DE19942855A1

DE19942855A1 - Kraftstoffhochdruckspeicher

Info

Publication number: DE19942855A1
Application number: DE19942855A
Authority: DE
Inventors: Kurt Frank; Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2001-03-22
Also published as: EP1129285B1; WO2001018385A1; CZ20011575A3; EP1129285A1; DE50011562D1; CZ296982B6; US6615800B1; JP2003508682A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit mehreren Anschlussöffnungen (5-10), insbesondere Anschlussöffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Kraftstoff sowie Anschlussöffnungen für Sensoren und Ventile usw. DOLLAR A Um die Festigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers zu erhöhen, ist der Kraftstoffhochdruckspeicher mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung (14) ausgestattet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit mehreren Anschlussöffnungen, insbesondere Anschlussöffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Kraftstoff sowie Anschlussöffnungen für Sensoren und Ventile usw. .

In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe, eventuell unter Zuhilfenahme einer Vorförderpumpe, den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Tank in den zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die Injektoren werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einzeln von der Motorelektronik angesteuert, um Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Durch den Kraftstoffhochdruckspeicher sind die Druckerzeugung und die Einspritzung voneinander entkoppelt.

Ein herkömmlicher Kraftstoffhochdruckspeicher ist z. B. in der DE 196 40 480 beschrieben. Der bekannte Kraftstoffhochdruckspeicher besteht aus einem langgestreckten, rohrförmigen Körper mit mehreren Anschlüssen zur Versorgung von Kraftstoffeinspritzventilen, die auch als Injektoren bezeichnet werden. Der rohrförmige Körper hat gleichzeitig die Funktion der Schwingungsdämpfung über sein Volumen und die Funktion der Verteilung des Kraftstoffs über die Anschlüsse. Je nach Abstimmung im System treten, insbesondere bei einem kleinen Rohrinnendurchmesser und einer großen Rohrlänge, Druckschwingungen auf. Die Druckschwingungen führen dazu, dass manche Injektoren infolge der Ausbildung einer stehenden Welle zu wenig einspritzen. Außerdem können im Rail hin und her laufende Druckwellen dazu führen, dass die Injektoren abwechselnd oder stochastisch eine zu geringe Kraftstoffmenge einspritzen. Um die Schwingungen im Rail zu dämpfen, wird ein relativ großes Volumen benötigt. Das große Volumen erschwert und verteuert die hochdruckfeste Auslegung des Rails.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffhochdruckspeicher der eingangs geschilderten Art mit einer höheren Festigkeit und einer längeren Lebensdauer als herkömmlicher Kraftstoffhochdruckspeicher bereitzustellen. Der erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckspeicher soll aber dennoch einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstofffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit mehreren Anschlussöffnungen, insbesondere Anschlussöffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Kraftstoff sowie Anschlussöffnungen für Sensoren und Ventile usw., dadurch gelöst, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung ausgestattet ist. Durch die Schwingungsdämpfungseinrichtung kann das Volumen des Kraftstoffhochdruckspeichers deutlich reduziert werden. Dadurch werden die im Betrieb auftretenden Oberschwingungen gedämpft, wodurch die Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers erhöht wird.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung von Störgeometrien gebildet wird. Durch die Störgeometrien wird die Ausbreitung von Druckwellen in dem Kraftstoffhochdruckspeicher zumindest behindert. Die Störgeometrien können unterschiedlich ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Störgeometrien von separaten Teilen gebildet werden. Es ist aber auch möglich, dass die Störgeometrien einstückig mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher ausgebildet sind.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher ein Gehäuse mit einem Innenraum umfasst, in dem die Störgeometrien aufggenommen sind. Der Innenraum kann z. B. von einer Bohrung gebildet werden. Die Bohrung kann als Durchgangsbohrung oder als Sackloch ausgebildet sein. Das bzw. die offenen Enden der Bohrung können nach dem Einsetzen der Störgeometrie mit entsprechenden Verschlusselementen hochdruckdicht verschlossen werden. Alternativ kann der Innenraum von einem kugelförmigen Raum gebildet werden. Bei einem kugelförmigen Innenraum wird das Einsetzen der Störgeometrien durch ein zweiteiliges Gehäuse ermöglicht.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Störgeometrien von mindestens einem gewendelten Blech, einer Achse mit darauf angeordneten durchbrochenen Querwänden, einem Drahtwickel, mindestens einem Blechstreifen mit Durchbrüchen und/oder einem Rohr mit Durchbrüchen gebildet werden. Bei der Gestaltung der Störgeometrien ist zu beachten, dass durch die Störgeometrien das Volumen des Kraftstoffhochdruckspeichers verkleinert wird. Es sind also wenig voluminöse Störgeometrien vorzuziehen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Störgeometrien durch die Anschlussöffnungen oder durch zusätzliche Öffnungen von außen in den Innenraum des Gehäuses ragen. Die Störgeometrien können z. B. außen an den Kraftstoffhochdruckspeicher geschraubt oder geschweißt sein. Die Verteilung der Störgeometrien in dem Kraftstoffhochdruckspeicher kann je nach Bedarf regelmäßig oder unregelmäßig sein.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung von mindestens einem Ausweichkolben gebildet wird, der gegen eine Feder hin und her bewegbar in dem Kraftstoffhochdruckspeicher aufgenommen ist. Durch den Ausweichkolben wird eine aktive Schwingungsdämpfung ermöglicht. Damit können noch bessere Ergebnisse erzielt werden als mit der vorab beschriebenen passiven Schwingungsdämpfung.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung von mindestens einem Ausweichkolben gebildet wird, der gegen eine Feder hin und her bewegbar in mindestens einer Buchse aufgenommen ist, die an dem Kraftstoffhochdruckspeicher angebracht ist. Diese Ausführungsart liefert den Vorteil, dass die Montage des Ausweichkolbens vereinfacht wird. Außerdem kann diese Ausführungsart ohne besondere Veränderungen auch auf herkömmliche Kraftstoffhochdruckspeicher angewendet werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausweichkolben mit einem Durchgangsloch versehen ist. Das Durchgangsloch gewährleistet, dass ein statischer Druckausgleich zwischen den durch den Ausweichkolben getrennten Bereichen des Kraftstoffhochdruckspeichers bzw. der Buchse erfolgen kann.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Feder gewandte Seite der Durchgangsbohrung mit einer Strömungsbegünstigungseinrichtung ausgestattet ist. Bei der Strömungsbegünstigungseinrichtung kann es sich z. B. um eine Rundung oder eine Senkung handeln. Die andere Seite der Durchgangsbohrung kann scharfkantig ausgebildet sein. Dadurch wird erreicht, dass die Ausweichbewegung des Kolbens bei einem im Kraftstoffhochdruckspeicher auftretenden Druckstoß gegen die Feder erfolgt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausweichkolben durch die Feder gegen einen Hubanschlag vorgespannt ist. Dadurch wird erreicht, dass in Abhängigkeit von der Druckdifferenz nur Druckstöße ab einer bestimmten Stärke gedämpft werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Längsschnitt;

