DE102021200154A1

DE102021200154A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102021200154A1
Application number: DE102021200154.8A
Authority: DE
Inventors: Helmut Giessauf; Walter Walkner; Christoph Eduard Kammerer; Alexander Fuchs; Martin Bernhaupt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2022-07-14
Also published as: EP4274958A1; US20240117784A1; CN116940757A; WO2022148679A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (100) für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem von wenigstens einer Hochdruckpumpe (16) mit Kraftstoff versorgbaren ersten Speichereinheit (20), wobei die erste Speichereinheit (20) vorzugsweise innerhalb der Hochdruckpumpe (16) angeordnet ist, einer ersten Verbindungsleitung (26) von der ersten Speichereinheit (20) zu einer zweiten Speichereinheit (30), und mit einer zweiten Verbindungsleitung (40) von der zweiten Speichereinheit (30) zu einem Kraftstoffinjektor (50).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für selbstzündende Brennkraftmaschinen, insbesondere in Form eines Common-Rail-Einspritzsystems, das unter Verwendung von standardisierten Kraftstoffinjektoren aufgebaut werden kann.
Stand der Technik
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für selbstzündende Brennkraftmaschinen sind in einer Vielzahl von konstruktiven Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. So ist es aus der DE 43 44 190 A1 bekannt, über ein Common-Rail als erster Speichereinheit und Zwischenschaltung jeweils einer zweiten Speichereinheit für jeden Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine den jeweiligen Kraftstoffinjektor mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zu versorgen. Die zusätzlich zum Common-Rail vorgesehenen zweiten Speichereinheiten erlauben eine bessere Versorgung des Kraftstoffinjektors mit Kraftstoff bzw. einen geringeren Druckabfall und geringere Druckschwankungen insbesondere bei relativ hohen Nenn-Einspritzmengen der Kraftstoffinjektoren. Dadurch lässt sich die gewünschte bzw. erforderliche Dosiergenauigkeit der Einspritzmengen besser gewährleisten. Bekannt sind ebenfalls Kraftstoffinjektoren ( EP 2 027 385 B1 ), bei denen in dem Gehäuse des Kraftstoffinjektors die Düsennadel im Bereich eines Hochdruckraums angeordnet ist, wobei der Hochdruckraum ein hinsichtlich seiner Größe in der genannten Schrift nicht näher spezifiziertes Speichervolumen darstellt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat insbesondere den Vorteil, dass bereits vorhandene Brennkraftmaschinen ohne große konstruktive Änderungen mit Kraftstoffinjektoren ausrüstbar sind, die relativ hohe Nenn-Einspritzmengen aufweisen. Unter einer Nenn-Einspritzmenge wird dabei diejenige Einspritzmenge verstanden, welche bei der Nennleistung und der Nenndrehzahl des Motors pro Arbeitstakt in den Zylinder des Motors eingespritzt wird. Eine im Rahmen der Erfindung typische Nenn-Einspritzmenge beträgt ca. 1730 mm³ pro Arbeitshub pro Zylinder. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die vorhandene Brennkraftmaschine konstruktiv umzugestalten, beispielsweise durch Verwendung anders ausgebildeter Aufnahmen für die Kraftstoffinjektoren im Zylindergehäuse o.ä. Maßnahmen. Weiterhin ermöglicht es die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung, derartige Anwendungen mit standardisierten Bauteilen bzw. Baugruppen in Art eines Baukastenprinzips zu realisieren.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, aus dem Stand der Technik an sich bekannte Kraftstoffinjektoren, in deren Innenraum bzw. Gehäuse bereits ein bestimmtes (drittes) Speichervolumen vorhanden ist, sodass der Kraftstoffinjektor selbst eine Speichereinheit darstellt, unter Zwischenschaltung jeweils einer zweiten Speichereinheit für den jeweiligen Kraftstoffinjektor mit einer ersten Speichereinheit zu kombinieren. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Größe der Volumina der dem jeweiligen Kraftstoffinjektor zugeordneten zweiten Speichereinheit sowie der innerhalb des Kraftstoffinjektors vorhandenen dritten Speichereinheit kann dadurch der gewünschte relativ niedrige Druckabfall bzw. geringen Druckschwankungen auch bei hohen Nenn-Einspritzmengen des Kraftstoffinjektors realisiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine sind in den Unteransprüchen angegeben.
Um einerseits die Baugröße bzw. das Volumen der zweiten Speichereinheit zu begrenzen, und andererseits für die üblicherweise vorgesehenen Nenn-Einspritzmengen die gewünschten geringen Druckschwankungen realisieren zu können bzw. eine sichere Kraftstoffversorgung zu gewährleisten, ist es insbesondere vorgesehen, dass die Speichervolumina der zweiten Speichereinheit und der dritten Speichereinheiten zusammen zwischen dem 20-fachen und dem 150-fachen der Nenn-Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors entspricht.
