduziert werden,
vgl. so zum Beispiel in den Ausführungsformen gemäß 9.4 und 9.5.
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Bei
der in 9.3 dargestellten Ausführungsform
des Verrohrungsschemas sind an der dort schematisch angedeuteten
Druckverstärkereinheit 16 sechs Einzelhochdruckleitungen 140 zu
den einzelnen Kraftstoffinjektoren 22 anzuschließen,
während in den der Ausführungsform gemäß 9.3 gegenüberzustellenden Ausführungsformen
gemäß der 9.4 bzw. 9.5 an den dort dargestellten Druckverstärkereinheiten 16 jeweils
nur zwei Einzelhochdruckleitungen 140 anzuschließen
sind, da die Kraftstoffinjektoren 22 ihrerseits über
Verbindungsstücke 144 innerhalb der Ringleitung 142 miteinander
verbunden sind. In der in 9.5 dargestellten Verrohrungsvariante
befindet sich der Hochdruckspeicher 20 in Bezug auf die
Druckverstärkereinheit 16 extern angeordnet und
beaufschlagt ein Verbindungsstück 144 der Ringleitung 142 zwischen
den Kraftstoffinjektoren 22 unmittelbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0711914
A1 [0001]
- - EP 1125046 B1 [0003]