Fig. 2 bis 6 verschiedene Varianten der in Fig. 1 verwendeten Schwingungsdämpfungseinrichtung in separater Darstellung;

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Längsschnitt; und

Fig. 8 bis 10 jeweils einen Ausschnitt von weiteren Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.

In Fig. 1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher dargestellt, der ein langgestrecktes, rohrförmiges Gehäuse 1 umfasst. In dem rohrförmigen Gehäuse 1 bildet eine Durchgangsbohrung 2 einen Speicherraum für den Kraftstoff. Die Durchgangsbohrung 2 ist an ihren beiden Enden mit Hilfe von Verschlussstopfen 3 und 4 hochdruckdicht verschlossen. Außerdem ist das Gehäuse 1 mit einer Reihe von Anschlüssen 5-10 ausgestattet. Die Anschlüsse 5-10 dienen zur Verbindung des Kraftstoffhochdruckspeichers mit der Hochdruckpumpe und den einzelnen Injektoren. Darüber hinaus sind an dem Gehäuse 1 mehrere Befestigungselemente 11-13 angebracht, die zur Befestigung des Kraftstoffhochdruckspeichers an der Brennkraftmaschine dienen.

In der Durchgangsbohrung 2 ist eine Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 zwischen den beiden Verschlussschrauben 3 und 4 eingespannt. Selbstverständlich kann die Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 auch nur einseitig eingespannt sein bzw. sich radial abstützen.

