EP1360409B1

EP1360409B1 - Vorrichtung zur dämpfung von druckpulsationen in hochdruckeinspritzsystemen

Info

Publication number: EP1360409B1
Application number: EP02712738A
Authority: EP
Inventors: Walter Egler; Peter Boehland; Sebastian Kanne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: US20030159678A1; DE10105031A1; WO2002063162A2; DE50208410D1; WO2002063162A3; JP2004518072A; EP1360409A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpe (2), die einen Hochdrucksammelraum (3) mit einem unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Von diesem führt eine Hochdruckzuleitung zu einem Injektor (5), in welchem ein Zumessventil (7) enthalten ist, das eine Einspritzdüse (24) mit Kraftstoff beaufschlagt. Dem Zumessventil (7) ist eine Dämpferdrossel (26) zugeordnet, welche mit einem Teil des Hochdruckbereiches verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet

Als Alternativlösung zu heute üblichen hubgesteuerten Hochdruckeinspritzsystemen werden druckgesteuerte Einspritzsysteme mit Hochdruckspeicher (Common Rail) entwickelt. Diese Systeme enthalten ein Zumessventil, mit dem die Düse von der Hochdruckleitung getrennt und mit der Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden wird und umgekehrt. Durch Umschaltung des Zumessventiles entsteht in der Hochdruckzuleitung eine Druckwelle, die eine Druckerhöhung herbeiführt, welche zu einer Druckerhöhung an der Düse von z. B. 1350 Hochdruckspeicherraumdruck bis über 1800 bar Einspritzdüsendruck reicht.

