DE10323177A1

DE10323177A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10323177A1
Application number: DE10323177A
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes; Hans Brekle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US7270114B2; KR101016133B1; ES2289503T3; WO2004111431A1; US20070012293A1; JP4532495B2; ATE371810T1; EP1642021B1; DE502004004822D1; JP2007500817A; KR20060006970A; CN1795326A; CN100394022C; EP1642021A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Kraftstoffinjektoren, wobei die Kraftstoffinjektoren je einen Hochdruckanschluss und je einen Niederdruckanschluss (2) aufweisen, wobei die Niederdruckanschlüsse (2) in mindestens eine Sammelleitung (3) münden, mit einem zwischen der Sammelleitung (3) und einem drucklosen Kraftstoffrücklauf (5) angeordneten Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks, wobei zwischen dem Niederdruckanschluss (2) jedes Kraftstoffinjektors und dem Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks mindestens eine Drossel (7) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Bei der Speichereinspritzung oder „Common-Rail-Einspritzung" sind Druckerzeugung und Einspritzung entkoppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im „Rail" – dem Kraftstoffspeicher – für die Einspritzung bereit. Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge werden im elektronischen Steuergerät berechnet und von einem Injektor an jedem Motorzylinder umgesetzt. Der Injektor hat die Aufgabe, Spritzbeginn und Einspritzmenge einzustellen.
Neben der Ansteuerung des Injektors über ein Piezoelement ist die Ansteuerung des Injektors über ein Magnetventil bekannt. Während bei Magnetventilen ausreichend große Ventilhübe zur Verwendung des Magnetventils als Steuerventil erzeugt werden können, sind bei einer Steuerung eines Injektors mit einem Piezoelement zusätzliche Maßnahmen zu treffen. Dies hat den Grund, dass mit einem Piezoelement nur ein sehr geringer Hub erzeugbar ist, welcher bezüglich der Länge des Piezoelements im Promillebereich liegt. Dieser geringe Hub muss für die Betätigung des Stellventils beim kontinuierlichen Betrieb des Injektors transformiert werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein hydraulischer Übersetzer verwendet.

Im Stand der Technik werden Steuer- und Leckagemengen des oder der Injektoren über einen drucklosen Kraftstoffrücklauf abgeführt und in den Kraftstofftank eingespeist. Bei manchen Injektoren für Dieselmotoren muss das Lecköl im Injektor jedoch einen definierten Druck haben. Zu diesen Injektoren zählen piezogesteuerte Common-Rail-Injektoren. Bei diesen Injektoren ist zwischen Piezoaktor und Steuerventil ein hydraulischer Koppler angeordnet, der den Stellweg des Piezoaktors vergrößert. Dazu ist ein Kopplerraum vor handen, dessen Befüllung einen definierten, über dem Umgebungsdruck liegenden Lecköldruck erfordert.

Aus DE-A 199 52 513 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Injektor, der oder die mit einem drucklosen Kraftstoffrücklauf verbunden sind, bekannt. Zwischen dem oder den Injektoren und dem Kraftstoffrücklauf sind Mittel zum Aufrechterhalten eines Lecköldrucks in dem oder den Injektoren vorhanden. Insbesondere sind die Mittel zum Aufrechterhalten eines Lecköldrucks in dem oder in den Injektoren eines oder mehrerer Druckhalteventile.

DE-A 101 04 634 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Injektoren, wobei die Injektoren je einen Hochdruckanschluss und je einen Niederdruckanschluss aufweisen, wobei die Niederdruckanschlüsse in eine Sammelleitung münden, mit einem zwischen Sammelleitung und einem drucklosen Kraftstoffrücklauf angeordneten Druckhalteventil, wobei die Sammelleitung als Druckspeicher ausgebildet ist.

