EP0877162B1 - Einrichtung zur Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff - Google Patents

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EP0877162B1
EP0877162B1 EP98107614A EP98107614A EP0877162B1 EP 0877162 B1 EP0877162 B1 EP 0877162B1 EP 98107614 A EP98107614 A EP 98107614A EP 98107614 A EP98107614 A EP 98107614A EP 0877162 B1 EP0877162 B1 EP 0877162B1
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EP
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return
valve
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wall
fuel
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EP0877162A3 (de
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Hartmut Dipl.-Ing. Stehr
Guido Lautrich
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • 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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00

Definitions

  • the invention relates to a device for high-pressure fuel injection according to the Preamble of claim 1.
  • DE 196 00 256 A1 is a high-pressure injection device known with a flow and a return for fuel, being between forward and Return provided a flow connection controlled by a check valve is. If pressure peaks occur in the fuel of the flow, the spring-loaded opens Check valve and relaxes this in the fuel return.
  • column 1 of this document are detailed for the generation of noise in a high-pressure fuel injection essential reasons.
  • DE 42 16 068 A1 discloses a constant pressure valve for installation in a delivery line a pump work space of a fuel injection pump and an injection point an internal combustion engine to be supplied known in the form that in the constant pressure valve body an inclined inflow line and also an inclined to this extending and intersecting this return flow line are provided for fuel.
  • a delivery line goes to the injection point from the common intersection.
  • a pressure valve is arranged in the inflow line, which is at the end of a high-pressure delivery abruptly closes the inflow line.
  • the return flow line is an in Pressure valve opening in the opposite direction to dismantle it at the end of high-pressure delivery caused pressure waves provided.
  • To open it Delaying the valve closing element is one of this pressure valve arranged on the return side Downstream throttle point, various suggestions are made for their training.
  • the invention has for its object a generic device for high pressure injection to improve fuel so that in a structurally simple manner and Way avoiding additional lines in the flow pressure peaks occurring can be relaxed by avoiding cavitation via the return.
  • valve means in a fuel-carrying component flow and return are each formed as a substantially parallel flow line or return line and that the valve means transversely to the flow direction of the fuel passes through the return line and is supported in this return side walls.
  • flow and return are each formed as a substantially parallel flow line or return line and that the valve means transversely to the flow direction of the fuel passes through the return line and is supported in this return side walls.
  • the valve means is inserted directly into the walls concerned, with the installation space required for the valve means being obtained in the return in a relatively close arrangement from the flow to the return.
  • the valve means used in this way acts as a pressure vibration damper and additionally offers the considerable advantage that comparatively cool fuel is fed from the flow into the return while the valve is being opened.
  • the fuel flowing through the supply line is supplied with high-pressure fuel injection devices which, together with an input of heat from the fuel-carrying component, heat the excess fuel to a considerable extent. This is then fed back to the flow at the comparatively high temperature level via the return line and usually significantly worsens the injection behavior of the high-pressure injection devices.
  • the invention thus offers the advantage, on the one hand, that the pressure fluctuations caused by the fuel injection devices are reduced by the pressure oscillation damper via the return, reducing the overall fuel temperature level.
  • one of the side walls of the return, which the Lead is spaced, forms an outer wall of the fuel-carrying component. hereby it is possible in a further advantageous embodiment by introducing a through opening in this outer wall as well as in a partition between return and flow insert or screw in a valve housing receiving the valve means.
  • valve housing on a stepped Through opening of the partition comes to rest.
  • valve housing is preferably rotationally symmetrical formed and provided with an interior receiving the check valve.
  • An inflow opening for this faces the flow in the installed state.
  • a fuel-carrying designed as a cylinder head 1 of a reciprocating piston internal combustion engine Component is with a flow line 3 designed as a flow line 2 and a return line 4 trained return 5 for fuel. Both lines 2, 4 run parallel to each other and spaced apart by a partition 6. Opposite an outer wall 7 of the cylinder head 1 is shown for this partition 6.
  • valve housing 9 Transverse to the flow direction of the fuel represented by arrows is in the return line 4 a valve housing 9 receiving a valve means 8 is used. To this Purposes are coaxial to each other in the outer wall 7 and the partition 6 Through openings 10 and 11 are provided.
