DE19945436C1 - Einspritzanlage - Google Patents

Abstract

Eine Einspritzanlage für ein Common-Rail-System weist einen Kraftstoffverteiler (1) auf, in dem ein Druckspeicher (2) angeordnet ist, der über eine Druckleitung (4) zum Zulauf (10) eines Kraftstoffeinspritzventils (9) führt, eine seitlich zum Druckspeicher (2) angeordnete Abflußleitung (5), die über eine Leckageleitung (7) mit dem Ablauf (11) eines Kraftstoffeinspritzventils (9) verbunden ist, und Temperierleitungen (6), die mit dem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine verbunden sind. Der Kraftstoffabfluß von den Injektionen fließt durch die Abflußleitung (5) und wird dort durch den Kraftstoffzufluß im Druckspeicher (2) gekühlt. Während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoffzufluß durch den Kraftstoffzufluß erwärmt. Zusätzlich wird die stark erwärmte Kraftstoffleckage durch Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (6) gekühlt oder erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage mit einem Kraft­ stoffverteiler, der an ein Kraftstoffeinspritzventil an­ schließbar ist und ein Verfahren zum Temperieren von Kraft­ stoff in einer Einspritzanlage.

Einspritzanlagen mit einem Kraftstoffverteiler werden bei­ spielsweise in modernen Dieseleinspritzsystemen (Common-Rail) eingesetzt, wobei der Einspritzdruck in der Einspritzanlage 2000 bar und mehr erreichen kann.

Aus der DE 197 44 762 A1 ist eine Ein­ spritzanlage mit einem Kraftstoffverteiler bekannt, der einen Druckspeicher zur Aufnahme von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff aufweist, wobei in den Druckspeicher Druckleitun­ gen münden, die an Kraftstoffeinspritzventile anschließbar sind.

Herkömmliche Kraftstoffeinspritzventile weisen Leckageleitun­ gen auf, durch die stark erwärmte Kraftstoffleckage abgelei­ tet und in den Tank des Fahrzeugs geleitet wird. Die Kraft­ stoffleckage eines jeden Kraftstoffeinspritzventils im Ein­ spritzsystem fließt dabei über ein Rückleitungssystem in den Tank. Die Kraftstoffleckage wird vor dessen Rückleiten in den Tank gekühlt.

Aus der DE 197 05 631 A1 ist eine Zusatz­ kühleinrichtung für Verbrennungsmotoren bekannt, mit der vor­ zugsweise der Kraftstoff der Einspritzanlage temperiert wer­ den soll. Diese Kühleinrichtung weist eine Speicherleiste zur Verteilung des Kraftstoffes zu den Einspritzventilen auf, die mit einem vom Kraftstoff umspülten Wärmetauscher versehen ist. Der Wärmetauscher ist hierbei einerseits vom Kraftstoff und andererseits von Kühlflüssigkeit eines separaten Kühl­ kreislaufes durchströmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln den Kraftstoff in einer Einspritzanlage zu temperieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unab­ hängigen Patentansprüche gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Einspritzanlage weist einen Kraftstoffverteiler (englisch: Common-Rail), in dem neben dem Druckspeicher für den Kraftstoffzufluß zu den Kraftstoffein­ spritzventilen der Einspritzanlage mindestens eine Fluidlei­ tung vorgesehen ist, die thermisch mit dem Druckspeicher ge­ koppelt ist.

Bevorzugt fließt durch eine der Fluidleitungen der Kraft­ stoffabfluß von der Kraftstoffleckage eines Kraftstoffein­ spritzventils zu einem Tank ab. Durch die Integration dieser Fluidleitung in den Kraftstoffverteiler wird die Fertigung und Montage der Einspritzanlage vereinfacht. So ist bei­ spielsweise eine einfache Montage des jeweiligen Kraftstoffe­ inspritzventils mit ihrem zugehörigen Zu- und Ablauf an den Kraftstoffverteiler möglich.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung fließt durch min­ destens eine der Fluidleitungen, die im folgenden Temperier­ leitung genannt wird, ein Wärmeübertragungsmedium, das mit dem Kühlkreislauf einer zugehörigen Brennkraftmaschine und/oder einer Wärmequelle verbunden ist. Die Temperierlei­ tung ist thermisch mit den Fluidleitungen und der Druckspei­ cher gekoppelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren temperiert den Kraftstoff in einer Einspritzanlage, indem zwischen dem Druckspeicher des Kraftstoffverteilers und einer benachbarten Fluidleitung Wär­ me ausgetauscht wird, wodurch der Kraftstoffzufluß zu den Kraftstoffeinspritzventilen schnell erwärmt wird und der Kraftstoffabfluß von den Kraftstoffeinspritzventilen gekühlt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläu­ tert.