Stand der Technik

Mit druckgesteuerten Systemen zur Kraftstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen werden bei ca. 1350 bar Hochdruckspeicherraumdruck an den in die einzelnen Brennräume der Verbrennungskraftmaschine hineinragenden Einspritzdüsen Einspritzdrücke von 1800 bar und mehr erzielt. Bei relativ mäßiger Druckbelastung der Pumpe des Kraftstoffeinspritzsystemes werden an den Düsen Höchstdrücke realisiert.
Ein druckgesteuertes Speichereinspritzsystem besteht im wesentlichen aus einer Hochdruckpumpe, einem Hochdruckspeicher (Common Rail) sowie eine Hochdruckzuleitung pro Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Die Hochdruckzuleitung verbindet den Hochdruckspeicher (Common Rail) mit einer Düsenhalterkombination. Die Zumessung des in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffvolumens erfolgt mittels eines 3/2-Steuerteils, d. h. des Zumessventils. Dieses kann zwischen der Hochdruckleitung und der Düsenhalterkombination angeordnet und mit dieser verschraubt werden oder in die Düsenhalterkombination integriert werden.
In der Ausgangsstellung trennt das Zumessventil die Einspritzdüse von der Hochdruckleitung ab und verbindet sie mit der Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystemes. Die Einspritzung erfolgt dadurch, daß das als Zumessventil fungierende 3/2-Steuerventil beim Umschalten die Einspritzdüse und die Hochdruckleitung miteinander verbindet und gleichzeitig den Rücklauf zur Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystemes abtrennt. Die Druckerhöhung von z. B. 1350 bar Druck im Hochdrucksammelraum auf Einspritzdrücke von ca. 1800 bar wird erreicht, indem die Hochdruckzuleitung der Einspritzdüse, bzw. des die Düsennadel umgebenden Düsenraumes von ausreichender Länge ist. Die Schwingung in der Hochdruckzuleitung ist durch die Reibung zwischen Rohrleitungswandung und Fluid nur schwach gedämpft. Ferner ist als Nachteil zu werten, daß anhaltend hohe Druckamplituden in der Hochdruckleitung und im nicht druckentlasteten Bereich des Zumessventiles sich ungünstig auf die Dauerfestigkeit dieser Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems auswirken können.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Hochdruckspeicher für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpe, die einen Hochdrucksammelraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt, von welchem eine Hochdruckleitung zu einem Injektor führt, in dem ein Zumessventil zur Kraftstoffzumessung enthalten ist, ist z.B. aus US 5,524,826 bekannt.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lassen sich durch die Anordnung von Dämpferdrosseln und Dämpfungsventilen auf der Hochdruckseite eines Kraftstoffeinspritzsystemes auftretende Druckschwingungen sehr schnell dämpfen, bevor zu hohe Druckamplituden in den Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems auftreten. Auf Grund der geringen Reibung zwischen der Wandung der Leitungssysteme und dem unter hohen Druck stehenden Kraftstoff entstehende Druckschwingungen werden schnellstmöglich gedämpft, da in diesen Systemen die dort herrschende Reibung zur Dämpfung nicht ausreichend ist. Die Drosselquerschnitte, Längen und Durchmesser der in dem erfindungsgemäß konfigurierten Speichereinspritzsystem eingesetzten Dämpfungselemente sind so bemessen, daß die Drucküberhöhung für die Einspritzung weitestgehend beibehalten bleibt, die sich nach dem Schließen des Zumessventiles (wie etwa eines 3/2-Steuerventiles) im Injektor einstellt.
Die Rückführleitungen vom Zumessventil können entweder mit dem Hochdruckspeicher verbunden sein oder in einem vom Zumessventil entfernten Bereich der Hochdruckleitung in diese einmünden. Diese Rückführung kann permanent wirksam sein oder über ein zusätzliches Ventil so geschaltet werden, daß sie während der Einspritzphase still gelegt ist. So ist sichergestellt, daß sich der erzeugte Einspritzdruck nicht in unerwünschter Weise durch die Dämpfungsleitung abbaut. Bei den während der Einspritzung herrschenden hohen Drücken kommt es nach dem Schließen des Zumessventiles zu einer Drucküberhöhung im Einspritzsystem und Druckschwingungen; durch das Vorsehen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dämpfungselementes in Gestalt eines Drosselelementes im Hochdruckbereich kann dieser zur vorschnellen Alterung des Materials der Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystemes beitragende Effekt ausgeschlossen werden.
Herrscht am Zumessventil höherer Druck als im Hochdrucksammelraum (Common Rail), fließt über die Drosselelemente Kraftstoff in die Rückführung. Ist der Druck am Zumessventil geringer als derjenige im Hochdrucksammelraum (Common Rail), so stellt sich ein Druckausgleich am Zumessventil ein, so daß das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzsystem eine Tendenz zur Druckausgeglichenheit aufweist.
Unter Verwendung eines nicht erfindungsgemäßen Gedankens lassen sich die Druckunterschiede in den Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren eines Kraftstoffeinspritzsystemes dahingehend ausnutzen, indem die zu den Injektoren führenden Hochdruckleitungen paarweise mittels Dämpfungsleitungen miteinander verbunden werden. Die Dämpfungsleitungen, die die Hochdruckzuleitungen miteinander verbinden, lassen sich am Anfang und Ende jeweils mit Dämpfungselementen in gestalt von Dämpfungsdrosseln versehen. Die Dämpfungsleitungen lassen sich unabhängig von der Injektorbauform mit deren Hochdruckzuleitungen verbinden, sodass der Injektor im wesentlichen unverändert bleiben kann und an diesem keine Modifikationen vorzunehmen sind.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:

Fig. 1: die Komponenten eines druckgesteuerten Einspritzsystemes zur Einspritzung von Kraftstoff mit Schwingungsdämpfern,
Fig. 2, 3,: einen Injektorkörper mit Dämpfungsfunction in verschiedenen Schnittdarstellungen samt zweier Querschnittsverläufe A-A und B-B,
Fig. 4a - d: Hub- und Druckverläufe im druckgesteuerten Einspritzsystem mit Schwingung/Pulsationsdämpfem,
Fig. 5a - d: die Gegenüberstellung von Hub-/und Druckverläufen in einem druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem mit und ohne Schwingungsdämpfern,
Fig. 6: eine weitere nicht erfindungsgemäßen Variante von Dämpfungsumleitungen in Hochdruckleitungen miteinander verbindenden Anordnungen und
Fig. 7: eine Gegenüberstellung von Dämpfungsverhalten gemäß der nicht erfindungsgemäßen Varianten.