  • the valve housing 9 is rotationally symmetrical and has an interior 12 an inflow opening 30.
  • the valve means designed as a check valve 13 8 arranged in such a way that a valve seat 14 assigned to the flow 3 a loaded by a spring 15 and acting as a closure member 16 ball.
  • a valve seat 14 assigned to the flow 3 a loaded by a spring 15 and acting as a closure member 16 ball.
  • One of these Ball 16 facing away bearing 25 for the spring 15 is by one of a Outside 17 of the valve housing 9 inserted inner screw 18 formed.
  • the opening pressure of the check valve 13 is thus over the screw depth of the inner screw 18 adjustable in the through hole 12.
  • the valve housing 9 has a screwed thread in the area of the outer wall 7 19 and in the area of the partition 6 has a collar 20 for abutment on a step 21 the through opening 11.
  • valve housing 9 In the area of the fuel flow of the return 5, the valve housing 9 has a cross-section-reducing groove 22 and a throttle extending transversely in this groove 22 23 in the form of a throttle bore 24.
  • a further choke 26 in the form of a choke line 27 in Valve housing 9 can be provided as a bypass such that an inlet is connected to the flow 3 is and the outlet flows into the return 5.
  • the throttle line 27 thus ensures regardless of the position of the ball 16 for a constant partial flow of relatively cool Flow fuel into the already heated return fuel and thus lower the return temperature. Furthermore, this throttle line 27 already dampens the im Flow 3 pulsating fuel column.
  • the installation location of the valve housing 9 in the cylinder head 1 is preferably at one end of the Cylinder head 1 is provided, in particular between an end cylinder head wall and their adjacent cylinder number 1.
  • an arrangement between the first and second cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine be provided.
  • the fuel is fed into the flow line 3 from the opposite cylinder head wall.
  • Based on this feed point for the Fuel is the fuel column in the forward 3 with respect to cylinder 1 or cylinder 2 longest, ie it has a comparatively large one Volume on.
  • This fuel column located in the lead 3 is by the control of the For example, fuel injection devices in the form of pump nozzle elements in Movement, what without the device according to the invention to the known Cavitation formation and the associated filling and noise problems.
  • the Installation location of the valve housing 9 in the range of the maximum length of this fuel column, the is called adjacent to cylinder 1 or 2, is therefore particularly effective.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der gattungsgemäßen DE 196 00 256 A1 ist eine Hochdruckeinspritzungseinrichtung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf für Kraftstoff bekannt, wobei zwischen Vor- und Rücklauf eine von einem Rückschlagventil beherrschte Strömungsverbindung vorgesehen ist. Beim Auftreten von Druckspitzen im Kraftstoff des Vorlaufes öffnet das federbelastete Rückschlagventil und entspannt diese in den Kraftstoffrücklauf. In Spalte 1 dieses Dokumentes sind ausführlich die für die Entstehung von Geräuschen bei einer Kraftstoffhochdruckeinspritzung wesentlichen Gründe genannt.
Aus der DE 42 16 068 A1 ist ein Gleichdruckventil zum Einbau in eine Förderleitung zwischen einem Pumpenarbeitsraum einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einer Einspritzstelle einer zu versorgenden Brennkraftmaschine der Gestalt bekannt, daß in dem Gleichdruckventilkörper eine geneigt verlaufende Zuströmleitung sowie eine hierzu ebenfalls geneigt verlaufende und diese schneidende Rückströmleitung für Kraftstoff vorgesehen sind. Von dem gemeinsamen Schnittpunkt aus geht eine Förderleitung zur Einspritzstelle ab. Im Zuge der Zuströmleitung ist ein Druckventil angeordnet, welches am Ende einer Hochdruckförderung schlagartig die Zuströmleitung verschließt. Im Zuge der Rückströmleitung ist ein in entgegengesetzter Richtung dazu öffnendes Druckventil zum Abbau der am Ende der Hochdruckförderung verursachten Druckwellen vorgesehen. Um den Öffnungsvorgang von dessen Ventilschließglied zu verzögern, ist diesem rücklaufseitig angeordneten Druckventil eine Drosselstelle nachgeschaltet, für deren Ausbildung verschiedene Vorschläge gemacht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung zur Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff dahingehend zu verbessern, daß in baulich einfacher Art und Weise unter Vermeidung von zusätzlichen Leitungen in dem Vorlauf auftretende Druckspitzen kavitationsvermeidend über den Rücklauf entspannt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in einem kraftstofführenden Bauteil Vorlauf und Rücklauf jeweils als im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Vorlaufleitung bzw. Rücklaufleitung ausgebildet sind und daß das Ventilmittel quer zur Strömungsrichtung des Kraftstoffes den Rücklauf durchsetzt und dabei in diesen Rücklauf seitlich begrenzenden Wandungen gestützt angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist somit keinerlei zusätzliche Leitung zwischen Vorlauf und Rücklauf vorgesehen, vielmehr ist das Ventilmittel unmittelbar in die betroffenen Wandungen eingesetzt, wobei bei einer relativ nahen Anordnung vom Vorlauf zum Rücklauf der für das Ventilmittel erforderliche Bauraum durch dessen Anordnung im Rücklauf gewonnen wird.