Die Figur zeigt einen Kraftstoffverteiler in einer 3-D Dar­ stellung mit einem Schnitt durch dessen Injektoranschluß.

Der Kraftstoffverteiler 1 einer Einspritzanlage ist im we­ sentlichen als hohlzylindrischer Vollkörper ausgebildet, in den im wesentlichen parallel zu seiner Längsachse gerichtet einen vorzugsweise als Bohrung ausgebildeten Druckspeicher 2 eingebracht ist, in dem Kraftstoff unter hohem Druck gespei­ chert ist. Mehrere Injektoranschlüsse 3 sind jeweils radial zum Kraftstoffverteiler 1 an dessen Mantel anbracht und bei­ spielsweise durch Verschweißen fest mit dem Kraftstoffvertei­ ler 1 verbunden, wobei an jeden Injektoranschluß 3 ein Kraft­ stoffeinpritzventil anschließbar ist.

Eine Abflußleitung 5 und zwei Temperierleitungen 6 sind seit­ lich zum Druckspeicher 2 im Vollkörper des Kraftstoffvertei­ lers 1 vorzugsweise parallel zu dessen Längsachse angeordnet. In weiteren Ausführungsformen können nur eine oder mehr als zwei Temperierleitungen 6 vorgesehen sein. In den Injektoran­ schluß 3 sind eine Druckleitung 4 und eine Leckageleitung 7 eingebracht, die im wesentlichen radial in die Wandungen des Druckspeichers 2 beziehungsweise der Abflußleitung 5 münden und direkt oder über Verbindungsleitungen an den Zulauf 10 beziehungsweise den Ablauf 11 des Kraftstoffeinspritzventils 9 anschießbar sind.

Das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 9 wird direkt oder über eine Verbindungsleitung mittels nicht näher dargestellte Verbindungsmittel an den Injektoranschluß 3 angeschlossen und so mit dem Kraftstoffverteiler 1 verbunden, wodurch eine ein­ fache Verbindung der Druckleitung 4 und der Leckageleitung 7 mit dem Zulauf 10 beziehungsweise dem Ablauf 11 des Kraft­ stoffeinspritzventils 9 realisierbar ist.

Eine Hochdruckpumpe 8 komprimiert und fördert den unter Hoch­ druck stehenden Kraftstoff in den Druckspeicher 2, von dem aus der Kraftstoff über die Druckleitung 4 zum Zulauf 10 des jeweiligen, beispielhaft an einem Injektoranschluß 3 schema­ tisch dargestellten Kraftstoffeinspritzventils 9 geleitet wird. Über das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 9 wird der verdichtete Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Ein Teil des Kraftstoffs im Kraftstoffeinspritzventil 9, im folgenden Kraftstoffleckage genannt, fließt durch Undichtigkeiten, Führungsspiele, Dauer­ leckagen und/oder Schaltleckagen im Kraftstoffeinspritzventil 9 zu dessen Ablauf 11, wobei sich die Kraftstoffleckage im Kraftstoffeinspritzventil 9 auf einen niedrigen Druck ent­ spannt und sich dabei stark erwärmt. Der Ablauf 11 des Kraft­ stoffeinspritzventils 9 ist mit der Leckageleitung 7 im In­ jektoranschluß 3 verbunden. Die Kraftstoffleckage fließt so­ mit von dem Ablauf 11 über die Leckageleitung 7 und die Ab­ flußleitung 5 und weiter zum Tank der Brennkraftmaschine ab. Die Abflußleitung 5 ist dabei über weiter nicht dargestellte Komponenten der Einspritzanlage mit dem Tank des Fahrzeugs verbunden. Der Kraftstofffluß in der Abflußleitung 5 wird im folgenden als Kraftstoffablauf bezeichnet.