Bei diesen Kraftstoffeinspritzsystemen nach dem Stand der Technik ist die Druckbelastung des Druckhalteventils zum Halten des Druckes auf der Niederdruckseite der Injektoren mit bis zum 20 bar sehr hoch. Ebenso wird die Sammelleitung (Rücklauf-Rail) sowie der Aktor und ein gegebenenfalls vorhandener Balg durch diesen Druck hohen Belastungen ausgesetzt.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht eine Druckentlastung von mehren Systemkomponenten, insbesondere des Aktors und/oder der Sammelleitung und/oder des Druckhalteventils und/oder des Balgs. Vorteilhaft ist ferner, dass das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem für Common-Rail-Systeme einsetzbar ist, bei denen entweder mindestens ein Druckhalteventil oder mindestens eine Elektrokraftstoffpumpe den Injektor-Kopplerraum zur Befüllung unter einen dafür notwendigen Druck setzt. Dabei kann gegebenenfalls das Druckhalteventil entfallen und sich daraus eine Kostenersparnis ergeben, wobei der Funktionsumfang auch ohne Druckhalteventile beibehalten wird. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems sind, dass keine zusätzlich bewegten Innenteile benötigt werden und somit Verschleiß und ein hoher Fertigungsaufwand vermieden werden. Ferner sind keine zusätzlichen Einstellvorgänge gegenüber dem Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Stand der Technik erforderlich.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht durch ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Injektoren, wobei die Injektoren je einen Hochdruckanschluss und je einen Niederdruckanschluss aufweisen, wobei die Niederdruckanschlüsse in mindestens eine Sammelleitung münden, mit einem zwischen der Sammelleitung und einem drucklosen Kraftstoffrücklauf angeordneten Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks, wobei zwischen dem Niederdruckanschluss jedes Injektors und dem Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks mindestens eine Drossel angeordnet ist.

Durch die mindestens eine Drossel ist gewährleistet, dass sich der auf der Niederdruckseite des Injektors notwendige Druck in hohen Lastpunkten einstellt. Bei kleinen Lastpunkten gewährleistet dies das Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks. Da durch die Drossel die hohen Drücke dargestellt werden, werden nach der Drossel nur noch die geringen Drücke des Mittels zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes benötigt, was dann auch die wesentliche Entlastung des gesamten Niederdrucksystems bewirkt.

Neben den oben aufgeführten Vorteilen hat das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem den weiteren Vorteil, dass der Fertigungsanspruch für die mindestens eine Drossel sehr gering ist.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Injektoren über ihre Niederdruckanschlüsse mit einer gemeinsamen Sammelleitung verbunden sind. Dabei kann zwischen der Sammelleitung und dem jeweiligen Injektor eine Verbindungsleitung vorhanden sein, um die Sammelleitung kurz und von einfacher Geometrie gestalten zu können. In der Variante des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems mit einer einzigen Sammelleitung für alle Injektoren genügt es, eine Drossel zwischen dem Niederdruckanschluss des Injektors und dem Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks, insbesondere in der gemeinsamen Sammelleitung, vorzusehen.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Sammelleitungen vorgesehen. Beispielsweise kann jeweils einer Zylinderbank eines V-Motors eine eigene Sammelleitung zugeordnet sein. Dies Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems hat gegebenenfalls Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums und der Kosten für die Verbindung der Niederdruckanschlüsse der Injektoren mit der jeweiligen Sammelleitung. Der Einsatz mehrerer voneinander unabhängiger Sammelleitungen erfordert die Anordnung mindestens einer Drossel pro Sammelleitung zwischen dem Niederdruckanschluss des jeweiligen Injektors und des jeweiligen Mittels zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks, insbesondere die Anordnung jeweils einer Drossel in jeder Sammelleitung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks ein Druckhalteventil. Druckhalteventile sind bewährte und ausgereifte Komponenten, auf die zurückgegriffen werden kann. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckhalteventil eine Drossel vor dem injektorseitigen Eingang des Druckhalteventils angeordnet. Auch mit der vor dem Druckhalteventil positionierten Drossel bleibt der Funktionsumfang des Druckhalteventils erhalten, wobei sich jedoch eine Druckentlastung des Druckhalteventils im Vergleich zum Stand der Technik einstellt. Durch die Drossel ergibt sich ferner eine Druckentlastung weiterer Systemkomponenten, insbesondere der Sammelleitung, des Aktors und des Balgs.

