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Technisches
Gebiet
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Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte
als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme
kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten
(PDE), Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten
(PLD) auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme
(Common-Rail) ermöglichen
in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl
der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer
Leistungen ist ein hoher Einspritzdruck erforderlich. Je höher der
erzielbare Einspritzdruck ist, desto geringer sind die Emissionen
der Verbrennungskraftmaschine.
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DE 199 10 970 A1 hat eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
zum Gegenstand. Diese weist eine zwischen einem Druckspeicherraum
und einem Düsenraum
angeordnete Druckübersetzungseinheit
auf, deren Druckkammer über
eine Druckleitung mit dem Düsenraum
verbunden ist. Weiterhin ist eine an den Druckspeicherraum angeschlossene
Bypass-Leitung vorgesehen. Die Bypass-Leitung ist direkt mit der Druckleitung
verbunden. Die Bypass-Leitung
ist für eine
Druckeinspritzung verwendbar und ist parallel zur Druckkammer angeordnet,
so dass bei Bypass-Leitung unabhängig
von der Bewegung und Stellung eines verschieblichen Druckmittels
der Druckübersetzungseinheit
durchgängig
ist. Dies ermöglicht
eine höhere
Flexibilität
hinsichtlich der Einspritzung.
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DE
101 23 911.4 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit Druckübersetzungseinrichtung.
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen
umfasst einen von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor
mit einer Druckübersetzungseinrichtung.
Die Druckübersetzungseinrichtung
enthält
einen beweglichen Kolben, der einen an die Kraftstoffhochdruckquelle
angeschlossenen Raum von einer mit dem Injektor verbundenen Hochdruckraum
trennt. Der Hochdruckraum ist mit einem Rückraum über eine Kraftstoffleitung
verbunden, so dass der Hochdruckraum über den Rückraum der Druckübersetzungseinrichtung
mit Kraftstoff befüllbar
ist. Die Ansteuerung der aus
DE
101 23 911.4 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit
Druckübersetzungseinrichtung
erfolgt über
eine Druckentlastung des Rückraumes
der Druckübersetzungseinrichtung.
Gemäß der aus
DE 199 10 970 A1 und
DE 101 23 911.4 bekannten
Lösungen
umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen hubgesteuerten
Kraftstoffinjektor. Jedem Kraftstoffinjektor ist ein Druckverstärker zugeordnet, um
den Einspritzdruck bei Bedarf zu erhöhen. Die Ansteuerung der Druckübersetzungseinrichtung
erfolgt über
ein einfaches 2/2-Wege-Ventil und führt zu verringerten Entspannungsverlusten,
da der Rückraum
der Druckübersetzungseinrichtung
zu deren Betätigung
druckentlastet wird. Weiterhin erlauben diese Lösungen die Durchführung von
Mehrfacheinspritzungen und eine flexible Einspritzverlaufsformung.
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Der Einsatz einer Druckübersetzungseinrichtung
bei einem einen Hochdruckspeicher umfassenden Kraftstoffeinspritzsystem
führt zu
einem stark erhöhten
Mengenbedarf pro Kraftstoffinjektor innerhalb des Einspritzsystemes.
Für ein
Hochdruck-Förderaggregat
ergibt sich dadurch eine erhöhte
Fördermenge
bei einem reduzierten Druckniveau. Für eine Niederdruckpumpe erhöht sich
ebenfalls die Fördermenge.
Das Druckniveau des Niederdruck-Förderaggregates reduziert sich
jedoch nicht, da eine gute Füllung
der Pumpenräume
des Hochdruckförderaggregates
und eine exakte Dosierbarkeit der Fördermenge durch die Zumesseinheit
im Kraftstoffsystem zu gewährleisten
ist. Die Auslegung der Vorförderpumpe
für die
großen,
bei Kraftstoffinjektoren mit Druckübersetzer erforderlichen Mengenströme stellt
daher ein Problem dar. Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Hochdruckspeicherraum
mit integriertem Druckübersetzer
treten bedingt durch die Druckübersetzung hohe
Rücklaufmengen
auf, die ein mehrfaches der über
den jeweiligen Kraftstoffinjektor einzuspritzenden Kraftstoffmenge
betragen. Diese Kraftstoffmenge wird bei den aus dem Stand der Technik
bekannten Systemen vollständig
entspannt und in den lediglich dem Atmosphärendruck ausgesetzten Kraftstofftank
zugeführt.
Anschließend
muss der gesamte Mengenbedarf des Kraftstoffeinspritzsystemes von der
Niederdruckpumpe auf Vorförderdruck
komprimiert werden, um eine Füllung
der Pumpenräume des
Hochdruckförderaggregates
zu ermöglichen.
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Nach der erfindungsgemäßen Lösung wird zur
Verringerung der Vorfördermenge
der Rücklauf des
Druckverstärkers
nicht vollständig
entspannt und in den Kraftstofftank zurückgefördert. Gemäß der vorgeschlagenen Lösung kann
in den Rücklauf
des Druckübersetzers
ein Ausgleichsbehälter
integriert werden und eine Rücklaufleitung
in den Niederdruckkreis beispielsweise unmittelbar hinter dem druckseitigen
Ausgang des Vorförderaggregates
in den Niederdruckkreis münden.
