DE602004001418T2

DE602004001418T2 - Dieseleinspritzsystem mit einer Doppelströmungsleitung

Info

Publication number: DE602004001418T2
Application number: DE602004001418T
Authority: DE
Inventors: Paul Gottemoller; Michael B. Goetzke
Original assignee: Electro Motive Diesel Inc
Current assignee: Progress Rail Locomotive Inc
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: US20040200457A1; JP4796102B2; DE602004001418D1; JP4222963B2; US6827065B2; JP2008267391A; JP2004308655A; AU2004201491B8; EP1469188B1; AU2004201491A1; AU2004201491B2; EP1469188A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzsysteme für Dieselmotoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Typische Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme haben eine lokalisierte Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die durch in Reihe geschaltete Einlass- und Auslassleitungen angeschlossen ist, welche Hochdruck-Kraftstoff zwischen den Einspritzvorrichtungen und der Kraftstoffpumpe führen. Die an die Kraftstoffpumpe angeschlossenen Leitungen sind je nach der Anwendung ein- oder doppelwandig. Doppelwandige Kraftstoffleitungen werden aktuell verwendet, um einen zusätzlichen Leckschutz um die innere Kraftstoffleitung zu liefern. Speziell wird die innere Leitung dazu verwendet, unter Druck stehenden Kraftstoff zu führen, während die äußere Leitung trocken gehalten wird, um eine Extrabarriere zwischen der inneren Kraftstoffleitung und den Hochtemperaturflächen in einem Motor zu bilden.
Die DE 198 15 167 A1 offenbart ein Kraftstoffabgabesystem mit einem doppelwandigen Rohr, welches eine Kraftstoffzufuhrleitung und eine Rücklaufleitung hat, die Kraftstoff zu Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bzw. Rücklaufkraftstoff zu einem Kraftstofftank liefern. Die US-A-5 233 963 offenbart einen Kraftstoffverteiler und ein doppelwandiges Rohr mit einem Gehäuse, das eine Rücklaufleitung umschließt, um Kraftstoff an Kraftstoffeinspritzvorrichtungen abzugeben bzw. überschüssigen Kraftstoff zurückzuführen. Die EP-A-1 150 006 offenbart Anordnungen zum Auffin den einer Kraftstoffleckage in einem Verbrennungsmotor. Die Anordnungen umfassen jeweils einen Körper mit mehreren einstellbaren Auslassströmungskanälen zum selektiven Leiten von Leckkraftstoff zu einem Kraftstoffdetektor, wobei die Auslassströmungskanäle jeder Anordnung selektiv geschlossen werden, um den Ort eines Kraftstofflecks festzustellen, wenn ein Kraftstoffleck detektiert worden ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, Lecks in Common-Rail-Kraftstoffsystemen zu detektieren, die eine doppelwandige Kraftstoffleitung verwenden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht ein Common-Rail-Diesel-Kraftstoffeinspritzsystem und ein Verfahren nach den Merkmalen der Unteransprüche vor. Das System verwendet eine doppelwandige Kraftstoffleitung mit einem inneren Hochdruck-Kraftstoffrohr zum Abgeben von Hochdruck-Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe zu einer Reihe von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und einem äußeren Niederdruck-Kraftstoffrücklaufrohr zum Zurückführen von Niederdruck-Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zu der Kraftstoffpumpe oder dem Kraftstofftank. Die äußere Leitung umgibt die innere Leitung und verhindert, dass Lecks in der inneren Leitung in den Motorraum führen. Die doppelwandige Kraftstoffleitung sieht eine zusätzliche Schutzbarriere zwischen der inneren Hochdruckleitung und dem Motor sowie einen zweckmäßigen Pfad für die Kraftstoffströmung zu sowie von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen vor. Ein Drucksensor dient dazu, Änderungen im Fluiddruck in dem Niederdruck-Kanal zur Verwendung bei der Anzeige von Kraftstofflecks in einem der beiden der Hochdruck- oder Niederdruck-Kraftstoffrohre zu detektieren.