Auch die Größe der ersten, in der Förderpumpe selbst ausgebildeten Speichereinheit ist insofern bedeutsam, da diese einerseits die Kraftstoffversorgung der einzelnen Kraftstoffinjektoren sicherstellen muss, und andererseits primär dazu dient, die Druckpulsationen, die durch die Förderhübe der einzelnen Pumpenzylinder entsteht, zu dämpfen. Für die im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Applikationen haben sich Speichervolumen der ersten Speichereinheit von etwa dem 30-fachen der Nenn-Einspritzmenge als zweckmäßig ergeben, um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen.
Auch hinsichtlich der Steuerung der Durchflussmenge zu den Kraftstoffinjektoren bzw. zur Reduzierung von Druckschwankungen während der Einspritzvorgänge sind unterschiedliche konstruktive vorteilhafte Varianten vorgesehen. Eine erste derartige Variante sieht vor, dass zwischen der ersten Speichereinheit und der zweiten Speichereinheit eine die Durchflussmenge begrenzende erste Drosseleinrichtung und zwischen der zweiten Speichereinheit und der dritten Speichereinheit (Kraftstoffinjektor) eine die Durchflussmenge begrenzende zweite Drosseleinrichtung angeordnet ist.
In Weiterbildung von derartigen Drosseleinrichtungen ist es insbesondere vorgesehen, dass die erste Drosseleinrichtung mit der zweiten Speichereinheit eine gemeinsame Baueinheit ausbildet. Unter einer gemeinsamen Baueinheit wird insbesondere verstanden, dass die zweite Speichereinheit und die erste Drosseleinrichtung innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind.
Eine weitere bauliche Vereinfachung lässt sich erzielen, wenn die zweite Drosseleinrichtung mit der zweiten Speichereinheit eine gemeinsame Baueinheit ausbildet oder wenn die zweite Drosseleinrichtung innerhalb des Kraftstoffinjektors angeordnet ist.
Eine weitere Verbesserung der gewünschten relativ geringen Druckschwankungen während der Einspritzvorgänge lässt sich dadurch erzielen, wenn zwischen der dritten Speichereinheit und einem Einspritzglied des Kraftstoffinjektors eine Resonatordrossel angeordnet ist.
Die maximale Durchflussmenge am Kraftstoffinjektor lässt sich darüber hinaus dadurch begrenzen, dass der zweiten Speichereinheit ein Durchflussbegrenzer vorgeschaltet ist. Hierbei ist es konstruktiv bevorzugt vorgesehen, dass der Durchflussbegrenzer mit der zweiten Speichereinheit eine gemeinsame Baueinheit ausbildet.
Insbesondere weist eine derartige, soweit beschriebene Kraftstoffeinspritzeinrichtung mehrere zweite Speichereinheiten und mehrere Kraftstoffinjektoren auf, das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder bzw. Brennräume hat.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Figurenliste

Die 1 zeigt in einer Systemdarstellung eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine.

Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 sind die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 für eine selbstzündende, mehrzylindrige Brennkraftmaschine dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter 10, der über eine Vorförderpumpe 12 und ein Filterelement 14 mit einer Hochdruckpumpe 16 verbunden ist. Die Hochdruckpumpe 16 dient dazu, einen Systemdruck von mehr als 1500 bar, vorzugsweise mehr als 2000 bar, bereitzustellen. Hierzu weist die Hochdruckpumpe 16 in an sich bekannter Art und Weise mehrere Druckerhöhungseinheiten 18 auf, die den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in den Bereich einer ersten Speichereinheit 20 fördern. Die erste Speichereinheit 20 dient der gleichzeitigen Versorgung mehrerer Kraftstoffinjektoren 50.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die erste Speichereinheit 20 zusammen mit der Hochdruckpumpe 16 eine gemeinsame Baueinheit 24 aus bzw. die erste Speichereinheit 20 ist innerhalb der Hochdruckpumpe 16 integriert.
Zumindest mittelbar geht von der ersten Speichereinheit 20 eine Hochdruckleitung 26 ab, von wiederum der für jeden Kraftstoffinjektor 50 eine Abzweigung 28 ausgeht. Jede Abzweigung 28 ist mit einer zweiten Speichereinheit 30 verbunden, in der der Hochdruck stehender Kraftstoff zwischengespeichert wird. Die zweite Speichereinheit 30 ist dabei insbesondere nahe des Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet. Die zweite Speichereinheit 30 ist Bestandteil einer Baueinheit 32, die beispielhaft einen Durchflussbegrenzer 34 aufweist. Der Durchflussbegrenzer 34 kann jedoch auch als eine von der Baueinheit 32 unabhängige bzw. separate Einheit ausgeführt sein.
Im Strömungsweg vor der zweiten Speichereinheit 30 ist eine erste Drosseleinrichtung 36 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Drosseleinrichtung 36 Bestandteil der Baueinheit 32. Im Strömungsweg zwischen der zweiten Speichereinheit 30 und dem Kraftstoffinjektor 50 ist eine zweite Drosseleinrichtung 38 vorgesehen. Die zweite Drosseleinrichtung 38 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls Bestandteil der Baueinheit 32, sie kann jedoch auch Bestandteil des Kraftstoffinjektors 50 sein bzw. in diesem integriert angeordnet sein.