Dadurch lässt
sich die aus dem Druckübersetzer
rücklaufende
Kraftstoffmenge nur bis auf das verhältnismäßig geringe Druckniveau der
Vorförderpumpe,
d.h. den Vorförderdruck
entspannen. Dadurch verringert sich die von der Vorförderpumpe
zu fördernde
Menge entsprechend des Druckübersetzungsverhältnisses
des Druckübersetzers.
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Der Rücklauf des Druckverstärkers kann
an beliebiger Stelle in den von der Vorförderpumpe beaufschlagten Niederdruckkreis
eingespeist werden. Der Rücklauf
kann einerseits vor einem Kraftstofffilter eingespeist werden, um
eine Reinigung des Kraftstoffes zu gewährleisten, andererseits ist
es auch möglich,
den vom Druckübersetzer
zurückströmenden Druckübersetzerrücklauf nach
dem Kraftstofffilter in den Niederdruckkreis einzuspeisen, um die
Filtergröße zu verringern.
Des weiteren besteht die Möglichkeit,
nach einer dem Hochdruckförderaggregat
vorgeschalteten Zumesseinheit dem Druckverstärkerrücklauf in den niederdruckseitigen
Kreis einzuspeisen, um den notwendigen Druchflussquerschnitt einer
Zumesseinheit zur Bedarfsregelung des Hochdruckförderaggregats zu verringern.
Als weitere Ausführungsmöglichkeit
sei genannt, auch den Rücklauf
des Kraftstoffinjektors ebenfalls nur bis auf das von der Vorförderpumpe
aufbaubare Druckniveau zu entspannen und der Vorförderpumpe nachgeschaltet
in den Niederdruckkreis einzuspeisen. Diese Ausführungsvariante kann bei Kraftstoffeinspritzsytemen
mit Hochdruckspeicherraum ohne Druckübersetzer zur Reduktion der
Niederdruckfördermenge
eingesetzt werden, da je nach Bauweise des Kraftstoffinjektors und
im Hochdruckspeicherraum herrschenden Druckniveau die Rücklaufmenge des
Kraftstoff-injektors einen erheblichen Anteil der Gesamtmenge darstellen
kann. Es ist jedoch auch möglich,
nur eine Teilmenge des Injektorrücklaufes nach
der Vorförderpumpe
in den Niederdruckkreis einzuspeisen. Dadurch können druckempfindliche Räume eines
Kraftstoffinjektors bzw. eines Druckübersetzermoduls, wie z.B. ein
Magnetventilankerraum weiterhin auf ein niedrigeres Druckniveau
entspannt werden.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 den
hydraulischen Aufbau von Hochdruck- und Niederdruckkreis an einem
Hochdruckspeichereinspritzsystem mit Druckübersetzer,
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2 die
hydraulische Funktionsweise eines Kraftstoffeinspritzsystems mit
Hochdruckspeicherraum und Druckübersetzer
und
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3 die
erfindungsgemäß vorgeschlagene hydraulische
Verschaltung des Niederdruckkreises eines Kraftstoffeinspritzsystemes
mit Druckübersetzer
und Hochdruckspeicherraum.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt
die hydraulische Verschaltung der Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystemes mit
Hochdruckspeicherraum und Druckübersetzung sowie
die darin eingesetzten Komponenten.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem mit
Hochdruckspeicherraum 4 und einem einem Kraftstoffinjektor
10 vorgeschaltetem Druckübersetzer 7 umfasst
ein Hochdruckförderaggregat 1.
Dem Hochdruckförderaggregat 1 ist
eine nicht näher
dargestellte Zumesseinheit vorgeschaltet, über welche dem Hochdruckförderaggregat
Kraftstoff bedarfsgesteuert zugemessen wird. Von einem Kraftstofftank 14,
der Kraftstoff eines entsprechend des Kraftstoffpegels 15 enthält, strömt über einen
Zulauf 16 Kraftstoff einer dem Hochdruckförderaggregat 1 vorgeschalteten Vorförderpumpe
zu. Dort wird dieser auf Vorförderdruck
verdichtet. Anschließend
durchläuft
der verdichtete Kraftstoff einen Kraftstofffilter 17 und
wird von einer nicht näher
dargestellten Zumesseinheit bedarfsgesteuert dem Hochdruckförderaggregat 1 zugemessen.
Steuer-, Spül-
und Schmiermengen werden über
eine Rücklaufleitung
19 zum Kraftstofftank 14 zurückgeführt.
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Der auf Vorförderdruck verdichtete Kraftstoff wird
im Hochdruckförderaggregat 1 verdichtet
und im Hochdruckspeicherraum 4 gespeichert. Das Hochdruckförderaggregat 1 ist über eine
Hochdruckzuleitung 2 mit dem Hochdruckspeicherraum 4 verbunden.
