DE102013204289A1 - Fuel injection system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, aufweisend zumindest eine Hochdruckpumpe (1) und einen Hochdruckspeicher (6) sowie einen Kraftstoffinjektor (4) je Zylindereinheit der Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffeinspritzsystem bereit gestellt, das bei einfachem Aufbau und problemloser Anbaumöglichkeit an eine Brennkraftmaschine eine effiziente Steuerung des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffs ermöglicht. Erreicht wird dies dadurch, dass das Kraftstoffeinspritzsystem modular ausgebildet und je Zylindereinheit der Brennkraftmaschine einen den Kraftstoffinjektor (4) zugeordneten Hochdruckspeicher (6) aufweist.The invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine, comprising at least one high pressure pump (1) and one high pressure accumulator (6) and one fuel injector (4) per cylinder unit of the internal combustion engine. According to the invention, a fuel injection system is provided which, with a simple structure and easy attachment to an internal combustion engine, enables efficient control of the fuel to be supplied to the internal combustion engine. This is achieved in that the fuel injection system has a modular design and has a high-pressure accumulator (6) assigned to the fuel injector (4) for each cylinder unit of the internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, aufweisend zumindest eine Hochdruckpumpe und einen Hochdruckspeicher sowie einen Kraftstoffinjektor je Zylinder der Brennkraftmaschine.The invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine, comprising at least one high-pressure pump and a high-pressure accumulator and a fuel injector per cylinder of the internal combustion engine.
Stand der TechnikState of the art
Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem bereit zu stellen, das bei einfachem Aufbau und problemloser Anbaumöglichkeit an eine Brennkraftmaschine eine effiziente Steuerung der Brennkraftmaschine ermöglicht.The invention has for its object to provide a fuel injection system that enables efficient control of the internal combustion engine with a simple structure and easy mounting option to an internal combustion engine.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Kraftstoffeinspritzsystem modular ausgebildet und jede Zylindereinheit der Brennkraftmaschine ein dem Kraftstoffinjektor zugeordneten Hochdruckspeicher aufweist. Diese Ausgestaltung schaltet zunächst einmal die bekannten Nachteile eines herkömmlichen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems ab. Dies sind insbesondere:
- – Die Zurverfügungstellung einer deutlich höheren Fördermenge als der tatsächliche Bedarf,
- – eine gegenseitige hydraulische Beeinflussung der Einspritzmenge der Kraftstoffinjektoren, was beispielsweise zu Druckschwingungen in dem Kraftstoffeinspritzsystem führen kann,
- – eine Einschränkung der Flexibilität des Anbaus der Hochdruckpumpe durch eine mechanische Anbindung der Hochdruckpumpe an die Brennkraftmaschine, wobei aufwendige Antriebselemente verbaut werden. Weiterhin ist bei einer konventionellen Hochdruckpumpe diese an die Drehzahl und das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine gekoppelt, wodurch es zu einer Beeinflussung durch Massenträgheitsmomente kommt. Dabei kann die Mengenförderung nur in Verbindung beziehungsweise proportional mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen.
- - the provision of a much higher flow rate than the actual need,
- A mutual hydraulic influence on the injection quantity of the fuel injectors, which may for example lead to pressure oscillations in the fuel injection system,
- - A limitation of the flexibility of the attachment of the high-pressure pump by a mechanical connection of the high-pressure pump to the internal combustion engine, with expensive drive elements are installed. Furthermore, in a conventional high-pressure pump, this is coupled to the rotational speed and the operating behavior of the internal combustion engine, which leads to an influence by moments of inertia. The quantity promotion can only be done in conjunction or proportional to the speed of the internal combustion engine.
Neben der Abstellung der geschilderten Nachteile bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung weitere Vorteile hinsichtlich: der Steuerung. So ist eine effizientere Steuerung der Brennkraftmaschinenleistung möglich
- – durch eine zylinderspezifische Einspritzmengen-Steuerung,
- – durch eine gezielte Einzelzylinder-Abschaltung der Brennkraftmaschine zur Betriebsoptimierung der gesamten Brennkraftmaschine mit einer Anpassung an jeweilige Belastungszustände der Brennkraftmaschine, was eine Kraftstoffeinsparung und Emissionsvorteile bewirkt,
- – durch den modularen Aufbau wird aus einem Zentralsystem ein System bestehend aus einzelnen Teilmodulen mit einer Vereinfachung der Steuergeräte und Software-Architektur.
- By a cylinder-specific injection quantity control,
- By a targeted individual cylinder shutdown of the internal combustion engine to optimize the operation of the entire internal combustion engine with an adaptation to respective load conditions of the internal combustion engine, which causes a fuel saving and emission benefits,
- - The modular structure of a central system is a system consisting of individual sub-modules with a simplification of the control devices and software architecture.
Weiterhin werden Vorteile in der Sicherheit erreicht. So kann
- – im Fall von einem defekten Kraftstoffinjektor durch eine gezielte Einzelzylinder-Abschaltung ein Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine unter reduzierter Leistung ermöglicht werden.
- – Bei Undichtigkeiten beziehungsweise Leckagen ist durch die Einzelzylinder-Abschaltung ein leistungsreduzierter Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine möglich. Durch minimal beschränkten Kraftstoffaustritt wird eine Brandgefahr stark reduziert beziehungsweise verhindert. Auch wird ein ungewollter Kraftstoffaustritt unterbunden.
