DE19547877A1

DE19547877A1 - Kraftstoffhochdruckspeichersystem für ein in Brennkraftmaschinen eingesetztes Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE19547877A1
Application number: DE1995147877
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Dr Traub
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1997-06-26
Also published as: WO1997023725A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffhochdruckspeichersystem für ein in Brennkraftmaschinen eingesetztes Kraftstoffein spritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.

Bei einem derartigen Kraftstoffeinspritzsystem wird Kraftstoff in zumindest einem zentralen Hochdruckspeicher unter einem Druck weit über 10⁸ Pa gehalten. Aus dem Hochdruckspeicher werden die Kraftstoffeinspritzventile direkt mit dem in die Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoff versorgt. Bei betriebsbedingten Laständerungen müssen im Hoch druckspeicher Druckänderungen bis zu 1,5_*10⁸ Pa innerhalb weniger Motorumdrehungen erzeugt werden können. Schwierig gestaltet sich hierbei vor allem der Druckaufbau in kurzer Zeit. Bei bekannten Einspritzsystemen wird dazu mit Hilfe einer Hochdruckpumpe zusätzlicher Kraftstoff in den Hochdruck speicher gepumpt. Die Hochdruckpumpe muß also neben der regu lären Einspritzmenge und den üblichen Leckage- und Steuer mengen eine weitere Zusatzmenge für den Druckaufbau im Hoch druckspeicher liefern. Die Zusatzmenge, die das Einspritz system in der Regel nur in den kurzen Start- und/oder Last anstiegsphasen benötigt, liegt in der gleichen Größenordnung wie die reguläre Einspritzmenge. D.h. die Hochdruckpumpe muß für nahezu die doppelte Kraftstoffördermenge ausgelegt sein, obwohl sie diese nur in einem Bruchteil der Gesamtbetriebszeit braucht. Die Hochdruckpumpe ist somit für den Hauptanteil der Gesamtbetriebszeit überdimensioniert.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung verfügt gegenüber dem bekannten Stand der Tech nik über ein Kraftstoffhochdruckspeichersystem, bei dem an einem Kraftstoffhauptspeicher ein Kraftstoffzusatzspeicher hydraulisch angeschlossen ist. Dabei ist in der hydraulischen Verbindung zwischen den beiden Hochdruckspeichern ein fremd betätigtes, elektrisch gesteuertes Ventil angeordnet, über das die Verbindung geöffnet oder geschlossen werden kann.

Die Kraftstoffhochdruckspeicher können hierzu als separate Speicherbehälter vorliegen, die über einzelne Rohrleitungen und das Ventil verbunden sind. Sie können auch als zwei Boh rungen in einem Block ausgebildet sein, die nur über ein inte griertes Ventil miteinander kommunizieren. Der Kraftstoff zusatzspeicher kann dabei auch aus einem System von Bohrungen bestehen. In beiden beispielhaft genannten Ausführungsvarian ten wird der Kraftstoffzusatzspeicher vorzugsweise über den Kraftstoffhauptspeicher gespeist.

Bei der Verwendung des Kraftstoffzusatzspeichers wird bei Lastwechseln, die einen Druckanstieg im Kraftstoffhauptspei cher erfordern, ein Teil der in diesen Speicher zu fördernden Kraftstoffmenge aus dem Zusatzspeicher zur Verfügung ge stellt. Aber eine Steuer- und Regeleinrichtung wird bei einem derartigen Lastwechsel das hydraulisch zwischen den Kraft stoffhochdruckspeichern liegende Ventil geöffnet, wodurch der Druck im Kraftstoffhauptspeicher bei Bedarf schlagartig an steigen kann. Auf diese Weise wird die Hochdruckpumpe erheb lich entlastet. Obwohl sie auch den Kraftstoffzusatzspeicher zu versorgen hat, kann sie bei gleichbleibender Leistung des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems kleiner ausgelegt werden. Ein geringeres Gewicht und eine kleinere Antriebsleistung der Hochdruckpumpe senkt neben einer Kostenersparnis den Kraft stoffverbrauch und bei optimaler Unterbringung des Kraftstoff zusatzspeichers sogar das Leistungsgewicht der Brennkraft maschine.

