DE19963720A1

DE19963720A1 - Common-Rail-System

Info

Publication number: DE19963720A1
Application number: DE1999163720
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Polach; Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: DE19963720C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Common-Rail-System zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren von Personenkraftwagen, mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher (1), der über Kraftstoffhochdruckleitungen (2) mit mehreren Injektoren (3) verbunden ist, deren Öffnungs- und Schließbewegung jeweils von einer Steuereinrichtung (10, 11) gesteuert werden. DOLLAR A Um ein Common-Rail-System bereitzustellen, dass auch für Kleinmotoren geeignet ist, ist die Steuereinrichtung (10, 11) in den Kraftstoffhochdruckspeicher (1) integriert bzw. an den Kraftstoffhochdruckspeicher (1) angebaut.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Common-Rail-System zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren von Personenkraftwagen, mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der über Kraftstoffhochdruckleitungen mit mehreren Injektoren verbunden ist, deren Öffnungs- und Schließbewegungen von jeweils einer Steuereinrichtung gesteuert werden.

In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert die Hochdruckpumpe, eventuell unter Zuhilfenahme einer Vorförderpumpe, den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in den zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Kraftstoffleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Zylindern der Brennkraftmaschine 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.

Aus der DE 197 01 879 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Großdieselmotoren bekannt, bei der die Steuerventile an den Injektoren angeordnet sind. Die Injektoren mit Steuerventil benötigen relativ viel Bauraum.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Common-Rail- Einspritzsystem der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, dass eine exakte Steuerung der Einspritzzeit sowie der Einspritzmenge gewährleistet und insbesondere für Kleinmotoren geeignet ist. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-System zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren von Personenkraftwagen, mit einem zentralen Kraftstoffhochruckspeicher, der über Kraftstoffhochdruckleitungen mit mehreren Injektoren verbunden ist, deren Öffnungs- und Schließbewegungen von jeweils einer Steuereinrichtung gesteuert werden, dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung in den Kraftstoffhochdruckspeicher integriert bzw. an den Kraftstoffhochdruckspeicher angebaut ist. Deshalb können zur Einspritzung des Kraftstoffs normale Düsenhalterkombinationen mit kleinen Abmessungen verwendet werden.

Vorteile der Erfindung

Das liefert den Vorteil, dass in dem Zylinderkopf der zu versorgenden Brennkraftmaschine nur wenig Bauraum für die Injektoren benötigt wird. Die zur Einspritzung erforderliche Drucküberhöhung wird durch entsprechend ausgelegte Hochdruckverbindungsleitungen von dem Kraftstoffhochdruckspeicher zu den einzelnen Injektoren übertragen. Der Aufbau der Steuereinrichtungen ist bezüglich Platz und Bauvolumen unkritisch.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher ein Gehäuse mit einem Speichervolumen umfasst, das mit einer Bohrung in Verbindung steht, in der ein Steuerventilglied verschiebbar aufgenommen ist, das in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum eine Verbindung zwischen dem Speichervolumen des Kraftstoffhochdruckspeichers und dem zugehörigen Injektor freigibt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die gleiche Steuereinrichtung wie bei der aus der DE 197 01 879 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendet werden. Für jeden Injektor ist eine separate Steuereinrichtung in oder an dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorzusehen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher ein Gehäuse mit einem Speichervolumen umfasst, das über einen ersten Verbindungskanal mit einem in einer Bohrung vorgesehenen Steuerraum in Verbindung steht und das über einen zweiten Verbindungskanal mit einem in der Bohrung vorgesehenen Druckausgleichsraum in Verbindung steht, wobei in der Bohrung ein erstes und ein zweites Steuerventilglied verschiebbar aufgenommen sind, die mit ihren einander zugewandten Stirnflächen aneinander anliegen, wobei das von dem zweiten Steuerventilglied abgewandte Ende des ersten Steuerventilglieds den Steuerraum begrenzt und das von dem ersten Steuerventilglied abgewandte Ende des zweiten Steuerventilglieds den Druckausgleichsraum begrenzt, wobei zwischen dem ersten Verbindungskanal und der zugehörigen Hochdruckleitung an dem ersten Steuerventilglied eine erste Ventildichtfläche ausgebildet ist, die mit einer ersten Ventilsitzkante zusammenwirkt, wobei zwischen der Hochdruckleitung (32) und einem Entlastungskanal an dem zweiten Steuerventilglied eine zweite Ventildichtfläche ausgebildet ist, die mit einer zweiten Ventilsitzkante zusammenwirkt. Dadurch wird eine zweiteilige in den Kraftstoffhochdruckspeicher integrierte Steuereinrichtung in Form eines Doppel-Sitzventils mit kleiner Leckage bereitgestellt. Beide Steuerventilglieder werden über die beiden Verbindungskanäle zum Speichervolumen mit dem Raildruck beaufschlagt. Gegenüber herkömmlichen Schieberventilen ist die erfindungsgemäße Lösung viel toleranzunempfindlicher.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdurchmesser des ersten Steuerventilglieds größer als der Führungsdurchmesser des zweiten Steuerventilglieds ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der erste Ventilsitz geschlossen bleibt, solange der Steuerraum nicht druckentlastet wird.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckausgleichsraum eine Druckfeder angeordnet ist, die gegen das zweite Steuerventilglied vorgespannt ist. Die Druckfeder gewährleistet, dass die beiden Ventilglieder auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine aneinander in Anlage bleiben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei 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.

