EP0792413B1 - Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0792413B1
EP0792413B1 EP96914980A EP96914980A EP0792413B1 EP 0792413 B1 EP0792413 B1 EP 0792413B1 EP 96914980 A EP96914980 A EP 96914980A EP 96914980 A EP96914980 A EP 96914980A EP 0792413 B1 EP0792413 B1 EP 0792413B1
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fuel
fuel injection
injection system
pressure
feed pump
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Bernhard Bronkal
Norbert Knab
Martin Grosser
Andreas Werner
Bernd Spielmann
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Peter Schubert
Klaus Scherer
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/46—Details, component parts or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus covered by groups F02M69/02 - F02M69/44
    • F02M69/462—Arrangement of fuel conduits, e.g. with valves for maintaining pressure in the pipes after the engine being shut-down
    • F02M69/465—Arrangement of fuel conduits, e.g. with valves for maintaining pressure in the pipes after the engine being shut-down of fuel rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1 out.
  • a fuel injection system is due to the DE 43 18 078 A1 known.
  • the High pressure accumulator has significant pressures that are well above 1,000 bar. Because such high pressure accumulators also Have connection points for pressure lines and Connection points for the fuel supply is the danger given a leak. Leakages point in the Usually very small cross sections, which then in the pending high fuel pressure in the high pressure accumulator fine-jet, barely visible leaks of fuel lead in the way of fuel injection jets like them occur with fuel injectors themselves. Such Fuel jets have significant kinetic energy on that can be destructive and especially People living in the area of such high pressure fuel storage handle, endanger.
  • the invention has the advantage that the escaping fuel is caught by the envelope and then can be derived so that the aforementioned Damage does not occur.
  • Wrapping from a net-like envelope according to Claim 3 the highest level of flexibility and Fatigue strength permits and yet the leakage of avoids harmful fuel jets.
  • a collecting device for the escaping fuel provided, which is advantageous according to claim 6 by a Liquid level measuring device can be monitored.
  • the high-pressure container is particularly simple within one already at the internal combustion engine provided cylinder head cover with which the Gas exchange valve train is closed to the outside, on the one hand to avoid damage and on the other hand to Collection of lubricating oil via an oil return Oil collecting tank of the internal combustion engine is returned. This also serves to absorb leaking Leak fuel from the high pressure accumulator.
  • the lubricating oil of the internal combustion engine is not excessive Dilution obtained by the fuel and the fact of such beginning dilution is quickly displayed and / or too high due to possible control interventions Thinning is prevented automatically.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a Fuel injection system according to the genus of Claim
  • Figure 2 shows a first invention Design of a casing of the high pressure accumulator Fuel injection system
  • Figure 3 shows a second Embodiment of a casing of the high pressure accumulator with a substantially closed sheet metal jacket
  • Figure 4 shows a third embodiment of the invention one housed within a cylinder head cover High-pressure accumulator in a simplified schematic representation.
  • a fuel injection system is shown schematically in FIG shown, which has a fuel tank 1, from which a high-pressure feed pump 3 is connected via a suction line 2 Sucks in fuel and via a pressure line 4 below High pressure in a high-pressure fuel reservoir 6 promotes.
  • the fuel pressure in this high-pressure fuel reservoir is monitored by a pressure sensor 7 and by him output value in a control device 9 with a Setpoint compared.
  • a pressure point device 10 driven e.g. the kind that about a adjustable valve which in a relief line 11 of the High-pressure fuel reservoir 6 is arranged above surplus fuel is returned to the tank becomes.
  • Fuel injection valves 12 are intended by the high-pressure fuel storage a plurality of fuel injection valves 12 via pressure lines 14 fueled.
  • the injection timing and the Injection duration of fuel over this Fuel injection valves are controlled electrically, e.g. B. by solenoid valves from the control unit 9th according to the requirements, for example from speed and load, can be controlled.
  • FIG. 2 is again shown schematically, the high pressure accumulator 6 provided.
  • a shell made of a fine-mesh Steel network 15 exists.
  • this wrapping can also in a net-like structure created in another way exist, e.g. B. slotted metal sheet, as in Expanded metal is possible.
  • the mesh-like sheath 15 preferably consists of mechanically resistant material, in particular Metal, the high-pressure fuel accumulator on all sides enclosing.
  • the covering can also be made of plastic or glass / carbon fiber material are made with high stability against leaking fuel.
  • enclosing can also be limited to the areas be in which between the high pressure fuel accumulator and other parts of the fuel injection system connections, in particular of a soluble type.
  • this wrapper ensures that fuel leaking at leaks, which due to the high pressure at this point has a fine jet emerges with high kinetic energy, similar to one Injection jet of an injector, thus prevents that no such fuel jets can cause damage.
  • the beam is caught by the coating or broken and can in particular handling people in Area of the high-pressure accumulator no longer become dangerous.
