DE102009029219A1

DE102009029219A1 - Kraftstoff-Hochdruckspeicher

Info

Publication number: DE102009029219A1
Application number: DE200910029219
Authority: DE
Inventors: Thomas Pauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-10
Also published as: FR2949824A1; FR2949824B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10), insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen, mit einem Speicherelement (11) für Kraftstoff, in dessen Längsachse eine Bohrung (12) ausgebildet ist, von welcher Abzeigbohrungen (17) ausgehen, die mit Kraftstoffinjektoren verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Bohrung (12) wenigstens ein Verdrängungselement (21; 23; 24) angeordnet ist, das das Volumen der Bohrung (12) reduziert, und dass das wenigstens eine Verdrängungselement (21; 23; 24) an keiner Stelle des Querschnittes der Bohrung (12) die Bohrung (12) vollständig verschließt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Kraftstoff-Hochdruckspeicher ist beispielsweise aus der DE 102 57 134 A1 bekannt. Ein derartiger Kraftstoff-Hochdruckspeicher dient bei einer Diesel-Brennkraftmaschine zur Versorgung der Kraftstoffinjektoren mit unter Hochdruck stehendem Dieselkraftstoff. Ein derartiger Kraftstoff-Hochdruckspeicher (üblicherweise als „Rail” bezeichnet) besitzt ein bestimmtes Speichervolumen für Kraftstoff, um eine entsprechende Druckwellendämpfung während des Betriebs der Diesel-Brennkraftmaschine zu erzielen.
Durch die zusätzlichen Anforderungen, hervorgerufen durch einen Motor-Start-Stopp-Betrieb bei heutigen Kraftfahrzeugen, ergibt sich der Wunsch nach relativ schnellen Startzeiten der Diesel-Brennkraftmaschine. Hierfür sind speziell ausgebildete Injektoren vorgesehen, die ihrerseits ein gewisses Speichervolumen aufweisen. Dadurch zielen zukünftige Rail-Auslegungen zu kleineren Volumen hin. Hierbei beträgt das angestrebte Railvolumen nur ca. 50 Prozent des bisherigen Railvolumens. Durch das kleinere Speichervolumen im Rail wird ein Druckaufbau beschleunigt, was zu gewünschten reduzierten Startzeiten führt. Da trotzdem alle Anschlüsse für die Kraftstoffinjektoren an dem Kraftstoffrail angeordnet werden müssen, ist es nicht oder nur schwer möglich, die Baulänge der bekannten Rails zu reduzieren, um somit über eine reduzierte Baulänge ein reduziertes Railvolumen zu erhalten. Auch ist der Weg über Bohrungen mit kleinerem Bohrungsdurchmesser relativ schwierig zu realisieren, da derartige Bohrungen mit kleinerem Bohrungsdurchmesser nur relativ aufwändig und somit kostenintensiv herzustellen sind.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieser bei relativ günstiger Herstellbarkeit ein geringeres Railvolumen aufweist. Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch in die Bohrung eingebrachte Verdrängungselemente das durch den Bohrungsdurchmesser vorbestimmte Volumen im Rail zu verringern, ohne dass hierzu am Bohrungsdurchmesser gegenüber dem Stand der Technik eine Änderung erforderlich ist. Gleichzeitig darf der Querschnitt der Bohrung an keiner Stelle durch das wenigstens eine Verdrängungselement vollständig verschlossen sein, um eine sichere Versorgung der Kraftstoffinjektoren mit Kraftstoff zu gewährleisten.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckspeichers sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Um zu gewährleisten, dass alle Kraftstoffinjektoren mit genügend Kraftstoff versorgt werden, sowie die Strömungseigenschaften an den Abzweigbohrungen möglichst wenig zu beeinflussen, ist es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest im Mündungsbereich der Abzweigbohrungen der Querschnitt der Bohrung durch die Verdrängungselemente gegenüber anderen Bereich weniger reduziert ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Verdrängungselement stangenförmig ausgebildet ist. Dadurch, dass sich das Verdrängungselement in der Bohrung über eine gewisse Länge erstreckt, kann somit eine Reduzierung des Volumens im Rail erreicht werden, auch wenn das Verdrängungselement nur einen relativ geringen Durchmesser aufweist und somit den Querschnitt der Bohrung nur relativ gering beeinflusst.
Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass das stangenförmige Verdrängungselement Verdickungsabschnitte aufweist, die zwischen den Abzweigbohrungen angeordnet sind. Durch die Verdickungsabschnitte lässt sich zum einen das Volumen im Rail relativ einfach einstellen und zum anderen wird durch die Verdickungen eine gewisse Positionierung des Verdrängungselements im Rail in radialer Lage erreicht, die beispielsweise Schwingungen des Verdrängungselements verhindert oder zumindest reduziert.
In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass das Verdrängungselement als Draht ausgebildet ist und, dass das Verdrängungselement spiralförmig gewunden ist. Durch die spiralförmige Form wird insbesondere eine Fixierung bzw. Positionierung des Verdrängungsdrahts im Rail bzw. in dessen Bohrung erzielt.
In einer weiteren Alternative hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass das Verdrängungselement mehrere, insbesondere kugelförmig ausgebildete, Verdrängungskörper umfasst. Derartige kugelförmige Verdrängungskörper lassen sich besonders einfach in die Bohrung des Kraftstoff-Hochdruckspeichers einführen.