Der Balg ist derart ausgebildet, dass er den Axialhub des Aktors zur Steuerung des Injektors, insbesondere eines Piezoaktors, aufnehmen kann. Hierbei ist der Balg fest mit dem Aktor und der Aktorbohrung verbunden, so dass eine fluiddichte Abdichtung des Aktormoduls gegenüber den anderen Bereichen des Injektors erreicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes eine Elektrokraftstoffpumpe. Elektrokraftstoffpumpen sind im Stand der Technik bekannte und bewährte Pumpen, die im Tank eines Kraftfahrzeuges in Modulbauweise ausgeführt, angeordnet sind und die insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden, um diesen in allen Betriebszuständen ausreichend Kraftstoff zuzuführen. Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem mit Elektrokraftstoffpumpe eine Drossel in der Sammelleitung vor der Elektrokraftstoffpumpe angeordnet. Bei dieser Variante der vorliegenden Erfindung ist der Funktionsumfang auch ohne Druckhalteventil vorhanden, so dass kein Druckhalteventil erforderlich ist und somit Kosten eingespart werden können.

Bei einer Variante der Erfindung werden die Hochdruckanschlüsse der Injektoren von mindestens einem Common-Rail mit Kraftstoff versorgt, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems auch bei so genannten Common-Rail-Einspritzsystemen zum Tragen kommen.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Injektoren jeweils ein Piezoelement zur Steuerung des Injektors und einen hydraulischen Übersetzer zur Übersetzung des Piezoelement-Hubes enthalten. Über dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Piezoelement-Hub vorzugsweise über ein Hydraulikmedium, insbesondere Kraftstoff, in einem Kopplerraum des hydraulischen Übersetzers auf eine Injektornadel übertragbar, wobei der Kopplerraum über die mindestens eine Drossel mit dem Hydraulikmedium befüllbar ist. Durch die im erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem vorhandene mindestens eine Drossel zwischen dem Niederdruckanschluss des Injektors und dem Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks (insbesondere dem Druckhalteventil oder der Elektrokraftstoffpumpe) stellt sich der zur Befüllung des Kopplerraums notwendige Druck in hohen Lastpunkten ein. Bei kleinen Lastpunkten gewährleistet dies das Druckhalteventil bzw. die Elektrokraftstoffpumpe. Da durch die Drossel die hohen Kopplerbefüllungsdrücke dargestellt werden, werden nach der Drossel nur nach die geringen Drücke des Druckhalteventils bzw. der Elektrokraftstoffpumpe benötigt, was dann auch die wesentliche Entlastung des gesamten Niederdrucksystems bewirkt. Mit der Wahl des Drosseldurchmessers, des Druckhalteventil-Öffnungsdrucks bzw. des Drucks des Elektrokraftstoffpumpe kann im Bedarfsfall der Druck für die Kopplerfüllung appliziert werden.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Stand der Technik,
2 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem mit Elektrokraftstoffpumpe,
3 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckhalteventil und
4 einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor, der über einen Hochdrucksammelraum (Common Rail) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist und durch einen als Piezoaktor ausgebildeten Aktor angesteuert wird.
Ausführungsvarianten
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems nach dem Stand der Technik.
Dabei handelt es sich um ein Kraftstoffeinspritzsystem mit sechs Zylindern 1, die schematisch als Kreise dargestellt sind. Jedem Zylinder 1 ist jeweils ein (nicht dargestellter) Injek tor zugeordnet, der einen Niederdruckanschluss 2 aufweist. Die Niederdruckanschlüsse 2 münden in eine Sammelleitung 3. Dabei ist die Sammelleitung 3 als Druckspeicher ausgebildet, in dem der auf der Niederdruckseite des Injektors benötigte Druck gehalten wird. Die Sammelleitung 3 steht über ein schematisch dargestelltes Druckhalteventil 4 mit dem drucklosen Kraftstoffrücklauf 5 in Verbindung, so dass in allen Injektoren ein gleicher, über dem Umgebungsdruck liegender Kraftstoffdruck vorhanden ist. Beispielsweise öffnet sich das Druckhalteventil erst ab einem Druck von 10 bar, so dass der Kraftstoffdruck in der Sammelleitung 3 mindestens 10 bar beträgt.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem mit Elektrokraftstoffpumpe.
