EP1611342B1 - Hochdruckleitung für eine kraftstoffeinspritzanlage - Google Patents
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- EP1611342B1 EP1611342B1 EP03811301A EP03811301A EP1611342B1 EP 1611342 B1 EP1611342 B1 EP 1611342B1 EP 03811301 A EP03811301 A EP 03811301A EP 03811301 A EP03811301 A EP 03811301A EP 1611342 B1 EP1611342 B1 EP 1611342B1
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- F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
- F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations
Definitions
- the injector 1 belonging to the combustion chamber 118 is opened.
- the high pressure fuel 106 flows from the injector 1 into the combustion chamber 118.
- the leaked amount of fuel subsequently flows from the common rail 114 to the injector 1.
- a check valve (not shown) can be provided parallel to the throttle (not shown).
- a check valve (not shown) can be provided which opens in the direction of the injector 1.
- this is the throttle as long as ineffective as fuel from the common rail 114 to the injector 1 flows; that is, during injection, this arrangement is ineffective.
- such an arrangement with a check valve per injector is also very expensive.
- the high-pressure line consists of a first section and a second section and that the first section and the second section are connected in parallel, that the first section has an open end and that the second section is a closed section End and that the first portion and the second portion of the high-pressure line unite in the region of the connection to the injector.
- the following effect can be exploited:
- the first section and the second section are hydraulically connected through a throttle. This ensures that even before reaching the junction, namely where there is a hydraulic connection between the first section and second section through the throttle, a large part of the amplitude of the reflected pressure waves is extinguished, so that even at the junction point only very small remaining Pressure waves arrive from the two line sections.
- FIG. 1 which is a known from the prior art high-pressure line 3, which connects a common rail 114 with an injector 1 hydraulically, the already mentioned several times pressure wave and its temporal and local course in the high-pressure line 3 will be explained in more detail.
- x represents a longitudinal coordinate of the high-pressure line 3, whose zero point at the Connection between injector 1 and high pressure line 3 is located.
- the Y-axis of the diagram labeled "p" represents a pressure p (x) in the high-pressure line 3.
- an xp diagram is shown, which represents the pressure curve in the high-pressure line 3 when the pressure wave moves from the injector 1 in the direction of the common rail 114.
- the diagram on the left of the high-pressure line 3 shows a snapshot at a point in time in which there is a maximum 5 of the pressure wave between injector 1 and common rail 114.
- the running direction of the pressure wave is shown by an arrow 7.
- the common rail 114 acts as an open end with respect to the pressure wave with a static pressure.
- the pressure wave is reflected, that is, it changes their direction and now runs from the common rail 114 in the direction of the injector 1.
- changes the sign of the amplitude so that from a pressure reduction is a pressure increase.
- This is indicated by the px diagram on the right of the high-pressure line 3.
- the direction of the arrow 7 has reversed from the representation on the left side of the high-pressure line 3.
- from the pressure reduction has become an increase in pressure, as the comparison of the pressure waves in the px diagrams left and right of the high pressure line 3 results.
- the injector 1 If, however, the injector 1 is closed at the time when the reflected pressure wave reaches it, it represents a closed end for the pressure wave and the wave is again reflected in the direction of the rail, this time while maintaining its amplitude. Now finally forms a very weakly damped, standing wave in the line, the pressure in the injector 1 vibrates after an injection for a long time and there is a significant influence of the distance between two Injections on the second injection.
- a gradient dp / dt is qualitatively represented. This representation is not entirely correct, because in a px diagram a time course of the print "p" is not representable; However, because of the constant propagation speed of the pressure wave in the high-pressure line 3 is a direct relationship between the slope of the edge of the pressure wave, as in the px-diagram according FIG. 1 is shown and as it is defined in connection with the invention, namely as a change with time of the fuel pressure in the high-pressure line 3, here also referred to as gradient dp / dt.
- FIG. 2 a first embodiment of a high-pressure line 3 according to the invention is shown.
- the high pressure line 3 is made in two parts. It has a first section 3.1 and a second section 3.2.
- the first section 3.1 connects the common rail 114 with the injector 1 and has a length L 1 and a hydraulic diameter D 1 .
- the second section 3.2 has a closed end 9 in contrast to the first section 3.1.
- the hydraulic diameters D 1 and D 2 may be substantially the same. Similarly, in many applications, it may be advantageous if the lengths L 1 and L 2 are substantially equal. However, the invention is not limited to these Sizes limited.