Kraftstofflecks in dem System können erfasst werden, indem der Kraftstoffdruck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung überwacht und mit einem Plan von vorbestimmten Normaldrücken verglichen wird. Wenn ein Leck in der äußeren Leitung auftritt, fällt der Druck in der Leitung wegen des verlorenen Kraftstoffs auf unter normal ab. Wenn ein Leck in der inneren Leitung auftritt, strömt Hochdruck-Kraftstoff in die äußere Niederdruckleitung, wodurch der Kraftstoffdruck in der äußeren Leitung erhöht wird. Deshalb wird eine Erhöhung oder Abnahme des normalen Rücklaufdrucks in der äußeren Leitung anzeigen, dass ein Leck vorliegt, und ob es in der inneren oder der äußeren Leitung ist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind vollständiger aus der folgenden Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Diagrammansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems nach der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine axiale Querschnittsansicht einer doppelwandigen Kraftstoffleitung, die in dem System von 1 verwendet wird;
3 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche die Verbindung einer Kraftstoffleitung mit einer Einspritzvorrichtung zeigt;
4 ist eine fragmentarische Ansicht ähnlich 1, die aber einen externen Kraftstoffrücklauf zu dem Kraftstofftank zeigt; und
5 ist eine fragmentarische Ansicht ähnlich 4, die aber einen externen Kraftstoffrücklauf zu dem Kraftstoffpumpeneinlass zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezug auf 1 der Zeichnungen im einzelnen gibt die Ziffer 10 allgemein ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für einen Dieselmotor an. Das System 10 umfasst einen Kraftstofftank 12 mit einem Auslass 14, der mit einem Dosierventil 15 einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe 16 verbunden ist. Die Kraftstoffpumpe 16 weist einen Dosierventilauslass 18 auf, der mit einem Einlass 20 eines Kraftstofffilters 22 verbunden ist. Ein Auslass 24 des Kraftstofffilters 22 ist an einen Einlass 26 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 27 angeschlossen. Ein Druckspeicher 28 sammelt Hochdruck-Kraftstoff aus der Kraftstoffpumpe 27.
Der Druckspeicher 28 weist einen Auslass 30 auf, der mit einer ersten Kraftstoffleitung 32 verbunden ist, die mit einem Einlass 34 einer ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 35 verbunden ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 35 weist einen Auslass 36 auf, der mit einer zweiten Kraftstoffleitung 38 verbunden ist. Zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 35 und Kraftstoffleitungen 38 sind auf ähnliche Weise angeschlossen, um eine gemeinsame Kraftstoffleitung 44 zu bilden. Die letzte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 35 in der Reihe weist einen mit einer Kraftstoffleitung verbundenen Einlass 34 auf, aber ihr Auslass 36 hat einen Stopfen 48, um die gemeinsame Kraftstoffleitung abzuschließen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Kraftstoffleitung 32 doppelwandig, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Kraftstoffleitung 32 umfasst ein inneres Hochdruck-Kraftstoffrohr 50, das von einem äußeren Niederdruck-Kraftstoffrohr 52 umgeben ist, und eine Kupplung 54, die an den Enden beider Rohre angebracht ist. Bei einer Ausführungsform wirken die Rohre 50, 52 und die Kupplung 54 mit einem inneren Bund 56 und einer Stützhülse 58 zusammen. Diese definieren einen zentralen Hochdruck-Kraftstoffkanal 60 und einen umgebenden Niederdruck-Rücklaufkraftstoffkanal 62, die sich beide zu gegenüberliegenden Enden 64 der Kraftstoffleitung 32 erstrecken. Die Kraftstoffleitungen 38, die eine gemeinsame Kraftstoffleitung bilden, welche eine Reihe von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 35 verbindet, haben bevorzugt die gleiche Konstruktion wie die Kraftstoffleitung 32.
3 zeigt im Querschnitt die Verbindung einer Kraftstoffleitung 32 oder 38 mit dem Einlass 34 einer der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 35. Sowohl der Einlass 34 als auch der Auslass 36 definieren Buchsen, die mit der Kupplung 54 der Kraftstoffleitungen 32, 38 verbunden werden können. Das innere Hochdruck-Rohr 50 greift also direkt an einem Einspritzvorrichtungselement 66 an, um den zentralen Hochdruck-Kraftstoffkanal 60 mit einem inneren Kanal 68 zu verbinden, der Hochdruck-Kraftstoff durch das Element 66 zu einer Auslassbuchse 36 leitet. Der innere Kanal 68 bildet auch eine T-Verzweigung mit einem Hochdruck-Einlasskanal 70 des Elements 66, um Hochdruck-Kraftstoff in den Körper der Einspritzvorrichtung zum Einspritzen in einen Motorzylinder zu leiten.
