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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Injektorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Stand der Technik
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In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
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Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
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Die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken, die Laufrolle und der Rollenschuh sind dabei innerhalb eines Schmierraumes der Hochdruckpumpe angeordnet. Durch diesen Schmierraum wird von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderter Kraftstoff geleitet, um einerseits die Komponenten innerhalb des Schmierraumes zu schmieren und diese mit dem durch den Schmierraum geleiteten Kraftstoff zu kühlen. Der von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff umfasst somit im Volumenstrom einerseits den durch den Schmierraum geleiteten Kraftstoff zum Schmieren und Kühlen der Komponenten der Hochdruckpumpe innerhalb des Schmierraumes sowie den für die Hochdruckpumpe bestimmten Kraftstoff zur Förderung unter Hochdruck zu dem Hochdruck-Rail.
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Der von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff wird zu einem Hochdruck-Rail gefördert und von dem Hochdruck-Rail durch Hochdruckleitungen Magnetventil-Injektoren zugeführt. Von den Magnetventil-Injektoren wird der Kraftstoff in Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors eingespritzt. Die Magnetventil-Injektoren weisen einen Elektromagneten als Aktuator auf. Mittels eines Injektorventils des Magnetventil-Injektors wird dabei von einem Einspritzraum unter Hochdruck, in welchen die Hochdruckleitung mündet, der Kraftstoff den Verbrennungsräumen zugeführt. Bei einem geöffneten Injektorventil mit einer Injektordüsennadel kann somit Kraftstoff von dem Einspritzraum an dem Magnetventil-Injektor in den Verbrennungsraum eingespritzt werden. Die Injektordüsennadel wird dabei mittels eines hydraulischen Kopplers hydraulisch von einem Steuerventil betätigt, d. h. geöffnet und geschlossen. Hierzu wird das Steuerventil von den Elektromagneten betätigt, d. h. geöffnet und geschlossen, so dass bei einem geschlossenen Steuerventil in dem Steuerraum Hochdruck herrscht und bei einem geöffneten Steuerventil der Druck des Kraftstoffes in dem Steuerraum absinkt, da bei einem geöffneten Steuerventil der Kraftstoff durch eine Injektorrücklaufleitung aus dem Steuerraum abgeleitet wird, da das Steuerventil die Injektorrücklaufleitung öffnet und schließt. Die Injektorrücklaufleitung mündet dabei durch ein Rückschlagventil in eine Kraftstoffrücklaufleitung der Hochdruckpumpe. Bei einer Ausbildung der Hochdruckpumpe insbesondere mit nur einem Kolben treten an der Kraftstoffrücklaufleitung aufgrund der Hubbewegung des Kolbens und der dadurch bedingten Volumenveränderung in dem Schmierraum starke Druck- und Durchflussschwankungen auf. Das Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung hat die Aufgabe einen im Wesentlichen konstanten Druck in der Injektorrücklaufleitung zu halten, beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 1,5 bar. In Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Rückschlagventil mündet die Injektorrücklaufleitung in die Kraftstoffrücklaufleitung. Aus diesem Grund treten die Starken Druckschwankungen auch an dem Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung auf. Bei einer Unterdruckwelle an der Kraftstoffrücklaufleitung, welcher sich auch in die Injektorrücklaufleitung fortpflanzt, kann es zu einem sehr geringen Druck von z. B. 0,3 bar kommen. In der Kraftstoffrücklaufleitung kann es auch zu stehenden Wellen aufgrund eines Resonanzfalles kommen. Aufgrund dieses sehr geringen Druckes in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Rücklaufventil in der Injektorrücklaufleitung öffnet das Rückschlagventil, so dass dadurch der Kraftstoff durch das Rückschlagventil strömen kann und somit der Druck in der Injektorrücklaufleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Rückschlagventil abnimmt. Dadurch ist an der Injektorrücklaufleitung und damit auch an dem Magnetventil-Injektor, d. h. insbesondere dem Steuerraum, kein konstanter Druck mehr gewährleistet. Dies führt zu Ungenauigkeiten der eingespritzten Kraftstoffmenge an dem Magnetventil-Injektor und kann auch Beschädigungen von Komponenten des Magnetventil-Injektors bewirken.