Um auf relativ einfache Art und Weise zu verhindern, dass die Kugeln die Bohrung vollständig verschließen, ist es hierbei bevorzugt vorgesehen, dass der Durchmesser der Verdrängungskörper geringer ist als der Durchmesser der Bohrung.
Um trotz der Reduzierung des Volumens im Rail die Dämpfungseigenschaften positiv zu beeinflussen, ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, wenn das Verdrängungselement einen Elastizitätsmodul aufweist, der derart gewählt ist, dass das Verdrängungselement durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff komprimiert ist. Dadurch ändert sich bei Druckschwankungen das Volumen des Verdrängungselements, wodurch Druckspitzen gemildert werden.
Als geeignetes Material, welches sich günstig für das Verdrängungselement einsetzen lässt, ist hierbei bevorzugt Kunststoff oder Weichmetall vorgesehen.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher hat den besonderen Vorteil von verbesserten Motor-Start-Stopp-Eigenschaften bei gegenüber herkömmlichen Kraftstoff-Hochdruckspeichersystemen vergleichbaren Herstellkosten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen ersten Kraftstoff-Hochdruckspeicher unter Verwendung kugelförmiger Verdrängungselemente und
2 einen zweiten Kraftstoff-Hochdruckspeicher, bei dem zwei unterschiedlich geformte Verdrängungselemente in dessen Bohrung angeordnet sind.
In der 1 ist ein Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 dargestellt, welcher ein so genanntes Rail 11 aufweist. In der Längsachse des im Wesentlichen stabförmigen Rails 11 ist eine durchgehende Bohrung 12 zur Speicherung von Kraftstoff ausgebildet. An der einen Stirnseite des Rails 11 bzw. der Bohrung 12 ist diese in Wirkverbindung mit einem Druckregelventil 13 angeordnet. Die gegenüberliegende Seite der Bohrung 12 bzw. des Rails 11 ist mit einem Drucksensor 14 zur Erfassung des in der Bohrung 12 herrschenden Kraftstoffdruckes verbunden.
Der soweit beschriebene Kraftstoff-Hochdruckspeicher 10 ist Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Diesel-Brennkraftmaschine. Hierzu ist für jeden Zylinder der Diesel-Brennkraftmaschine ein Kraftstoffinjektor (nicht dargestellt) vorgesehen, der aus dem Rail 11 mit Kraftstoff versorgt wird. Hierzu weist das Rail 11 für jeden Kraftstoffinjektor einen Anschluss 16 auf, in dem eine Abzweigbohrung 17 ausgebildet ist, die insbesondere, ggf. unter Zwischenschaltung einer Drosselbohrung 18, rechtwinklig in der Bohrung 12 des Rails 11 mündet. Ferner erkennt man noch einen Kraftstoffanschluss 19 im Bereich des Druckregelventils 13, mittels dem überschüssiger Kraftstoff aus dem Rail 11 in den Tank des Kraftfahrzeugs rückgeführt werden kann.
Gemäß der 1 sind innerhalb der Bohrung 12 des Rails 11 eine Vielzahl von Verdrängungselementen 21 angeordnet. Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verdrängungselemente 21 kugelförmig ausgebildet und bestehen insbesondere aus Kunststoff oder Weichmetall. Man erkennt ferner, dass der Durchmesser der Verdrängungselemente 21 geringer ist als der Durchmesser der Bohrung 12, sodass durch ein Verdrängungselement 21 alleine der Querschnitt der Bohrung 12 nicht vollständig verschlossen werden kann. Ferner ist durch die Geometrie bzw. durch die Größe der Verdrängungselemente 21 ausgeschlossen, dass auch mehrere Verdrängungselemente 21 den Querschnitt der Bohrung 12 an einer Stelle vollständig verschließen.
In der 2 sind weitere bzw. anders ausgebildete Verdrängungselemente 23, 24 dargestellt, zur Vereinfachung in einem einzigen Rail 11. So erkennt man auf der linken Seite des Rails 11 ein Verdrängungselement 23, welches stangenförmig ausgebildet ist, und, wie die Verdrängungselemente 21, ebenfalls bevorzugt aus Kunststoff oder Metall besteht. Dabei weist das Verdrängungselement 23 Abschnitte 25 mit in Längsrichtung betrachtet gleichem bzw. konstantem Durchmesser und Abschnitte 26 mit gegenüber dem Abschnitt 25 vergrößertem Durchmesser bzw. Querschnitt auf. Die Abschnitte 26 bilden Verdickungen aus, welche insbesondere zwischen den Abzweigbohrungen 17 angeordnet sind, um deren Strömungsverhältnisse möglichst wenig zu beeinflussen. Dabei ist der Durchmesser bzw. die Ausbildung der Abschnitte 26 derart, dass der Querschnitt der Bohrung 12 nicht vollständig verschlossen ist, damit Kraftstoff längs der Bohrung 12 strömen kann. Hierzu können zum Beispiel auch (nicht dargestellte) Längsnuten an den Oberflächen der Abschnitte 26 ausgebildet sein.
Auf der rechten Seite der 2 erkennt man demgegenüber ein Verdrängungselement 24, welches als Draht 28 ausgebildet ist. Der Draht 28 ist hierbei spiralförmig geformt, sodass er an der Innenwand der Bohrung 12 anliegt. Der Draht 28 weist hierbei einen konstanten Durchmesser auf.
Es kann vorgesehen sein, dass sowohl das Verdrängungselement 23 als auch das Verdrängungselement 24 über die gesamte Länge der Bohrung 12 angeordnet sind. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass diese nur einen Teilbereich der Bohrung 12 umfassen bzw. sich nicht über die gesamte Länge der Bohrung 12 erstrecken. Auch ist es denkbar, aus Gründen der einfacheren Montage oder Herstellbarkeit jeweils mehrere Verdrängungselemente 23, 24 einzusetzen, welche sich dann nach deren Montage über die gesamte Länge der Bohrung 12 erstrecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10257134 A1 [0002]