Die Hochdruckleitung 2 ist an einem Hochdruckanschluß 3 am Hochdruckspeicherraum 4 aufgenommen.
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Vom Hochdruckspeicherraum 4 strömt unter dem
durch das Hochdruckförderaggregat 1 aufgebauten
Druck stehender Kraftstoff über
die Zuleitung 6 dem Druckübersetzer 7 zu. Über eine
Rücklaufleitung
5 zum Kraftstofftank 14 steht der Hochdruckspeicherraum 4 in
Verbindung mit dem Kraftstofftank 14.
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Von einem im Druckübersetzer 7 enthaltenen
Hochdruckraum 9 strömt
dem Kraftstoffinjektor 10 unter einem nochmals erhöhten Druckniveau
stehender Kraftstoff zu, der an einer Einspritzdüse 12 des Kraftstoffinjektors 10 in
den in 1 nicht dargestellten
Brennraum einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
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Gemäß der in 1 dargestellten Konfiguration werden
alle im System auftretenden Rücklaufmengen,
d.h. die Rücklaufmenge
der Zumesseinheit sowie die Rücklaufmenge
des Druckübersetzers 7 sowie
die Rücklaufmenge
vom Kraftstoffinjektor 10 vollständig entspannt und in den Kraftstofftank 14 zurückgeleitet.
Der Druckübersetzer 7 ist
in der in 1 dargestellten
Systemkonfiguration als separates Bauteil beschaffen, kann aber
sowohl am Hochdruckspeicherraum 4 als auch am Kraftstoffinjektor 10 integriert
ausgebildet sein.
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Die in den unter Atmosphärendruck
Kraftstofftank 14 zurückgesteuerten
Leckage- bzw. Ansteuermengen strömen über die
Rückläufe 13 vom Kraftstoffinjektor 10,
die Rücklaufleitung
8 vom Druckübersetzer 7,
die Rücklaufleitung
5 vom Hochdruckspeicherraum 4 und über die Rücklaufleitung 19 der
Zumesseinheit sämtlich
in den Kraftstofftank 14 zurück.
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Der Darstellung gemäß 2 ist die hydraulische Funktionsweise
eines Kraftstoffeinspritzesystemes, welches einen Druckübersetzer
enthält,
zu entnehmen.
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Über
die Zuleitung 6 wird dem Druckübersetzer 7 Kraftstoff
zugeführt,
der unter dem im Hochdruckspeicherraum 4 (hier nicht dargestellt)
herrschenden Druckniveau steht. Der Kraftstoff strömt über die
Zuleitung 6 in einen Arbeitsraum 26 des Druckübersetzers 7 ein.
Parallel zur Zuleitung, die den Arbeitsraum 26 des Druckübersetzers 7 beaufschlagt,
erstrecken sich ein erster Kanal 23 sowie ein zweiter Kanal 24.
Innerhalb des ersten Kanales 23 ist ein Befüllventil 20 aufgenommen;
der zweite Kanal 24 umfasst eine Drosselstelle 21.
Der erste Kanal 23 sowie der zweite Kanal 24 sowie
eine ein Rückschlagventil 22 enthaltende Überströmleitung 25 stehen
allesamt mit einem Rückraum 27 des
Druckübersetzers 7 in
Verbindung. Innerhalb des Rückraumes 27 ist
eine Rückstellfeder 30 aufgenommen,
welche die untere Stirnseite eines den Arbeitsraum 26 vom Hochdruckraum 9 trennenden Übersetzerkolbens 28 beaufschlagt.
Am Übersetzerkolben 28 befindet
sich eine Stirnseite 29, welche bei Druckentlastung des Rückraumes 27 des
Druckübersetzers 7 in
den Hoch druckraum 9 einfährt. Die bei Druckentlastung 27 des
Druckübersetzers 7 in
den Hochdruckraum 9 einfahrende Stirnseite 29 bewirkt
entsprechend des Übersetzungsverhältnisses
des Druckübersetzers 7 innerhalb
des Hochdruckraumes 9 eine nochmalige Druckerhöhung des
im Hochdruckraum 9 enthaltenen Kraftstoffes. Eine Druckentlastung
des Rückraumes 27 des
Druckübersetzers 7 erfolgt
durch eine Ansteuerung eines mit Bezugszeichen 31 bezeichneten
Betätigungsventiles.
Das Betätigungsventil 31 zur
Druckentlastung des Rückraumes 27 kann
beispielsweise 2/2-Wege-Ventil ausgebildet sein und steht mit einem
hier in 2 nicht näher dargestellten
Niederdruckbereich in Verbindung.
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Bei Druckentlastung des Rückraumes 27 über die
Rücklaufleitung 8 nach
Betätigung
des Ventiles 31, erfolgt ein Verdrängen vom im Hochdruckraum 9 des
Druckübersetzers 7 enthaltenen
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in eine Hochdruckversorgungsleitung 33,
die sich zum Kraftstoffinjektor 10 erstreckt. Durch das
in der Überströmleitung 25 zur
Wiederbefüllung
des Hochdruckraumes 9 enthaltene Rückschlagventil 22 wird
ein Zurückströmen von
aus dem Hochdruckraum 9 verdrängten Kraftstoffvolumen in
den Rückraum 27 des
Druckübersetzers 7 verhindert.