Eine in 2 nur schematisch angedeutete Verbrennungskraftmaschine 36 umfasst sechs Zylinder 1, die jeweils über einen in 4 näher dargestellten Kraftstoffinjektor 38 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt werden. Die in Fig. näher dargestellten Kraftstoffinjektoren werden im Zylinderkopfbereich 37 der Verbrennungskraftmaschine 36 angeordnet. Zwischen der Sammelleitung 3 und dem drucklosen Kraftstoffrücklauf 5, der mit einem Kraftstofftank 35 eines Fahrzeugs in Verbindung steht, ist in dieser Ausführungsvariante der Erfindung als Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes eine Elektrokraftstoffpumpe 6 angeordnet. Ferner befindet sich in der Sammelleitung 3 vor der Elektrokraftstoffpumpe 6 eine Drossel 7. Bei dieser Kombination von Drossel 7 und Elektrokraftstoffpumpe 6 wird kein Druckhalteventil benötigt, um den Kraftdruck auf der Niederdruckseite der Injektoren aufrechtzuerhalten. Ferner muss die Elektronikkraftstoffpumpe 6 nur Kraftstoff mit einem geringen Druck fördern. Beispielsweise genügt bei einem Querschnitt der Drossel 7 von 0,5 mm eine 5 bar-Elektrokraftstoffpumpe 6.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckhalteventil.
Die Verbrennungskraftmaschine 36 kann z.B. als 6-Zylinderverbrennungskraftmaschine ausgestaltet sein, wobei die Ausführungsvariante als 6-Zylindermotor nur beispielhaft dargestellt ist. Entsprechend der Auslegung können mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzsystem auch Verbrennungskraftmaschinen mit vier, fünf, acht oder 10 bzw. 12 Zylindern versorgt werden. Zwischen der Sammelleitung 3 und dem drucklosen Kraftstoffrücklauf 5, der in den Kraftstofftank 35 eines Kraftfahrzeugs mündet, ist in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks ein Druckhalteventil 8 vorgesehen. Ferner befindet sich in der Sammelleitung 3 vor dem Druckhalteventil 8 eine Drossel 7. Bei dieser Kombination von Drossel 7 und Druckhalteventil 8 wird das Druckhalteventil 8 druckentlastet, so dass es einen geringeren Öffnungsdruck aufweisen kann. Beispielsweise genügt bei einer Drossel 7 mit einem Quer schnitt von 0,5 mm ein 5 bar-Druckhalteventil, um den erforderlichen Kraftstoffdruck auf der Niederdruckseite der Injektoren aufrechtzuerhalten.
Der Darstellung gemäß 4 ist ein Kraftstoffinjektor entnehmbar, der mit einem Hochdruckspeicherraum (Common Rail) in Verbindung steht und welcher über einen als Piezoaktor ausgeführten Aktor betätigbar ist.
Der in 4 dargestellte Kraftstoffinjektor 38 umfasst ein Hochdrucksystem 9 sowie ein Niederdrucksystem 10. Die Betätigung des Kraftstoffinjektors 38 erfolgt über einen Aktor 11, der in der Darstellung gemäß 4 mit einem schematisch angedeuteten Piezo-Kristallstapel 12 versehen ist, welcher sich bei Bestromung längt. Der Piezo-Kristallstapel 12 wirkt auf einen Stellkolben 18. Der Stellkolben 18 beaufschlagt einen hydraulischen Übersetzer 13. Der hydraulische Übersetzer 13 verstärkt den nur geringen Hub des Piezo-Kristallstapels 12 bei Bestromung des Aktors 11. Der hydraulische Übersetzer 13 umfasst einen Betätigungskolben 15, dessen Stirnfläche 16 in den hydraulischen Kopplungsraum 14 des hydraulischen Übersetzers 13 hineinragt. Der Piezo-Kristallstapel 12 des Aktors 11 und der Kopplungsraum 14 des hydraulischen Übersetzers 13 können sowohl von einer dünnen Wand 43 als auch von einem Faltenbalg 42 umschlossen sein, mit welchen die Relativbewegung des Piezo-Kristallstapels 12 bei dessen Bestromung und des mit diesem verbundenen Stellkolbens 18 relativ zum hydraulischen Kopplungsraum 14 ermöglicht wird.