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Die
DE 10 2009 026 596 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, umfassend eine Antriebswelle, wenigstens einen Kolben, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar oder unmittelbar auf dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßes Injektorsystem, umfassend wenigstens einen Injektor, der Injektor umfassend einen Aktuator, ein von dem Aktuator betätigtes Steuerventil, eine von dem Steuerventil mittels eines hydraulischen Kopplers hydraulisch betätigbares Injektorventil, wenigstens eine Rücklauföffnung für den hydraulischen Koppler, eine mit der wenigsten einen Rücklauföffnung hydraulisch leitend verbunden Injektorrücklaufleitung, ein erstes Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung, wobei das erste Rückschlagventil in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung weg von dem wenigstens einen Injektor geschalten ist, wobei in der Injektorrücklaufleitung ein zweites Rückschlagventil eingebaut ist und das zweite Rückschlagventil hydraulisch parallel zu dem ersten Rückschlagventil eingebaut ist und das zweite Rückschlagventil in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung zu dem wenigstens einen Injektor geschalten ist, um Druckschwankungen in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem ersten Rückschlagventil zur Erhöhung des Druckes in der Injektorrücklaufleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem ersten Rückschlagventil nutzen zu können. Das zweite Rückschlagventil ist hydraulisch entgegengesetzt zu dem ersten Rückschlagventil ausgebildet bzw. geschalten, so dass durch das erste Rückschlagventil Kraftstoff nur in Strömungsrichtung des Kraftstoffes weg von dem wenigstens einen Injektor strömen kann und durch das zweite Rückschlagventil Kraftstoff nur in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in Richtung zu dem wenigstens einen Injektor strömen kann. An der Injektorrücklaufleitung und damit auch an dem zweiten Rückschlagventil treten starke Druckschwankungen auf. Bei einer Überdruckwelle bzw. Überdruck-Halbwelle mit einem Druck, welcher größer ist als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles, öffnet das zweite Rückschlagventil, so dass dadurch Kraftstoff durch das zweite Rückschlagventil in Richtung zu der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten Rückschlagventil strömen kann. Zwar kann aufgrund der Druckschwankungen wie bei einer Unterdruck-Halbwelle sich das erste Rückschlagventil öffnen und dadurch Kraftstoff von der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten Rückschlagventil durch das erste Rückschlagventil strömen. Bei einer darauffolgenden Überdruck-Halbwelle schließt jedoch das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil öffnet sich, so dass dadurch wieder Kraftstoff durch das zweite Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten bzw. ersten Rückschlagventil strömen kann. Der während der Unterdruck-Halbwellen verlorene Kraftstoff aufgrund des unbeabsichtigten Öffnens des ersten Rückschlagventiles verlorene Kraftstoff kann dadurch während der Überdruck-Halbwellen durch das zweite Rückschlagventil wieder der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten bzw. zweiten Rückschlagventil zugeführt werden. Dadurch kann in der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten bzw. zweiten Rückschlagventil vorhandener Druck des Kraftstoffes im zeitlichen Mittel im Wesentlichen konstant gehalten werden bei einem Druck zwischen 1 und 1,5 bar. In vorteilhafter Weise weist dadurch der Injektor eine konstante und genaue Injektionsmenge auf und Beschädigungen an dem Injektor aufgrund eines unterschiedlichen Druckes in der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten und zweiten Rückschlagventil können dadurch vermieden werden.
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Insbesondere weist die Injektorrücklaufleitung eine erste Aufzweigungsstelle und eine zweite Aufzweigungsstelle auf und das erste Rückschlagventil mündet zu der ersten und zweiten Aufzweigungsstelle und das zweite Rückschlagventil mündet zu der ersten und zweiten Aufzweigungsstelle.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste und zweite Aufzweigungsstelle mit zwei hydraulisch getrennten Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen miteinander verbunden in denen jeweils das erste und zweite Rückschlagventil eingebaut ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform weisen das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil einen im Wesentlichen gleichen Schaltdruck auf. Ein im Wesentlichen gleicher Schaltdruck des ersten und zweiten Rückschlagventiles unterscheidet sich um weniger als 5 %, 3 % oder 1 %. Der Schaltdruck ist dabei derjenige Druck des ersten und zweiten Rückschlagventiles, bei welchem das erste bzw. zweite Rückschlagventil öffnet und schließt. Insbesondere ist dabei der Schaltdruck eine Druckdifferenz an dem ersten und/oder zweiten Rückschlagventil, so dass bei einer Druckdifferenz größer als der Schaltdruck das erste und zweite Rückschlagventil geöffnet ist und bei einer Druckdifferenz kleiner als der Schaltdruck das erste und zweite Schaltventil geschlossen ist.