Das so eingesetzte Ventilmittel wirkt als Druckschwingungstilger und bietet zusätzlich den erheblichen Vorteil, daß während des Öffnens des Ventiles vergleichsweise kühler Kraftstoff aus dem Vorlauf in den Rücklauf eingespeist wird. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der durch den Vorlauf strömende Kraftstoff Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtungen zugeführt wird, welche gemeinsam mit einem Wärmeeintrag aus dem kraftstofführenden Bauteil in erheblichem Maße den überschüssigen Kraftstoff erwärmen. Dieser wird auf dann vergleichsweise hohem Temperaturniveau über den Rücklauf wieder dem Vorlauf zugeführt und verschlechtert üblicherweise das Einspritzverhalten der Hochdruckeinspritzeinrichtungen deutlich.
Die Erfindung bietet somit einerseits den Vorteil, daß durch den Druckschwingungstilger die durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen verursachten Druckschwankungen geräuschvermindernd über den Rücklauf abgebaut werden, andererseits wird eine Absenkung des gesamten Kraftstofftemperaturniveaus erzielt.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß eine der seitlichen Wandungen des Rücklaufes, die dem Vorlauf beabstandet liegt, eine Außenwand des kraftstofführenden Bauteiles bildet. Hierdurch ist es in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung möglich, durch Einbringen einer Durchgangsöffnung in dieser Außenwand sowie in einer Trennwand zwischen Rücklauf und Vorlauf ein das Ventilmittel aufnehmendes Ventilgehäuse einzustecken bzw. einzuschrauben.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß das Ventilgehäuse an einer gestuften Durchgangsöffnung der Trennwand zur Anlage kommt.
In einer baulich besonders einfachen Form ist das Ventilgehäuse bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet und mit einem das Rückschlagventil aufnehmenden Innenraum versehen. Eine Einströmöffnung hierzu ist dem Vorlauf im eingebauten Zustand zugewandt.
Für einen verbesserten Abbau auch geringerer Druckspitzen sowie zur weiteren Verbesserung des Temperaturniveaus des Kraftstoffes ist es bevorzugt vorgesehen, daß entweder parallel oder in Reihenschaltung zur Wirkungsweise des Ventilmittels eine Drosselstelle zwischen Vorlauf und Rücklauf vorgesehen ist. Hierdurch gelangt bei Parallelschaltung ständig ein gewisser Anteil von kühlem Kraftstoff zur Absenkung des Temperaturniveaus in den Rücklauf. Weiterhin wird durch diese Drossel das Strömungsverhalten des Kraftstoffes im Vorlauf verbessert.
Insbesondere bei einer Ausbildung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen als Pumpedüseelemente oder als Steckpumpe kann aufgrund des verbesserten Strömungsverhaltens die Hohlraumbildung im Vorlauf vermindert beziehungsweise vollständig vermieden werden, wodurch das mittlere, statische Druckniveau in diesem Vorlauf abgesenkt werden kann, was zu einem verbesserten Füllverhalten der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sowie verbesserter Akustik und einer geringeren Leistungsaufnahme der für das Druckniveau zuständigen Kraftstoffpumpe zur Folge hat.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
Figur 1
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung,
Figur 2
schematisch das Funktionsprinzip bei einer Parallelschaltung und
Figur 3
schematisch das Funktionsprinzip bei einer Reihenschaltung.