Bei Einsatz eines Faltenbalges 42 wird einerseits eine Relativbewegung des Piezo-Kristallstapels 12 zum hydraulischen Kopplungsraum 14, der in das Gehäuse des Kraftstoffinjektors 31 integriert ist und andererseits eine Abdichtung zwischen den relativ zueinander bewegbaren Komponenten 12 und 14 erreicht. Der hydraulische Kopplungsraum 14 ist von einem Gehäuse 44 umschlossen, und mit dem Kopplungsraumdruck p_K beaufschlagt. Von einem Systemraum 20, welcher sowohl den Piezo-Kristallstapel 12 als auch den hydraulischen Übersetzer 13, 44 umschließt, erstreckt sich der Niederdruckanschluss 2 zur Sammelleitung 3. In die Sammelleitung 3 münden gemäß der Darstellung in den 2 und 3 die jeweiligen Niederdruckanschlüsse 2 der weiteren Zylinder 1 der Verbrennungskraftmaschine 36. Die Sammelleitung 3 erstreckt sich zu dem Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes, welches gemäß den in den 2 und 3 schematisch angedeuteten Ausführungsvarianten entweder als ein Druckhalteventil 8 ausgebildet sein kann oder durch die Elektrokraftstoffpumpe 6 zur Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraftmaschine 36 oder zur Beaufschlagung einer Hochdruckpumpe 34 gebildet werden kann. In der Sammelleitung 3, in welche die jeweiligen Niederdruckanschlüsse 2 der Zylinder 1, ausgehend von den Kraftstoffinjektoren 38 münden und den Mitteln 6, 8 zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes im Systemraum 20 ist das Drosselelement 7 aufgenommen. Der Niederdruckanschluss 2 kann zum Beispiel als eine Verschraubung 17 ausgebildet sein, so dass bei den innerhalb des Systemdruckraumes 20 herrschenden Drücken eine leckagefreie Abdichtung zwischen dem Systemraum 20 und in dem Niederdruckanschluss 2 gewährleistet ist.
Gemäß der Darstellung in 4 umfasst der hydraulische Übersetzer 13 ein Gehäuse 44, welches den hydraulischen Kopplungsraum 14 begrenzt. Das Gehäuse 44 stützt sich einerseits über eine Schraubenfeder an einer am Stellkolben 18 des Aktors 11 aufgenommenen Stützscheibe ab und das andererseits über eine weitere Schraubenfeder vorgespannt an einer Stützscheibe, die am Betätigungskolben 15 aufgenommen ist. Der Durchmesser des Stellkolbens 18 ist größer bemessen als der Durchmesser des Betätigungskolbens 15, so dass eine hydraulische Druckübersetzung durch Zwischenschaltung des hydraulischen Kopplungsraums 14 erreicht wird. Der Betätigungskolben 15 wirkt auf einen Führungskolben 23. Der Führungskolben 23 seinerseits ist in einem Ablaufkanal 22 geführt, welcher im Gehäuse 39 des Kraftstoffinjektors 38 vorgesehen ist. Über den Ablaufkanal 22 sind der Systemraum 20 sowie der Steuerraum 24 miteinander verbunden. Der Ablaufkanal 22, der den Systemraum 20 sowie den Steuerraum 24 miteinander verbindet, wird über ein Schließelement 19 verschlossen bzw. freigegeben. Das Schließelement 19 ist in der Darstellung gemäß 4 in seine Schließstellung, d.h. seinen Schließelementsitz 21 gestellt, welcher an der Mündungsstelle des Ablaufkanals 22 in den Steuerraum 24 ausgebildet ist. An einer Stirnseite ist das beispielsweise halbkugelförmig ausbildbare Schließelement 19 über ein Federelement 26 vorgespannt. Das Federelement 26, bei es sich um eine Tellerfeder handeln kann, stützt sich auf einer Stirnseite 29 eines nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 27 ab. Der Steuerraum 24 ist über eine Hochdruckleitung, die an einem der Hochdruckanschlüsse 40 eines Hochdrucksammelraums 31 (Common Rail) angeschlossen ist, stets mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Der Hochdrucksammelraum 31 wird seinerseits über eine Versorgungsleitung 32 über eine Hochdruckpumpe 34 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt und speichert diesen. Der Hochdruckpumpe 34 kann- je nach Konfiguration des Einspritzsystems der Verbrennungskraftmaschine 36 – eine als Vorförderpumpe wirkende Elektrokraftstoffpumpe 6 vorgeschaltet sein.