In den Fig. 2-6 sind verschiedene Varianten der Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 dargestellt. In Fig. 2 sieht man die Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 aus Fig. 1 in Alleinstellung. Wie man sieht, handelt es sich bei der Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 um ein gewendeltes Blech.

In Fig. 3 sieht man, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung auch eine Achse 16 umfassen kann, auf der gleichmäßig beabstandet Querwände 17 angeordnet sind. Um den Durchtritt von Kraftstoff zu ermöglichen, sind in den Querwänden 17 mehrere Durchbrüche 18 vorgesehen.

In Fig. 4 ist eine Schwingungsdämpfungseinrichtung dargestellt, die von einem Drahtwickel 20 gebildet wird. Der Drahtwickel 20 umfasst mehrere Drähte, die unregelmäßig miteinander verflochten sind. Dabei ist zwischen den einzelnen Drähten ausreichend Spielraum vorgesehen, um den Durchtritt von Kraftstoff zu ermöglichen.

Die in Fig. 5 dargestellte Schwingungsdämpfungseinrichtung wird von einem Blechstreifen 22 gebildet, der mit einer Reihe von Durchbrüchen versehen ist, von denen in Fig. 5 nur zwei beipielhaft mit den Bezugszeichen 23 und 24 versehen sind. Dabei werden die Durchbrüche 23 und 24 durch das Herausklappen von Blechstücken 25 und 26 gebildet. Die herausgeklappten Blechstücke 25 und 26 bilden Leitschaufeln für den im Kraftstoffhochdruckspeicher befindlichen Kraftstoff.

Die in Fig. 6 dargestellte Schwingungsdämpfungseinrichtung wird von einem Rohr 30 aus Blech gebildet. In dem Rohr 30 sind eine Vielzahl von Bohrungen 31-33 angeordnet. Außerdem sind eine Vielzahl von Laschen 34-36 aus der Mantelfläche des Rohres 30 nach außen geklappt. Die Bohrungen 31-33 dienen dem Durchtritt von Kraftstoff. Die Laschen 34-36 dienen als Leitschaufeln für den Kraftstoff.

Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers entspricht weitgehend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Der Einfachheit halber werden deshalb zur Bezeichnung gleicher Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorstehende Beschreibung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels verwiesen.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird die Schwingungsdämpfung durch eine Reihe von länglichen Dämpfungselementen erreicht, die in radialer Richtung in die Durchgangsbohrung 2 ragen. Eines dieser länglichen Dämpfungselemente wird von einem Stift 42 gebildet, der in einer zusätzlichen Anschlussöffnung 41 aufgenommen ist. Der Stift 42 kann in die Anschlussöffnung 41 eingeschraubt, eingeschweißt, eingelötet oder eingepasst sein. Nach außen hin ist die Anschlussöffnung 41 durch einen Verschlussstopfen 43 hochdruckdicht verschlossen. Des weiteren sind in den Anschlussöffnungen 5, 6, 7 und 8 Zapfen 44 aufgenommen. Die Zapfen 44 ragen ebenso wie der Stift 42 in die Durchgangsbohrung 2 hinein. Im Unterschied zu dem Stift 42 sind die Zapfen 44 jedoch jeweils mit einer Innenbohrung 45 ausgestattet. Die Innenbohrung 45 ermöglicht den Durchtritt von Kraftstoff und somit die Funktion der Anschlüsse 5, 6, 7 und 8.

In Fig. 8 ist nur ein Teil eines rohrförmigen Gehäuses 1 einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Längsschnitt dargestellt. Das Gehäuse 1 weist eine Durchgangsbohrung 2 auf, die an einem Ende durch einen Verschlussstopfen 3 verschlossen ist. Die Durchgangsbohrung 2 steht über mehrere Anschlüsse mit einer Hochdruckpumpe und den einzelnen Injektoren in Verbindung. In Fig. 8 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Anschluss 5 dargestellt.

In der Durchgangsbohrung 2 ist ein Ausweichkolben 50 hin und her bewegbar aufgenommen. Zwischen dem Ausweichkolben 50 und dem Verschlussstopfen 3 ist eine Feder 51 angeordnet. Der Ausweichkolben 50 ist mit einer axialen Durchgangsbohrung 52 ausgestattet. An dem zu der Feder 51 gewandten Ende der Durchgangsbohrung 52 ist eine Senkung 55 vorgesehen. An dem von der Feder 51 abgewandten Ende ist die Durchgangsbohrung 52 scharfkantig ausgebildet. Daraus ergibt sich, dass die ringförmige Fläche 54 auf der von der Feder 51 abgewandten Seite etwas größer ist als auf der Seite mit der Senkung 55.