Das zwischen den Kraftstoffhochdruckspeichern angeordnete Ven til ist vorzugsweise mit einer elektromagnetischen Betäti gungseinrichtung ausgestattet. Selbstverständlich kann die Be tätigung auch elektromechanisch, piezoelektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.

Beispielsweise bei einem elektrisch betätigten Ventil kann die Ansteuerung pulsmoduliert bzw. getaktet erfolgen. Durch eine Änderung von Pulsdauer oder Pulsfrequenz läßt sich ein nahezu beliebiger Verlauf des Druckausgleichs zwischen den Kraft stoffhochdruckspeichern wählen.

Das Ventil selbst gehört beispielsweise zur Gruppe der Sitz ventile und ist somit u. a. als Kugel,- Kegel- oder Tellersitz ventil gestaltet. Dabei werden die Ventilanschlüsse durch das Schließelement bzw. den Abschlußkörper und den Ventilsitz ge trennt oder verbunden.

Zusätzlich kann das Ventil als Sicherheitsventil konstruiert sein, um im Kraftstoffzusatzspeicher einen unzulässigen Druck anstieg, z. B. aufgrund von Temperaturerhöhung, zu verhindern.

Zeichnungen

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausfüh rungsform.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einige wesentliche Teile eines Kraftstoffein spritzsystems für Brennkraftmaschinen. Bei diesem System wird der Kraftstoff zumindest mittels einer Hochdruckpumpe (3) aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (1) angesaugt und unter Hoch druck in die Kraftstoffhochdruckspeicher (20) und (30) geför dert. Der Kraftstoffhauptspeicher (20) ist über Einspritzlei tungen (6) direkt mit einzelnen, elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventilen (7) hydraulisch verbunden. Eine Steuer- und Regeleinrichtung (10) gibt für jedes Einspritzven til (7) u. a. den jeweiligen Einspritzzeitpunkt und die Ein spritzdauer vor. Die Vorgaben sind abhängig vom jeweiligen vorhandenen und/oder angestrebten Betriebszustand der Brenn kraftmaschine. Die Steuer- und Regeleinrichtung (10) überwacht hier den Kraftstoffdruck über einen am Kraftstoffhauptspei cher (20) angeordneten Drucksensor (11). Der Kraftstoffdruck wird mit betriebsbedingten Vorgaben verglichen und gegebenen falls durch die Ansteuerung einer Druckstelleinrichtung (12) verringert. Überschüssiger Kraftstoff gelangt über eine Ent lastungsleitung (9) in den Tank (1) zurück.

Der Kraftstoffhauptspeicher (20) ist hydraulisch mit dem Kraftstoffzusatzspeicher (30) verbunden. In der Verbindung zwischen den Kraftstoffhochdruckspeichern ist zwischen zwei Druckleitungen (21) und (31) ein Ventil (40) angeordnet. Das Ventil (40) , das beispielsweise als Sitzventil ausgeführt ist, hat eine mit dem Kraftstoffhauptspeicher (20) hydraulisch ge koppelte Ventilkammer (41), in der ein Schließelement (43) in Form einer Ventilkugel angeordnet ist. In Schließstellung sitzt das Schließelement (43) auf einem Ventilsitz (42). Dort wird es zum einem mit Hilfe einer Ventilfeder (44) und/oder durch den in der Ventilkammer (41) vorherrschenden Kraftstoff druck gehalten. Gegebenenfalls ist das Schließelement (43) auch mit einem gegenüber der Ventilfeder (44) angeordneten elektromagnetischen Betätigungselement (46) über dessen Betä tigungsstift (47) mechanisch verbunden. Das Betätigungsele ment (46), z. B. ein Proportionalmagnet, hebt bei einem Bestro men das Schließelement (43) über den Betätigungsstift (47) von seinem Ventilsitz (42) ab, wodurch zwischen der Ventilkam mer (41) und der zum Kraftstoffzusatzspeicher (30) führenden Druckleitung (31) eine Verbindung hergestellt wird. Die Be stromung des Betätigungselements (46) wird im Ausführungsbei spiel durch die Steuer- und Regeleinrichtung (10) vorgenommen.