Die Einlass- und Auslassbuchsen 34, 36 mit den Kraftstoffleitungen 32 oder 38 definieren auch einen Niederdruck-Kraftstoffrücklaufkanal 72, der sich von innerhalb der Einspritzvorrichtung 35 durch das Element 66 zu dem Kraftstoffrücklaufkanal 62 der Kraftstoffleitung 32 erstreckt. Ein Niederdruck-Kraftstoffumgehungskanal 74 erstreckt sich ebenfalls zwischen dem Einlass und dem Auslass 34, 36 jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung 35, um Niederdruck-Kraftstoff aus den Kraftstoffleitungen 38 zu der Kraftstoffleitung 32 gelangen zu lassen.
1 zeigt, dass der Auslass 30 des Druckspeichers 28 mit der Kraftstoffleitung 32 verbunden ist. Der Auslass 30 des Druckspeichers 28 ist insofern dem Auslass 36 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 35 ähnlich, als er Hochdruck-Kraftstoff leitet und Niederdruck-Kraftstoff auf ähnliche Weise aufnimmt. Hochdruck-Kraftstoff wird also direkt in den Hochdruck-Kraftstoffkanal 60 des inneren Hochdruck-Rohrs 50 abgegeben. Ähnlich wird Rücklaufkraftstoff aus dem Kraftstoffrücklaufkanal 62 der Kraftstoffleitung 32 in den Körper des Druckspeichers 28 geleitet. Der Niederdruck-Kraftstoff, der in den Druckspeicher 28 eintritt, wird zu dem Einlass 15 der Kraftstoffpumpe 16 durch interne, nicht gezeigte Niederdruckkraftstoff-Kanäle zurückgeführt, um dem System wieder zugeführt zu werden. Alternativ kann gegebenenfalls ein externes Niederdruck-Kraftstoffrohr vorgesehen sein, um Niederdruck-Kraftstoff aus dem Druckspeicher 28 zu dem Einlass 15 der Kraftstoffpumpe 16 oder zu dem Kraftstofftank 12 zu leiten.
Ein Niederdruck-Kraftstoffsensor 76 überwacht den Rücklaufkraftstoffdruck in den Niederdruck-Kraftstoffrücklaufkanälen. Eine Steuereinheit 78 ist an den Kraftstoffdrucksensor 76 angeschlossen, um den überwachten Kraftstoffdruck mit einem Normalkraftstoffdruckplan zu vergleichen und festzustellen, ob ein Kraftstoffleck in dem System 10 vorhanden ist. Alternativ kann der Niederdruck-Kraftstoffsensor 76 an jeder passenden Stelle in dem Niederdruck-Rücklaufkanal 62 der ersten Kraftstoffleitung 32 angeordnet sein. Ein Hochdruck-Kraftstoffsersor 80 könnte auch vorgesehen sein, um den Kraftstoffdruck in dem Hochdruck-Kraftstoffkanal 60 zu überwachen.
Im Betrieb zieht die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 16 Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 12 durch eine Kraftstoffleitung 82. Die Kraftstoffpumpe 16 schickt Niederdruck-Kraftstoff durch den Kraftstoffilter 22 in die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 27. Hochdruck-Kraftstoff aus der Kraftstoffpumpe 27 wird in den Druckspeicher 28 gepumpt, wo Pulsationen im Kraftstoff reduziert werden. Der Hochdruck-Kraftstoffsensor 80 überwacht den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher. Der Hochdruck-Kraftstoff wird dann durch das innere Rohr 50 der doppelwandigen Kraftstoffleitung 32 und die in Reihe geschalteten Kraftstoffleitungen 38 zu den Einspritzvorrichtungen 35 abgegeben. Die Einspritzvorrichtungen werden von der Steuereinheit 78 gesteuert, um auf herkömmliche Weise zeitlich eingestellte Ladungen von zerstäubtem Kraftstoff zu den zugeordneten, nicht gezeigten Motorzylindern abzugeben.