- - In the case of a defective fuel injector by a targeted individual cylinder shutdown a continued operation of the internal combustion engine can be made possible under reduced power.
- - In case of leaks or leaks, a reduced-power further operation of the internal combustion engine is possible by the single cylinder shutdown. Minimally restricted fuel leakage greatly reduces or prevents a fire hazard. Also, an unwanted fuel leakage is prevented.
Weiterhin ergeben sich erweiterte konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten der Komponenten, insbesondere der Hochdruckpumpe, des Hochdruckspeichers und des Kraftstoffinjektors. Dadurch wird eine erhöhte Flexibilität der Einbaumöglichkeiten der Hochdruckpumpe beziehungsweise des Hochdruckspeichers in den entsprechenden Motorraum eines Fahrzeuges, in das die Brennkraftmaschine eingebaut ist, erreicht. Dabei wird auch ein geringerer Platzbedarf aufgrund der Verwendung kleinerer Bauteile erreicht. Weitere Vorteile sind, dass das System modular bei ein- und mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann. Durch den modularen Aufbau ist über die Plattformstruktur eine günstige Massenproduktion bei gleichzeitiger Kostenreduzierung der einzelnen Komponenten beziehungsweise von Einheiten, bestehend zumindest aus einem Hochdruckspeicher und einem Kraftstoffinjektor, möglich. Schließlich besteht ein Einsparpotential bei den Brennkraftmaschinen durch Weglassen der Antriebselemente. Weiterhin werden die Steuergeräte vereinfacht und durch die Unabhängigkeit zum Brennkraftmaschinenbetrieb ist eine flexible Bereitstellung von Kraftstoff unter Hochdruck bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine ermöglicht. Dadurch kann beispielsweise eine Emissionsreduzierung erreicht werden.Furthermore, there are extended structural design possibilities of the components, in particular the high pressure pump, the high-pressure accumulator and the fuel injector. As a result, increased flexibility of the installation options of the high-pressure pump or the high-pressure accumulator in the corresponding engine compartment of a vehicle, in which the internal combustion engine is installed, achieved. In this case, a smaller space requirement is achieved due to the use of smaller components. Further advantages are that the system can be used modularly in single and multi-cylinder internal combustion engines. Due to the modular structure is on the platform structure a cheap mass production while reducing the cost of the individual components or units, consisting at least of a high-pressure accumulator and a fuel injector, possible. Finally, there is a potential savings in the internal combustion engine by omitting the drive elements. Furthermore, the control units are simplified and due to the independence of the internal combustion engine operation, a flexible provision of fuel under high pressure is made possible even before the start of the internal combustion engine. As a result, for example, an emission reduction can be achieved.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Hochdruckpumpe einem oder mehreren Hochdruckspeichern zugeordnet. Insbesondere bei der Zuordnung einer Hochdruckpumpe zu einem Speicher und zu einem Kraftstoffinjektor ist die höchstmögliche Flexibilität des Kraftstoffeinspritzsystems gewährleistet. Im Rahmen der Erfindung kann aber eine Hochdruckpumpe auch zwei oder mehr Einheiten, bestehend aus einem Hochdruckspeicher und einem Kraftstoffinjektor, zu geordnet sein. In a further development of the invention, a high-pressure pump is assigned to one or more high-pressure accumulators. In particular when assigning a high-pressure pump to a reservoir and to a fuel injector, the highest possible flexibility of the fuel injection system is ensured. In the context of the invention, however, a high-pressure pump and two or more units, consisting of a high-pressure accumulator and a fuel injector, to be sorted.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hochdruckpumpe mechanisch oder elektrisch angetrieben. Insbesondere der elektrische Antrieb der Hochdruckpumpe beispielsweise mit einem elektromagnetischen Antrieb oder einem Piezoantrieb ermöglicht einen flexiblen Aufbau des Kraftstoffeinspritzsystems und dadurch eine effiziente Steuerungsmöglichkeit der Brennkraftmaschine. Bei einem elektrischen Antrieb kann die Hochdruckpumpe beliebig an der Brennkraftmaschine oder in dem Motorraum positioniert werden.In a further embodiment of the invention, the high pressure pump is mechanically or electrically driven. In particular, the electric drive of the high-pressure pump, for example, with an electromagnetic drive or a piezo drive allows a flexible structure of the fuel injection system and thereby an efficient control of the internal combustion engine. In an electric drive, the high-pressure pump can be arbitrarily positioned on the internal combustion engine or in the engine compartment.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Hochdruckspeicher einen federbelasteten Trennkolben auf. Hierbei wird in einem der so gebildeten Räume der Kraftstoff gespeichert, während der zweite Raum die die Vorspannung des Trennkolbens bewirkende Feder aufnimmt. Alternativ kann der Hochdruckspeicher auch als Volumenspeicher mit einer Membran ausgebildet sein. In einen der so gebildeten Räume ist wiederum Kraftstoff vorhanden, während der gegenüberliegende Raum gasgefüllt ist.In a development of the invention, the high-pressure accumulator has a spring-loaded separating piston. Here, the fuel is stored in one of the spaces thus formed, while the second space receives the bias of the separating piston causing spring. Alternatively, the high-pressure accumulator can also be designed as a volume accumulator with a membrane. In one of the spaces thus formed in turn fuel is present, while the opposite space is filled with gas.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, are described in more detail in the embodiments illustrated in the figures of the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das in
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Die Hochdruckpumpe gemäß
Der Hochdruckspeicher
Das Ausführungsbeispiel gemäß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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