  • a fluid level which in turn can be detected by a liquid level measuring device 17 can and a control device 18 is supplied by a signal device 19 or a control signal for Influencing the fuel injection system to the Control device 9 is delivered.
  • a signal can then affect the fuel injection system that it may be stopped by the High pressure feed pump 3 is turned off or by the Pressure in the high-pressure accumulator 6 via the pressure control device 10 is reduced to a low value, which if necessary no matter how high it is to some emergency operation maintain. Or else it will be the pressure of the High-pressure accumulator completely lowered and the activity of Injectors set to zero.
  • the high-pressure feed pump 3 can also be switched off by the fact that between this and its drive 26th an electrically switchable clutch 27 is provided e.g. can be switched by the control device 18.
  • This Coupling can not only occur when an above occurs described leakage but also in others Malfunctions of the fuel injection system, e.g. at faulty operation of the internal combustion engine switched be, or even in selected operating conditions that require a lowering of the pressure in the high-pressure accumulator be switched.
  • the shutdown of the high pressure feed pump can be checked using a test cycle.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ist durch die DE 43 18 078 A1 bekannt.
Bei dieser Art von Kraftstoffeinspritzsystemen treten in dem Hochdruckspeicher erhebliche Drücke auf, die weit über 1 000 bar liegen. Da solche Hochdruckspeicher ferner auch Anschlußstellen für Druckleitungen besitzen und Anschlußstellen für die Kraftstoffversorgung, ist die Gefahr einer Undichtigkeit gegeben. Undichte Stellen weisen in der Regel sehr kleine Querschnitte auf, die dann bei dem anstehenden hohen Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher zu feinstrahligen, kaum sichtbaren Austritten von Kraftstoff führen, in der Art von Kraftstoffeinspritzstrahlen, wie sie bei Kraftstoffeinspritzdüsen selbst auftreten. Solche Kraftstoffstrahlen weisen eine erhebliche kinetische Energie auf, die zerstörerisch sein können und insbesondere auch Menschen, die im Bereich solcher Kraftstoffhochdruckspeicher hantieren, gefährden können.
Bei Kraftstoffhochdruckleitungen ist es aus der DE-OS 18 08 228 bekannt, auf diese Leitungen einen dünnen Leckageschlauch aus Gummi aufzuschieben, der zur Hochdruckleitung einen geschlossenen Ringraum einschließt, über den leckender Kraftstoff abgeleitet werden kann. Eine solche Lösung wäre beispielsweise anwendbar, um die Forderungen der DE 37/WP der IMO nachzukommen, die verlangt, daß bei Schiffausrüstungen die Kraftstoffleitungen zwischen Hochdruckpumpe und Kraftstoffeinspritzventilen mit einem umhüllenden Kanalsystem versehen sein sollen, durch das leckender Kraftstoff gesammelt werden kann.
In diesen Fällen handelt es sich um ein Auffangen von Leckkraftstoff bei nur zeitweise unter Hochdruck stehenden Druckleitungen. Zur Lösung des eingangs genannten Problems bei einem ständig unter Hochdruck stehenden Druckspeicher sind diese Mittel ungeeignet.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung weist demgegenüber den Vorteil auf, daß der austretende Kraftstoff durch die Umhüllung aufgefangen wird und dann abgeleitet werden kann, so daß die vorerwähnten Schäden nicht auftreten. In vorteilhafter Weise besteht die Umhüllung aus einer netzartig ausgebildeten Hülle gemäß Patentanspruch 3, die ein Höchstmaß an Flexibilität und Dauerfestigkeit zuläßt und dennoch sicher das Austreten von schädigenden Kraftstoffstrahlen vermeidet. Besonders vorteilhaft ist in weiterer Ausgestaltung nach Anspruch 5 eine Auffangeinrichtung für den austretenden Kraftstoff vorgesehen, der vorteilhaft nach Anspruch 6 durch eine Flüssigkeitsstandmeßeinrichtung überwacht werden kann. Damit werden nicht nur die Gefahren bei Kraftstoffaustritt aus dem Hochdruckbehälter vermieden, sondern auch vermieden, daß Kraftstoff längere Zeit unkontrolliert austreten kann. In besonders einfacher Weise wird der Hochdruckbehälter innerhalb einer bereits bei der Brennkraftmaschine vorzusehenden Zylinderkopfhaube untergebracht, mit der der Gaswechselventiltrieb nach außen abgeschlossen wird, einerseits zur Vermeidung von Schäden und andererseits zum Auffangen von Schmieröl, das über einen Ölrücklauf den Ölsammelbehälter der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Dieser dient zugleich auch der Aufnahme von austretendem Leckkraftstoff aus dem Hochdruckspeicher. Auch hier ist in vorteilhafter Weise eine Überwachung des Flüssigkeitsstandes im Ölsammelbehälter vorgesehen, insbesondere auch dafür, daß das Schmieröl der Brennkraftmaschine keine übermäßige Verdünnung durch den Kraftstoff erhält und die Tatsache einer solchen beginnenden Verdünnung schnell angezeigt und/oder durch gegebenenfalls Steuereingriffe eine zu hohe Verdünung automatisch verhindert wird.
