EP1552137A1 - Einrichtung zur unterdrückung von druckwellen an speichereinspritzsystemen - Google Patents

Einrichtung zur unterdrückung von druckwellen an speichereinspritzsystemen

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EP1552137A1
EP1552137A1 EP03807730A EP03807730A EP1552137A1 EP 1552137 A1 EP1552137 A1 EP 1552137A1 EP 03807730 A EP03807730 A EP 03807730A EP 03807730 A EP03807730 A EP 03807730A EP 1552137 A1 EP1552137 A1 EP 1552137A1
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EP
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pressure
fuel
housing
injection device
fuel injection
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EP03807730A
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • Both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used to supply fuel for self-igniting ner internal combustion engines with fuel.
  • fuel injection systems are also fuel injection systems (common rail).
  • Accumulator injection systems e.g. B. allow to adjust the injection pressure load and speed of the internal combustion engine in an advantageous manner. The highest possible injection pressure is generally required to achieve high specific outputs and to reduce emissions.
  • a pressure booster can be used on common rail systems to further increase the pressure in storage injection systems.
  • DE 199 10 970 AI discloses a fuel injection device.
  • the fuel injection device has a transmission unit arranged between a pressure storage space and a nozzle space, the pressure chamber of which is connected to the nozzle space via a pressure line. Furthermore, a bypass line connected to the pressure storage space is provided.
  • the bypass line is connected directly to the pressure line.
  • the bypass line can be used for a pressure injection and is arranged parallel to the pressure chamber, so that the bypass line is continuous regardless of the movement and position of a displaceable pressure medium of the pressure translation unit.
  • This solution offers the possibility of a dosed nor injection with small tolerances due to low, ie. H. injection pressure not translated. By switching between the injection pressures, flexible post-injection or multiple post-injections can be realized at high or low injection pressures.
  • Driving a pressure intensifier generates a pressure oscillation in the line between the pressure intensifier and the high-pressure storage space, which is undesirable Pressure course of the injection pressure causes.
  • Large quantities of fuel are drawn from the high-pressure accumulator during injection.
  • the resulting injection pressure curve is characterized by a pronounced pressure maximum with a subsequent pressure drop towards the end of the injection.
  • This injection pressure curve leads to a deterioration in the emission results for self-igniting ner internal combustion engines and to high peak loads on the components.
  • the pressure increase that occurs is limited in time and is not sufficient, for example, for the injection times required for commercial vehicles, so that an undesirable pressure drop occurs towards the end of injection.
  • a throttle assigned to the high-pressure storage space can suppress the pressure wave during the injection, but there is a pressure drop at the throttle, as a result of which the achievable injection pressure and the efficiency of the fuel injection system are reduced.
  • the pressure vibrations occurring when fuel is removed from the high-pressure storage space can be reduced.
  • the compensation device extinguishes a pressure shrinkage that occurs at the beginning of an injection process and prevents a pressure drop during the injection and in injection phases following the injection.
  • the injection device does not affect the injection pressure and the system efficiency of the fuel injection system.
  • the vacuum wave is reflected at the high-pressure accumulator end of the line as a pressure wave, which can be used to increase the injection pressure level at the fuel injector.
  • this pressure increase is limited in time and decreases towards the end of the injection phase.
  • the pressure drop towards the end of the injection phase leads to a considerable deterioration in the emission results, particularly in the case of self-igniting deceleration machines used in commercial vehicles, due to the longer injection time.
  • the pressure oscillation can be reduced with the compensating device that is accommodated in the line system between the high-pressure storage chamber (common rail) and the fuel injector - be it with or without a pressure intensifier - but also a pressure drop towards the end of the injection phase or be avoided at the beginning of the subsequent injections.
  • This is achieved in that there is a throttled connection between the high-pressure line and the fuel injector at the start of injection serves to reduce the pressure vibrations and after a delay time required to reduce the pressure vibration, an unthrottled connection between the high-pressure storage space and the fuel injector or the pressure intensifier of the fuel injector is released.
  • the high fuel pressure at the high-pressure storage chamber is present at the fuel injector or at the pressure intensifier of the fuel injector.
  • peak loads on the components with regard to the voltages occurring during pressure fluctuations can be avoided and a drop in pressure towards the end of the injection phase or at the beginning of subsequent injections can be prevented, which has a very favorable influence on the emission results of self-igniting internal combustion engines.
  • the throttle cross-section between the line and the high-pressure source or high-pressure accumulator is designed so that there is no or only a slight reflection of the vacuum wave at the end of the line.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the compensation device proposed according to the invention with throttle points arranged outside a compensation element and
  • FIG. 2 shows a further embodiment variant of the compensation device proposed according to the invention, in which throttle points are integrated in the compensation element.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of the compensation device proposed according to the invention, in which the throttling points are arranged outside the compensation device.
  • a fuel injection system 1 comprises a fuel tank 2 which is filled with fuel 3.
  • the fuel 3 is demanded from the fuel tank 2 via a fuel pump 4.
  • the fuel 3 enters the fuel pump 4 on a low pressure side 5 and leaves the fuel umpe 4 on a high pressure side 6.
  • the fuel 3 is a high pressure storage space 7 (common rail) in which fuel pressures up to 1600 bar prevail.
  • the number of high-pressure line connections 8 corresponding to the number of cylinders of the self-igniting internal combustion engine to be supplied with fuel are arranged.
  • Fuel under high pressure is fed via each of the high-pressure connections 8 schematically indicated in FIG. 1 to a high-pressure line 27, which extends from the high-pressure storage space 7 to a pressure intensifier 30 or an injector injector 40.
  • the compensating device proposed according to the invention can also be used on fuel injectors that do not include pressure intensifiers.
  • the compensation device proposed according to the invention is used on fuel injectors with a pressure booster 30, in which a particularly high fuel volume flow occurs from the accumulator and the injection.
  • the compensation device proposed according to the invention can also be used on fuel injectors without pressure intensifiers, which represent large injection quantities.
  • a compensation device 9 proposed according to the invention is integrated into the high-pressure line 27, which extends from each high-pressure line connection 8 of the high-pressure storage space 7 to the fuel injector 40 or to a fuel injector with an associated pressure booster 30.
  • the compensation device 9 comprises a housing 28.
  • a piston-shaped compensation element 11 is movably arranged within the housing 28.
  • a first end face 13 and a second end face 14 are formed on this.
  • the piston-shaped compensating element 11 is biased by a biasing spring 15 within the housing 28 which acts on the second end face 14 of the piston-shaped compensating element 11.
  • the biasing spring 15 is supported on the end face of the housing 28 opposite the second end face 14.
  • a stop element for the second end face 14 of the piston-shaped compensating element 11 can be arranged in the region of this end face.
  • the bias spring 15 is received within a rear space 29 of the housing 28.
  • the first throttle point 19 located in the high-pressure line 27 between the high-pressure storage space 7 and the pressure booster 30 is a compensation space 10 of the compensation device 9 connected in parallel.
  • the compensation chamber 10 is filled with fuel under high pressure via a line section branching off the high-pressure line 27, which enters the compensation chamber 10 at an inlet 16.
  • a stop 12 for the first end face 13 of the piston-shaped compensating element 11 is received within the compensating space 10.
  • the stop 12 can be designed, for example, as a ring or the like embedded in the wall of the housing 28.