Ein als Zylinderkopf 1 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgebildetes, kraftstofführendes Bauteil ist mit einem als Vorlaufleitung 2 ausgebildeten Vorlauf 3 und einem als Rücklaufleitung 4 ausgebildeten Rücklauf 5 für Kraftstoff versehen. Beide Leitungen 2, 4 verlaufen parallel zueinander und um eine Trennwand 6 zueinander beabstandet. Gegenüberliegend zu dieser Trennwand 6 ist eine Außenwand 7 des Zylinderkopfes 1 dargestellt.
Quer zur durch Pfeile dargestellten Strömungsrichtung des Kraftstoffes ist in die Rücklaufleitung 4 ein ein Ventilmittel 8 aufnehmendes Ventilgehäuse 9 eingesetzt. Zu diesem Zwecke sind in der Außenwand 7 sowie der Trennwand 6 koaxial zueinander liegende Durchgangsöffnungen 10 und 11 vorgesehen.
Das Ventilgehäuse 9 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und weist einen Innenraum 12 mit einer Einströmöffnung 30 auf. In diesem ist das als Rückschlagventil 13 ausgebildete Ventilmittel 8 dergestalt angeordnet, daß auf einem dem Vorlauf 3 zugeordneten Ventilsitz 14 eine von einer Feder 15 belastete und als Verschlußglied wirkende Kugel 16 anliegt. Ein von dieser Kugel 16 abgewandt liegendes Auflager 25 für die Feder 15 wird durch eine von einer Außenseite 17 des Ventilgehäuses 9 her eingebrachte Innenschraube 18 gebildet. Der Öffnungsdruck des Rückschlagventiles 13 ist somit über die Einschraubtiefe der Innenschraube 18 in die Durchgangsöffnung 12 einstellbar.
Das Ventilgehäuse 9 trägt im Bereich der Außenwand 7 ein in diese eingeschraubtes Gewinde 19 und weist im Bereich der Trennwand 6 einen Bund 20 zur Anlage an einer Stufe 21 der Durchgangsöffnung 11 auf.
Im Bereich der Kraftstoffdurchströmung des Rücklaufes 5 weist das Ventilgehäuse 9 eine querschnittsvermindernde Nut 22 sowie eine sich quer in dieser Nut 22 erstreckende Drossel 23 in Form einer Drosselbohrung 24 auf.
Alternativ zu dieser zuvor beschriebenen Reihenschaltung von Rückschlagventil 13 und Drossel 23, welche schematisch in Figur 3 gezeigt ist, kann alternativ eine Parallelschaltung gemäß Figur 2 vorgesehen sein. Hierfür kann beispielsweise, wie in Figur 1 nur schematisch und strichpunktiert dargestellt, eine weitere Drossel 26 in Form einer Drosselleitung 27 im Ventilgehäuse 9 als Bypass derart vorgesehen sein, daß ein Eintritt mit dem Vorlauf 3 verbunden ist und der Austritt in den Rücklauf 5 mündet. Die Drosselleitung 27 sorgt somit unabhängig von der Stellung der Kugel 16 für einen ständigen Teilstrom von relativ kühlem Vorlaufkraftstoff in den bereits erwärmten Rücklaufkraftstoff und senkt somit die Rücklauftemperatur. Des weiteren bewirkt diese Drosselleitung 27 bereits eine Dämpfung der im Vorlauf 3 pulsierenden Kraftstoffsäule.