Zeichnung
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Sie werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der Gattung des Patentanspruchs, Figur 2 eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Umhüllung des Hochdruckspeichers des Kraftstoffeinspritzsystems, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Umhüllung des Hochdruckspeichers mit einem im wesentlichen geschlossenen Mantel aus Blech und Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem innerhalb einer Zylinderkopfhaube untergebrachten Hochdruckspeicher in vereinfacht schematischer Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist schematisch ein Kraftstoffeinspritzsystem dargestellt, das einen Kraftstoffvorratsbehälter 1 aufweist, aus dem über eine Saugleitung 2 eine Hochdruckförderpumpe 3 Kraftstoff ansaugt und über eine Druckleitung 4 unter Hochdruck in einen Kraftstoffhochdruckspeicher 6 fördert. Der Kraftstoffdruck in diesem Kraftstoffhochdruckspeicher wird durch einen Drucksensor 7 überwacht und der von ihm abgegebene Wert in einer Steuereinrichtung 9 mit einem Sollwert verglichen. Bei Abweichung wird eine Druckstelleinrichtung 10 angesteuert, z.B. der Art, daß über ein verstellbares Ventil, das in einer Entlastungsleitung 11 des Kraftstoffhochdruckspeichers 6 angeordnet ist, über schüssiger Kraftstoff wieder in den Tank zurückgefördert wird.
Bestimmungsgemäß werden vom Kraftstoffhochdruckspeicher mehrere Kraftstoffeinspritzventile 12 über Druckleitungen 14 mit Kraftstoff versorgt. Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer von Kraftstoff über diese Kraftstoffeinspritzventile wird dabei elektrisch gesteuert, z. B. durch Magnetventile, die vom Steuergerät 9 entsprechend den Anforderungen, beispielsweise aus Drehzahl und Last, angesteuert werden.
Während bei bekannten Hochdruckspeicher für solche Kraftstoffeinspritzsysteme keine Sicherheitsvorkehrungen getroffen sind, die bei Undichtheit des Kraftstoffhochdruckspeichers diese anzeigen oder steuernd auf das Kraftstoffeinspritzsystem einwirken, derart, daß z. B. dieses stillgelegt oder auf einen Notbetrieb reduziert wird, wird nun gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Figur 2 eine solche Sicherheitseinrichtung vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist wiederum schematisch gezeigt der Hochdruckspeicher 6 vorgesehen. Um diesen herum ist nun in einer ersten Ausführung der Erfindung eine Hülle gelegt, die aus einem feinmaschigen Stahlnetz 15 besteht. Alternativ kann diese Umhüllung aber auch in einer anderweitig erzeugter netzartiger Struktur bestehen, z. B. geschlitztes Metallblech sein, wie es bei Streckmetall möglich ist.
Vorzugsweise besteht die netzartige Umhüllung 15 aus mechanisch widerstandsfähigem Werkstoff, insbesondere Metall, den Kraftstoffhochdruckspeicher allseitig umschließend. Die Umhüllung kann aber auch aus Kunstoff- oder Glas/Kohlefaser Material bestehen mit hoher Stabilität gegen austretenden Kraftstoff. Eine Reduzierung des Umschließens kann jedoch auch auf die Bereiche beschränkt sein, in denen zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher und anderen Teilen des Kraftstoffeinspritzsystems Verbindungen, insbesondere löslicher Art, geschaffen wurden. Mit dieser Umhüllung wird verhindert, daß an undichten Stellen austretender Kraftstoff, der infolge des hohen Druckes an dieser Stelle feinstrahlig mit hoher kinetischer Energie austritt (ähnlich einem Einspritzstrahl einer Einspritzdüse), Schaden anrichtet. Mit dieser Umhüllung wird erreicht, daß an undichten Stellen austretender Kraftstoff, der infolge des hohen Druckes an dieser Stelle feinstrahlig mit hoher kinetischer Energie austritt, ähnlich einem Einspritzstrahl einer Einspritzdüse, verhindert so, daß keine solche Kraftstoffstrahlen Schaden anrichten können. Der Strahl wird durch die Umhüllung aufgefangen bzw. gebrochen und kann insbesondere handhabenden Personen im Bereich des Hochdruckspeichers nicht mehr gefährlich werden. Aufgrund der netzartigen Struktur der Umhüllung in Form eines Stahlnetzes ist diese Umhüllung sehr flexibel und kann sich den geometrischen Formen bestens anpassen. Dennoch bietet ein solches Stahlnetz oder alternative Ausgestaltungen dazu die Möglichkeit, daß der Leckkraftstoff letztlich auch aus der Umhüllung entweichen kann und in einer