  • the compensation space 10 of the compensation device 9 is accordingly limited by the first end face 13 of the piston-shaped compensation element 11 and the end face of the housing 28 receiving the inlet 16.
  • the compensation device 9 according to the exemplary embodiment in FIG. 1 comprises an outlet 17 which extends between the housing 28 and the high-pressure line 27 to the pressure intensifier 30 or to the fuel injector 40.
  • the outlet 17 is designed as a slide 21, via which a slide opening 23 can be opened or closed.
  • the compensating element 11, which is arranged within the housing 28, partially or completely releases the slide opening 23, depending on the pressure relief of the rear space 29, and thus provides an unthrottled connection between the high-pressure storage space 7 and the pressure intensifier 30 or the fuel injector 40, as will be explained in detail below.
  • the compensating device 9 Downstream of the first throttle point 19 accommodated in the high-pressure line 27 and the outlet 17, the compensating device 9 can comprise a throttle section which is identified by reference number 22.
  • the high-pressure fuel stored in the high-pressure storage space 7 flows from the compensating device 9 via the high-pressure line 27 to a pressure intensifier 30.
  • the pressure intensifier 30 comprises a spring-loaded, piston-shaped transmission element 31.
  • the piston-shaped transmission element 31 acts on a high-pressure space 34.
  • the pressure intensifier 30 also includes a work space 32 identified by reference number 32 and a rear space 33.
  • the rear space 33 of the pressure intensifier 30 is a rear space Throttle 36 upstream.
  • a bypass line 37 which includes a check valve 38, is connected in parallel with the pressure booster 30, which can be actuated via a 2/2-way valve that can be configured, for example, as a solenoid valve.
  • the pressure intensifier 30 is actuated by depressurizing the rear space 33 of the pressure intensifier 30 when the 2/2-way valve 35 is switched. If this is connected to a return 52 which opens into the fuel tank 2, flows out of the rear space 33, in which can be arranged around the piston-shaped transmission element 31 acting spring element, from this into the return 52. Thereupon, the piston-shaped transmission element 31 leads into the high-pressure admit 34.
  • a backflow of the fuel flowing out of the high-pressure space 34 into the further high-pressure line 39 via the high-pressure line 27 to the high-pressure storage space 7 is prevented by the check valve 38 contained in the bypass line 37.
  • the fuel the pressure of which is increased in accordance with the pressure intensifier ratio of the pressure intensifier 30, is present via the further high-pressure line 39, both via an inlet throttle 42 in a control chamber 41 and in a nozzle chamber 48 of the fuel injector 40.
  • the control chamber 41 via which the movement of an injection valve member 44 of the fuel injector 40 is controlled, can be relieved of pressure via an outlet throttle 43, which in turn can be connected to the return 52 via a switching valve 45, which can also be designed as a solenoid valve.
  • the flow restrictor 43 is indicated schematically in the illustration according to FIG. 1 and can be formed, for example, by a ball element pressed into a valve seat, via which an outflow of control volumes from the control chamber 41 can be controlled.
  • the fuel injector 40 comprises a nozzle spring chamber 46, in which a nozzle spring 47 is received.
  • the nozzle spring 47 is supported on the one hand on the injector body of the fuel injector 40 and on the other hand on an annular surface of the injection valve member 44.
  • the nozzle chamber 48 is located below the nozzle spring chamber 46. In the region of the nozzle chamber 48, a pressure shoulder is formed on the injection valve member 44, for example in the form of a nozzle needle.
  • the functioning of the compensation device proposed according to the invention within the high-pressure line 27 between the high-pressure storage space 7 (common rail) and a pressure intensifier 30 of the fuel injector 40 is shown below:
  • the pressure intensifier 30 is controlled via the 2/2-way valve 35; the activation of the fuel injector 40 by actuation of the switching valve 45.
  • the pressure converter 30 can be in front of the fuel injector 40 by a slight amount of time the beginning of the injection can be controlled.
  • the opening speed of the piston-shaped compensating element 11 is set by the cross section of the second throttle point 20 arranged outside the rear space 29. The dimensions of the second throttle point 20 can be used to delay the releases of the slide opening 23.
  • This delay time is set so that the reflection of the vacuum wave is avoided. If the piston-shaped compensating element 11 results in the slide opening 23 being cleared after the stroke 18 has been overcome, a larger flow cross section between the high-pressure line 27 and the high-pressure storage space 7 is released. As a result, no pressure loss occurs at the first throttle point 19 in subsequent injection phases.
  • the compensating device 9 can contain a throttle section 22, which can be connected downstream of the first throttle point 19 with respect to the pressure intensifier 30 in relation to the pressure intensifier 30 and either outside or inside the Compensating device 9 can be formed.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the compensation device proposed according to the invention, in which the throttle points are integrated in the compensation element.
  • fuel 3 is conveyed from the fuel tank 2 via the fuel pump 4 into the high-pressure storage space 7.
  • the high pressure side of the fuel pump 4 is identified by reference number 6, the low pressure side of the fuel pump by reference number 5.
  • a plurality of fuel line connections 8 are provided on the high-pressure storage space 7, the number of which corresponds to the spaces 51 to be supplied with fuel of the internal combustion engine.
  • the first throttle point 19 and the second throttle point 20 are integrated into the piston-shaped compensating element 11 in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the piston-shaped compensating element 11 has a first end face 13 and a second end face 14.
  • a second tension spring 15 engages on the second end face 14 and is supported on the side of the housing 28 opposite the second end face 14.
  • the housing 28 surrounds the compensating element 11.
  • the compensating element 11 divides the housing 28 into the compensating space 10 and the rear space 29.
  • the ring-shaped stop for the first end face 13 of the piston-shaped compensating element 11 is let in.
  • the compensation chamber 10 is acted upon at the inlet 16 directly via the high-pressure line connection 8 of the high-pressure storage chamber 7 with fuel under high pressure.
  • the piston-shaped compensating element 11 is traversed by a channel 24, within which the first throttle point 19 and the further, second throttle point 20 are formed.
  • the channel 24 represents a flow connection between the compensation chamber 10 and the rear chamber 29 of the compensation device 9.
  • a branch extends, which opens into an annular space 26 formed on the peripheral surface of the piston-shaped compensation element 11.
  • the extent of the annular space 26 on the circumferential surface of the piston-shaped compensating element 11 corresponds to the axial extent - in relation to the housing 28 - of the slide opening 23 on the housing 28.
  • Reference number 18 denotes the stroke path that must first be overcome by the piston-shaped compensating element 11 before an unthrottled connection is created between the high pressure storage space 7 and the high pressure line 27.
  • the slide opening 23 represents the outlet 17 of the housing 28 of the compensating device 9.
  • the high-pressure line 27 extends from the outlet 17 to the pressure booster 30.
  • the rear space throttle 36 which is assigned to the pressure booster 30, is acted upon by high-pressure fuel, which is fed via the rear space throttle 36 into the rear space 33 of the Pressure intensifier 30 flows.
  • the working space 32 of the pressure converter 30 is also acted upon by fuel under high pressure.
  • the piston-shaped transmission element 31 acts on the high-pressure chamber 34 of the pressure intensifier 30.
  • the pressure intensifier 30 is actuated by relieving the pressure in the rear chamber 33 when the 2/2-way valve 35 is actuated, which is connected to the fuel tank 2 via a return 52.
