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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für
ein Einspritzsystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Einspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-System,
gemäß Anspruch 7 sowie eine Prüfbank
zum Prüfen von Bauteilen eines Einspritzsystems gemäß Anspruch
10.
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Aus
der
EP 1 520 972 A1 ist
ein als Common-Rail-System ausgebildetes Einspritzsystem mit einem
Kraftstoffhochdruckspeicher bekannt. Derartige Kraftstoffhochdruckspeicher
umfassen eine einzige Druckkammer, die mit unter Hochdruck stehendem
Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe versorgt wird. Die Druckkammer
dient dabei als Zwischenspeicher für den Kraftstoff, der
ausgehend von der Druckkammer des Kraftstoffhochdruckspeichers den einzelnen
Kraftstoff-Injektoren zugeführt wird. Um geforderte Abgaswerte
auch zukünftig einhalten zu können, ist es unvermeidlich,
den Einspritzdruck und damit den Kraftstoffdruck in der Druckkammer
des Kraftstoffhochdruckspeichers immer weiter zu erhöhen.
Bereits heute sind Einspritzsysteme mit einem Kraftstoffdruck von
mehr als 2000 bar erprobt. Derartig hohe Kraftstoffdrücke
bedeuten für die Druckkammerwandung einen enormen Materialstress.
Insbesondere bei noch höher werdenden Kraftstoffdrücken kann
auf Dauer die Robustheit bekannter Kraftstoffhochdruckspeicher nicht
gewährleistet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen äußerst
druckstabilen Kraftstoffhochdruckspeicher vorzuschlagen. Ferner
besteht die Aufgabe darin, ein Einspritzsystem und eine Prüfbank
zum Prüfen von Bauteilen eines Einspritzsystems mit einem äußerst
druckstabilen Kraftstoffhochdruckspeicher vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Kraftstoffhockdruckspeichers mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Einspritzsystems mit
den Merkmalen des Anspruchs 7 und hinsichtlich der Prüfbank
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die erste Druckkammer in einer
zweiten Druckkammer zu kapseln, wobei in der zweiten Druckkammer ein
unter Druck stehendes Medium aufnehmbar, d. h. im Betrieb des Kraftstoffhochdruckspeichers
aufgenommen ist, wobei der Druck dieses Mediums geringer ist als
der Druck des Kraftstoffs in der ersten Druckkammer, jedoch, insbesondere
deutlich, höher als der Umgebungsdruck (Atmosphärendruck).
Auf diese Weise wird der Druck ausgehend von der ersten Druckkammer
bis zur Atmosphäre stufenweise abgebaut, sodass die Druckbeanspruchung der Wandung
der ersten Druckkammer im Vergleich zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher
ohne eine zweite Druckkammer deutlich reduziert ist. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass die Wandung der ersten Druckkammer nur mit dem Differenzdruck
aus dem Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der ersten Druckkammer und
des Drucks des Mediums in der zweiten Druckkammer beaufschlagt ist.
Auch die Belastung der Wandung der zweiten Druckkammer ist vergleichsweise
gering, da auf diese lediglich die Druckdifferenz zwischen dem Druck
des Mediums in der zweiten Kammer und dem Atmosphärendruck
oder einem Mediendruck in einer ggf. vorgesehenen, die zweite Druckkammer
kapselnden Druckkammer wirkt. Um die Betriebssicherheit des Kraftstoffhochdruckspeichers
zu optimieren, ist es bevorzugt, wenn es sich bei dem zweiten Medium
nicht um ein Gas, sondern um eine nicht oder im Vergleich mit Gas
nur geringfügig kompressible Flüssigkeit handelt.
Die Erfindung ist, wie angedeutet, nicht auf einen Kraftstoffhochdruckspeicher
mit lediglich zwei Druckkammern beschränkt. Es ist auch
eine Ausführungsform realisierbar, bei der der Kraftstoffhochdruckspeicher
mindestens drei oder mehr Druckkammern aufweist, wobei die jeweils äußere
Druckkammer die inneren Druckkammern umschließt, um somit
die Druckbelastung der Wandungen der einzelnen Druckkammern zu minimieren.
Bei einem derartig ausgebildeten Kraftstoffhochdruckspeicher wird
der Druck ausgehend von der innersten ersten Druckkammer bis zur äußersten Druckkammer
in einer der Anzahl der Druckkammern abzüglich eins entsprechenden
Anzahl von Stufen auf Atmosphärendruck reduziert.
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Ein
nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeter Kraftstoffhochdruckspeicher
eignet sich insbesondere für den Einsatz in Einspritzsystemen,
insbesondere in Common-Rail-Systemen in Kraftfahrzeugen. Daneben
kann der Kraftstoff hochdruckspeicher auch in einer Prüfbank
eingesetzt werden, in der Bauteile, wie Druckregelventile, Druckbegrenzerventile,
Hochdruckleitungen, Kraftstoff-Injektoren, etc. eines Einspritzsystems
auf deren Tauglichkeit bei der Entwicklung oder im Rahmen einer
Produktionskontrolle kontrolliert werden.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoffhochdruckspeichers,
bei der das Medium, mit dem die zweite Druckkammer gefüllt
ist, Kraftstoff ist, insbesondere der gleiche Kraftstoff, wie der
Kraftstoff in der ersten Druckkammer. Diese Ausführungsvariante
ermöglicht die Versorgung beider Druckkammern aus einem
gemeinsamen Vorratsbehälter (Kraftstofftank).