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Die sich vom Hochdruckraum 9 des
Druckübersetzers
7 zum Kraftstoffinjektor 10 erstrekkende Hochdruckversorgungsleitung 33 mündet in
einen im Injektorkörper 11 des
Kraftstoffinjektors 10 ausgebildeten Düsenraum 38. Ferner
wird über
die Hochdruckversorgungsleitung 33 ein Steuerraum 34 des Kraftstoffinjektors 10 über eine
Zulaufdrossel 35 beaufschlagt. Eine Druckentlastung des
Steuerraumes 34 zur Betätigung
eines bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten
Einspritzventilgliedes 37 erfolgt durch die Ansteuerung
eines Betätigungsventiles 32,
welches als 2/2-Wege-Ventil ausgeführt sein kann. Eine Drukkentlastung
des Steuerraumes 34 erfolgt über eine Ablaufdrossel 36 in
den Rücklauf 13,
der sich an das Betätigungsventil 32 zur
Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 10 anschließt.
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Im Injektorkörper 11 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Darstellung
in 2 ist neben einem Düsenraum 38 ein
Düsenfederraum 39 vorgesehen. Der
Düsenfederraum 39 nimmt
eine Düsenfeder 40 auf.
Ferner erstreckt sich vom Düsenfederraum 39 eine
Leckageleitung über
die bei einer Öffnungsbewegung
des Einspritzventilgliedes 37 aus dem Düsenraum 39 abströmender Kraftstoff
in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystemes abströmen kann.
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Über
die Hochdruckversorgungsleitung 33 strömt der entsprechend des Übersetzungsverhältnisses
des Druckübersetzers 7 komprimierte
Kraftstoff in den Düsenraum 38 ein.
Aufgrund des Druckaufbaus im Düsenraum 38 liegt
dieser übersetzte Druck
an einer Druckschulter 42 an, die am Einspritzventilglied 37 im
Bereich des Düsenraumes 38 ausgebildet ist.
Das Einspritzventilglied 37 wird über die Düsenfeder 40 sowie
das im Steuerraum 34 herrschende Druckniveau in seiner
Schließstellung
gehalten.
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Bei Druckentlastung des Rückraumes 27 über das
Betätigungsventil 31 fährt der Übersetzerkolben 28 mit
seiner Stirnseite 29 in den Hochdruckraum 9 ein.
Dabei wird in diesem ein erhöhter
Kraftstoffdruck entsprechend des Übersetzungsverhältnisses
des Druckübersetzers 7 erreicht.
Im Hochdruckraum 9 strömt
der Kraftstoff über
die Hochdruckversorgungsleitung 33 dem Düsenraum 38 zu und
wirkt auf die dem Einspritzventil 37 ausgebildete Druckschulter 42 ein.
Der Steuerraum 34 wird über die
Ablaufdrossel 36 beim Schalten des Betätigungsventiles 32 druckentlastet.
Das Einspritzventilglied 37 fährt entgegen der Wirkung der
Düsenfeder 40 auf, so
dass es zu einer Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 44 kommt.
Der Steuerraum 34 wird über die
Ablaufdrossel 36 beim Schalten des Betätigungsventiles 32 druckentlastet,
so dass es zu einer Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 44 kommt. Für die hydraulische
Funktion der Druckübersetzung ist
es unerheblich, ob der Kraftstoff im Rückraum 27 des Druckübersetzers
vollständig
entspannt wird oder einen Restdruck, der etwa dem Vorförderdruck entspricht,
aufweist. Das Beibehalten eines geringen Restdruckniveaus innerhalb
des Rückraumes 27 des Druckübersetzers
ist zur Vermeidung von Kavitationseffekten im Rückraum 27 eher vorteilhaft.
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Durch Betätigung des Schaltventiles 31 in seine
Schließstellung,
d.h. der Unterbrechung der niederdruckseitigen Verbindung zum Rücklauf erfolgt eine
Befüllung
des Rückraumes 27 des
Druckübersetzers 7 über den
ersten Kanal 23 und den zweiten Kanal 24. Dadurch
fährt der Übersetzerkolben 28, unterstützt durch
die im Rückraum 27 aufgenommene
Rückstellfeder 30,
wieder in seine Ruhelage, so dass der Hochdruckraum 9 des
Druckübersetzers 7 druckentlastet
wird. In Folge dessen fällt
der Druck im Düsenraum 38 ab.
Die Schließbewegung
des als Düsennadel
ausgebildeten Einspritzventilgliedes 37 wird dadurch eingeleitet,
dass ein den Steuerraum 34 druckentlastendes Schaltventil 32 in
seine Schließstellung
geschaltet wird, so dass ein Druckausbau im Steuerraum 34 über die
von der Hochdruckversorgungsleitung 33 abzweigende Zulaufdrossel 35 erfolgt.