Der durch den Druckspeicher 2 zum Kraftstoffeinspritzventil 9 fließende Kraftstoffzulauf kühlt den in der Leckageleitung 5 fließenden Kraftstoffablauf ab, wobei der Kraftstoffablauf durch die Kraftstoffleckage aus den Kraftstoffeinspritzventi­ len stark erwärmt ist. Der Kraftstoffzufluß im Druckspeicher 2 fließt vorzugsweise entgegengesetzt zum Kraftstoffabfluß in der Abflußleitung 5, wodurch eine erhöhte Kühlwirkung erzielt wird (Linde-Kühlprinzip).

Weiterhin treten vorzugsweise der Kraftstoffzufluß im Druck­ speicher 2 und der Kraftstoffabfluß in der Abflußleitung 5 an einer gemeinsamen, hochdruckpumpenseitigen Stirnfläche des Kraftstoffverteilers 1 ein beziehungsweise aus, wodurch eine vereinfachten Montage ermöglicht wird.

Die Temperierleitungen 6 sind mit einem Wärmeübertragungsme­ dium gefüllt und sind beispielsweise mit einem Wärme­ tauschkreislauf, vorzugsweise dem Kühlkreislauf der Brenn­ kraftmaschine, verbunden. Das Wärmeübertragungsmedium kann flüssig oder gasförmig ausgebildet sein und beispielsweise aus Kühlwasser, Kraftstoff oder Luft bestehen. Durch die thermische Kopplung zwischen den Temperierleitungen 6 und der Abflußleitung 5 wird der Kraftstoffablauf gekühlt.

Die Abflußleitung 5 und/oder die Temperierleitungen 6 des Kraftstoffverteilers 1 sind in einer weiteren Ausführungsform mit einer Wärmequelle verbunden, beispielsweise mit einer elektrischen Heizeinrichtung, einem Latentwärmespeicher oder dem Ablauf des Druckregelventils der Hochdruckpumpe 8, ver­ bunden. Von der Wärmequelle wird der Kraftstoff beziehungs­ weise das Wärmeübertragungsmedium vorgewärmt. Beispielsweise wird der von der Hochdruckpumpe 8 komprimierte Kraftstoff am Druckregelventil entspannt und dadurch erwärmt.

Der so vorgewärmte Kraftstoff tritt beispielsweise an einem der Stirnenden des Kraftstoffverteilers 1 in die Abflußlei­ tung 5 ein und am gegenüberliegenden Stirnende aus der Ab­ flußleitung 5 wieder aus. Der vorgewärmte Kraftstoff ver­ mischt sich dabei mit dem ebenfalls warmen Kraftstoffabfluß. Durch die thermische Kopplung zwischen der Abflußleitung 5 und der Druckleitung 4 wird der Kraftstoffzufluß vom vorge­ wärmten Kraftstoff schnell erwärmt.

Das von der Wärmequelle vorgewärmte Wärmeübertragungsmedium fließt durch alle oder auch nur eine Temperierleitung 6 und tritt beispielsweise an einem der Stirnenden des Kraftstoff­ verteilers 1 in die Temperierleitung 6 ein und am gegenüber­ liegenden Stirnende aus der Temperierleitung 6 aus.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeübertragungs­ medium durch Umschalten, beispielsweise durch ein Schaltven­ til, mit der Wärmequelle oder mit dem Wärmetauschkreislauf verbindbar, so daß wahlweise der Kraftstoffzulauf erwärmt oder der Kraftstoffablauf gekühlt werden kann.