Zeichnung

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der beiliegenden Fig. 1 sieht man einen Kraftstoffhochdruckspeicher 1 der über eine Hochdruckleitung 2 mit einer herkömmlichen Düsenhalterkombination 3 verbunden ist. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 weist ein im Querschnitt dargestelltes Gehäuse 4 auf. In dem Gehäuse 4 bildet eine kreiszylinderförmige Ausnehmung 5 das Speichervolumen des Kraftstoffhochdruckspeichers 1. Das Speichervolumen 5 des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 steht über einen Verbindungskanal 6 mit einer Bohrung 7 in dem Gehäuse 4 in Verbindung.

Die Bohrung 7 ist durch einen Ventilkörper 8 verschlossen, der mit einem ersten Entlastungskanal 9 ausgestattet ist. Der Entlastungskanal 9 verbindet einen Steuerraum 15 mit einem (nicht dargestellten) Entlastungsraum. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Steuereinrichtung ist der Entlastungskanal 9 durch eine Ventilkugel 10 verschlossen. Die Ventilkugel 10 kann beispielsweise mit einem Magneten gekoppelt sein, der für ein Abheben der Ventilkugel 10 von ihrem zugehörigen Ventilsitz sorgt, wenn er betätigt wird.

In der Bohrung 7 ist ein Steuerventilglied 11 in Längsrichtung verschiebbar aufgenommen. In dem zu dem Steuerraum 15 gewandten Ende des Steuerventilglieds 11 ist ein Zulauf 18 vorgesehen. Der Zulauf 18 schafft eine Verbindung zwischen dem Speichervolumen 5 und dem Steuerraum 15. An dem Steuerventilglied 11 ist eine Ventildichtfläche 12 ausgebildet, die sich in Anlage an einem Ventilsitz 16 befindet. Wenn die Ventildichtfläche 12 von Ihrem Ventilsitz 16 abhebt, wird eine Verbindung zwischen dem Speichervolumen 5 zu der Hochdruckleitung 2 freigegeben.

Wenn sich die Ventildichtfläche 12 an dem zugehörigen Ventilsitz 16 in Anlage befindet, ist eine Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 2 und einem zweiten Entlastungskanal 14 freigegeben. Das von dem Steuerraum 15 abgewandte Ende 13 des Steuerventilglieds 11 ist als Schieberventil mit einem Flächenanschnitt 17 an der Umfangsfläche des Steuerventilglieds 11 ausgebildet. Die in Fig. 1 gezeigte Steuereinrichtung ist genauso ausgebildet, und erfüllt die gleiche Funktion wie die in der DE 197 01 879 beschriebene Steuereinrichtung.

Das Steuerventilglied 11 bildet ein 3/2-Wegeventil, dass durch die Ventilkugel 10 in Form eines 2/2-Wegeventils gestellt wird. Bei der Verwendung eines Piezostellers kann das Stellen des Steuerventilglieds 11 auch durch ein 2/3- Wegeventil erfolgen.

In geschlossenem Zustand liegt der Hochruck aus dem Speichervolumen 5 an dem Ventilsitz 16 an. Über eine Druckstufe d₁-d₂ wird das Steuerventilglied 11 durch Druckentlastung in dem Steuerraum 15 geöffnet. Gleichzeitig wird die Leckölentlastung über das Schieberventil 13 geschlossen. Beim Schließen wird der Ventilsitz 16 geschlossen und die Hochdruckleitung 2 zu der Düsenhalterkombination 3 über den zweiten Entlastungskanal 14 entlastet.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines Kraftstoffhochdruckspeichers 31 im Querschnitt dargestellt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 31 ist über einen Hochdruckkanal 32, der in eine entsprechende Hochdruckleitung übergeht, mit einem (nicht dargestellten) Injektor verbunden. In Fig. 2 ist nicht zu sehen, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher 31 über weitere (nicht dargestellte) Hochdruckkanäle bzw. Hochdruckleitungen mit weiteren Injektoren verbunden ist.