  • the bypass line 37 in which a check valve 38 is received, is connected in parallel with the pressure booster 30.
  • Another high-pressure line 39 extends from the high-pressure chamber 34 of the pressure booster 30 to the fuel injector 40.
  • the further high-pressure line 39 merges into the nozzle chamber inlet 49 at the end of the fuel injector 40 on the combustion chamber side.
  • the control chamber 41 is directly supplied with fuel via the inlet throttle 42 and the nozzle chamber 48, which fuel is at a pressure which is again higher than the pressure level of the high-pressure storage chamber 7.
  • the fuel which is under a further increased pressure, flows via the inlet throttle 42 into the control chamber 41, which can be relieved of pressure via the outlet throttle 43.
  • the switching valve 45 of the outlet throttle 43 is actuated, which can be designed as a solenoid valve and is also connected to the fuel tank 2 of the fuel injection system 1 via a return line 52.
  • the fuel injector 40 also includes a nozzle spring chamber 46 in which a nozzle spring 47 is received.
  • the nozzle spring 47 is supported on the one hand on an annular surface of the injection valve member 44; on the other hand, the nozzle spring 47 bears against an annular surface delimiting the nozzle spring chamber 46.
  • the nozzle spring chamber 46 also has a connection to the return 52.
  • the injection valve member 44 which executes a lifting movement due to the pressure relief of the control chamber 41 when the switching valve 45 is actuated, has a pressure shoulder in the region of the nozzle chamber 48.
  • An annular gap extends from the nozzle chamber 48 within the injector body of the fuel injector 40 to the end of the power chamber on the combustion chamber side. fuel injector 40. The fuel flows through the annular gap to injection openings 50, through which the fuel is injected into the combustion chamber 51 of the self-igniting internal combustion engine when the injection valve member 44 is opened.
  • the pressure intensifier 30 is activated via the 2/2-way valve 35, which can be designed as a solenoid valve. This relieves the pressure in the rear space 33 of the pressure booster 30 in the return 52.
  • the piston-like translation element 31 of the pressure booster 30 moves into the high pressure space 34.
  • the switching valve 45 is actuated to relieve the pressure in the control chamber 41 of the fuel injector 40.
  • the compensating device 9 proposed according to the invention causes a reflection of the vacuum wave at the end of the high pressure line 27 facing the high pressure storage space 7 (common rail) by means of the suppressed in the piston-shaped compensating element 11 integrated first throttle point 19.
  • the pressure level prevailing within the high-pressure storage chamber 7 acts on the first end face 13 of the piston-shaped compensation element 11 via the high-pressure line connection 8 of the high-pressure storage chamber 7 that acts on the inlet 16 of the compensation chamber 10.
  • the slide 21, formed by the head region of the piston-shaped compensating element 11 and the wall of the housing 28 of the compensating device 9 is initially closed. Due to the higher pressure within the compensation space 10, which acts on the first end face 13 of the piston-shaped compensation element 11, the piston-shaped compensation element 11 is displaced in the opening direction against the biasing spring 15.
  • the opening speed with which the piston-shaped compensating element 11 moves within the housing 28 is determined by the second throttle point 20 also arranged in the channel 24.
  • the slide opening 23 is released, as a result of which an unthrottled connection between the high-pressure line 27 to the pressure booster 30 and the high-pressure storage space 7 (common rail) is established.
  • the opening speed of the piston- which can be controlled by the dimensioning of the second throttle point 20 within the piston-shaped compensating element 11 Shaped compensating element 11 allows an unthrottled connection between the high pressure line 27 and the high pressure storage space 7 only after the reflection of the vacuum wave has been extinguished by the first throttle point 19. Because of this, there is no pressure loss at the first throttle point 19 in the subsequent injection phases.
  • a throttled connection is established via the first throttle position 19 integrated in the piston-shaped compensation element 11 between the high-pressure line 27 and the high-pressure storage space 27 at the start of an injection.
  • the open slide valve 21, ie. H. by releasing the slide opening 23 in the housing 28 an unthrottled connection between the high-pressure storage chamber 7 and the high-pressure line 27 via the compensation chamber 10, via which the pressure intensifier 30 of the fuel injector 40 is subjected to fuel under high pressure.
  • Both the first exemplary embodiment according to FIG. 1 and the second exemplary embodiment according to FIG. 2 can be used to reduce the pressure oscillation at the start of an injection, but a pressure drop during the injection and in subsequent injection phases is prevented, so that the injection pressure and the system efficiency not get worse.
  • the compensation device 9 proposed according to the invention an injection pressure curve can be achieved which, compared to previous injection pressure curves in fuel injectors with pressure intensifiers without compensation device 9, has smoothed pressure maxima and has no impermissible pressure drop towards the end of the injection. On the one hand, this significantly improves the emission results of self-igniting internal combustion engines and extends the service life of the components of the fuel injection system by reducing the peak loads.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zwischen ei­nem Hochdruckspeicherraum (8) und einem Düsenraum (48) angeordneten Drucküberset­zer (30). Dessen Hochdruckraum (34) ist bei der Druckleitung (39, 49) mit einem Ein­spritzventilglied (44) eines Kraftstoffinjektors (40) betätigenden Steuerraum (41) und mit dem Düsenraum (48) verbunden. In einer Hochdruckleitung (8, 27) zwischen dem Hoch­druckspeicherraum (7) und dem Kraftstoffinjektor (40) ist eine Ausgleichseinrichtung (9) angeordnet, welche zwischen dem Hochdruckspeicherraum (7) und dem Kraftstoffinjektor (40) eine gedrosselte Verbindung (19) oder eine ungedrosselte Verbindung (21) erstellt.

Description

Einrichtung zur Unterdrückung von Druckwellen an Speichereinspritzsystemen
Technisches Gebiet
Zur Versorgung von Brennräurnen selbstzündender Nerbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pump-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speic ereinspritzsysteme (Common rail) zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme z. B. ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifi- scher Leistungen und zur Reduktion der Emissionen ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlich.
Stand der Technik
Aus Festigkeitsgründen ist das erreichbare Druckniveau bei heute eingesetzten Speichereinspritzsystemen (common rail) zur Zeit auf etwa 1800 bar begrenzt. Zur weiteren Drucksteigerung in Speichereinspritzsystemen kann an Common-Rail-Systemen ein Druckverstärker eingesetzt werden.
DE 199 10 970 AI offenbart eine __raftstoffeinspritzeinrichτung. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine zwischen einem Druckspeicherraum und einem Düsenraum angeordnete Übersetzungseinheit auf, deren Druckkammer über eine Druckleitung mit dem Düsenraum verbunden ist. Weiterhin ist eine am Druckspeicherraum angeschlossene Bypass-Leitung vorgesehen. Die Bypass-Leitung ist direkt mit der Druckleitung verbunden. Die Bypass-Leitung ist für eine Druckeinspritzung verwendbar und ist parallel zur Druckkammer angeordnet, so dass die Bypass-Leitung unabhängig von der Bewegung und Stellung eines verschieblichen Druckmittels der Druckübersetzungeinheit durchgängig ist. Diese Lösung offeriert die Möglichkeit einer dosierbaren Noreinspritzung mit geringen Toleranzen durch geringen, d. h. nicht übersetzten Einspritzdruck. Durch ein Umschalten zwi- sehen den Einspritzdrücken lassen sich eine flexible Νacheinspritzung oder mehrere Νach- einspritzungen bei hohem bzw. niedrigem Einspritzdruck realisieren.