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3 zeigt
die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Schaltung eines Niederdruckbereiches eines Kraftstoffeinspritzsystems
mit Druckübersetzer und
Hochdruckspeicherraum.
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Im in 3 dargestellten
Kraftstoffeinspritzsystems fördert
das Hochdruckförderaggregat 1 über die
Hochdruckleitung 2 Kraftstoff in den Hochdruckspeicherraum 4.
Am Hochdruckspeicherraum 4 sind sechs Zuleitungsanschlüsse dargestellt, über welche eine
sechs Zylinder enthaltende selbstzündende Verbrennungskraftmaschine
mit Kraftstoff versorgt wird. Anstelle der in 3 dargestellten sechs Hochdruckleitungsanschlüsse können am Hochdruckspeicherraum 4, 5, 8, 10 oder 12 Hochdruckleitungsanschlüsse entsprechend
der Zylinderzahl der mit Kraftstoff zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine
ausgeführt
sein. Über
die Zuleitung 6 vom Hochdruckspeicherraum 4 erfolgt die
Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes 26 des Druckübersetzers 7.
Der Druckübersetzer 7 umfasst
einen Übersetzerkolben 28,
der den Arbeitsraum 26 vom Rückraum 27 trennt.
Wie in 2 dargestellt,
kann im Rückraum 27 des
Rückübersetzers 7 eine
Rückstellfeder 30 aufgenommen sein,
welche den Übersetzerkolben 28 wieder
in seine Ruhelage zurückstellt.
Eine Kraftstoffbeaufschlagung des Rückraumes 27 des Druckübersetzers 7 erfolgt über die
Zuleitung 6, die in den zweiten Kanal 24, die
Drosselstelle 21 enthaltend, mündet. Die Druckentlastung des
Rückraumes 27 erfolgt über die Rücklaufleitung 8,
die mittels des Schaltventiles 31 mit einer dem Druckübersetzer
dem Rückraum 27 zugeordneten
Rücklaufleitung 50 verbunden
oder von dieser getrennt werden kann.
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Die Stirnseite 29 des Übersetzerkolbens 28 beaufschlagt
den Hochdruckraum 9 des Druckübersetzers 7, so dass
in diesem ein entsprechend des Druckübersetzungsverhältnis des
Druckübersetzers 7 erhöhter Kraftstoffdruck
erreicht werden kann. Das dem Druckübersetzer 7 in einer
Bypassleitung parallel geschaltete Rückschlagventil 22 verhindert
ein Rückströmen des
im Hochdruckraum 9 des Druckübersetzers 7 enthaltenen
Kraftstoffvolumens in die Zuleitung 6.
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Der Hochdruckraum 9 des
Druckübersetzers 7 ist
mit der Hochdruckversorgungsleitung 33 verbunden. Von dieser
zweigt ein Leitungsabschnitt, eine Zulaufdrossel 35 enthaltend
in den Steuerraum 34 ab, ferner wird über die Hochdruckversorgungsleitung 33 der
Düsenraum 38 innerhalb
des Injektorkörpers 11 des
Kraftstoffinjektors 10 mit unter erhöhtem, d.h. übersetzten Druck stehender
Kraftstoff beaufschlagt. Wird der Kraftstoffinjektor 10 durch
Schalten des Schaltventiles 32 betätigt, strömt über die offenstehende Ablaufdrossel 36 Kraftstoff,
d.h. die Injektorsteuermenge, in den Rücklauf 13 ab. Gleichzeitig baut
sich an der als hydraulische Fläche
wirksamen Druckschulter 42 am Einspritzventilglied 37 durch
die Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 38 eine
in Öffnungsrichtung
des Einspritzventilgliedes 37 wirkende Kraft auf. Das Einspritzventilglied 37 fährt entgegen
der im Düsenfederraum 39 eingelassenen
Düsenfeder 40 auf,
so dass die Einspritzöffnungen 43 der
Einspritzdüse 12 geöffnet werden
und vom Düsenraum 38 über den
das Einspritzventilglied 37 umgebenden Ringspalt 45 Kraftstoff
in den in 3 nicht dargestellten
Brennraum einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
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Bei geöffnetem Schaltventil 32 strömt über die
Ablaufdrossel 36 die Injektorsteuermenge aus dem Steuerraum 34 ab. Über die
Rücklaufleitung 13 strömt die Injektorsteuermenge
in den drucklosen Kraftstofftank 14 ab. Über die
mit Bezugszeichen 53 bezeichneten Pfeile sind weitere Rücklaufleitungen 13 der
weiteren Kraftstoffinjektoren 10 zur Kraftstoffversorgung
der selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine angedeutet. Diese münden ebenfalls in den Rücklauf 13 in
den drucklosen Kraftstofftank 14. Der dem Druckübersetzer 7 zugeordnete
Rücklauf 50 jedoch
mündet
innerhalb eines Niederdruckkreises 64 des Kraftstoffeinspritzsystemes
gemäß 3 in einen Ausgleichsbehälter 51.