Eine kleine Menge des Hochdruck-Kraftstoffs leckt an den nicht gezeigten Einspritzventilen der Einspritzvorrichtungen vorbei und wird durch den internen Niederdruck-Kraftstoffkanal 72 zu den Niederdruck-Kraftstoffrücklaufkanälen 62 der zugeordneten Kraftstoffleitungen 38, 32 zurückgeführt.
Niederdruck-Kraftstoff in den Rücklaufkanälen 62 wird zu nicht gezeigten internen Kanälen des Druckspeichers 28 zurückgeführt, wo sein Druck durch den Niederdruck-Kraftstoffsensor 76 überwacht ist. Der Sensorausgang wird in die Steuereinheit 78 eingespeist, die feststellt, ob ein Leck in dem System 10 vorhanden ist. Zu diesem Zweck wird der angezeigte Druck des Niederdruck-Rücklaufkraftstoffs mit einem Plan normaler Kraftstoffdrücke als einer Funktion von Motorparametern verglichen. Wenn ein Leck in dem äußeren Rohr 52 auftritt, wird der Sensor 76 einen Kraftstoffdruck unter normal detektieren, da Kraftstoff aus dem äußeren Rohr 52 in seine nahe Umgebung entweicht. Wenn ein Leck in dem inneren Rohr 50 auftritt, wird der Sensor einen Kraftstoffdruck über normal detektieren, da Hochdruck-Kraftstoff aus dem inneren Rohr 50 in das äu ßere Niederdruck-Rohr 52 entweicht. Unter normalen Betriebsbedingungen bleibt der Kraftstoffdruck in dem Niederdruck-Rohr 52 innerhalb eines normalen Bereichs.
Wenn ein Leck in dem System detektiert wird, wird das Dosierventil 15 geschlossen, womit die Kraftstoffströmung in das System gestoppt wird. Das Dosierventil 15 kann auch dazu verwendet werden, die Kraftstoffströmung durch das System durch teilweises Schließen zu reduzieren.
Unter Bezug auf 4 gibt nun die Ziffer 85 allgemein eine Variation des Systems 10 von 1 an, wobei die gleichen Ziffern gleiche Teile angeben. So sind die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 16, die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 27, die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 35 und die Kraftstoffleitung 32 physisch ähnlich und arbeiten auf ähnliche Weise wie diejenigen des Systems 10.
Das System 85 umfasst eine T-Verzweigung 86 an der Auslassöffnung 30 des Druckspeichers 28. Eine Niederdruck-Kraftstoffrücklaufleitung 88 erstreckt sich von der T-Verzweigung 86 direkt zu dem Kraftstofftank 12. Ein Niederdruck-Kraftstoffsensor 90 ist mit der Niederdruck-Kraftstoffrücklaufleitung 88 zwischen der T-Verzweigung 86 und dem Kraftstofftank 12 verbunden, um den Rücklaufkraftstoffdruck in der Leitung 88 zu überwachen.
Im Betrieb sind alle Anfangsschritte in Verbindung mit der Abgabe von Kraftstoff an die Einspritzvorrichtungen die gleichen wie im System 10. Das System 85 unterscheidet sich von dem System 10 dadurch, dass Kraftstoff zu dem Kraftstofftank 12 zurückgeführt wird, anstatt dass der Kraftstoff wieder der Niederdruck-Pumpe durch interne Kanäle in dem Gehäuse der Pumpe zugeführt wird. Der zurücklaufende Kraftstoff tritt aus der doppelwandigen Kraftstoffleitung durch die T-Verzweigung 86 aus und strömt in die Niederdruck-Kraftstoffrücklaufleitung 88. Der zu dem Kraftstofftank 12 zurücklaufende Niederdruck-Kraftstoff läuft durch den Kraftstoff-Drucksensor 90, der wie vorher ein Drucksignal zur Verwendung bei einer Leckdetektion zu der Steuereinheit 78 schickt. Der Niederdruck-Kraftstoff läuft dann zu dem Kraftstofftank 12 zurück, wo er dem System wieder zugeführt werden kann.