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Vorzugsweise weist das erste Rückschlagventil einen wesentlich größeren Schaltdruck auf als das zweite Rückschlagventil. Der Schaltdruck des ersten Rückschlagventiles ist wesentlich größer als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles, d. h. ist um wenigstens 5 %, 10 % oder 15 % größer als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles. Durch das erste Rückschlagventil wird damit weniger Kraftstoff zu dem Kraftstofftank geleitet als durch das zweite Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten Rückschlagventil geleitet wird.
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In einer Variante weist das erste Rückschlagventil einen wesentlich kleineren Schaltdruck auf als das zweite Rückschlagventil. Der Schaltdruck des ersten Rückschlagventiles ist wesentlich kleiner als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles, so dass der Schaltdruck des ersten Rückschlagventiles um wenigstens 5 %, 10 % oder 15 % kleiner ist als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles. Durch das erste Rückschlagventil strömt dadurch mehr Kraftstoff in den Kraftstofftank als durch das zweite Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten Rückschlagventil geleitet wird.
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Zweckmäßig ist das erste und zweite Rückschlagventil ein mechanisches Rückschlagventil mit einer Ventilfeder und einem beweglichen Schließteil.
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Zweckmäßig ist das erste und zweite Rückschlagventil in ein gemeinsames Gehäuse integriert.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das erste und zweite Rückschlagventil eine im Wesentlichen gleiche Kennlinie auf. Die Kennlinie hängt beispielsweise von der Federkonstante der Ventilfeder und der Geometrie bzw. der Strömungsquerschnittsfläche der Öffnungen an dem Rückschlagventil ab. Die Kennlinie gibt den funktionalen Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz an dem Rückschlagventil und dem davon abhängigen Volumenstrom an Kraftstoff, welcher durch das Rückschlagventil strömt, an, wobei die Druckdifferenz größer ist als der Schaltdruck.
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in einer zusätzlichen Ausführungsform ist das erste und zweite Rückschlagventil als ein elektronisches Rückschlagventil ausgebildet. Hierzu wird mittels eines Drucksensors der Druck vor und nach dem Ventil als Rückschlagventil gemessen und bei einem entsprechenden Schaltdruck als Druckdifferenz das erste und/oder zweite Rückschlagventil jeweils elektronisch, z. B. mit einem Magneten, geöffnet und geschlossen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der hydraulische Koppler einen Steuerraum auf, welcher mit einem unterschiedlichen Druck beaufschlagbar ist und die Rücklauföffnung in den Steuerraum mündet, insbesondere ist die Rücklauföffnung mit dem Steuerventil öffenbar und schließbar.
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In einer Variante ist die Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Kopplers der von dem Injektor eingespritzte Kraftstoff.
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Insbesondere ist der wenigstens eine Injektor ein Magnetventil-Injektor mit einem Elektromagneten als Aktuator.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der wenigstes eine Injektor ein Piezo-Injektor mit einem Piezoelement als Aktuator.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Injektorsystem mehrere Injektoren, insbesondere Magnetventil-Injektoren, und jeder Injektor weist je eine Rücklauföffnung auf und die Rücklauföffnungen sind hydraulisch mit der Injektorrücklaufleitung verbunden. Vorzugsweise sind dabei die Injektoren mit jeweils nur einem ersten und zweiten Rückschlagventil hydraulisch verbunden. Abweichend hiervon kann auch jedem der mehreren Injektoren jeweils ein erstes und zweites Rückschlagventil zugeordnet sein, so dass das Injektorsystem mit mehreren Injektoren mehrere erste und zweite Rückschlagventile aufweist.