Mit Bezugszeichen 52 bezeichnete Pfeile deuten weitere
Druckübersetzer 7 zugeordnete
Druckübersetzerrückläufe 50 an, die
ebenfalls in den Ausgleichsbehälter 51 zurückströmen. Für die hydraulische
Funktion des Druckübersetzers 7 ist
es unerheblich, ob der Kraftstoff im Rückraum 27 des Druckübersetzers 7 vollständig entspannt
wird oder auf einen Restdruck, der in etwa dem durch eine Vorförderpumpe 55 aufgebauten Druck
entspricht. Ein geringer Restdruck innerhalb des Rückraumes 27 des
Druckübersetzers 7 ist
zur Vermeidung von Kavitationseffekten eher vorteilhaft.
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Bei Entspannung des Rückraumes 27 bis
auf einen Restdruck, der in etwa dem mit einer niederdruckseitigen
Vorförderpumpe 55 erreichbaren Druckniveau
entspricht, strömt
vom Ausgleichsbehälter 51 Kraftstoff
in einen Leitungsabschnitt 60. Der Leitungsabschnitt 60 umfasst
mehrere Einspeisestellen 61, 62, 63,
an denen der unter Restdruck stehende Kraftstoff im Ausgleichsbehälter 51 wieder
in den Niederdruckkreis 64, d.h. vor dem Hochdruckförderaggregat 1 eingespeist
werden kann.
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Eine erste Möglichkeit besteht darin, den vom
Ausgleichsbehälter 51 unter
Restdruck stehenden Kraftstoff an einer ersten Einspeisungsstelle 61, die
hinter dem druckseitigen Ausgang 56 der Vorförderpumpe 55 angeordnet
ist, in den Leitungsabschnitt 60 einzuspeisen. Dazu kann
ein erster Einspeisungsabschnitt 66.1 vorgesehen sein.
Die Einspeisestellen 61, 62 und 63 liegen
allesamt hinter der Druckseite 56 der Vorförderpumpe 55,
so dass das von der Vorförderpumpe 55 zu
fördernde
Kraftstoffvolumen erheblich reduziert wird. Dies rührt daher, dass
der Druckübersetzer 7 relativ
hohe Rücklaufmengen
produziert, die sich aus dem Übersetzungsverhältnis multipliziert
mit der Einspritzmenge ergeben. Im Ausgleichsbehälter 51, in welchem
die Rücklaufmengen
des Druckübersetzers 7 aufgenommen werden,
können
Druckschwingungen im Rücklaufpfad
der Druckverstärker 7 gedämpft werden.
Ferner entfaltet der Ausgleichsbehälter 51 eine gewisse Kühlwirkung
was das Temperaturniveau des Kraftstoffes innerhalb des Niederdruckkreises 64 günstig beeinflusst.
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Zur Absicherung ist dem Ausgleichsbehälter 51 in
Abströmrichtung
des in diesen enthaltenen Kraftstoffs gesehen, ein Überdruckventil 54 nachgeschaltet.
Dieses Überdruckventil 54 ist
analog zur von den Kraftstoffinjektoren 10 verlaufenden
Rückläufen 13 mit
dem drucklosen Kraftstofftank 14 verbunden. Die Rücklaufmenge,
die von den sechs Druckver stärkern 7 einer
sechs Zylinder aufweisenden selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine herrühren, können an
einer ersten Einspeisestelle 61 in den Leitungsabschnitt 60 eingespeist
werden. Werden die von den Druckverstärkern 7 bei Druckentlastung
der Arbeitsräume 27 abgesteuerten
Kraftstoffmengen vor dem Kraftstofffilter 17 eingespeist, so
kann in vorteilhafter Weise eine Reinigung der abgesteuerten Rücklaufmengen
der Druckverstärker 7, 52 erreicht
werden. Alternativ ist es möglich,
die im Ausgleichsbehälter 51 aufgenommenen
Rücklaufmengen
der Druckverstärker 7 an
einer zweiten Einspeisungsstelle 62 einzuspeisen, die dem
Kraftstofffilter 17 nachgeschaltet ist. Die Einspeisung
der Rücklaufmengen
der Druckverstärker 7 an
der zweiten Einspeisungsstelle 62 über einen zweiten Einspeisungsabschnitt 66.2 bietet
den Vorteil, dass die Filtergröße des Kraftstofffilters 17 verringert
werden kann, was hinsichtlich des Bauvolumens günstig ist.