Ausführungsvarianten

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht die wesentlichen Komponenten eines druckgesteuerten ersten Einspritzsystemes zur Einspritzung von unter hohen Druck stehenden Kraftstoff in Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 hervor, welches eine Pumpe 2 enthält, die den Kraftstoff auf ein Druckniveau von z. B. 1350 bar verdichtet. Der solcherart verdichtete Kraftstoff wird in einen Hochdrucksammelraum 3 (Common Rail) gepumpt, in welchem dieser hohe Druck kontinuierlich ansteht. Vom Hochdrucksammelraum 3 aus erstreckt sich eine Hochdruckleitung 4 zu einem Injektorkopf 5, an welchem eine Einspritzdüse 24 ausgebildet ist.
Im oberen Teil des Injektors 5 befindet sich ein Magnetventil 6, welches als Betätigungsorgan für ein Zumessventil 7 fungiert, welches beispielsweise als ein 3/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. Mittels des Zumessventiles 7 wird ein Ventilkörper innerhalb des Gehäuses des Injektors 5 im wesentlichen in vertikale Richtung verschoben, so daß eine sich zu einem Düsenraum 22 erstreckende Hochdruckleitung 17 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt werden kann.
Die vom Hochdrucksammelraum 3 aus sich erstreckende Hochdruckleitung 4 mündet im Bereich eines Hochdruckanschlusses 8 in das Gehäuse des Injektors 5.
Vom Zumessventil 7 innerhalb des Gehäuses des Injektors 5 erstreckt sich eine Rückführleitung 10, in welcher gemäß der Ausführungsvarianten nach Figur 1 ein Dämpfungsventil 11 aufgenommen ist. Das Dämpfungsventil 11 umfasst neben einem über ein Druckstück 13 beaufschlagten als Rückschlagventil dienendem Kugelelement 12 ein Federelement 14, über welches der Schließdruck eines Abzweiges 9 eingestellt werden kann, der einerseits durch den Kugelkörper 12 verschließbar ist und andererseits in die Hochdruckleitung 4, die sich zum Gehäuse des Injektors 5 erstreckt, einmündet.
Im Bereich der Rückführleitung 10, die sich vom Dämpfungsventil 11 zum Hochdrucksammelraum aus erstreckt, ist ein als Dämpferdrossel ausgebildetes Dämpfungselement 15 vorgesehen, dessen Drosselquerschnitt so bemessen ist, dass durch diesen der während der Hochdruckeinspritzphase anstehende hohe Druck am Zumessventil 7, d. h. im Düsenraum 22 des Injektors 5 nicht beeinträchtigt wird. Das Dämpfungselement 15, aufgenommen in der Rückführleitung 10.1 zum Sammelraum 3 (Common Rail) bewirkt, das bei hohen Drücken im Hochdrucksammelraum und kleinen Einspritzmengen an der Einspritzdüse 24 eine zu hohe Drucküberhöhung am Zumessventil 7 nach dem Schließen vermindert wird. Durch den sich einstellenden Abfluss von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff durch das Dämpfungselement 15 entweder in den Hochdrucksammelraum 3 oder über ein Anschlußstück in die Hochdruckleitung 4 lässt sich die sich einstellende Drucküberhöhung signifikant reduzieren, so daß die Materialbeanspruchung der verwendeten Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystemes 1 die zulässigen Grenzen nicht überschreitet und damit die Lebensdauer gewährleistet ist.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich vom Zumessventil 7 (3/2-Steuerventil) im Gehäuse des Injektors 5 die Hochdruckzuleitung 17 zum Düsenraum 22 erstreckt. Das Federelement 20 ist in einem Hohlraum 19 im Gehäuse des Injektors 5 aufgenommen. Innerhalb des Gehäuses 19 erstreckt eine Düsennadel. Die Düsennadel 23 ist im Bereich einer Abstufung vom Düsenraum 22 umschlossen; vom Düsenraum 22 aus erstreckt sich die Düsennadel mit einem verjüngten Durchmesser bis zur Einspritzdüsenspitze 24. Die Düsennadelspitze ist an der Düsenspitze 24 in einen Sitz 25 gefahren, welcher je nach Einspritzzyklus durch vertikales Verfahren der Düsennadel 23 geöffnet oder verschlossen wird.