Zwischen der Baueinheit 32 bzw. der zweiten Speichereinheit 30 und einem Gehäuse 52 des Kraftstoffinjektors 50 ist eine zweite Verbindungsleitung 40 angeordnet. Die zweite Verbindungsleitung 40 dient der Kraftstoffversorgung des Kraftstoffinjektors 50. Insbesondere mündet die zweite Versorgungsleitung 40 in einer innerhalb des Gehäuses 52 angeordneten dritten Speichereinheit 42. Die dritte Speichereinheit 42 ist im Gehäuse 52 des Kraftstoffinjektors 50 ausgebildet. Die dritte Speichereinheit 42 führt zu einem Hochdruckraum 44, in dem eine auf- und abbewegliche Düsennadel 46 als Einspritzglied angeordnet ist.
Über einen im Einzelnen nicht dargestellten Aktuator des Kraftstoffinjektors 50, der die Hubbewegung der Düsennadel 46 ermöglicht, wird in an sich bekannter Art und Weise Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Weiterhin ist erkennbar, dass zwischen der dritten Speichereinheit 42 und dem Hochdruckraum 44 eine Resonatordrossel 48 angeordnet ist.
Wesentlich für die gewünschte Funktionsfähigkeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 bzw. der Kraftstoffinjektoren 50 ist, dass die Volumina der ersten Speichereinheit 20, der zweiten Speichereinheit 30 sowie der dritten Speichereinheit 42 in Bezug zu einer Nenn-Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors 50 in besonderer Art und Weise ausgelegt sind. Dabei wird unter einer Nenn-Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors 50 diejenige Einspritzmenge verstanden, welche bei der Nennleistung und der Nenndrehzahl des Motors pro Arbeitstakt in den Zylinder des Motors eingespritzt wird. Bezüglich der Dimensionierung der einzelnen Kraftstoffvolumina ist es vorgesehen, dass das Speichervolumen der ersten Speichereinheit 20 zwischen dem 20-fachen und 40-fachen, typischerweise etwa dem 30-fachen der Nenn-Einspritzmenge der mit der ersten Speichereinheit 20 verbundenen Kraftstoffinjektoren 50 beträgt. Weiterhin betragen die Speichervolumina der zweiten Speichereinheit 30 und der dritten Speichereinheiten 42 zusammen das 20- bis 150-fache, vorzugsweise das 50-fache bis 80-fache, ganz besonders bevorzugt etwa das 65-fache der Nenn-Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors 50.
Die soweit beschriebene Kraftstoffeinspritzeinrichtung 100 bzw. die Kraftstoffinjektoren 50 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4344190 A1 [0002]
EP 2027385 B1 [0002]

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung (100) für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem von wenigstens einer Hochdruckpumpe (16) mit Kraftstoff versorgbaren ersten Speichereinheit (20), wobei die erste Speichereinheit (20) vorzugsweise innerhalb der Hochdruckpumpe (16) angeordnet ist, einer ersten Verbindungsleitung (26) von der ersten Speichereinheit (20) zu einer zweiten Speichereinheit (30), und mit einer zweiten Verbindungsleitung (40) von der zweiten Speichereinheit (30) zu einem Kraftstoffinjektor (50), wobei in einem Gehäuse (52) des Kraftstoffinjektors (50) eine dritte Speichereinheit (42) angeordnet ist, die insbesondere von einem Hochdruckraum (44) getrennt angeordnet ist, in dem ein Einspritzglied (46) hubbeweglich angeordnet ist, und wobei das Speichervolumen der dritten Speichereinheit (42) ein Volumen aufweist, das mehreren Nenn-Einspritzmengen des Kraftstoffinjektors (50) entspricht.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervolumina der zweiten Speichereinheit (30) und der dritten Speichereinheiten (42) zusammen zwischen dem 20-fachen und dem 150-fachen der Nenn-Einspritzmenge des Kraftstoffinjektors (50) entspricht.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen der ersten Speichereinheit (20) zwischen dem 20-fachen und 40-fachen der Nenn-Einspritzmenge der mir der ersten Speichereinheit (20) verbundenen Kraftstoffinjektoren (50) entspricht.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Speichereinheit (20) und der zweiten Speichereinheit (30) eine die Durchflussmenge begrenzende erste Drosseleinrichtung (36) und zwischen der zweiten Speichereinheit (30) und der dritten Speichereinheit (42) eine die Durchflussmenge begrenzende zweite Drosseleinrichtung (38) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosseleinrichtung (36) mit der zweiten Speichereinheit (30) eine gemeinsame Baueinheit (32) ausbildet.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drosseleinrichtung (38) mit der zweiten Speichereinheit (30) eine gemeinsame Baueinheit (32) ausbildet oder dass die zweite Drosseleinrichtung (38) innerhalb des Kraftstoffinjektors (50) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg zwischen der dritten Speichereinheit (42) und einem Einspritzglied (46) des Kraftstoffinjektors (50) eine Resonatordrossel (48) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Speichereinheit (30) ein Durchflussbegrenzer (34) vorgeschaltet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer (34) mit der zweiten Speichereinheit (30) eine gemeinsame Baueinheit (32) ausbildet.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Speichereinheiten (30) und mehrere Kraftstoffinjektoren (50) vorgesehen sind.