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Die in den Ausgleichsbehälter 51 von
den Druckverstärkern 7 zurückströmenden Rücklaufmengen
können
schließlich
auch an einer dritten Einspeisungsstelle 63 über einen
dritten Einspeisungsabschnitt 66.3 in den Einleitungsabschnitt 60 im
Niederdruckkreis 64 zugeführt werden. Die dritte Einspeisungsstelle 63 ist
einer Zumesseinheit 59 nachgeschaltet, welche bedarfsgesteuert
die Zumessung von Kraftstoff zum Hochdruckförderaggregat 1 außerhalb
des Niederdruckkreises 64 übernimmt. Durch eine der Zumesseinheit 59 nachgeschaltete dritte
Einspeisungsstelle 63 kann erreicht werden, dass die Rücklaufmengen
der Druckübersetzer 7 hinter
der Zumesseinheit 59, dem Hochdruckförderaggregat 1 außerhalb
des Niederdruckkreises 64 vorgeschaltet, in den Einleitungsabschnitt 60 eingeleitet werden,
so dass der notwendige Durchflußquerschnitt
der Zumesseinheit 59 kleingehalten werden kann. Durch die
Einspeisung der im Ausgleichsbehälter 51 enthaltenen
Rücklaufmenge
der Druckübersetzer
7 im Einleitungsabschnitt 60 lässt sich bei allen drei Einspeisungsvarianten,
d.h. Positionen 61, 62, 63 der von der
Vorförderpumpe 55 zu
fördernde Kraftstoffvolumenstrom
erheblich reduzieren. Dies erlaubt eine kleinere Dimensionierung
der Vorförderpumpe 55,
da die von der Vorförderpumpe 55 aufzubringende
Förderpumpenleitung
hinsichtlich des Kraftstoffvolumenstromes der dem Hochdruckförderaggregat 1 außerhalb
des Niederdruckkreises 64 zugeführt wird, um die vom Ausgleichsbehälter 51 innerhalb
des Einleitungsabschnittes 60 an den Einspeisestellen 61, 62, 63 zugeführten von
den Druckverstärkern 7 abgesteuerten
Rücklaufmengen
ergänzt
werden. Dass im Niederdruckkreis 64 herrschende Druckniveau,
welches durch die Vorförderpumpe 55 aufgebaut
wird, liegt bevorzugt im Bereich zwischen 5 bis 7 bar welches dem
Restdruckniveau entspricht, was bei der Entlastung des Rückraumes 27 des
Druckverstärkers 7 bei
Ansteuerung von dessen Betätigungsventil
31 im Arbeitsrückraum 27 verbleibt.
Druckschwankungen innerhalb des Einleitungsabschnittes 30 können durch
ein Druckregelventil 57 ausgeglichen werden, welches in
einem in den Kraftstofftank 14 mündenden Leitungsabschnitt aufge nommen
ist, der innerhalb des Einleitungsabschnittes 60 zwischen
dem Kraftstofffilter 17 und der Zumesseinheit 59 abzweigt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Konfiguration
des Niederdruckkreises 64 des Kraftstoffeinspritzsystems
gemäß 3 lässt sich beim Zuführen des
aus dem Ausgleichsbehälter 51 abströmenden Kraftstoffvolumens
in der zweiten Einspeisungsstelle 62 unmittelbar hinter
dem Kraftstofffilter 17 zudem erreichen, dass der Kraftstofffilter 17, 58 für kleinere
Kraftstoffvolumenströme
ausgelegt werden kann, was die Baugröße von Förderkomponenten und Filterkomponenten
innerhalb des Niederdruckkreises 64 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung sehr günstig beeinflusst.
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Eine weitere Reduktion des durch
die Vorförderpumpe 55,
das Filterelement 17 sowie die Zumesseinheit 59 dem Hochdruckförderaggregat 1 zuzuführenden
Kraftstoffvolumenstroms kann dadurch realisiert werden, den in der
Darstellung gemäß 3 in den Kraftstofftank 14 über die
den Kraftstoffinjektoren 10 zugeordnete Rücklaufleitung 13 und einen
Teilmengenrücklauf 65 abströmende Leckagemenge,
ebenfalls lediglich bis auf den durch die Vorförderpumpe 55 aufzubringenden
Vorförderdruck
zu entspannen. Dieser über
die Rücklaufleitung
13 vom Kraftstoffinjektor 10 bzw. den Kraftstoffinjektoren 10 abströmenden Kraftstoffvolumenstrom
wird bevorzugt hinter der Druckseite 56 an der Vorförderpumpe 55 in
den Niederdruckkreis 64 eingespeist. Dadurch kann auch
bei Kraftstoffeinspritzsystemen, die ohne Druckverstärker ausgeführt sind,
die durch die Vorförderpumpe 55 zu
fördernde
Kraftstoffmenge reduziert werden. Je nach Injektorbauweise der Kraftstoffinjektoren 10 und
dem im Hochdruckspeicherraum 4 durch das Hochdruckförderaggregat 1 aufgebrachten
Kraftstoffdruck kann die Rücklaufmenge
des oder der Kraftstoffinjektoren 10 einen erheblichen
Anteil an der Gesamtkraftstoffmenge ausmachen. Die vom Kraftstoffinjektor 10 abströmende Rücklaufmenge setzt
sich im wesentlichen aus dem bei Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes
in den Düsenfederraum 39 abgesteuerten
Kraftstoffvolumenstrom und den bei Betätigung des Schaltventiles über die Ablaufdrossel 36 aus
dem Steuerraum 34 abströmenden
Steuervolumen zusammen. Bei dem in 3 dargestellten
Kraftstoffeinspritzsystem zur Versorgung einer sechszylindrigen
selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine
sind die Rückäufe 53 weiterer
Kraftstoffinjektoren 10, die hier nicht näher dargestellt
sind, durch die auf die Rücklaufleitung 13 weisenden
Pfeile angedeutet.