Das in der Rückführleitung 10.1 vom Zumessventil 7 in den Hochdrucksammelraum 3 oder in die Hochdruckleitung 4 enthaltene Dämpfungslement 15 kann permanent aktiviert sein; ferner ist es auch möglich, mittels des Dämpferventiles 11 das Rückströmen von Kraftstoff über die Rückführleitung 10.1 in den Hochdrucksammelraum 3 über ein zusätzliches Ventil über das Dämpfungsventil 11 so zu schalten, daß während der Einspritzphase kein Druckabbau über das Dämpfungsventil 11 erfolgen kann. Nach abgeschlossener Einspritzung lässt sich das Dämpfungsventil 11 nach Ende der Kraftstoffeinspritzung wieder öffnen, so daß ein kontrollierter Druckabbau durch das Drosselelement 15 in der Rückführleitung 10 zum Hochdrucksammelraum 3 oder der Hochdruckleitung 4 stattfinden kann. In dieser Phasenlage ist dies durchaus möglich, da am Zumessventil Drücke in der Größenordnung von 1800 bar, verglichen mit einem im Speicherraum kontinuierlich anstehenden Druck vom 1350 bar herrschen.
Aus den Darstellungen gemäß den Figuren 2, 3 geht ein Injektorkörper eines erfindungsgemäß konfigurierten Kraftstoffeinspritzsystemes in verschiedenen Ansichten näher hervor, bei dem die Dämpfungsfunktion um Gegensatz zu Figur 1 im Injektor integriert ist.
Die Darstellung gemäß Figur 2 zeigt einen ersten Längsschnitt durch einen Injektor 5, bei welchem sich im Hochdruckanschluß 8 eine Hochdruckleitung 4 befindet, von der aus ein als Dämpfungsdrossel ausgebildetes Dämpfungselement 26 in den Ventilraum am Zumessventil 7 mündet. Das Zumessventil 7 ist über die Bohrungen 29 und 33 (vergl. Figur 3) mit Anstelle des hier dargestellten Magnetventiles 6 ließen sich auch ein Piezoaktor oder eine andere Betätigungseinheit, die kurze Ansprechzeiten realisiert, einsetzen. Vom Zumessventil 7 aus erstreckt sich die Hochdruckzuleitung 17 zum Düsenraum 22, welcher die Düsennadel 23 ringförmig umgibt. Am Ende der Düsennadel 23, welche in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine hineinragt, befindet sich die Einspritzdüse 24. Im Gehäuseinneren 16 des Injektors 5 ist ein Hohlraum 19 ausgebildet, der ein Druckfederelement 20 aufnimmt. Gemäß der Konfiguration des Gehäuses 16 des Injektors 5 gemäß Figur 2 befindet sich zwischen Gehäuse 16 und der Düsennadel 23 ein scheibenförmiges Trennelement in Gestalt eines Ringes 32, in welchem eine Verbindungsnut 31 ausgebildet ist. Die Verbindungsnut 31 dient zur Verbindung der Bohrungen 29 und 33.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht ein erfindungsgemäßer Injektor in einer im Vergleich zur Figur 2 leicht gedrehten Querschnittslage hervor.
Aus dieser Darstellung geht die Verbindungsbohrung 33 näher hervor. Das Dämpfungselement 26 dient zur Bedämpfung der Druckschwingungen in der Zuleitung. Diese bilden sich durch das schnelle Öffnen des Ventiles zwischen Hochdrucksammelraum 3 und dem Zumessventil 7 aus. Der Druck vor dem Eintritt in die Bohrung 29 ist höher oder niedriger als im Zumessventil 7; durch das Dämpfungselement 26 findet ein Druckausgleich statt, welcher die Schwingungen gezielt dämpft. Das Dämpfungselement 26 muss so ausgelegt werden, dass die Drucküberhöhung nicht zu stark gedämpft wird, aber eine ausreichende Dämpfung nach dem Ende der Einspritzphase erreicht wird.
Diese Variante, bei der der Kraftstoff dem Zumessventil 7 nicht direkt von der Hochdruckleitung 4 zugeführt, sondern über die Bohrungen 29 und 30 umgeleitet wird, bietet zweierlei Vorteile:
Die für den Verlauf des Einspritzdruckes relevante Länge des Kraftstoffweges vom Hochdrucksammelraum 3 bis zum Zumesspunkt setzt sich aus der Leitungslänge und der Längen der beiden Bohrungen 29 und 33 zusammen. Die Leitung kann kürzer ausgeführt werden als dies ohne die beiden Bohrungen 29 und 33 wirklich wäre. Darüberhinaus ist die Dämpfungsfunktion wie beschrieben mit Hilfe des Dämpfungselements 26 in den Injektor unmittelbar integrierbar.
Aus den Figuren 4a bis 4b gehen die Hub- und Druckverläufe eines druckgesteuerten Einspritzsystemes mit Schwingungs- und Pulsationsdämpfer wie unter Figur 1 beschrieben, näher hervor.