Claims

Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10), insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen, mit einem Speicherelement (11) für Kraftstoff, in dessen Längsachse eine Bohrung (12) ausgebildet ist, von welcher Abzweigbohrungen (17) ausgehen, die mit Kraftstoffinjektoren verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bohrung (12) wenigstens ein Verdrängungselement (21; 23; 24) angeordnet ist, das das Volumen der Bohrung (12) reduziert und, dass das wenigstens eine Verdrängungselement (21; 23; 24) an keiner Stelle des Querschnittes der Bohrung (12) die Bohrung (12) vollständig verschließt.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Mündungsbereich der Abzweigbohrungen (17) der Querschnitt der Bohrung (12) durch die Verdrängungselemente (21; 23; 24) gegenüber anderen Bereich weniger reduziert ist.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (23) stangenförmig ausgebildet ist.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (23) Verdickungsabschnitte (26) aufweist die zwischen den Abzweigbohrungen (17) angeordnet sind.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (24) als Draht (28) ausgebildet ist und, dass das Verdrängungselement (24) spiralförmig gewunden ist.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von als insbesondere als Kugeln ausgebildete Verdrängungselement (21) vorgesehen sind.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der kugelförmigen Verdrängungselemente (21) geringer ist als der Durchmesser der Bohrung (12).
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (21; 23; 24) einen Elastizitätsmodul aufweist, der derart gewählt ist, dass das Verdrängungselement (21; 23; 24) durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff komprimiert ist.
Kraftstoff-Hochdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (21; 23; 24) aus Kunststoff oder Weichmetall besteht.
Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.