Unter Bezug auf 5 der Zeichnungen gibt nun die Ziffer 92 allgemein eine Variation des Systems 85 von 4 an, wobei die meisten derselben Komponenten verwendet werden, wie dies durch gleiche Ziffern angegeben ist.
Das System 92 unterscheidet sich dadurch, dass die Kraftstoffrücklaufleitung von 4 durch eine Niederdruck-Kraftstoffrücklaufleitung 96 ersetzt ist, die sich von der T-Verzweigung 86 direkt zu dem Dosierventileinlass 15 der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 16 erstreckt. Ein Niederdruck-Kraftstoffsensor 90 ist mit der mit der Niederdruck-Kraftstoffrücklaufleitung 96 zwischen der T-Verzweigung 86 und dem Dosierventil 15 verbunden, um den Kraftstoffdruck in der Leitung 96 zu überwachen.
Der Betrieb des Systems 92 von 5 ist identisch mit demjenigen des Systems 85 von 4, abgesehen von der Behandlung des Rücklaufkraftstoffs. Der aus den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 35 zurücklaufende Kraftstoff wird von der T-Verzweigung 86 in die Niederdruck-Rücklaufleitung 96 geleitet, die den Kraftstoff zu dem Dosiereinlass 15 der Pumpe 16 führt. Der zurücklaufende Kraftstoff läuft durch den Kraftstoff-Drucksensor 90, der wie vorher ein Drucksignal an die Steuereinheit 78 schickt.
Die Erfindung ist zwar unter Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden, es versteht sich aber, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Geists und Umfangs der beschriebenen erfinderischen Konzepte vorgenommen werden könnten. Demnach ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie den gesamten, durch die Sprache der folgenden Ansprüche erlaubten Umfang besitzt.

Claims

Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem (10) für einen Dieselmotor, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst: eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe (27), die dazu dient, Hochdruck-Kraftstoff zur Kraftstoffeinspritzung zuzuführen; eine doppelwandige Kraftstoffleitung (32), die ein inneres Hochdruck-Kraftstoffrohr/einen inneren Hochdruck-Kraftstoffschlauch (50) aufweist, das/der von einem äußeren Niederdruck-Kraftstoffrücklaufrohr/Niederdruck-Kraftstoffrücklaufschlauch (52) umgeben ist, wobei das Innenrohr/der Innenschlauch einen Hochdruck-Kraftstoffkanal (60) definiert, der angeschlossen ist, um Hochdruck-Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe aufzunehmen, und das Außenrohr/der Außenschlauch einen Niederdruck-Rücklaufkraftstoffkanal (62) definiert, der den Hochdruck-Kanal umgibt; eine Reihe von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (35), die mit dem Hochdruck-Kanal kommunizieren, um Hochdruck-Kraftstoff zur Einspritzung aufzunehmen, und mit dem Niederdruck-Kanal kommunizieren, um Niederdruck-Rücklaufkraftstoff zur Wiederverwendung in dem System abzugeben; dadurch gekennzeichnet, dass: ein Drucksensor (76) dazu dient, Änderungen im Fluiddruck in dem Niederdruck-Kanal zur Verwendung bei der Anzeige von Kraftstofflecks in einem oder beiden der Hochdruck- oder Niederdruck-Kraftstoffrohre/-schläuche zu detektieren.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff in einen Kraftstofftank zurückgeführt wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff zur Kraftstoffpumpe zur unmittelbaren Wiederverwendung in dem System zurückgeführt wird.
Verfahren zum Detektieren von Kraftstofflecks in einem Diesel-Kraftstoffeinspritzsystem, das umfasst, dass: eine doppelwandige Kraftstoffleitung (32) bereitgestellt wird, die eine Hochdruck-Innenleitung (50) aufweist, die von einer Niederdruck-Außenleitung (52) umgeben ist; gekennzeichnet durch die Schritte, dass: ein Plan normaler Kraftstoffdrücke in der Niederdruck-Leitung als Funktion von Motorparametern entwickelt wird; der Kraftstoffdruck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung überwacht wird; und die überwachten Kraftstoffdruckwerte mit den normalen Werten des Kraftstoffdruckes in der Niederdruck-Leitung verglichen werden, um festzustellen, ob ein Leck vorhanden ist.