Figur 4a zeigt den sich einstellenden Steuerkolbenhubweg 34 und Dämpferhub 35, aufgetragen über der Zeitachse. Nach dem Loslaufen des Steuerkolbenhubweg 34 geht der Dämpferhub 35 auf Null-Niveau zurück. Aus dem darunterliegenden Diagramm gemäß Figur 5b geht der Verlauf des Druckes 36 vor dem Zumessventil 7 sowie der Druckverlauf hinter dem Zumessventil 7 gemäß des Kurvenzuges mit Positionszeichen 37 bezeichnet, näher hervor. Ausgelöst durch die Bewegung des Steuerkolbens gemäß Kurvenzug 34 aus Diagramm 4a kommt es zu einem stark ausgeprägten Druckanstieg gemäß des Kurvenzuges 36 bei der Ansteuerung des Zumessventils 7. Schließt das Zumessventil 17 hingegen wieder, so erfolgt gemäß des Kurvenzuges 37 ein starker Druckabfall bis auf Null-Niveau und der Dämpfer hebt sich gemäß 35 wieder. Im Leitungssystem bleibt eine gedämpfte Druckschwingung gemäß des weiteren Verlaufes des Kurvenzuges 36 gemäß Figur 4b bestehen. Gemäß des Kurvenzuges 38 aus der Darstellung nach Figur 4c steigt der Druck im Düsenraum analog zum Druckverlauf vor dem Zumessventil 7 gemäß des Kurvenzuges 36 in Figur 4b kontinuierlich an. Das Druckmaximum liegt gemäß des Kurvenzuges 38 jenseits von 1600 bar Düsendruck.
Mit Bezugszeichen 40 ist gemäß Figur 4d die sich einstellende Einspritzrate von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine bezeichnet. Während des trapezförmig verlaufenden Nadelhubes der Düsennadel 23 im Gehäuse 16 des Injektors 5, d. h. während der Vertikalbewegung der Düsennadel 23, wird die gemäß des Kurvenzuges 40 verlaufende Einspritzrate in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine abgesetzt. Die Düsennadel 23 gibt den Düsensitz 25 der Einspritzdüse 24 demnach genau dann frei, wenn gemäß des Kurvenzuges 38 der Druck im Düsenraum 22 im Injektorgehäuse 16 des Injektors 5 den Düsenöffnungsdruck übersteigt. Die Dämpfungsfunktion ist demnach, wie erwünscht und aus dem Steuerkolbenhubweg 34 gemäß Figur 4a ersichtlich, während der Einspritzung unterbunden.
Aus den Hub- bzw. Druckverläufen gemäß der Figuren 5a bis 5d gehen sich einstellenden Druckverläufe im druckgesteuerten Einspritzsystem mit und ohne Schwingungsdämpfern näher hervor. Der Verlauf der Steuerkolbenhubbewegung 34 gemäß Figur 5a entspricht im wesentlichen dem Verlauf gemäß des Kurvenzuges in Figur 4a, in Figur 5b sind die sich nach dem Schließen des Zumessventiles 7 mit Bezugszeichen 41 und 42 gekennzeichneten Pulsationen im Leitungssystem des Kraftstoffeinspritzsystemes 1 dargestellt. Mit Bezugszeichen 41 ist die durch die schwache Reibung nahezu ungedämpfte Schwingung gekennzeichnet, die sich Leitungssystemen eines Kraftstoffeinspritzsystemes ohne Dämpfungsdrossel und ohne Dämpfungsventil einstellt. Mit Bezugszeichen 42 ist dem gegenüber der Verlauf der Druckschwingung bezeichnet, die nach zwei stärkeren Überschwingungen nach Schließen des Zumessventiles 7 gemäß des Kurvenzuges 34 eine nahezu geglättete und linear verlaufende Kurve annimmt. Die sich einstellenden Materialbelastungen in einem Leitungssystem, welches einer Druckpulsation gemäß des Kurvenzuges 42 erfährt, unterscheiden sich signifikant von den mit den Druckpulsationen gemäß des Kurvenzuges 41 einhergehenden Materialbeanspruchung. Die Lebensdauer eines Einspritzsystemes hängt ganz erheblich von den auftretenden Spitzendrücken ab, die bei ungedämpften Schwingungen nahezu das während der Einspritzphase an der Einspritzdüse herrschende Druckniveau im Leitungssystem erreichen können. Hierfür ist jedoch das Leitungssystem eines druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems nicht dauerhaft ausgelegt. Ausserdem muss für eine genaue Zumessung des Kraftstoffes die Durckschwingung aus der vorherigen Einspritzung abgeklungen sein.
Aus den Graphen gemäß Figuren 5c ist analog zu Figur 4c mit Bezugszeichen 38 der im Düsenraum herrschende Druckverlauf bezeichnet, wohingegen mit den Bezugszeichen 43 bzw. 44 die Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeiten der Düsennadel 23 in vertikale Richtung im Injektorgehäuse 16 bezeichnet sind.