Das Ansteuern eines Druckübersetzers erzeugt eine Druckschwingung in der Leitung zwischen dem Druckübersetzer und dem Hochdruckspeicherraum, die einen unerwünschten Druckverlauf des Einspritzdruckes hervorruft. Während der Einspritzung werden große Mengen Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher entnommen. Der sich ergebende Einspritz- Druckverlauf ist durch ein ausgeprägtes Druckmaximum mit einem anschließenden Druckabfall gegen Einspritzende hin charakterisiert. Dieser Einspritz-Druckverlauf führt zu einer Verschlechterung der Emissionsergebnisse bei selbstzündenden Nerbrennungskraftmaschinen und zu hohen Spitzenbelastungen der Bauteile. Die sich einstellende Druckerhöhung ist zeitlich begrenzt und reicht beispielsweise für die bei Νutzkraftfahrzeugen geforderten Einspritzzeiten nicht aus, so dass zum Einspritzende hin ein unerwünschter Druckabfall auftritt. Durch eine dem Hochdruckspeicherraum zugeordnete Drossel lässt sich die Druckwelle während der Einspritzung zwar unterbinden, es entsteht jedoch ein Druckabfall an der Drossel, wodurch der erreichbare Einspritzdruck und der Wirkungsgrad des Kraft- stoffeinspritzsystemes verringert werden.
Darstellung der Erfindung
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung zwischen einem Hochdruckspeicherraum und einem Kraftstoffinjektor können die bei der Entnahme von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum auftretenden Druckschwingungen reduziert werden. Die Ausgleichseinrichtung löscht eine Druckschwindung, die zu Beginn eines Einspritz- Vorganges auftritt, aus und verhindert einen Druckabfall während der Einspritzung und in auf die Einspritzung folgenden Einspritzphasen. Der Einspritzdruck und der Systemwirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems werden durch die Ausgleichseinrichtung nicht beeinträchtigt. Bei der Ansteuerung eines Druckübersetzers eines Kraftstoffinjektors oder eines Kraftstoffinjektors, entsteht durch die aprupte Mengenentnahme eine Unterdruck- welle, die vom Kraftstoffinjektor bzw. Druckübersetzer über die Leitung zum Hochdruckspeicherraum läuft. Die Unterdruckwelle wird am hochdruckspeicherseitigen Ende der Leitung als Überdruckwelle reflektiert, die zur Erhöhung des Einspritzdruckniveaus am Kraftstoffinjektor genutzt werden kann. Diese Drucküberhöhung ist jedoch zeitlich begrenzt und nimmt gegen Ende der Einspritzphase ab. Der Druckabfall gegen Ende der Ein- spritzphase führt insbesondere bei in Νutzfahrzeugen eingesetzten selbstzündenden Ver- brermungsl afhnaschinen aufgrund der längeren Einspritzzeit zu einer erheblichen Verschlechterung der Emissionsergebnisse.
Mit der Ausgleichseinrichtung, die im Leitungssystem zwischen dem Hochdruckspeicher- räum (Common rail) und dem Kraftstoffinjektor -, sei er mit, sei er ohne Druckübersetzer ausgeführt - aufgenommen ist, kann die Druckschwingung abgebaut werden, jedoch ebenfalls ein Druckabfall gegen Ende der Einspritzphase bzw. zu Beginn der Folgeeinspritzungen vermieden werden. Die wird dadurch erreicht, dass bei Einspritzbeginn eine gedrosselte Verbindung zwischen der Hochdruckleitung und dem Kraftstoffinjektor besteht, die zum Abbau der Druckschwingungen dient und nach einer Verzögerungszeit, die zum Abbau der Druckschwingung erforderlich ist, eine ungedrosselte Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherraum und dem Kraftstoffinjektor bzw. dem Druckübersetzer des Kraftstoffinjektors freigegeben wird. Damit steht in der Einspritzphase nach Abbau der Druck- Schwingung der am Hochdruckspeicherraum anstehende hohe Kraftstoffdruck am Kraft- stoffϊnjektor bzw. am Druckübersetzer des Kraftstoffinjektors an. Somit lassen sich sowohl Spitzenbelastungen der Bauteile hinsichtlich der bei Druckschwingungen auftretenden Spannungen vermeiden als auch ein Druckabfall gegen Ende der Einspritzphase bzw. zu Beginn von Folgeeinspritzungen unterbinden, was die Emissionsergebnisse selbstzünden- der Verbrennungskraftmaschinen sehr günstig beeinflusst. Der Drosselquerschnitt zwischen Leitung und Hochdruckquelle bzw. Hochdrackspeicher wird so ausgelegt, dass keine oder lediglich eine geringe Reflektion der Unterdruckwelle am Leitungsende erfolgt.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine erste Ausfuhrungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung mit ausserhalb eines Ausgleichselementes angeordneter Drosselstellen und
Figur 2 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aus- gleichseinrichtung, bei der Drosselstellen in das Ausgleichselement integriert sind.
Ausfunrungsvarianten
Figur 1 ist eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung zu entnehmen, bei der die Drosselstellen ausserhalb der Ausgleichseinrichtung angeordnet sind.
Gemäß des in Figur 1 dargestellten ersten Ausfuhrungsbeispieles der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinrichtung, umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 einen Kraftstofftank 2, welcher mit Kraftstoff 3 befüllt ist. Aus dem Kraftstofftank 2 wird der Kraftstoff 3 über eine Kraftstoffpumpe 4 gefordert. Der Kraftstoff 3 tritt in die Kraftstoffpumpe 4 auf einer Niederdruckseite 5 ein und verlässt die Kraftstof umpe 4 auf einer Hochdruckseite 6. Der Kraftstoff 3 wird durch die Kraftstoffpumpe 4 einem Hochdruckspeicherraum 7 (Common rail) zugeführt, in welchem Kraftstoffdrücke bis 1600 bar herrschen . An der Aussenseite des Hochdruckspeicherraumes 7 sind in der der Zylinderzahl der mit Kraftstoff zu versorgenden selbstzündenden Verbrermungskraftmaschine entsprechender Anzahl Hochdruckleitungsanschlüsse 8 angeordnet. Über jeden der in Figur 1 schematisch angedeuteten Hochdruckanschlüsse 8 wird einer Hochdruckleitung 27, die sich vom Hochdruckspeicherraum 7 zu einem Druckübersetzer 30 bzw. einem I raftstoffinjektor 40 erstreckt, unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt.
Wenn gleich nachfolgend Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung beschrieben werden, die an Kraftstoffinjektoren 40 mit einem Druckübersetzer 30 eingesetzt werden, kann die nachfolgend detaillierter beschriebene Ausgleichseinrichtung auch an solchen Kraftstoffinjektoren eingesetzt werden, die keine Druckübersetzer umfassen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgleichseinrichtung wird an Kraftstoffinjektoren mit Druckübersetzer 30 eingesetzt, bei denen und der Ein- spritzung ein besonders hoher Kraftstoffvolumenstrom aus dem Speicher auftritt. Hingegen ist der Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung auch an Kraftstoffinjektoren ohne Druckübersetzer möglich, welche große Einspritzmengen darstellen.