Der Einbauort des Ventilgehäuses 9 in den Zylinderkopf 1 ist bevorzugt an einem Ende des Zylinderkopfes 1 vorgesehen, insbesondere zwischen einer endseitigen Zylinderkopfwandung und deren benachbartem Zylinder Nummer 1. Alternativ kann eine Anordnung zwischen erstem und zweitem Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Hierbei erfolgt die Einspeisung des Kraftstoffes in den Vorlauf 3 von der gegenüberliegenden Zylinderkopfwandung aus. Bezogen auf dieser Einspeisstelle für den Kraftstoff ist die im Vorlauf 3 befindliche Kraftstoffsäule bezüglich Zylinder 1 beziehungsweise Zylinder 2 am längsten, das heißt sie weist ein vergleichsweise großes Volumen auf. Diese im Vorlauf 3 befindliche Kraftstoffsäule wird durch die Absteuerung der beispielsweise als Pumpedüseelemente ausgebildeten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen in Bewegung versetzt, was ohne die erfindungsgemäße Einrichtung zu der bekannten Kavitationsbildung und den damit verbundenen Füll- und Geräuschproblemen führt. Der Einbauort des Ventilgehäuses 9 im Bereich der maximalen Länge dieser Kraftstoffsäule, das heißt benachbart zu Zylinder 1 bzw. 2, ist daher besonders wirksam.

Claims (8)

  1. Einrichtung zur Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff, mit einem von einer Kraftstoffpumpe gespeisten Vorlauf (3) und einem mit diesem in Strömungsverbindung stehenden Rücklauf (5) für überschüssigen Kraftstoff,
    wobei im Zuge dieser Strömungsverbindung ein Ventilmittel (8) angeordnet ist, welches im Vorlauf (3) auftretende Druckspitzen durch Öffnen in den Rücklauf (5) entspannt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (3) als Vorlaufleitung (2) und der Rücklauf (5) als im wesentlichen parallel dazu verlaufende Rücklaufleitung (4) in einem kraftstoffführenden Bauteil ausgebildet sind, und daß das Ventilmittel (8) quer zur Strömungsrichtung den Rücklauf (5) durchsetzend in diesen Rücklauf (5) seitlich begrenzenden Wandungen gestützt angeordnet ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Vorlauf (3) beabstandet liegende Wandung eine Außenwand (7) des Bauteiles bildet.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (8) ein federbelastetes Rückschlagventil (13) aufweist, welches nach dem durch die Druckspitzen bedingten Öffnen eine Einströmöffnung (30) in ein das Rückschlagventil (13) aufnehmendes Ventilgehäuse (9) freigibt, dessen Innenraum (12) über eine Drossel (23) mit dem Rücklauf (5) verbunden ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (8) ein ein federbelastetes Rückschlagventil (13) aufnehmendes Ventilgehäuse (9) aufweist, in welchem eine als Bypass zum Rückschlagventil (13) wirksame Drossel (26) zwischen Vorlauf (3) und Rücklauf (5) angeordnet ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wandung als eine Außenwand (7) des Gehäuses und die andere Wandung als eine Trennwand (6) zwischen Vorlauf (3) und Rücklauf (5) ausgebildet ist und das Ventilgehäuse (9) in Durchgangsöffnungen (10, 11) dieser Wandungen (7, 6) abgestützt angeordnet ist.
  6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (9) rotationssymmetrisch ausgebildet und mit einem das Rückschlagventil (13) aufnehmenden Innenraum (12) versehen ist, wobei eine in diesen eingesetzte Innenschraube (18) ein Auflager (25) für die das Verschlußglied in Schließstellung belastende Feder (15) bereitstellt.
  7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (2) und die Rücklaufleitung (4) parallel zueinander verlaufend in einem Zylinderkopf (1) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet sind, und ein das Ventilmittel (8) aufnehmendes Ventilgehäuse (9) in koaxial zueinander angeordneten Durchgangsöffnungen (10) bzw. (11) einer Außenwand (7) des Zylinderkopfes (1) bzw. einer Trennwand (6) zwischen Vorlaufleitung (2) und Rücklaufleitung (4) von außen zugänglich angeordnet ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (2) von einer endseitigen Zylinderkopfwandung aus mit Kraftstoff gespeist ist und das Ventilgehäuse (9) im Bereich der gegenüberliegenden Zylinderkopfwandung eingesetzt ist.
EP98107614A 1997-05-10 1998-04-27 Einrichtung zur Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff Expired - Lifetime EP0877162B1 (de)

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DE19719801 1997-05-10

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EP0877162A2 EP0877162A2 (de) 1998-11-11
EP0877162A3 EP0877162A3 (de) 2001-08-08
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