Der in Fig. 2 im Schnitt dargestellte Kraftstoffhochdruckspeicher 31 umfasst ein Gehäuse 34, das mehrteilig ausgebildet sein kann. In dem Gehäuse 34 ist eine kreiszylinderförmige Ausnehmung 35 vorgesehen, die das Speichervolumen des Kraftstoffhochdruckspeichers 31 bildet. Ein erster Verbindungskanal 33 und ein zweiter Verbindungskanal 36 verbinden das Speichervolumen 35 mit einer Bohrung 37 in dem Gehäuse 34.

In der Bohrung 37 ist ein erstes Steuerventilglied 38 verschiebbar aufgenommen. Eine Stirnfläche 39 des ersten Steuerventilglieds 38 begrenzt einen Steuerraum 40, der in der Bohrung 37 ausgebildet ist. Von dem Steuerraum 40 geht ein erster Entlastungskanal 41 aus, in dem eine Ablaufdrossel 42 vorgesehen ist. Der erste Entlastungskanal 41 verbindet den Steuerraum 40 mit einem (nicht dargestellten) Entlastungsraum. Der Entlastungskanal 41 ist durch eine Ventilkugel 43 verschlossen, die mit einem Magneten oder einem Piezoaktor gekoppelt sein kann. Durch einen Doppelpfeil 44 ist die Öffnungs- und Schließbewegung der Ventilkugel 43 angedeutet.

In den Steuerraum 40 mündet eine Zulaufbohrung 45 mit einer Zulaufdrossel 46, die in dem ersten Steuerventilglied 38 ausgespart sind. Die Zulaufbohrung 45 geht von einer Druckschulter 47 an dem ersten Steuerventilglied 38 aus, die einen ringförmigen Druckraum 48 begrenzt. In den ringförmigen Druckraum 48 mündet der erste Verbindungskanal 33, der von dem Speichervolumen 35 des Hochdruckspeichers 31 ausgeht. Zwischen dem Druckraum 48 und einem Ringraum 62, von dem der Hochdruckkanal 32 ausgeht, ist an dem ersten Steuerventilglied 38 eine erste Ventildichtfläche 49 ausgebildet, die mit einer ersten Ventilsitzkante 50 zusammenwirkt. Durch den von der ersten Ventildichtfläche 49 und der ersten Ventilsitzkante 50 gebildeten Ventilsitz wird die Verbindung zwischen dem Speichervolumen 35 und dem Hochdruckkanal 32 über den ersten Verbindungskanal 33, den Druckraum 48 und den Ringraum 62 auf- und zugesteuert.

Ein zweites Steuerventilglied 52 ist ebenfalls verschiebbar in der Bohrung 37 aufgenommen und liegt mit seiner Stirnfläche 53 an dem ersten Steuerventilglied 38 an. An dem zweiten Steuerventilglied 52 ist eine zweite Ventildichtfläche 54 ausgebildet, die mit einer zweiten Ventilsitzkante 55 zusammenwirkt, um einen zweiten Ventilsitz zu bilden. Die von dem ersten Steuerventilglied 38 abgewandte Stirnfläche 56 des zweiten Steuerventilglieds 52 begrenzt einen Druckausgleichsraum 57. Der Druckausgleichsraum 57 ist durch einen zweiten Verbindungskanal 58 mit dem Speichervolumen 35 des Kraftstoffhochdruckspeichers 31 verbunden. Der Druckausgleichsraum 57 kann selbstverständlich mit einer verschließbaren Öffnung (nicht dargestellt) ausgestattet sein, die ein Einsetzen des zweiten Steuerventilglieds 52 in die Bohrung 37 ermöglicht.

In dem Druckausgleichsraum 57 ist eine Druckfeder 59 aufgenommen, die gegen die Stirnfläche 56 des zweiten Steuerventilglieds 52 vorgespannt ist. Die Druckfeder 59 ist jedoch für die Funktion der dargestellten Steuereinrichtung nicht zwingend erforderlich.