In die Hochdruckleitung 27, welche sich von einem jeden Hochdruckleitungsanschlus 8 des Hochdruckspeicherraumes 7 zum Kraftstoffinjektor 40 bzw. zu einem Kraftstoffinjektor mit zugeordnetem Druckübersetzer 30 erstreckt, ist eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgleichseinrichtung 9 integriert. Gemäß des in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels einer Ausgleichseinrichtung 9, umfasst die Ausgleichseinrichtung 9 ein Gehäuse 28. Innerhalb des Gehäuses 28 ist ein kolbenförmig ausgebildetes Ausgleichselement 11 bewegbar angeordnet. An diesem sind eine erste Stirnseite 13 und eine zweite Stirnseite 14 ausgebildet. Das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 ist durch eine innerhalb des Gehäuses 28, die zweite Stirnseite 14 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselement 11 beaufschlagende Vorspannfeder 15 vorgespannt. Die Vorspannfeder 15 stützt sich an der der zweiten Stirnseite 14 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 28 ab. Im Bereich dieser Stirnseite kann ein Anschlagelement für die zweite Stirnseite 14 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselements 11 angeordnet sein. Die Vorspannfeder 15 ist innerhalb eines Rückraumes 29 des Gehäuses 28 aufgenommen. Dem Rückraum 29 des Gehäuses 28 ist eine ausserhalb des Gehäuses 28 angeordnete weitere, zweite Drosselstelle 20 zugeordnet, die in die Hochdruckleitung 27 mündet. Darüber hinaus ist in der Hoch- druckleitung 27 zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und dem Druckübersetzer 30 eine erste Drosselstelle 19, ebenfalls ausserhalb des Gehäuses 28 liegend, angeordnet.
Die in der Hochdruckleitung 27 zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und dem Druckübersetzer 30 liegende erste Drosselstelle 19 ist einem Ausgleichsraum 10 der Ausgleich- seinrichtung 9 parallel geschaltet. Der Ausgleichsraum 10 wird über einen von der Hochdruckleitung 27 abzweigenden Leitungsabschnitt mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt, der an einem Einlass 16 in den Ausgleichsraum 10 eintritt. Innerhalb des Ausgleichsraumes 10 ist ein Anschlag 12 für die erste Stirnseite 13 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 aufgenommen. Der Anschlag 12 kann beispielsweise als ein in die Wandung des Gehäuses 28 eingelassener Ring oder dergleichen ausgebildet sein. Der Ausgleichsraum 10 der Ausgleichseinrichtung 9 wird demnach von der ersten Stirnseite 13 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 und der den Einlass 16 aufnehmenden Stirnseite des Gehäuses 28 begrenzt.
Die Ausgleichseinrichtung 9 gemäß des Ausführungsbeispieles in Figur 1 umfasst einen Auslass 17, der sich zwischen dem Gehäuse 28 und der Hochdruckleitung 27 zum Druckübersetzer 30 bzw. zum I raftstoffinjektor 40 erstreckt. Der Auslass 17 ist als Schieber 21 ausgebildet, über welchen eine Schieberöffhung 23 freigegeben bzw. verschlossen werden kann. Nach Überwindung eines mit Bezugszeichen 18 gekennzeichneten Hubweges gibt das Ausgleichselement 11, welches innerhalb des Gehäuses 28 angeordnet ist, die Schieberöffhung 23 teilweise oder vollständig, je nach Druckentlastung des Rückraumes 29, frei und stellt somit eine ungedrosselte Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und dem Druckübersetzer 30 bzw. den Kraftstoffinjektor 40 her, wie nachfolgend noch eingehend erläutert wird.
Der in der Hochdruckleitung 27 aufgenommenen ersten Drosselstelle 19 sowie dem Auslass 17 nachgeschaltet, kann die Ausgleichseinrichtung 9 eine Drosselstrecke, die mit Bezugszeichen 22 gekennzeichnet ist, umfassen. Entsprechend des in Fig. 1 darstellten Pfeiles strömt der im Hochdruckspeicherraum 7 gespeicherte, unter hohem Druck stehende Kraftstoff von der Ausgleichseinrichtung 9 über die Hochdruckleitung 27 einen Druckübersetzer 30 zu. Der Drackübersetzer 30 umfasst ein federbeaufschlagtes, kolbenförmig ausgebildetes Übersetzungselement 31. Das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 31 beaufschlagt einen Hochdruckraum 34. Der Druckübersetzer 30 umfasst darüber hinaus einen mit Bezugszeichen 32 identifizierten Arbeitsraum 32 und einen Rückraum 33. Dem Rückraum 33 des Druckübersetzers 30 ist eine Rückraum-Drossel 36 vorgeschaltet. Dem Druckübersetzer 30, der über ein beispielsweise als Magnetventil ausbildbares 2/2-Wege- Ventil betätigbar ist, ist eine Bypass-Leitung 37 parallel geschaltet, die ein Rückschlagventil 38 umfasst. Die Betätigung des Druckübersetzers 30 erfolgt durch eine Druckentlastung des Rückraumes 33 des Druckübersetzers 30 bei Schalten des 2/2- Wege- Ventils 35. Wird dieses mit einem Rücklauf 52 verbunden, der in den Kraftstofftank 2 mündet, strömt aus dem Rückraum 33, in welchem um das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 31 beaufschlagendes Federelement angeordnet sein kann, aus diesem in den Rücklauf 52 ab. Daraufhin f hrt das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 31 in den Hochdruck- räum 34 ein. Dadurch wird Kraftstoff in eine weitere Druckleitung 39 gepumpt, die im Bereich des Kraftstoffrnjektors 40 in einen Düsenzulauf 49 übergeht. Das durch den Druckübersetzer 30 in dessen Hochdruckraum 34 erzeugte Druckniveau übersteigt das Druckniveau, welches innerhalb des Hochdruckspeicherraum.es 7 herrscht, der durch die Rraftstofφumpe 4 beaufschlagt ist.
Ein Rückströmen des aus dem Hochdruckraum 34 in die weitere Hochdruckleitung 39 abströmenden Kraftstoffes über die Hochdruckleitung 27 zum Hochdruckspeicherraum 7 wird durch das in der Bypass-Leitung 37 enthaltende Rückschlagventil 38 verhindert. Über die weitere Hochdruckleitung 39 steht der Kraftstoff, dessen Druck entsprechend des Druckübersetzerverhältnisses des Druckübersetzers 30 erhöht ist, sowohl über eine Zulaufdrossel 42 in einem Steuerraum 41 als auch in einem Düsenraum 48 des Kraftstoffinjektors 40 an. Der Steuerraum 41, über welchen die Bewegung eines Einspritzventilgliedes 44 des Kraftstoffinjektors 40 gesteuert wird, ist über eine Ablaufdrossel 43 druckentlastbar, die ihrerseits über ein Schaltventil 45, welches ebenfalls als Magnetventil ausgebildet sein kann, mit dem Rücklauf 52 verbindbar ist. Die Ablaufdrossel 43 ist in der Darstellung gemäß Figur 1 schematisch angedeutet und kann beispielsweise durch ein in einen Ventilsitz gedrücktes Kugelelement gebildet werden, über welches ein Abströmen von Steuervolumen aus dem Steuerraum 41 gesteuert werden kann.