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Insbesondere
für den Fall, dass der Kraftstoffdruck des Kraftstoffs
in der ersten Druckkammer in einem Bereich zwischen 2000 und 3000
bar liegt, ist es bevorzugt, wenn der Druck des Mediums, insbesondere
des Kraftstoffs, in der zweiten Kammer unterhalb von 1000 bar liegt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Druck des Mediums in der zweiten Kammer
im Falle des Vorsehens von insgesamt zwei Durchmessern in etwa halb
so hoch ist wie der Druck des Mediums in der ersten Kammer, um somit
eine gleichmäßige Druckverteilung zu erzielen.
Für den Fall, dass der Kraftstoffdruck in der ersten Druckkammer
oberhalb von 3000 bar angesiedelt ist, ist es bevorzugt, wenn der
Druck des Mediums, insbesondere des Kraftstoffs, in der zweiten
Druckkammer unter 3000 bar beträgt.
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Zur
Versorgung der ersten Druckkammer mit unter Hochdruck stehendem
Kraftstoff von einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist es bevorzugt,
die erste Druckkammer mit einem, insbesondere mantelseitigen, Anschluss
zum Anschließen der Hochdruckpumpe zu versehen. Dabei durchsetzt
eine entsprechende, die erste Druckkammer mit dem Anschluss verbindende,
Anschlussleitung bevorzugt die zweite Druckkammer. Zusätzlich
umfasst die erste Druckkammer mindestens einen weiteren Anschluss
zum Anschließen eines Kraftstoff-Injektors und/oder eines Druckregelventils
und/oder eines Druckbegrenzungsventils. Besonders bevorzugt ist
eine Ausführungsform, bei der die Leitungen, die den jeweiligen Anschluss
mit der ersten Druckkammer verbinden, quer zur Längserstreckung
des Kraftstoffhochdruckspeichers, d. h. radial in Richtung auf seine
Längsachse, verlaufen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoffhochdruckspeichers,
bei der die zweite Kammer zur Versorgung der mit einem unter einem
zweiten Druck stehenden Medium, insbesondere mit Kraftstoff, mit
einem entsprechenden Anschluss zum Anschließen an eine
Hochdruckpumpe ausgestattet ist. Bevorzugt ist mindestens ein weiterer
Anschluss zum Anschließen eines Druckregelventils und/oder
eines Druckbegrenzerventils vorgesehen. Mit Vorteil befindet sich
der mindestens eine Anschluss der zweiten Druckkammer stirnseitig
am Kraftstoffhochdruckspeicher, ist also bevorzugt in etwa rechtwinklig
zu den Anschlüssen der ersten Druckkammer angeordnet.
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Im
Hinblick auf eine Bauraumoptimierung ist es bevorzugt, wenn der
Kraftstoffhochdruckspeicher zumindest näherungsweise zylindrisch
ausgeformt ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn nicht nur die äußere
(zweite) Druckkammer eine Zylinderform aufweist, sondern auch die
mindestens eine innerhalb der äußeren Druckkammer
angeordnete (erste) Druckkammer.
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Die
Erfindung führt auch auf ein Einspritzsystem, insbesondere
ein Common-Rail-System, mit einem nach dem Konzept der Erfindung
ausgebildeten Kraftstoffhochdruckspeicher. Ein derartiges Einspritzsystem
ist zum Einspritzen von Kraftstoff mit sehr hohen Einspritzdrücken
geeignet. Besonders bevorzugt liegt der Einspritzdruck über
2000 bar, besonders bevorzugt über 3000 bar. Von besonderem Vorteil
ist eine Ausführungsform des Einspritzsystems, bei der
dieses für Dieselkraftstoff, insbesondere für
Dieselkraftstoff mit einem Biodieselanteil, ausgelegt ist. Bevorzugt
sind an entsprechenden, mit der ersten Druckkammer verbundenen,
Anschlüssen Kraftstoff-Injektoren und eine Hochdruckpumpe
angeschlossen. Besonders bevorzugt wird die zweite Druckkammer über
einen entsprechenden Anschluss mit unter Druck stehenden Medien
von einer Hochdruckpumpe versorgt.
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Um
die Bauteilzahl des Einspritzsystems zu minimieren, ist eine Ausführungsform
realisierbar, bei der der ersten und der zweiten Druckkammer eine gemeinsame
Hochdruckpumpe zugeordnet ist, wobei in diesem Fall der der zweiten
Druckkammer zuströmende Kraftstoff geeignet gedrosselt
wird.