Der Systemraum 20 des Kraftstoffinjektors 38 auf dessen Niederdruckseite 10 kann einerseits durch eine dünnwandig ausgebildete Wand 43 begrenzt sein, andererseits kann der Systemraum 20 auch durch einen Faltenbalg 42 abgedichtet sein. Insbesondere die Ausbildung einer Begrenzung des Systemraums 20 über einem verformbaren Faltenbalg 42 bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, Längungen bei Bestromung des Aktors 11 aufgrund einer Längenausdehnung des Piezo-Kristallstapels 12 auszugleichen unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Abdichtwirkung. Über den im Systemraum 20 herrschenden Druck erfolgt eine Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14. Zwischen dem Gehäuse 44, welches den hydraulischen Kopplungsraum 14 umschließt, und dem Betätigungskolben 15 sowie dem Stellkolben 18 sind Spalte ausgebildet, über welche das Kraftstoffvolumen auf der Niederdruckseite 10 des Kraftstoffinjektors 38 auch zur Erstbefüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 in diesen eintritt.
Zunächst wird der Fall betrachtet, indem das in Fig. dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem für direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen ein Druckhalteventil 8 auf der Niederdruckseite 10 des Kraftstoffinjektors 38 umfasst.
Wird bei einem solcherart konfigurierten Kraftstoffeinspritzsystem für direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen 36 der Steuerraum 24 über die Bestromung des Aktors 11 druckentlastet, strömt aus dem Steuerraum 24 Kraftstoff über den Ablaufkanal 22 in den Systemraum 20 über. Vom Systemraum 20 aus strömt das aus dem Steuerraum 24 abgesteuerte Kraftstoffvolumen über den Anschluss 17 in den Niederdruckanschluss 2 über. Sämtliche Niederdruckanschlüsse 2 der Kraftstoffinjektoren 38 münden in die Sammelleitung 3. Die weiteren Kraftstoffinjektoren 38 der Verbrennungskraftmaschine 36 sind in 4 nur schematisch angedeutet. In der Sammelleitung 3 ist die Drossel 7 vor dem injektorseitigen Eingang 41 des Druckhalteventils 8 aufgenommen. Durch die Drosselstelle 7 in der Sammelleitung 3 kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass sich der zur Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 notwendige Druck in hohen Lastpunkten einstellt. Bei niedrigen Lastpunkten hingegen kann das zur Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 notwendige Druckniveau über das Druckhalteventil 8 aufgebracht werden. Bei niedrigen Lastpunkten ist das Druckniveau auf der Niederdruckseite 10 des Kraftstoffinjektors 38 im Systemraum 20 so bemessen, dass eine Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 über die Spalte zwischen dem Gehäuse 44 und dem Stellkolben 18 einerseits sowie über den Spalt zwischen dem Betätigungskolben 15 und dem Gehäuse 44 des Druckübersetzers 13 andererseits erfolgen kann. In niedrigen Lastpunkten herrschen nach der Drossel 7 nur noch die geringen Drücke, die durch das Druckhalteventil erzeugbar sind, wodurch die wesentliche Entlastung der Niederdruckseite 10 des Kraftstoffinjektors 38 erreicht wird. Mit der Dimensionierung des Drosseldurchmessers der Drosselstelle 7, oder des Öffnungsdrucks des Druckhalteventils 8 – in dieser Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzsystems – kann im Bedarfsfall der für die Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 über den Systemraum 20 erforderlich Druck eingestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsvariante eines Kraftstoffeinspritzsystems für Verbrennungskraftmaschinen erfolgt die Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 35 zu Hochdruckpumpe 34, in der eine Kompression des Kraftstoffs auf einen sehr hohen Druck von etwa 1500 bar und mehr erfolgt, über eine erste Kraftstoffzuleitung 8.1.