Der Kraftstoffinjektor 40 umfasst neben dem Steuerraum 41 einen Düsenfederraum 46, in welchem eine Düsenfeder 47 aufgenommen ist. Die Düsenfeder 47 stützt sich einerseits am Injektorkörper des Kraftstoffinjektors 40 und andererseits an einer Ringfläche des Einspritzventilgliedes 44 ab. Unterhalb des Düsenfederraumes 46 befindet sich der Düsenraum 48. Im Bereich des Düsenraumes 48 ist am Einspritzventilglied 44 - beispielsweise ausgebildet in Gestalt eine Düsennadel - eine Druckschulter ausgebildet. Über den Düsenraum- zulauf 49, in welchen die weitere Hochdruckleitung 39 übergeht, wird unter erhöhtem Kraftstoffdruck stehender Kraftstoff in den Düsenraum 48 eingeleitet, der bei Druckentlastung des Steuerraumes 41 über die Ablaufdrossel 43 und die Wirksamkeit der hydrauli- sehen Fläche der Druckschulter eine Öffhungsbewegung des Einspritzventilgliedes 44 herbeifuhrt. Durch die Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes 44 werden Einspritzöffnungen 50 freigegeben, die in einen mit Bezugszeichen 51 identifizierten Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine münden, der hier jedoch nur schematisch angedeutet ist.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung innerhalb der Hochdruckleitung 27 zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 (Common rail) und einem Druckübersetzer 30 des Kraftstoffinjektors 40 wird nachfolgend dargestellt: Die Ansteuerung des Druckübersetzers 30 erfolgt über das 2/2-Wege- Ventil 35; die An- steuerung des Kraftstoffinjektors 40 durch Betätigung des Schaltventils 45. Zur Sicherstellung eines erhöhten Kjaftstoffdruckes, d. h. eines Kraftstoffdruckes, der überhalb dem im Hochdruckspeicherraum 7 herrschenden Kraftstoffhiveaus liegt, kann der Drucküber- setzer 30 um eine geringfügige Zeitspanne vor dem Kraftstoffinjektor 40 in Bezug auf den Beginn der Einspritzung angesteuert werden. Beim Ansteuern des Druckübersetzers 30 entsteht in der Hochdruckleitung 27 zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und dem Druckübersetzer 30 eine Unterdruckwelle, da schlagartig ein größeres Kraftstoffvolumen aus der Hochdruckleitung 27 abströmt. Eine Reflektion der sich bei Einspritzbeginn ein- stellenden Unterdruckwelle am dem Hochdruckspeicherraum 7 zugewandten Ende der Hochdruckleitung 27 wird durch die erste Drosselstelle 19, die gemäß des ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung 9 ausserhalb des Gehäuses 28 angeordnet ist, unterdrückt. Da jedoch die erste Drosselstelle 19 alleine zu einem unzulässig hohen Druckabfall während der Einspritzung führen würde, wird bei ge- schlossenem Schieber 21, an der Ausgleichseinrichtung 9 eine Druckdifferenz am kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselement 11 wirksam. Der Ausgleichsraum 10, über welchen die erste Stirnseite 13 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 beaufschlagt ist, ist der ersten Drosselstelle 19 parallel geschaltet. Aufgrund des Druckabfalls an der ersten Drosselstelle 19 und des über des am Einlass 16 anstehenden Druckes im Hoch- druckspeicherraum 7 wird das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 entgegen der Wirkung der Vorspannfeder 15 in Öffhungsrichtung bewegt. Ist ein Hubweg 18 in Öffnungsrichtung überwunden, öffnet der Schieber 21, der durch das Gehäuse 28 und einen Kopfbereich des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselement 11 gebildet wird, wodurch eine Schieberöffhung 23 freigegeben wird. Die Öff ungsgeschwindigkeit des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 wird durch den Querschnitt der ausserhalb des Rückraumes 29 angeordneten zweiten Drosselstelle 20 eingestellt. Durch die Dimensionierung der zweiten Drosselstelle 20 kann eine Verzögerung der Freigäbe der Schieberöffhung 23 erreicht werden. Diese Verzögerungszeit wird so eingestellt, dass die Reflektion der Unterdruckwelle vermieden wird. Ergibt das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 die Schieberöffhung 23 nach Überwinden des Hubweges 18 frei, ist ein größerer Strömungsquerschnitt zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Hochdruckspeicherraum 7 freigegeben. Aufgrunddessen tritt in nachfolgenden Einspritzphasen kein Druckverlust an der ersten Drosselstelle 19 auf. Zur Stabilisierung der Öffhungsphase, d. h. der Ansprechphase des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11, kann die Ausgleichsein- richtung 9 eine Drosselstrecke 22 enthalten, die in Zuströmrichtmig des Kraftstoffes in Bezug auf den Druckübersetzer 30, der ersten Drosselstelle 19 nachgeschaltet sein kann und entweder ausserhalb oder innerhalb der Ausgleichseinrichtung 9 ausgebildet werden kann. Demnach herrscht zu Beginn und unmittelbar nach der Einspritzung eine gedrosselte Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Hochdruckspeicherraum 7 über die erste Drosselstelle 19 und nach einer durch die Dimensionierung der zweiten Drosselstelle 20 einstellbaren Verzögerungszeit, eine ungedrosselte Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und der Hochdruckleitung 27 zum Druckübersetzer 30 über die nunmehr in geöffneter Stellung stehende Schieberöffhung 23.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung, bei der die Drosselstellen in das Ausgleichselement integriert sind. Gemäß des in Figur 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispieles wird Kraftstoff 3 vom Kraftstofftank 2 über die Kraftstoffpumpe 4 in den Hochdruckspeicherraum 7 befördert. Die Hochdruckseite der Kraftstoffpumpe 4 ist durch Bezugszeichen 6, die Niederdruckseite der Kraftstoffpumpe durch Bezugszeichen 5 gekennzeichnet. Am Hochdruckspeicherraum 7 sind mehrere Kraftstoffleitungsanschlüsse 8 vorgesehen, deren Anzahl der mit Kraftstoff zu versorgenden Räume 51 der Verbrennungskraftmaschine entspricht.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausfuhrungsbeispiel der vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung 9 sind gemäß des in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles die erste Drosselstelle 19 sowie die zweite Drosselstelle 20 in das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 integriert. Das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 weist eine erste Stirnseite 13 sowie eine zweite Stirnseite 14 auf. An der zweiten Stirnseite 14 greift eine Norspannfeder 15 an, die sich an der der zweiten Stirnseite 14 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 28 abstützt. Das Gehäuse 28 umschliesst das Ausgleichselement 11. Durch das Ausgleichselement 11 wird das Gehäuse 28 in den Ausgleichsraum 10 sowie den Rückraum 29 unterteilt. Im Ausgleichsraum 10 ist der ringförmig ausbildbare Anschlag für die erste Stirnseite 13 des kolbenförmig ausgebildeten Aus- gleichselement 11 eingelassen. Der Ausgleichsraum 10 wird am Einlass 16 unmittelbar über den Hochdruckleitungsanschluss 8 des Hochdruckspeicherraumes 7 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt.