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Im
Hinblick auf die Realisierung einer vereinfachten Regelung der Drücke
in den beiden Druckkammern ist eine Ausführungsform bevorzugt,
bei der der ersten und der zweiten Druckkammer jeweils eine eigenständige
Hochdruckpumpe zugeordnet ist, wobei in diesem Fall das Medium in
der zweiten Druckkammer nicht zwingend Kraftstoff sein muss.
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Die
Erfindung führt auch auf eine Prüfbank zum Prüfen
von Bauteilen, wie Kraftstoff-Injektoren, Druckregelventilen, Druckbegrenzungsventilen, Druckleitungen,
etc. eines Einspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail Systems.
Um diese unter Praxisbedingungen testen zu können, umfasst
die nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Prüfbank
einen zuvor beschriebenen Kraftstoffhochdruckspeicher.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Kraftstoffhochdruckspeichers für
ein als Common-Rail-System ausgebildetes Einspritzsystem und
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2 eine
Längsschnittansicht des Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß 1.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein zumindest näherungsweise zylindrischer Kraftstoffhochdruckspeicher 1 zum
Einsatz in einem an sich bekannten Einspritzsystem, insbesondere
einem Common-Rail-System oder in einer an sich bekannten Prüfbank,
gezeigt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 umfasst eine äußere
Wandung 2, die gleichzeitig die (äußere)
Wandung einer später noch zu erläuternden zweiten
Druckkammer ist. Aus der Mantelfläche der äußeren
Wandung 2 ragt eine Vielzahl von Anschlüssen 3 hervor,
die zum Anschluss einer Kraftstoffhoch druckpumpe, eines Druckbegrenzerventils
und/oder eines Druckregelventils und zum Anschluss von Kraftstoff-Injektoren bzw.
zum Anschluss von zu Kraftstoff-Injektoren führenden Versorgungsleitungen
ausgebildet sind. Die Anschlüsse 3 sind einer
später noch zu erläuternden ersten Druckkammer
zugeordnet, in dem der zum Einspritzen vorgesehene Kraftstoff zwischengespeichert
ist. Wie sich aus 1 ergibt, sind die Anschlüsse 3 in
einer sich in Längsrichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 erstreckenden
Reihe angeordnet.
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An
jeder der balligen Stirnseiten 4, 5 des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 befindet
sich jeweils ein auf der nicht eingezeichneten Längsachse
des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 angeordneter Anschluss 6.
Die Anschlüsse 6 sind der bereits erwähnten,
später noch zu erläuternden zweiten Druckkammer
zugeordnet und dienen zum einen zur Versorgung der zweiten Druckkammer
mit einem unter einem zweiten Druck stehenden Medium, also zum Anschluss
der zweiten Kammer an eine Hochdruckpumpe sowie zum Anschluss eines
Druckregelventils und/oder eines Druckbegrenzungsventils. Bei der
an einem der Anschlüsse 6 anzuschließenden
Hochdruckpumpe kann es sich um die selbe Hochdruckpumpe handeln,
die die erste Kammer über einen der Anschlüsse 3 mit
Kraftstoff versorgt, oder aber um eine eigenständig regelbare,
separate Pumpe.
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In 2 ist
der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 gemäß 1 in
einer Längsschnittansicht gezeigt. Zu erkennen ist die äußere
Wandung 2, in die unmittelbar die stirnseitigen Anschlüsse 6 eingebracht sind.
Die äußere Wandung 2 begrenzt in ihrem
Inneren eine zweite Druckkammer 7, innerhalb derer eine innere,
im Wesentlichen zylinderförmige Wandung 8 angeordnet
ist, die eine innengelegene erste Druckkammer 9 begrenzt.
In der ersten Druckkammer 9 befindet sich der von den nicht
gezeigten Kraftstoff-Injektoren in die Brennräume einer
Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoff. Indem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die innere Wandung 8 etwa dreimal so dick wie die äußere
Wandung 2 ausgeführt. Es ist jedoch auch eine
Ausführungsform realisierbar, bei der die Wandstärke
der Wandungen 2, 8 zumindest näherungsweise
gleich ist.
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Zu
erkennen ist weiter aus 2, dass ausgehend von der ersten
Kammer 9 Leitungen 10 zu den mantelflächig
seitigen Anschlüssen 3 führen. Die Leitungen 10 werden
abschnittsweise gebildet von den rohrförmigen Metallabschnitten 11,
die radial außen von dem Medium in der zweiten Druckkammer 9 umgeben
sind. Die Metallabschnitte 11 stellen die Materialverbindung
zwischen der inneren und der äußeren Wandung 8, 2 dar.
Dabei erstrecken sich die Leitungen 10 in radialer Richtung
in Bezug auf die Längsmittelachse des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 durch
die zweite Druckkammer 9 hindurch nach außen.
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Weiter
ergibt sich aus 2, dass an die äußere
Wandung 2, zwei axial beabstandete, sich in radialer Richtung
erstreckende Laschenfortsätze 12 angeformt sind,
wobei in jedem Laschenfortsatz 12 ein Befestigungsauge 13 zum
Festlegen des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 in einem Kraftfahrzeug oder
an einer Prüfband eingebracht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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