Ist gemäß einer Variante eines Kraftstoffeinspritzsystems eine Elektrokraftstoffpumpe 6, welches in diesem Fall das Mittel zum Halten des Druckes darstellt, vorgesehen, so erfolgt bei einer Druckentlastung des Steuerraums 24 durch Bestromung des Aktors 11 ein Abströmen von Kraftstoffvolumen aus dem Steuerraum 24 in den Systemraum 20 analog zur oben dargestellten Ausfuhrungsvariante eines Kraftstoffsystems mit Druckhalteventil 8. Vom Systemraum 20 strömt der Kraftstoff über den Anschluss 17 in den Niederdruckanschluss 2, was für sämtliche Kraftstoffinjektoren 38 gilt, die entsprechend der Zylinderzahl der mit Kraftstoff zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine 36 an dieser vorgesehen sind. In diesem Falle ist in der Sammelleitung 3, in welche sämtliche Niederdruckanschlüsse 2 der Kraftstoffinjektoren 38 münden, ebenfalls eine Drosselstelle 7 ausgebildet. Die Drosselstelle 7 befindet an der Mündungsstelle sämtlicher Niederdruckanschlüsse 2 in die Sammelleitung 3 vor dem eingangsseitigen Ende 41 der als Vorlaufförderpumpe dienenden Elektrokraftstoffpumpe 6. Die Elektrokraftstoffpumpe 6 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 35 und über die zweite Kraftstoffzuleitung 6.1 zur Hochdruckpumpe 34. Die Hochdruckpumpe 34 wiederum beaufschlagt den Hochdrucksammelraum 31 (Common Rail) über die Versorgungsleitung 32 mit unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoff. Das Kraftstoffniveau liegt im Bereich zwischen etwa 1500 und 1600 bar.
In diesem Falle wird durch die Drosselstelle 7 bei hohen Lastpunkten erreicht, dass sich aufgrund des im Systemraum 10 herrschenden Druckes eine Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 über die Leckspalte zwischen dem Verdrängerkolben 18 und dem Gehäuse 44 bzw. dem Betätigungskolben 15 und dem Gehäuse 44 einstellt. Bei kleinen Lastpunkten kann der zur Befüllung des Kopplers notwendige Druck durch die als Vorförderaggregat dienende Elektrokraftstoffpumpe 6 aufrechterhalten werden. Dadurch herrschen nach der Drosselstelle 7 nur noch die geringen Drücke der Elektrokraftstoffpumpe, die etwa zwischen 3 und 8 bar liegen können. Dadurch lässt sich eine wesentliche Entlastung der Niederdruckseite 10 des Kraftstoffinjektors 10 erreichen. Durch die Wahl des Durchmessers der Drosselstelle 7 in der Sammelleitung 3 bzw. des Förderdrucks der Elektrokraftstoffpumpe 6 kann im Bedarfsfall der Druck im Systemraum 20 zur Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 durch dessen Führungsspalte verändert werden. Wird eine Elektrokraftstoffpumpe 6 zusammen mit einer Hochdruckpumpe 34 eingesetzt, so dient die dem Kraftstofftank zugeordnete Elektrokraftstoffpumpe 6 als Vorförderaggregat für die Hochdruckpumpe 34, die nicht selbstansaugend ausgebildet ist. Die Versorgungsleitung 6.1 zweigt in diesem Falle von der Kraftstoffleitung, die dem Kraftstofftank 35 zugeordnet ist, ab und führt zur Hochdruckpumpe 34.
Durch die Auslegung des Drosseldurchmessers der Drossel 7 in der Sammelleitung 3, der Einstellung des Öffnungsdruckes des Druckhalteventils 8 bzw. des Förderdrucks der Elektrokraftstoffpumpe 6 können unterschiedliche Befülldrücke zur Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums 14 des hydraulischen Übersetzers 13 je nach Erfordernis, voreingestellt werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufnahme einer Drosselstelle 7 in der Sammelleitung 3 kann sowohl eine Elektrokraftstoffpumpe 6 als auch ein Druckhalteventil 8 hinsichtlich seiner Druckbelastung in hohen Lastpunkten der Verbrennungskraftmaschine 36 mechanisch entlastet werden, was eine wesentliche Entlastung des Niederdrucksystems 10 des Kraftstoffinjektors 38 zur Folge hat. Das Druckhalteventil 8 sowie die Elektrokraftstoffpumpe 6 können daher hinsichtlich ihrer Festigkeit kleiner dimensioniert werden. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung vermieden, zusätzlich zu fertigende bzw. zu bewegende mechanische Komponenten einzusetzen, wodurch auch Einstellvorgänge an diesen zusätzlich vorzusehenden Innenteilen entfallen können.