Es ist somit möglich, vor oder während des Startens der Brennkraftmaschine den von der Wärmequelle vorgewärmten Kraftstoff bzw. das vorgewärmte Wärmeübertragungsmittel durch die Abflußleitung 5 und/oder die Temperierungsleitung 6 zu führen, wobei die Wärme des vorgewärmten Kraftstoffs im Kraftstoffverteiler 1 auf den Kraftstoffzufluß im Druckspei­ cher 2 übertragen wird. Der dem Kraftstoffeinspritzventil 9 zugeführte Kraftstoffzufluß wird so nach dem Starten schnell oder vorzugsweise schon vor dem Starten auf Betriebstempera­ tur gebracht. Beispielsweise kann der Aufwärmvorgang schon bei Einführen des Zündschlüssels in das Zündschloß oder bei Öffnen der Türen des Fahrzeugs beginnen. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann sich der Latentwärmespeicher bei­ spielsweise durch den warmen Kraftstoffabfluß und/oder den warmen Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine wieder auf laden.

In einer weiteren Ausführungsform ist zum schnellen Erwärmen des Kraftstoffzulaufs im Druckspeicher 2 die Flußrichtung des Kraftstoffzulaufs im Druckspeicher 2 entgegengesetzt zur Flußrichtung des Kraftstoffabflusses in der Abflußleitung 5 und/oder des Wärmeübertragungsmediums in der Temperierungs­ leitung 6 (Linde-Kühlprinzip).

In einer weiteren Ausführungsform ist die Flußrichtung des Kraftstoffabflusses in der Abflußleitung 5 und/oder die Fluß­ richtung des Wärmeübertragungsmediums in der Temperierleitung 6 umkehrbar, wodurch beispielsweise der Kraftstoffabfluß wahlweise direkt in den Tank oder bei Umkehrung der Flußrich­ tung über den beispielhaften Latentwärmespeicher lenkbar ist und letzterer dadurch aufwärmbar ist.

Die Temperierleitungen 6 sind vorzugsweise an einer der bei­ den Stirnseite des Kraftstoffverteilers 1 gemeinsam mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden. Das Wärme­ übertragungsmedium des Kühlkreislaufs wird durch die Tempe­ rierleitungen 6 gepumpt, so daß die warme Kraftstoffleckage in der Abflußleitung 5 zusätzlich gekühlt wird, beziehungs­ weise der Kraftstoffzufluß erwärmt wird. An einem der beiden Stirnenden des Kraftstoffverteilers 1

• - sind der Druckspeicher 2 und die Abflußleitung 5 abgedich­ tet,
• - sind die beiden dargestellten Temperierleitungen 6 vor­ zugsweise über ein Verbindungsstück miteinander verbunden, und
• - ist ein Drucksensor angeordnet, der den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 2 mißt und an eine Steuereinheit (ECU) weiterleitet.

Da die Kraftstoffleckage in der Abflußleitung 5 kleiner ist als der Kraftstoffzufluß im Druckspeicher 2, wird der Durch­ messer der Abflußleitung 5 vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des Druckspeichers 2 gewählt, wodurch vorteilhaft der Kraftstoffverteiler 1 kompakter aufbaubar ist.

In einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise bei ge­ ringer Kraftstoffleckage auf eine oder auf alle Temperierlei­ tungen 6 verzichtet werden, beispielsweise durch geringeren Kühlbedarf aufgrund verminderter Kraftstoffleckage der Kraft­ stoffeinspritzventile 9.

Das Einspritzsystem mit dem Kraftstoffverteiler ist nicht auf den Einsatz in Diesel-Einspritzsystemen beschränkt, sondern ist für den Einsatz in Benzin-Einspritzsystemen oder Schwer­ öl-Einspritzsytemen geeignet.

Bei Schweröl-Einspritzsystemen ist von Vorteil, daß der zäh­ flüssige Kraftstoff im Kraftstoffverteiler 1 direkt vor dem Kraftstoffeinspritzventil erwärmbar ist.

Weitere Ausführungsbeispiele erhält der Fachmann durch sinn­ volles Kombinieren der vorstehend angegebenen Ausführungsfor­ men.