Figur 5d stellt die sich bei der Nadelhubbewegung 39 einstellende Einspritzrate 40 dar.
Aus Figur 6 geht in schematischer Darstellung eine nicht erfindungsgemäße Variante des Dämpfungssystems für Kraftstoffeinspritzsysteme hervor. Vom Hochdrucksammelraum 3 (Common Rail) ausgehend, erstrecken sich die Hochdruckleitungen 4 zu den einzelnen Injektoren 5, deren Enden auf der Düsenseite 24 in die Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen hineinragen. Gemäß der Darstellung aus Figur 7 sind jeweils paarweise die Hochdruckleitungen 4 zu zwei Injektoren 5 über eine Dämpfungsleitung 10.2 miteinander verbunden. Jeweils am Anfang und am Ende der Dämpfungsleitung 10.2 befinden sich in den Strömungsquerschnitt der Dämpfungsleitung 10 eingelassene als Drosselelemente ausgebildete Dämpfungselemente 15; zur Aufnahme der Dämpfungsleitung 10.2 zwischen zwei Hochdruckleitungen 4 sind diese lediglich dahingehend zu modifizieren, daß Anschlußstücke (T-Stücke) zum Einsetzten der Dämpfungsleitung 10.2 gemäß Figur 6 vorgesehen sind. Die Injektoren 5 gemäß der Kraftstoffeinspritzkonfiguration aus Figur 6 können unverändert bleiben; lediglich die Zuleitungen vom Hochdrucksammelraum 3 zu den Hochdruckanschlüssen 8 der Injektoren 5 sind zu modifizieren, die Injektoren 5 selbst nicht. Der wesentliche Vorteil dabei ist, das die Dämpfungsleitungen 10.2 gemäß Figur 6 bei allen Hochdrucksammelraumspeichereinspritzsystemen eingesetzt werden können und unabhängig vom Injektor sind. Sobald einer der Injektoren 5 einspritzt, erzeugt er eine Druckschwingung in der jeweiligen Hochdruckleitung 4. Damit kommt es zur Ausbildung eines Druckgradienten zwischen den beiden über die Dämpfungsleitung 10.2 miteinander verbundenen Hochdruckleitungen 4 der jeweiligen Injektoren 5 und folglich zu einer ausgleichenden Strömung über die Dämpfungselemente 15' in den Dämpfungsleitungen. Durch diesen hydraulischen "Kurzschluss" wird Schwingungsenergie an den jeweiligen Dämpfungselementen 15' abgebaut und die Schwingung wirksam gedämpft.
Aus der Darstellung gemäß Figur 7 gehen die sich einstellenden Hub- bzw. Druckverläufe gemäß der Varianten des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß den Figuren 2 und 3 sowie der Figur 6 näher hervor. Die ohne Hochkomma gekennzeichneten Bezugszeichen beziehen sich auf die Druck- bzw. Hubverläufe eines Kraftstoffeinspritzsystemes gemäß der Figur 2 und 3, wohin gegen die mit Hochkomma bezeichneten identisch gewählt, sich auf die Hub- bzw. Druckverläufe einer Konfiguration gemäß der Darstellung aus Figur 6 beziehen.
Die Steuerkolbenhubverläufe 34 bzw. 34' sind nahezu identisch, wohingegen sich die mit Bezugszeichen 42 bzw. 42' bezeichneten Pulsationsverläufe hinsichtlich des Abklingens der Schwingung voneinander unterscheiden. Im mit Bezugszeichen 42' bezeichneten Druckverlauf in den Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystemes klingen die Schwingungen, bedingt durch den Kurzschluss zweier Hochdruckleitungen 4 eines Injektorpaares 5 zueinander rascher ab. Nach einer Zeit von bis zu 10 Millisekunden hat die Schwingung im System eine unkritische Amplitude erreicht, so daß vom eingeschwungenen Zustand gesprochen werden kann. Mit Bezugszeichen 37 bzw. 37' sind die sich einstellenden Druckverläufe nach Schließen des Zumessventiles 7 in den Konfigurationen gemäß Figur 7 sowie Figur 1 bezeichnet. Unmittelbar nach Ende der Ansteuerung des Ventilkörpers des Zumessventiles 7 tritt aufgrund der trägen Dämpferwirkung noch ein Maximum der Druckpulsation im Leitungssystem auf.
Die sich am Düsenraum einstellenden Druckverläufe 38 und 38' sind nahezu identisch, wobei mit den Bezugszeichen 43 bzw. 43' das Schließen bzw. Öffnen der Einspritzdüse an der Düsensspitze 24 bezeichnet ist.
Auch die Einspritzraten 40 bzw. 40' der beiden Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß konfigurierten Einspritzsystemes sind nahezu identisch, wobei die Nadelhubwege 39 bzw. 39' leicht zueinander versetzt sind.