1: Zylinder
2: Niederdruckanschluss
3: Sammelleitung
4: Druckhalteventil
5: Kraftstoffrücklauf
6: Elektrokraftstoffpumpe
6.1: erste Versorgungsleitung
7: Drossel
8: Druckhalteventil
8.1: zweite Versorgungsleitung
9: Hochdrucksystem Kraftstoffinjektor
10: Niederdrucksystem
: Kraftstoffinjektor
11: Aktor
12: Piezo-Kristallstapel
13: hydraulischer Übersetzer
14: hydraulischer Kopplungsraum
p_K: Kopplungsraumdruck
15: Betätigungskolben
16: Stirnfläche Betätigungskolben
17: Anschluss
18: Stellkolben
19: Schließelement
20: Systemraum
21: Schließelement-Sitz
22: Ablaufkanal
23: Führungskolben
24: Steuerraum
25: Steuerraum-Zulauf
26: Federelement
27: Einspritzventilglied
29: Stirnseite Einspritzventilglied
31: Hochdrucksammelraum
: (Common Rail)
32: Vorsorgungsleitung
34: Hochdruck-Pumpe
35: Kraftstofftank
36: Verbrennungskraftmaschine
37: Zylinderkopfbereich
38: Kraftstoffinjektor
39: Gehäuse
40: Hochdruckanschlüsse
41: injektorseitiger Eingang von 6, 8
42: Faltenbalg
43: Wandung
44: Gehäusekopplungsraum

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit mehreren Kraftstoffinjektoren (38), wobei die Kraftstoffinjektoren (38) je einen Hochdruckanschluss (40) und je einen Niederdruckanschluss (2) aufweisen und die Niederdruckanschlüsse (2) in mindestens eine Sammelleitung (3) münden, und die Kraftstoffinjektoren (8) über einen piezoelektrischen Aktor (11) betätigbar sind, mit einem zwischen der Sammelleitung (3) und einem drucklosen Kraftstoffrücklauf (5), (35) angeordneten Mittel (6, 8) zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes und der Kraftstoffinjektor (38) einen Systemraum (20) enthält, in der ein zur Befüllung eines hydraulischen Kopplungsraums (14) geeignetes Druckniveau herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mündung der Niederdruckanschlüsse (2) der Kraftstoffinjektoren in die Sammelleitung (3) und dem injektorseitigen Eingang (41) des Mittels (6, 8) zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks in der Sammelleitung (3) eine Drossel (7) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks auf der Niederdruckseite als Druckhalteventil (8) ausgeführt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes auf der Niederdruckseite durch eine Elektrokraftstoffpumpe (6) dargestellt wird.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckanschlüsse (40) der Kraftstoffinjektoren (38) von mindestens einem Hochdrucksammelraum (31) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt sind.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Piezoaktors (11, 12) über ein Hydraulikmedium, insbesondere Kraftstoff, mittels eines hydraulischen Kopplerraums (14) des hydraulischen Übersetzers (13) auf ein Einspritzventilglied (27) übertragbar ist, wobei der hydraulische Kopplerraum (14) über die mindestens eine Drossel (7) mit dem Hydraulikmedium befüllbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in höheren Lastbereichen einer Verbrennungskraftmaschine (36) über die Drossel (7) in der Sammelleitung (3) ein Kopplungsraumdruck p_K aufrecht erhalten lässt.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Befüllung des hydraulischen Kopplungsraums (14) erforderliche Druck bei kleinen Lastpunkten der Verbrennungskraftmaschine (36) durch das Druckhalteventil (8) oder die Elektrokraftstoffpumpe (6) aufrechterhalten wird.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstbefüllung des hydraulischen Kopplungsraums (14) über Leckspalte zwischen einem Betätigungskolben (15) und einem Gehäuse (44) und/oder über Leckspalte zwischen einem Stellkolben (18) und dem Gehäuse (44) erfolgt, wobei das Gehäuse (44) vom Systemraum (20) umschlossen ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrokraftstoffpumpe (6) auf der Niederdruckseite (10) des Kraftstoffinjektors (38) einer Hochdruckpumpe (34) vorgeschaltet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (8) in der Sammelleitung (3) einem Kraftstofftank (35) vorgeschaltet ist.