Claims (11)

1. Einspritzanlage mit einem Kraftstoffverteiler (1), der einen Druckspeicher (2) aufweist, von dem eine Drucklei­ tung (4) im wesentlichen radial ausgeht, die an den Zu­ lauf (10) eines Kraftstoffeinspritzventils (9) anschließ­ bar ist,

• - wobei im Kraftstoffverteiler (1) mindestens eine im we­ sentlichen parallel zum Druckspeicher (2) angeordnete Flu­ idleitung (5, 6) eingebracht ist, die mit dem Druckspeicher (2) thermisch gekoppelt ist,
• - wobei mindestens eine der Fluidleitungen (5, 6) als Tem­ perierleitung (6) ausgebildet ist, in der ein Wärmeüber­ tragungsmedium fließt,

dadurch kennzeichnet,

• - daß der Druckspeicher (2) und die Fluidleitungen (5, 6) als Bohrungen im Kraftstoffverteiler (1) ausgebildet sind, und
• - daß die Flußrichtung des Kraftstoffs im Druckspeicher (2) entgegengesetzt zur Flußrichtung der Flüssigkeit in der mindestens einen Fluidleitung (5, 6) ist.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Fluidleitungen als Abflußleitung (5) ausge­ bildet ist, von der eine Leckageleitung (7) im wesentli­ chen parallel zur Druckleitung (4) ausgeht, wobei die Le­ ckageleitung (7) an den Ablauf (11) des Kraftstoffein­ spritzventils (9) anschließbar ist.

3. Einspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (5) an eine Wärmequelle anschließ­ bar ist.

4. Einspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierleitung (16) an den Wärmetauschkreislauf einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

5. Einspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierleitung (6) an eine Wärmequelle, vorzugs­ weise an einen Latentwärmespeicher, angeschlossen ist.

6. Einspritzanlage nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fluidleitungen (5, 6) kleiner als der Durchmesser des Druckspeichers (2) ist.

7. Verfahren zum Temperieren von Kraftstoff in einer Ein­ spritzanlage, in der

• - Kraftstoff durch den Druckspeicher (2), von dem eine an den Zulauf (10) eines Kraftstoffeinspritzventils (9) an­ schließbare Druckleitung (4) im wesentlichen radial aus­ geht, eines Kraftstoffverteilers (1) zu einem Kraft­ stoffeinspritzventil fließt,
• - ein Wärmeübergangsmedium durch wenigstens eine im Kraftstoffverteiler (1), zum Druckspeicher (2) im we­ sentlichen parallel angeordnete und mit diesem thermisch gekoppelte Fluidleitung (5, 6) fließt,
• - wobei mindestens eine der Fluidleitungen (5, 6) als Temperierleitung (6) ausgebildet ist, in der ein Wärme­ übertragungsmedium fließt, und wobei der Druckspeicher (2) und die Fluidleitungen (5, 6) als Bohrungen im Kraft­ stoffverteiler (1) ausgebildet sind, und in der
• - Wärme zwischen dem Kraftstoff im Druckspeicher (2) und dem Wärmeübergangsmedium in der Fluidleitung (5, 6) aus­ getauscht wird,
• - wobei der Kraftstoffs im Druckspeicher (2) entgegenge­ setzt zum Wärmeübergangsmedium in der mindestens einen Fluidleitung (5, 6) fließt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß durch die Fluidleitung (5) das als Kraftstoff aus­ gebildete Wärmeübertragungsmedium von einem Kraftstoff­ einspritzventil abfließt, und
• - daß Wärme von der Fluidleitung (5) auf den Druckspeicher (2) übertragen wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß Wärme von einer Wärmequelle auf das Wärmeübertra­ gungsmedium übertragen wird, wenn der Druckspeicher (2) erwärmt werden soll, und
• - daß Wärme von dem Wärmeübertragungsmedium über eine Kühleinrichtung, vorzugsweise über einen Wärme­ tauschkreislauf einer Brennkraftmaschine, abgeführt wird, wenn die Fluidleitung (5, 6) gekühlt werden soll.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Druckspeicher (2) kurz vor, während und/oder kurz nach dem Startvorgang einer Brennkraftmaschine schnell erwärmt wird, vorzugsweise auf Betriebstempera­ tur.
• - das Wärmeübertragungsmedium in der Fluidleitung (5, 6) nach dem Start der Brennkraftmaschine gekühlt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtung des Flusses des Kraftstoffabflusses und/oder des Wärmeübertragungsmediums in deren jeweiligen Fluidleitungen (5, 6) umkehrbar ist.