Wenn sich die zweite Ventildichtfläche 54 nicht in Anlage an der zweiten Ventilsitzkante 55 befindet, wird eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal 32 und einem zweiten Entlastungskanal 60 über den Ringraum 62 freigegeben. Über den zweiten Entlastungskanal 60 kann auch im Betrieb auftretende Leckage entweichen.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung herrscht, wenn der erste Entlastungskanal 41 durch die Ventilkugel 43 verschlossen ist, sowohl in dem Steuerraum 40 als auch in dem Druckausgleichsraum 57 Raildruck. Das hat zur Folge, dass die beiden Steuerventilglieder 38 und 52 dauernd aneinander gepresst werden. Durch die Dichtfeder 59 wird auch bei ausgeschaltetem Motor eine dauernde Kopplung der beiden Steuerventilglieder 38 und 52 gewährleistet.

Wenn die Ventilkugel 43 öffnet, wird der Steuerraum 40 mit dem (nicht dargestellten) Druckentlastungsraum verbunden. Auf Grund des im Druckausgleichsraum 57 und im Druckraum 48 herrschenden Raildrucks wird der erste Ventilsitz 49, 50 geöffnet und der zweite Ventilsitz 54, 55 geschlossen. Demzufolge wird der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff aus dem Speichervolumen 35 des Kraftstoffhochdruckspeichers 31 in den Hochdruckkanal 32 geleitet, der mit dem (nicht dargestellten) zugehörigen Injektor verbunden ist. Es ist wichtig, dass der zweite Ventilsitz 54, 55 dabei durch den Druck in dem Druckausgleichsraum 57 geschlossen wird. Eine Voraussetzung dafür ist, dass der Führungsdurchmesser d₂ des ersten Steuerventilgliedes 38 größer als der Führungsdurchmesser d₁ des zweiten Steuerventilglieds 52 ist. Bei geschlossenem zweiten Ventilsitz 54, 55 wird das zweite Steuerventilglied 52 mit π/4 (d₁ ²-d₄ ²) in den Sitz gedrückt. Mit d₄ ist der Sitzdurchmesser des zweiten Ventilsitzes 54, 55 bezeichnet. Mit d₃ ist der Durchmesser des zweiten Steuerventilglieds 52 im Bereich des Ringraums 62 bezeichnet.

Claims

1. Common-Rail-System zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren von Personenkraftwagen, mit einem zentralen Kraftstoffhochruckspeicher (1), der über Kraftstoffhochruckleitungen (2) mit mehreren Injektoren (3) verbunden ist, deren Öffnung- und Schließbewegung von jeweils einer Steuereinrichtung (10, 11) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10, 11) in den Kraftstoffhochdruckspeicher (1) integriert bzw. an den Kraftstoffhochdruckspeicher (1) angebaut ist.

2. Common-Rail-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher (1) ein Gehäuse (4) mit einem Speichervolumen (5) umfasst, das mit einer Bohrung (7) in Verbindung steht, in der ein Steuerventilglied (11) verschiebbar aufgenommen ist, das in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum (15) eine Verbindung zwischen dem Speichervolumen (5) des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) und dem zugehörigen Injektor (3) freigibt.

3. Common-Rail-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher (31) ein Gehäuse (34) mit einem Speichervolumen (35) umfasst, das über einen ersten Verbindungskanal (33) mit einem in einer Bohrung (37) vorgesehenen Steuerraum (40) in Verbindung steht und das über einen zweiten Verbindungskanal (36) mit einem in der Bohrung (37) vorgesehenen Druckausgleichsraum (57) in Verbindung steht, wobei in der Bohrung (37) ein erstes (38) und ein zweites Steuerventilglied (52) verschiebbar aufgenommen sind, die mit ihren einander zugewandten Stirnflächen aneinander anliegen, wobei das von dem zweiten Steuerventilglied (52) abgewandte Ende des ersten Steuerventilglieds (38) den Steuerraum (40) begrenzt und das von dem ersten Steuerventilglied (38) abgewandte Ende des zweiten Steuerventilglieds (52) den Druckausgleichsraum (57) begrenzt, wobei zwischen der Hochdruckleitung (32) und der zugehörigen Hochdruckleitung (32) an dem ersten Steuerventilglied (38) eine erste Ventildichtfläche (49) ausgebildet ist, die mit einer ersten Ventilsitzkante (50) zusammenwirkt, wobei zwischen dem ersten Verbindungskanal (33) und einem Entlastungskanal (60) an dem zweiten Steuerventilglied (52) eine zweite Ventildichtfläche (54) ausgebildet ist, die mit einer zweiten Ventilsitzkante (55) zusammenwirkt.

4. Common-Rail-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdurchmesser (d₂) des ersten Steuerventilglieds (38) größer als der Führungsdurchmesser (d₁) des zweiten Steuerventilglieds (58) ist.

5. Common-Rail-System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckausgleichsraum (57) eine Druckfeder (59) angeordnet ist, die gegen das zweite Steuerventilglied (52) vorgespannt ist.