Im stationären Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems werden der Kraftstoffhauptspeicher (20) und der Kraftstoffzusatzspei cher (30) bei geöffnetem Sitzventil (40) gemeinsam von der Hochdruckpumpe (3) gespeist. An beiden Kraftstoffhochdruck speichern liegt der gleiche Kraftstoffdruck an. Bei einem Lastwechsel von einem hohen auf einen niedrigen Einspritzdruck wird das Sitzventil (40) geschlossen, so daß im Kraftstoff zusatzspeicher (30) der hohe Kraftstoffdruck erhalten bleibt.

Bei einem Lastwechsel von einem niedrigen auf einen hohen Einspritzdruck wird das Sitzventil (40) geöffnet, wodurch Kraftstoff aus dem Kraftstoffzusatzspeicher (30) in den Kraft stoffhauptspeicher (20) strömt und dort den Kraftstoffdruck anhebt. Der gleichzeitige Druckaufbau durch die Hochdruck pumpe (3) wird durch die aus dem Kraftstoffzusatzspeicher (30) zufließende Kraftstoffmenge entscheidend unterstützt, wodurch sich die für den Druckaufbau notwendige Zeitspanne erheblich verkürzt.

Das Sitzventil (40) wird in der Regel geschlossen, wenn in beiden Kraftstoffhochdruckspeichern (20, 30) ein vorgegebener Höchstdruck erreicht ist. Da dann vor und hinter dem Ventil sitz (40) der gleiche Kraftstoffdruck ansteht, sind für den Schließvorgang nur geringe Kräfte notwendig, die beispiels weise durch die Ventilfeder (44) aufgebracht werden.

Um auch bei einem betriebsbedingten Absinken des Kraftstoff drucks im Kraftstoffhauptspeicher (20) gegenüber dem Druck im Kraftstoffzusatzspeicher (30) mit einer geringen Zuhaltekraft auszukommen, werden die Wirkflächen des Schließelements (43) entsprechend ausgelegt. Zusätzlich können das Schließele ment (43) und der Ventilsitz (42) so gestaltet werden, daß Druck- und Strömungskräfte den Öffnungsvorgang unterstützen.

Claims

1. Kraftstoffhochdruckspeichersystem für ein in Brennkraft maschinen eingesetztes Kraftstoffeinspritzsystem, in dem Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe (3) in mindestens einen zentralen Kraftstoffhauptspeicher (20) gefördert wird, um ihn von dort elektrisch gesteuerten Einspritzventilen (7) zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kraftstoffhauptspeicher (20) ein Kraftstoffzusatz speicher (30) hydraulisch angeschlossen ist, wobei in der hydraulischen Verbindung (21, 31) zwischen den Kraftstoffhochdruckspeichern (20, 30) ein fremdbetätigtes, elektrisch gesteuertes Ventil (40) angeordnet ist.

2. Kraftstoffhochdruckspeichersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffzusatzspeicher (30) über den Kraftstoffhauptspeicher (20) gespeist wird.

3. Kraftstoffhochdruckspeichersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (40) elektrisch betätigt wird.

4. Kraftstoffhochdruckspeichersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (40) getaktet betätigt wird.

5. Kraftstoffhochdruckspeichersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (40) ein Sitzventil ist, dessen Schließelement (43) in einer Ventilkammer (41) angeordnet ist und über eine Druckfeder (44) an einem Ventilsitz (42) an liegt, wobei in Schließrichtung gesehen der Kraftstoffhaupt speicher (20) hinter dem Schließelement (43), also an der Ven tilkammer (41), und der Kraftstoffzusatzspeicher (30) vor dem Schließelement (43) angeschlossen ist.