Das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 ist gemäß des in Figur 2 dargestell- ten Ausfuhrungsbeispieles von einem Kanal 24 durchzogen, innerhalb dessen die erste Drosselstelle 19 sowie die weitere, zweite Drosselstelle 20 ausgebildet sind. Der Kanal 24 stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem Ausgleichsraum 10 und dem Rückraum 29 der Ausgleichseinrichtung 9 dar. Vom Kanal 24 ausgehend, erstreckt sich ein Abzweig 25, der in einem an der Umfangsfläche des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselement 11 ausgebildeten Ringraum 26 mündet. Die Erstreckung des Ringraumes 26 an der Umfangsfläche des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 entspricht der axialen Erstreckung - in Bezug auf das Gehäuse 28 - der Schieberöffhung 23 am Gehäuse 28. Mit Bezugszeichen 18 ist der Hubweg bezeichnet, der zunächst vom kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselement 11 überwunden werden muss, bevor eine ungedrosselte Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und der Hochdruckleitung 27 geschaffen wird. Die Schieberöffhung 23 stellt den Auslass 17 des Gehäuses 28 der Ausgleichseinrichtung 9 dar.
Vom Auslass 17 erstreckt sich die Hochdruckleitung 27 zum Druckübersetzer 30. Über die Hochdruckleitung 27 wird die Rückraum-Drossel 36, die dem Druckübersetzer 30 zugeordnet ist, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, welcher über die Rückraum-Drossel 36 in den Rückraum 33 des Druckübersetzers 30 einströmt. Gleichzeitig ist der Arbeitsraum 32 des Drackübersetzers 30 ebenfalls mit unter hohem Druck ste- henden Kraftstoff beaufschlagt. Das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 31 beaufschlagt den Hochdruckraum 34 des Druckübersetzers 30. Eine Betätigung des Druckübersetzers 30 erfolgt durch Druckentlastung des Rückraumes 33 bei Betätigung des 2/2- Wege- Ventils 35, welches über einen Rücklauf 52 mit dem Kraftstofftank 2 in Verbindung steht. Dem Druckübersetzer 30 ist die Bypass-Leitung 37 parallel geschaltet, in der ein Rückschlagventil 38 aufgenommen ist.
Vom Hochdruckraum 34 des Druckübersetzers 30 erstreckt sich eine weitere Hochdruckleitung 39 zum Kraftstoffinjektor 40. Die weitere Hochdruckleitung 39 geht am brenn- raumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 40 in den Düsenraumzulauf 49 über. Über die weitere Hochdruckleitung 39 wird der Steuerraum 41 über die Zulaufdrossel 42 und der Düsenraum 48 unmittelbar mit Kraftstoff beaufschlagt, der unter einem - im Vergleich zum Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes 7 - nochmals erhöhten Druck steht. Der unter nochmals erhöhten Druck stehende Kraftstoff strömt über die Zulaufdrossel 42 in den Steuerraum 41 ein, der über die Ablaufdrossel 43 druckentlastbar ist. Zur Druckentlastung des Steuerraumes 41 - und damit zur Betätigung des Einspritzventilgliedes 44 des Kraftstoffinjektors 40 erfolgt die Betätigung des Schaltventiles 45 der Ablaufdrossel 43, welches als ein Magnetventil ausgebildet werden kann und über eine Rücklaufleitung 52 ebenfalls mit dem Kraftstofftank 2 des Kraftstoffeinspritzsystemes 1 verbunden ist.
Der Kraftstoffinjektor 40 umfasst darüber hinaus ein Düsenfederraum 46, in dem eine Düsenfeder 47 aufgenommen ist. Die Düsenfeder 47 stützt sich einerseits an eine Ringfläche des Einspritzventilgliedes 44 ab; andererseits liegt die Düsenfeder 47 an einer den Düsenfederraum 46 begrenzenden Ringfläche an. Der Düsenfederraum 46 weist ebenfalls eine Verbindung zum Rücklauf 52 auf.
Das Einspritzventilglied 44, welches durch die Druckentlastung des Steuerraumes 41 bei Betätigung des Schaltventiles 45 eine Hubbewegung ausführt, weist im Bereich des Düsenraumes 48 eine Druckschulter auf. Vom Düsenraum 48 erstreckt sich ein Ringspalt innerhalb des Injektorkörpers des Kraftstoffinjektors 40 zum brennraumseitigen Ende des Kraft- stoffinjektors 40. Der Kraftstoff strömt über den Ringspalt Einspritzöffhungen 50 zu, über welche der Kraftstoff beim Öffnen des Einspritzventilgliedes 44 in den Brennraum 51 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 51 der selbstzündenden Verbrennungs- kraftmaschine erfolgt eine Ansteuerung des Druckübersetzers 30 über das 2/2-Wege- Ventil 35, welches als Magnetventil ausgebildet werden kann. Dadurch erfolgt eine Druckentlastung des Rückraumes 33 des Druckübersetzers 30 in den Rücklauf 52. Das kolbenartig ausgebildete Übersetzungelement 31 des Druckübersetzers 30 fährt in den Hochdruckraum 34 ein. Parallel oder mit geringem zeitlichen Versatz zur Ansteuerung des 2/2-Wege- Ventiles 35 des Drucküberetzers 30 erfolgt eine , Ansteuerung des Schaltventiles 45 zur Druckentlastung des Steuerraumes 41 des I raftstoffinjektors 40.
Beim Ansteuern des Druckübersetzers 30 entsteht eine Druckschwingung in der Hoch- druckleitung 27 zwischen dem Druckübersetzer 30 und dem Hochdruckspeicherraum 7. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgleichseinrichtung 9 wird eine Reflexion der Unterdruckwelle an dem dem Hochdruckspeicherraum 7 (Common rail) zuweisenden Ende der Hochdruckleitung 27 mittels der in das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 integrierten ersten Drosselstelle 19 unterdrückt. Bei angesteuerten Drucküber- setzer 30 strömt Kraftstoff aus dem Ausgleichsraum 10 über die Drosselstelle 19, den Abzweig 25 in den Ringraum 26 in die Hochdruckleitung 27. Aufgrund des dabei auftretenden Druckabfalles an der Drossel 19 entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem Ausgleichsraum 10 und dem Rückraum 29. Über den den Einlass 16 des Ausgleichsraumes 10 beaufschlagenden Hochdruckleitungsanschluss 8 des Hochdruckspeicherraumes 7 wirkt das Druckniveau, welches innerhalb des Hochdruckspeicherraumes 7 herrscht, auf die erste Stirnseite 13 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 ein. Der Schieber 21, gebildet durch den Kopfbereich des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselement 11 und die Wandung des Gehäuses 28 der Ausgleichseinrichtung 9 ist zunächst geschlossen. Aufgrund des höheren Druckes innerhalb des Ausgleichsraumes 10, welcher auf die erste Stirnseite 13 des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 wirkt, wird das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 in Öffhungsrichtung entgegen der Vorspannfeder 15 verschoben. Die Öffhungsgeschwindigkeit, mit welcher das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 sich innerhalb des Gehäuses 28 bewegt, wird durch die ebenfalls im Kanal 24 angeordnete zweite Drosselstelle 20 bestimmt. Nach Überwinden des mit Bezugszeichen 18 gekennzeichneten Hubweges erfolgt eine Freigabe der Schieberöffhung 23, wodurch sich eine ungedrosselte Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 27 zum Druckübersetzer 30 und dem Hochdruckspeicherraum 7 (Common-rail) einstellt. Die durch die Dimensionierung der zweiten Drosselstelle 20 innerhalb des kolbenförmig ausgebildeten Ausgleichselementes 11 steuerbare Öffhungsgeschwindigkeit des kolben- förmigen Ausgleichselementes 11 gestattet eine Herstellung einer ungedrosselten Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Hochdruckspeicherraum 7 erst, nachdem die Reflektion der Unterdruckwelle durch die erste Drosselstelle 19 ausgelöscht wurde. Aufgrund dessen tritt in den nachfolgenden Einspritzphasen kein Druckverlust an der er- sten Drosselstelle 19 auf.