-
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konfiguration
des Niederdruckkreises 64 eines Kraftstoffeinspritzsystemes
kann eine vollständige
Entspannung der von den Druckübersetzern 7 zurückströmenden hohen
Rücklaufmenge,
die ein mehrfaches der Einspritzmenge betragen können, auf Atmosphärendruck
vermieden werden. Bei bisher bekannten Druck übersetzern wird diese Rücklaufmenge
vollständig
entspannt und in den drucklosen Kraftstofftank 14 zurückgeführt. Anschließend muss
der gesamte Mengenbedarf bei diesem System von der Vorförderpumpe 55 auf
Vorförderdruck
(5 bis 7 bar) komprimiert werden, um eine Füllung der Pumpenräume des
Hochdruckförderaggregates 1 zu
gewährleisten.
Wird hingegen die von den Druckverstärkern 7 zurückströmende Rücklaufmenge
nicht vollständig entspannt,
sondern auf einem dem Vorförderdruck der
Vorförderpumpe 55 entsprechenden
Druck gehalten und an der ersten Einspeisestelle 61, der
zweiten Einspeisestelle 62 und der dritten Einspeisestelle 63 innerhalb
des Einleitungsabschnittes 60 dem Niederdruckkreis 64 wieder
zugeführt,
kann die konstruktive Auslegung des Kraftstofffilters 17 bzw. 58 sowie
die Dimensionierung von Zumesseinheit 59 und Vorförderpumpe 55 auf
geringere Volumenströme
erfolgen. Obwohl die geringere Förderleistung der
Vorförderpumpe 55 in
der Regel nicht bedarfsgeregelt ausgeführt wird, können in bestimmten Kennfeldpumpen
auftretende hohe Überströmmengen vermieden
werden, die zu einem Wirkungsgradverlust des gesamten Kraftstoffeinspritzsystemes
in nicht unerheblichem Maße
beitragen können.
-
- 1
- Hochdruckförderaggregat
- 2
- Hochdruckleitung
- 3
- Hochdruckanschluss
- 4
- Hochdruckspeicherraum
(Common-Rail)
- 5
- Rücklaufleitung
zum Kraftstofftank
- 6
- Zuleitung
- 7
- Druckübersetzer
- 8
- Rücklaufleitung
Druckübersetzer
- 9
- Hochdruckraum
Druckübersetzer
- 10
- Kraftstoffinjektor
- 11
- Injektorkörper
- 12
- Einspritzdüse
- 13
- Rücklauf Kraftstoffinjektor
- 14
- Kraftstofftank
- 15
- Kraftstoffpegel
- 16
- Zulauf
Hochdruckförderaggregat 1
- 17
- Kraftstofffilter
- 18
- Bypassleitung
- 19
- Überströmleitung
Kraftstofftank
- 20
- Befüllventil
- 21
- Drosselstelle
- 22
- Rückschlagventil
- 23
- erster
Kanal
- 24
- zweiter
Kanal
- 25
- Überströmleitung
- 26
- Arbeitsraum
- 27
- Rückraum
- 28
- Übersetzerkolben
- 29
- Übersetzerkolben
Stirnseite
- 30
- Rückstellfeder
- 31
- Betätigungsventildruckübersetzer
- 32
- Schaltventil
Kraftstoffinjektor
- 33
- Hochdruckversorgungsleitung
Kraftstoffinjektor
- 34
- Steuerraum
- 35
- Zulaufdrossel
- 36
- Ablaufdrossel
- 37
- Einspritzventilglied
- 3
8
- Düsenraum
- 39
- Düsenfederraum
- 40
- Düsenfeder
- 41
- Ringfläche Einspritzventilglied
- 42
- Druckschulter
- 43
- Einspritzöffnung
- 44
- Brennraum
- 45
- Ringspalt
- 46
- Brennraumseitiger
Sitz Einspritzventilglied 37
- 50
- Druckübersetzer-Rücklauf
- 51
- Ausgleichsbehälter
- 52
- Rückläufe weitere
Druckübersetzer
- 53
- Rückläufe weitere
Kraftstoffinjektoren 10
- 54
- Überdruckventil
- 55
- Vorförderpumpe
- 56
- Druckseite
Vorförderpumpe
- 57
- Druckregelventil
- 59
- Zumesseinheit
- 60
- Einleitungsabschnitt
- 61
- erste
Einspeisungsstelle
- 62
- zweite
Einspeisungsstelle
- 63
- dritte
Einspeisungsstelle
- 64
- Niederdruckkreis
- 65
- Teilmengenrücklauf Kraftstoffinjektor
- 66.1
- erster
Einspeisungsabschnitt
- 66.2
- zweiter
Einspeisungsabschnitt
- 66.3
- dritter
Einspeisungsabschnitt