Auffangeinrichtung aufgefangen werden kann. Hier kann sich ein Flüssigkeitsstand ausbilden, der dann wiederum durch eine Flüssigkeitsstandmeßeinrichtung 17 erfaßt werden kann und einer Steuereinrichtung 18 zugeführt wird, durch die eine Signaleinrichtung 19 oder ein Steuersignal zur Beeinflussung des Kraftstoffeinspritzsystems an die Steuereinrichtung 9 abgegeben wird. Mit einem solchen Signal kann dann das Kraftstoffeinspritzsystem so beeinflußt werden, daß es unter Umständen stillgesetzt wird, indem die Hochdruckförderpumpe 3 abgeschaltet wird oder indem der Druck im Hochdruckspeicher 6 über die Druckstelleinrichtung 10 auf niedrigem Wert abgesenkt wird, der gegebenenfalls noch so hoch ist, um einen gewissen Notbetrieb aufrechtzuerhalten. Oder aber es wird der Druck des Hochdruckspeichers ganz abgesenkt und auch die Tätigkeit der Einspritzventile auf Null gesetzt. Letztendlich ist es auch denkbar, bei bestehend bleibender Kraftstoffversorgung nur noch einen Teil der Kraftstoffeinspritzventile anzusteuern. Eine Abschaltung der Hochdruckförderpumpe 3 kann auch dadurch geschehen, daß zwischen dieser und ihrem Antrieb 26 eine elektrisch schaltbare Kupplung 27 vorgesehen ist, die z.B. von der Steuereinrichtung 18 schaltbar ist. Diese Kupplung kan nicht nur bei Auftreten einer oben beschriebenen Undichtheit sondern auch bei anderen Fehlfunktionen des Kraftstoffeinspritzsystems, z.B. bei fehlerhaftem Betrieb der Brennkraftmaschine geschaltet werden, oder auch bei ausgesuchten Betriebszuständen, die eine Absenken des Druckes im Hochdruckspeicher erfordern geschaltet werden. Die Abschaltung der Hochdruckförderpumpe kann mittels eines testzyklusses überprüft werden.
Mit der Ausgestaltung gemäß der Erfindung wird somit eine Einrichtung geschaffen, bei der mit Sicherheit Schäden, die aufgrund von Leckverlusten am Kraftstoffhochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems auftreten, vermieden werden und andererseits auch rechtzeitig erkannt werden, um entsprechende Gegenmaßnahmen zu treffen.

Claims (7)

  1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckförderpumpe (3), die Kraftstoff in einen Kraftstoffhochdruckspeicher (6) fördert, aus dem mehrere Kraftstoffeinspritzventilen (12) über Druckleitungen (14) mit Kraftstoff versorgt werden, gesteuert durch elektrisch gesteuerte Ventile, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckspeicher (6) eine Leckkraftstoffauffangeinrichtung aufweist in Form einer netzartig ausgebildeten Hülle (15, 20, 26), die Austrittsöffnungen (21, 24) für Leckkraftstoff bildet.
  2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Kunststoff oder Glasfaser besteht.
  3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Metall besteht.
  4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle ein Stahlnetz (15) ist.
  5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Umhüllung (15) eine mit einem Kraftstoffrücklauf versehene Auffangeinrichtung (16, 25) für von der Umhüllung ablaufenden Kraftstoff angeordnet ist.
  6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Auffangeinrichtung (16, 25) eine Flüssigkeitsstandmeßeinrichtung (17) aufweist, durch die ein Steuersignal bei Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstands abgegeben wird, durch das eine Anzeigeeinrichtung ( 19) oder eine Steuereinrichtung (9) steuerbar ist.
  7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer von einem Antrieb (26) angetriebene Hochdruckförderpumpe (3), die Kraftstoff in einen Kraftstoffhochdruckspeicher (6) fördert, aus dem wenigstens ein von einer Steuereinrichtung (9) elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil (12) über eine Druckleitung (14) mit Kraftstoff versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) zur Erfassung von bestimmten Betriebszuständen oder von Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzsystems, wie Undichtheit der Hochdruck führenden Teile des Kraftstoffeinspritzsystems oder fehlerhaftes Laufverhalten der Brennkraftmaschine, durch die eine elektrisch schaltbare Kupplung (27) zwischen Hochdruckförderpumpe und Antrieb (26) zum Abschalten des Antriebs (26) der Hochdruckförderpumpe (3) schaltbar ist.
EP96914980A 1995-09-14 1996-04-24 Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0792413B1 (de)

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