Bezugszeichenliste

1: Kraftstoffeinspritzsystem
2: Pumpe
3: Hochdrucksammelraum (Common Rail)
4: Hochdruckzuleitung
5: Injektor
6: Magnetventil
7: Zumessventil
8: Hochdruckanschluss
9: Abzweig
10.1: Rückführleitung
10.2: Dämpfungsleitung
11: Dämpfungsventil
12: Kugel
13: Druckstück
14: Federelement
15, 15': Dämpfungselement
16: Gehäuse
17: Düsenzuleitung
18: Bohrung
19: Hohlraum
20: Federelement
21: Düsenleitung
22: Düsenraum
23: Düsennadel
24: Einspritzdüse
25: Düsensitz
26: Dämpfungselement
27: Zentralbohrung
28: Bohrung 1
29: Bohrung 2
30: Leckölbohrung
31: Verbindungsnut
32: Ringelement
33: Bohrung 3
34, 34': Steuerkolbenhubweg
35: Dämpferhub
36: Druck vor 7
37, 37': Druck nach 7
38, 38': Druckdüsenraum
39, 39': Nadelhubweg
40, 40': Einspritzvolumen
41: Druckverlauf ohne Dämpfung
42, 42': Druckverlauf mit Dämpfung
43, 43': Weg Düsennadel
44: Weg Düsennadel

Claims

Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpe (2), die einen Hochdrucksammelraum (3) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt, von welchem eine Hochdruckleitung (4) zu einem Injektor (5) führt, in dem ein Zumessventil (7) zur Kraftstoffzumessung enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Zumessventil (7) eine Dämpfungsdrossel (26) enthalten ist, welche direkt in die Hochdruckleitung (4) mündet, und wobei das Zumessventil (7) zusätzlich über Bohrungen (29, 33) im Injektor (5), durch welche die relevante Länge des Kraftstoffwegs vom Hochdrucksammelraum (3) zum Zumesspunkt vergrößert wird, mit der Hochdruckleitung (4) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsdrossel (26) am Zumessventil (7) in die Hochdruckzuleitung (4) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (29, 33) mit einer Verbindungsnut (31) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnut (31) in einem scheibenförmigen Trennelement (32) ausgebildet ist, welches sich zwischen Gehäuse (16) und Düsennadel (23) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zumessventil (7) durch eine Betätigungseinheit angesteuert wird, die kurze Ansprechzeiten realisiert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit ein Magnetventil (6) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit ein Piezoaktor ist.