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Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe mit wenigstens einem Kolben zur Förderung von Kraftstoff zu einem Hochdruck-Rail, eine Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe, das Hochdruck-Rail zum Leiten von Kraftstoff zu einem Injektorsystem, das Injektorsystem mit wenigstens einem Injektor, wobei das Injektorsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Injektorsystem ausgebildet ist.
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In einer ergänzenden Variante umfasst die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffrücklaufleitung und die Injektorrücklaufleitung mündet in die Kraftstoffrücklaufleitung der Hochdruckpumpe.
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In einer weiteren Variante mündet bzw. münden die Injektorrücklaufleitung und/oder die Kraftstoffrücklaufleitung in einen Kraftstofftank.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Hochdruckpumpe nur einen Kolben. In einer weiteren Variante ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe und/oder die Förderleistung der Vorförderpumpe ist steuerbar und/oder regelbar und/oder die Vorförderpumpe ist eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und/oder von der Vorförderpumpe ist der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 bar und 6 bar, förderbar.
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Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdruckeinspritzsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Hochdruckeinspritzsystem ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorförderpumpe einen Elektromotor. Insbesondere ist der Elektromotor der Vorförderpumpe in die Vorförderpumpe integriert, z. B. indem Permanentmagnete in ein Zahnrad eingebaut sind.
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Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
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2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
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3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
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4 einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe und ein Injektorsystem,
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5 einen Längsschnitt eines geschlossenen Rückschlagventils,
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6 einen Längsschnitt des geöffneten Rückschlagventils gemäß 5,
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7 einen Querschnitt eines Magnetventil-Injektor bei einem geschlossenen Injektorventil,
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8 einen Querschnitt des Magnetventil-Injektor gemäß 7 bei einem geöffneten Injektorventil und
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 als Kolbenführung 7 gelagert, der von einem Gehäuse 8 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 strömt der Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
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Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich an einer Kontaktfläche 12 auf der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
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In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für ein Kraftfahrzeug abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Injektoren 44 eines Injektorsystems 42 in die Verbrennungsräume (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine Kraftstoffleitung 33 zu der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Eine Zumesseinheit 37 steuert und/oder regelt das pro Zeiteinheit zu der Hochdruckpumpe 1 geleitete Volumen an Kraftstoff. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff zu den Injektoren 44 zu leiten. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
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4 zeigt ebenfalls das Hochdruckeinspritzsystem 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist ein Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Aufgrund der Hubbewegung des Kolbens 5 treten in dem Schmierraum 40 ungefähr sinusförmige Druckschwankungen des Kraftstoffes auf als Druckwellen, die sich in die Kraftstoffleitung 34 fortpflanzen. Durch den durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoff werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Innerhalb des Gehäuses 8 ist hierzu ein Strömungskanal 43 vorhanden und durch den Strömungskanal 43 wird der Kraftstoff in den Schmierraum 40 ein- und anschließend wieder ausgeleitet und nach dem Ausleiten aus dem Schmierraum 40 durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder dem Kraftstofftank 32 zugeführt (4). In 4 ist das in 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Dabei weist das Hochdruckeinspritzsystem 36 in dem in 4 dargestellten detaillierten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel keine Zumesseinheit 37 auf. Die Vorförderpumpe 35 ist in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Förderleistung steuerbar und/oder regelbar und ist durch einen Elektromotor 17 angetrieben. Die Vorförderpumpe 35 ist als eine Zahnradpumpe 14, z. B. eine Innenzahnradpumpe 15 oder eine Außenzahnradpumpe 16, ausgebildet und stark vereinfacht dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die Kraftstoffleitung 33 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt, d. h. dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch ein Überströmventil 41 und einem dem Überströmventil 41 nachgeschalteten Strömungskanal 43 dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch den Strömungskanal 43 und die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Das Überströmventil 41 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 ein konstanter Druck, d. h. der Vorförderdruck von 4, 5 bar herrscht. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt. Um ein Ansteigen des Druckes bei einer erhöhten Förderleistung der Vorförderpumpe 35 an der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 zu vermeiden, öffnet bei einem Druckanstieg, z. B. ab einem Druck von 5,5 bar, des Kraftstoffes vor dem Überströmventil 41 das Überströmventil 41 zusätzlich, d. h. stellt eine größere Strömungsquerschnittsfläche des Kraftstoffes durch das Überströmventil 41 solange zur Verfügung, bis wieder ein Druck von 4,5 bar vor dem Überströmventil 41 herrscht. Bei einem Druck von weniger als 4,5 bar in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 schließt das Überströmventil 41.