Auch mit dem in Figur 2 dargestellten Ausfuiirungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung 9 wird bei Beginn einer Einspritzung eine gedrosselte Verbindung über die in das kolbenförmig ausgebildete Ausgleichselement 11 integrierte erste Drosselstellung 19 zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Hochdruckspeicherraum 27 hergestellt. Nach einer durch die Dimensionierung der zweiten Drosselstelle 20 einstellbaren Verzögerungszeit entsteht über die geöffneten Schieber 21, d. h. durch Freigabe der Schieberöffhung 23 im Gehäuse 28 eine ungedrosselte Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherraum 7 und der Hochdruckleitung 27 über den Ausgleichsraum 10, über welche der Druckübersetzer 30 des Krafstoffinjektors 40 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird.
Sowohl mit dem ersten Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 als auch mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist ein Abbau der Druckschwingung zu Beginn einer Ein- spritzung realisierbar, jedoch wird ein Druckabfall während der Einspritzung und in nachfolgende Einspritzphasen verhindert, so dass der Enspritzdruck und der Systemwirkungsgrad nicht verschlechtert werden. Durch Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichseinrichtung 9 lässt sich ein Einspritz-Druckverlauf erreichen, der im Vergleich zu bisherigen Einspritzdruckverläufen bei Kraftstoffinjektoren mit Druckübersetzer ohne Ausgleichseinrichtung 9, geglättete Druckmaxima aufweist und keinen unzulässigen Druckabfall gegen Ende der Einspritzung aufweist. Dadurch lassen sich einerseits die Emissionsergebnisse selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen signifikant verbessern und die Lebensdauer der Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystemes durch Herabsetzen der Spitzenbelastungen verlängern.
Bezugszeichenliste
Kraftstoffeinspritzsystem
Kraftstofftank
Kraftstoff
Kraftstoffpumpe
Niederdruckseite
Hochdruckseite
Hochdruckspeicherraum
Hochdruckleitungsanschluss
Ausgleichseinrichtung
Ausgleichsraum
Kolbenförmiges Ausgleichselement
Anschlag
Erste Stirnseite
Zweite Stirnseite
Vorspannfeder
Einlass
Auslass
Hubweg hi
Erste Drosselstelle (gedrosselte Verbindung)
Zweite Drosselstelle
Schieber (ungedrosselte Verbindung)
Drosselstecke
Schieberöffhung
Durchgangskanal
Abzweig
Ringraum
Hochdruckleitung
Gehäuse
Rückraum
Druckübersetzer
Kolben
Arbeitsraum
Rückraum
Hochdruckraum
2/2-Wege-Ventil
Rückraum-Drossel
Bypass-Leitung Rückschlagventil
Weitere Hochdruckleitung
Kraftstoffinj ektor
Steuerraum
Zulaufdrossel
Ablaufdrossel
Einspritzventilglied
Schaltventil für Ablaufdrossel
Düsenfederraum
Düsenfeder
Düsenraum
Düsenrau zulauf
Einspritzöffhung
Brennraum
Rücklauf

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Hochdruckspeicherraum (7), über welchen einem Kraftstoffinj ektor (40) unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird, mit einem ein Einspritzventilglied (44) des - raftstoffinjektors (40) betätigenden Steuerraum (41) und einem das Einspritzventilglied (44) umgebenden Düsenraum (48), wobei der Hochdruckspeicherraum (7) und der Kraftstoffinjektor (40) über eine Hochdruckleitung (8, 27) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die Hochdruckleitung (8, 27) zwischen dem Hochdruckspeicherraum (7) und dem Kraft- Stoffinjektor (40) eine Ausgleichseinrichtung (9) angeordnet ist, welche zwischen diesen entweder eine gedrosselte Verbindung (19) oder eine ungedrosselte Verbindung (21) herstellt.
2. Kraftstoffeinspritzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- gleichseinrichtung (9) ein innerhalb eines Gehäuses (28) verschiebbar angeordnetes kolbenförmiges Ausgleichselement (11) umfasst.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) an einer seiner Stirnseiten (13, 14) von einer Vorspannfeder beaufschlagt ist, welche das Ausgleichselement (11) an einen in dem Gehäuse der
Ausgleichseinrichtung (9) angeordneten Anschlag (12) anstellt.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) einen Einlass (16) umfasst, über den eine erste Stirnseite (13) des kol- benfδrmigen Ausgleichselementes (11) mit dem im Hochdruckspeicherraum (7) herrschenden hohen Kraftstoffdruckniveau beaufschlagt ist.
5. __raftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse ein in die Hochdruckleitung (27) mündender Auslass (17) durch einen Schie- ber (21) freigebbar ist, der nach Überwindung eines Hubweges (18) eine ungedrosselte
Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherraum (7) und der Hochdruckleitung (27) freigibt.
6. I raftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (9) eine ausserhalb des Gehäuses (28) angeordnete, in die
Hochdruckleitung (27) integrierte erste Drosselstelle (19) und eine einem Rückraum (29) im Gehäuse (28) zugeordnete, weitere zweite Drosselstelle (20) aufweist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosselstelle (19) einem Druckraum (10) des Gehäuses (28) parallel geschaltet ist.
8. Kjraftstoffeinspritzeinrichtang gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosselstelle (19) in der Hochdruckleitung (27) zwischen einem Abzweig zum Einlass (16) und dem Auslass (17) des Gehäuses (28) angeordnet ist.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffhungsgeschwindigkeit des im Gehäuse (28) bewegbar aufgenommenen Ausgleichselementes (11) vom Drosselquerschnitt der dem Rückraum (29) nachgeschalteten zweiten Drosselstelle (20) abhängt.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtiing gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Drosselstelle (19) und dem Auslass (17) des Gehäuses (28) der Ausgleichsein- richtng eine Drosselstecke (22) nachgeschaltet ist.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drosselstelle (19), (20) in das Ausgleichselement (11) integriert ist.
12. I raftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (19), (20) in einem das Ausgleichselement (11) durchziehenden Kanal (24) ausgebildet sind.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosselstelle (19) an einer ersten Stirnseite (13) des Ausgleichselementes (11) mündet und mit einem Auslass (17) im Gehäuse (28) über einen Abzweig (25) in Verbindung steht.
14. I raftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzweig (25) am Ausgleichselement (11) in einem Ringraum (26) mündet, dessen axiale Erstreckung denjenigen einer Schieberöffhung (23) am Auslass (17) des Gehäuses (28) entspricht.
15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor (40) einen in diesen integrierten Druckübersetzer (30) umfasst.
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