Durch die Durchgangsbohrung 52 in dem Ausweichkolben 50 kann ein statischer Druckausgleich vorgenommen werden. Die Senkung 55 am Einlauf der Durchgangsbohrung 52 bildet eine Strömungsbegünstigung in einer Richtung. Bei einem Druckstoß auf der von der Feder 51 abgewandten Seite des Ausweichkolbens 50 wird der Ausweichkolben 50 gegen die Kraft der Druckfeder 51 ausgelenkt. Die auf der Federseite befindliche Kraftstoffmenge wird dabei durch die Durchgangsbohrung 52 auf die von der Feder 51 abgewandte Seite des Ausweichkolbens 50 verdrängt.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Ausweichkolben 50 in Anlage gegen einen Hubanschlag 60. Außerdem ist die Feder 51 gegen den Ausweichkolben 50 vorgespannt. Bei dieser Ausführungsform werden nur Druckstöße ab einer bestimmten Druckdifferenz gedämpft. Bei dieser Ausführungsform ist darüber hinaus an dem Ausweichkolben 50 noch eine Führung 61 ausgebildet, die sich aus einer Verringerung des Außendurchmessers des Ausweichkolbens 50 ergibt.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist die Schwingungsdämpfungseinrichtung in eine Buchse 65 integriert, die auf einen Anschluss 5 des Kraftstoffhochdruckspeichers aufgeschraubt ist. Durch einen Verschlussstopfen 66 ist die Buchse 65 zur Umgebung hin abgedichtet. In der Buchse 65 ist ein Ausweichkolben 50 hin und her bewegbar aufgenommen. Zwischen dem Ausweichkolben 50 und dem Verschlussstopfen 66 befindet sich eine Druckfeder 51. Ansonsten funktioniert der Ausweichkolben 50 genauso wie die in der Durchgangsbohrung 2 aufgenommenen Ausweichkolben. Der in Fig. 10 dargestellte Ausweichkolben 50 weist genauso wie die vorab beschriebenen Ausweichkolben eine Durchgangsbohrung 52 mit einer Senkung 55 auf.

Mit den Parametern Druckfläche, Federsteifigkeit, Federvorspannung, Innenbohrungsdurchmesser und Verrundung der Bohrung kann die Funktion der Schwingungsdämpfungseinrichtung optimiert werden.

Claims

1. Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit mehreren Anschlussöffnungen (5-10), insbesondere Anschlussöffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Kraftstoff sowie Anschlussöffnungen für Sensoren und Ventile usw., dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung (14) ausgestattet ist.

2. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung (14) von Störgeometrien gebildet wird.

3. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher ein Gehäuse (1) mit einem Innenraum (2) umfasst, in dem die Störgeometrien aufgenommen sind.

4. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgeometrien von mindestens einem gewendelten Blech (14), einer Achse (16) mit darauf angeordneten durchbrochenen Querwänden (17), einem Drahtwickel (20), mindestens einem Blechstreifen (22) mit Durchbrüchen (23, 24) und/oder einem Rohr (30) mit Durchbrüchen (31-33) gebildet werden.

5. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgeometrien durch die Anschlussöffnungen (5-10) oder durch zusätzliche Öffnungen (41) von außen in den Innenraum (2) des Gehäuses (1) ragen.

6. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung von mindestens einem Ausweichkolben (50) gebildet wird, der gegen eine Feder (51) hin und her bewegbar in dem Kraftstoffhochdruckspeicher aufgenommen ist.

7. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung von mindestens einem Ausweichkolben (50) gebildet wird, der gegen eine Feder (51) hin und her bewegbar in mindestens einer Buchse (65) aufgenommen ist, die an dem Kraftstoffhochdruckspeicher angebracht ist.

8. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausweichkolben (50) mit einem Durchgangsloch (52) versehen ist.

9. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Feder (51) gewandte Seite der Durchgangsbohrung (52) mit einer Strömungsbegünstigungseinrichtung (55) ausgestattet ist.

10. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausweichkolben (50) durch die Feder (51) gegen einen Hubanschlag (60) vorgespannt ist.