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Dadurch kann in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 39 ein im Wesentlichen konstanter Vorförderdruck zwischen 4,5 bar und 5,5 bar zur Verfügung gestellt werden, auch bei geringfügigen Schwankungen der Förderleistung der Vorförderpumpe 35.
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Der Verbrennungsmotor 39 des Kraftfahrzeuges weist vier nicht dargestellte Hubkolben auf. Die Hubkolben begrenzen dabei unter Anderem nicht dargestellte vier Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39. Mittels vier Magnetventil-Injektoren 45 als vier Injektoren 44 wird der Kraftstoff in die nicht dargestellten Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Hierzu wird der Kraftstoff unter Hochdruck durch eine Hochdruckleitung 55 dem Hochdruck-Rail 30 zugeführt und von dem Hochdruck-Rail 30 durch vier Hochdruckleitungen 55 den vier Magnetventil-Injektoren (3 und 4). Die Magnetventil-Injektoren 45 weisen jeweils einen Steuerraum 52 und einen Einspritzraum 53 auf. In den Einspritzraum 53 mündet die Hochdruckleitung 55 von der Hochdruckpumpe 1, so dass in dem Einspritzraum 53 der Kraftstoff ständig unter Hochdruck steht. Der Steuerraum 52 und der Einspritzraum 53 sind dabei durch einen Bypasskanal 54 fluidleitend verbunden. In 7 ist der geschlossene Injektor 54 dargestellt, so dass kein Kraftstoff in den Verbrennungsraum einströmen kann durch den Einspritzraum 53 und in 8 ist ein geöffneter Injektor 44 dargestellt, so dass der Kraftstoff von dem Einspritzraum 53 in den nicht dargestellten Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 strömen kann.
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Ein Steuerventil 48 wird von einem Elektromagneten 47 als Aktuator 46 betätigt, so dass das Steuerventil 48 zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegt werden kann. Hierzu ist das Steuerventil 48 mittels eines Steuerventilstabes 68 mit dem Elektromagneten 47 verbunden. In 7 ist das Steuerventil 48 geschlossen, so dass eine Injektorrücklaufleitung 57, welche durch eine Rücklauföffnung 56 in den Steuerraum 52 mündet, nicht fluidleitend mit dem Steuerraum 52 verbunden ist und außerdem der Bypasskanal 54 geöffnet ist, so dass der Kraftstoff von dem Einspritzraum 53 in den Steuerraum 52 strömen kann. Dadurch tritt auch in dem Steuerraum 52 gemäß der Darstellung in 7 der gleiche hohe Druck des Kraftstoffes wie in dem Einspritzraum 53 auf, so dass aufgrund des hohen Druckes auf ein Injektorventil 49 als eine Injektordüsennadel 50 eine derart große Kraft auf die Injektordüsennadel 50 von dem Kraftstoff in den Steuerraum 52 aufgebracht ist, so dass sich die Injektordüsennadel 50 entgegen der von einer Injektorfeder 67 auf die Injektordüsennadel 50 aufgebrachte Kraft in der in 7 dargestellten Schließstellung befindet. Zum Öffnen des Magnetventil-Injektors 45, d. h. dem Bewegen der Injektordüsennadel 50 von der in 7 dargestellten Schließstellung in der in 8 dargestellte Öffnungsstellung, wird mittels des Elektromagneten 47 das Steuerventil 48 in die in 8 dargestellte Öffnungsstellung bewegt, so dass dadurch einerseits der Bypasskanal 54 geschlossen ist und dadurch kein Kraftstoff von dem Einspritzraum 53 in den Steuerraum 52 einströmen kann. Außerdem besteht in der in 8 dargestellten Öffnungsstellung des Steuerventiles 48 eine fluidleitende Verbindung zwischen der Injektorrücklaufleitung 57 und dem Steuerraum 52, so dass durch die Rücklauföffnung 56 des Magnetventil-Injektors 45 der unter Hochdruck stehende Kraftstoff in dem Steuerraum 52 durch die Injektorrücklaufleitung 57 abströmen kann. Die Rücklauföffnung 56 ist dabei als eine Drosselstelle mit einer kleinen Strömungsquerschnittsfläche ausgebildet, so dass der Druck in der Injektorrücklaufleitung 57 langsam zunimmt. Aufgrund des geringen Volumens des Steuerraumes 52 nimmt jedoch der unter Hochdruck stehende Druck des Kraftstoffes in den Steuerraum 52 schnell ab aufgrund des abströmenden Kraftstoffes durch die Rücklauföffnung 56 in die Injektorrücklaufleitung 57, so dass dadurch die von dem Kraftstoff auf die Injektordüsennadel 50 aufgebrachte Druckkraft in Richtung der Bewegungsrichtung der Injektordüsennadel 50 von oben nach unten aufgebrachte Kraft nicht mehr ausreicht, um die Injektordüsennadel 50 in der in 7 dargestellten Schließstellung zu halten, so dass dadurch die Injektordüsennadel 50 durch die Injektorfeder 67 von der in 7 dargestellten Schließstellung in die in 8 dargestellte Öffnungsstellung nach oben bewegt wird. Zum Bewegen der Injektordüsennadel 50 von der in 8 dargestellten Öffnungsstellung in die in 7 dargestellte Schließstellung braucht lediglich mittels des Elektromagneten 47 das Steuerventil 48 in die in 7 dargestellte Schließstellung bewegt werden, so dass dadurch in dem Steuerraum 52 wieder der Druck wie in dem Einspritzraum 53 auftritt, aufgrund der fluidleitenden Verbindung mittels des Bypasskanales 54, und sich dadurch die Injektordüsennadel 50 entgegen der von der Injektorfeder 67 auf die Injektordüsennadel 50 aufgebrachten Druckkraft wieder in die Schließstellung gemäß 7 bewegt. Der Steuerraum 52, der Einspritzraum 53, der Bypasskanal 54 und das Steuerventil 48 bilden damit einen hydraulischen Koppler 51 zur hydraulischen mittelbaren Bewegung des Injektorventils 49. Für eine ordnungsgemäße Funktion ist in der Injektorrücklaufleitung 57 an den Injektoren 44 ein konstanter Druck zwischen 1 und 1,5 bar erforderlich.
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Jedem der vier Brennräume des Verbrennungsmotors 39 ist jeweils ein Magnetventil-Injektor 45 zugeordnet (3 und 4). Die Injektorrücklaufleitungen 57 werden zu einer Injektorrücklaufleitung 57 zusammengeführt und diese zusammengeführte Injektorrücklaufleitung 57 zweigt sich an einer ersten Aufzweigungsstelle 60 in zwei Injektorrücklaufleitungen 57 auf, nämlich in zwei Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen 62. Die beiden Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen 62 werden anschließend wieder an einer zweiten Aufzweigungsstelle 61 zusammengeführt und diese Injektorrücklaufleitung 57 mündet an einer Mündung 66 in die Kraftstoffrücklaufleitung 34 aus dem Schmierraum 40. Die Kraftstoffrücklaufleitung 34 mündet in den Kraftstofftank 32.
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In einer der beiden Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen 62 ist ein erstes Rückschlagventil 58 und in der anderen Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitung 62 ist ein zweites Rückschlagventil 59 eingebaut oder integriert. Das erste und zweite Rückschlagventil 58, 59 ist ein mechanisches Rückschlagventil mit einem Schließteil 64, einer Ventilfeder 63 und einem Ventilgehäuse 65. In 5 ist eine Schließstellung des ersten und zweiten Rückschlagventiles 58, 59 dargestellt und in 6 eine Öffnungsstellung des ersten und zweiten Rückschlagventiles 58, 59 dargestellt. Die Ventilfeder 63 bringt eine Druckkraft auf das Schließteil 64 auf und bei einer Druckdifferenz, welche größer ist als der Schaltdruck des ersten und zweiten Rückschlagventiles 58, 59, wird das Schließteil 64 aufgrund der von dem Kraftstoff auf das Schließteil 64 einwirkenden Druckkraft entgegen der von der in 5 dargestellten Schließstellung in die 6 dargestellte Öffnungsstellung bewegt. Das Ventilgehäuse 65 weist dabei eine Ausdehnung senkrecht zu der Zeichenebene von 5 und 6 auf, so dass dadurch der Kraftstoff durch das erste und zweite Rückschlagventil 58, 59 in der in 6 dargestellten Öffnungsstellung strömen kann, da der Kraftstoff außerhalb der in 5 und 6 dargestellten Schnittbildung das Schließteil 64 umströmen kann, innerhalb des Ventilgehäuses 65.
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Das erste und zweite Rückschlagventil 58, 59 sind in entgegengesetzt geschaltet. Durch das erste Rückschlagventil 58 kann Kraftstoff nur von der Injektorrücklaufleitung 57 zwischen den Magnetventil-Injektoren 45 und dem ersten Rückschlagventil 58 durch das erste Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung 57 zu dem Kraftstofftank 32 strömen. Durch das zweite Rückschlagventil 59 kann Kraftstoff nur in die Injektorrücklaufleitung 57 zwischen dem zweiten Rückschlagventil 59 und den Magnetventil-Injektoren 45 einströmen.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist nur einen Kolben 5 auf. Aufgrund der Hubbewegungen des Kolbens 5 treten an dem Schmierraum 40 Volumenänderungen und dadurch auch starke Druckschwankungen auf. Diese Durchschwankungen mit Unterdruck-Halbwellen und Überdruck-Halbwellen pflanzen sich durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 und die Injektorrücklaufleitung 57 bis zu dem ersten und zweiten Rückschlagventil 58, 59 fort. Bei einer Unterdruck-Halbwelle an dem ersten Rückschlagventil 58 öffnet das erste Rückschlagventil 58, so dass Kraftstoff durch das erste Rückschlagventil 58 in die Injektorrücklaufleitung 57 und damit zu dem Kraftstofftank 32 gelangt. Dadurch sinkt der Druck in der Injektorrücklaufleitung 57 zwischen den Magnetventil-Injektoren 45 und dem ersten Rückschlagventil 58 ab. Für eine ordnungsgemäße Funktion des Magnetventil-Injektors 45 ist ein konstanter Druck des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung 57 an dem Magnetventil-Injektor 45 im Bereich zwischen und 1 bar und 1,5 bar erforderlich. Bei einer Überdruck-Halbwelle an der Injektorrücklaufleitung 57 öffnet das zweite Rückschlagventil 59 und das erste Rückschlagventil 58 schließt. Dadurch kann bei der Überdruck-Halbwelle durch das zweite Rückschlagventil 59 Kraftstoff in die Injektorrücklaufleitung 57 zwischen dem Magnetventil-Injektor 45 und dem zweiten Rückschlagventil 59 eingeleitet werden. Somit kann der während der Unterdruck-Halbwellen aus der Injektorrücklaufleitung 57 durch das erste Rückschlagventil 58 ausströmende Kraftstoff wieder während der Überdruck-Halbwellen in die Injektorrücklaufleitung 57 durch das zweite Rückschlagventil 59 eingeleitet werden, so dass dadurch trotz der großen Druckschwankungen an dem ersten und zweiten Rückschlagventil 58, 59 an der Injektorrücklaufleitung 57 an den Magnetventil-Injektoren 45 ein konstanter Druck von 1 bar bis 1,5 bar vorherrscht.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Injektorsystem 42 und der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Mittels des zusätzlichen zweiten Rückschlagventiles 59, welches entgegengesetzt hydraulisch geschalten ist zu dem ersten Rückschlagventil 58, kann durch das zweite Rückschlagventil 59 während der Überdruck-Halbwellen, Kraftstoff wieder der Injektorrücklaufleitung 57 an den Magnetventil-Injektoren 45 zugeführt werden. Dadurch tritt an den Injektorrücklaufleitungen 57 bei den Magnetventil-Injektoren 45 trotz der starken Druckschwankungen an der Kraftstoffrücklaufleitung 34 ein im Wesentlichen konstanter Druck zwischen 1 bar und 1,5 bar auf. Die Magnetventil-Injektoren 45 können dadurch eine exakte Kraftstoffmenge in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39 einspritzen und ferner ist dadurch der Magnetventil-Injektor 45 im Betrieb zuverlässig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009026596 A1 [0006]