- a pressure wave in the form of a pressure reduction which runs through both the first section 3.1 and through the second section 3.2 of the high-pressure line 3.
- the pressure wave is reflected at the open end of the first section 3.1, namely where it opens into the common rail 114, thereby changing its sign. That is, a pressure reduction is an increase in pressure.
- FIG. 3 is a further embodiment of a high-pressure line 1 according to the invention shown.
- An essential difference to the embodiment according to FIG. 2 is that between the injector 1 and the first section 3.1 and the second section 3.2, a third section 3.3 of the high pressure line is present.
- the third section 3.3 has a hydraulic diameter D 3 and a length L 3 . It may be advantageous if the sum of the squares D 1 2 + D 2 2 of the hydraulic diameters D 1 and D 2 is equal to the square D 3 2 of the hydraulic diameter D 3 of the third section 3.3.
- the operations in the first section 3.1 and in the second section 3.2 in this embodiment correspond to the operations previously described with reference to the embodiment of FIG. 2 have been described.
- the pressure wave undergoes a sign reversal in the reflection on the common rail 114, so that from a pressure reduction is a pressure increase.
- FIG. 4 The embodiment according to FIG. 4 is largely the same as in FIG. 3 shown embodiment, wherein only in the second section 3.2, a throttle 11 is provided.
- the injector 1, which is connected to the third section 3.2, is in the FIGS. 4, 5 . 6 and 7 not shown for reasons of space.
- the pressure wave is attenuated in the second section 3.2, so that a complete extinction of the pressure wave at the junction of the first section 3.1 and second section 3.2 no longer takes place.
- This apparent disadvantage compared to the embodiment according to FIG. 3
- the inventive arrangement of the throttle 11 in the second section 3.2 the operating behavior of the internal combustion engine over the entire speed range and under all load conditions in the sum can be improved in some cases, even if certain Load points and speeds may not reach complete extinction of the pressure waves.
- the throttle 11 is not introduced into the section 2 of the conduit 8, but rather connects the first section 3.1 and the second section 3.2 with each other. Since the running away from the injector pressure waves in section 1 and 2 of the line 3 have the same sign, the throttle has no influence on these waves - there is no pressure difference at the throttle. However, the waves reflected at the rail or at the closed end of section 2 have different signs. If they reach the throttle 11, there is a muted pressure equalization between section 1 and 2 and as a result, the reflected waves run in a strongly attenuated form, but continue to opposite sign to the union point, where they completely extinguish. In the embodiment according to FIG.
- the second section 3.2 also represents a hydraulic connection between the third section 3.3 and the common rail 114, but in the second section 3.2 a throttle 11 and a check valve 13 are present.
- the check valve 13 allows the return flow of fuel from the second section 3.2 in the common rail. In the other direction, the check valve locks 13. The check valve remains closed at incoming pressure waves with negative sign and thus continues to represent a closed end with this function unchanged.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Hochdruckleitung für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine.
- Anhand der
Figur 7 wird nachfolgend eine Kraftstoffeinspritzanlage 102 nach dem Stand der Technik einer Brennkraftmaschine erläutert. Die dabei verwandten Bezugszeichen werden auch bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Hochdruckleitung benutzt. - Die in
Figur 7 dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage 102 umfasst einen Kraftstoffbehälter 104 aus dem Kraftstoff 106 durch eine elektrische oder mechanische Kraftstoffpumpe 108 gefördert wird. Über eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 wird der Kraftstoff 106 zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gefördert. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gelangt der Kraftstoff 106 über eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 zu einem Common-Rail 114. An dem Common-Rail 114 sind mehrere Injektoren 1 angeschlossen, die den Kraftstoff 106 direkt in Brennräume 118 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspritzen. Die hydraulische Verbindung zwischen Common-Rail 114 und Injektoren 1 erfolgt über je eine Hochdruckleitung 3. - Zu Beginn einer Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum 118 wird der zu dem Brennraum 118 gehörende Injektor 1 geöffnet. Infolgedessen strömt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff 106 vom Injektor 1 in den Brennraum 118. Die ausgetretene Kraftstoffmenge strömt in der Folge vom Common-Rail 114 zum Injektor 1 nach.
- Da moderne Injektoren 1, insbesondere piezogesteuerte Injektoren, sehr schnell öffnen und schließen, entsteht bei der Betätigung des Injektors 1 eine Druckwelle in der Hochdruckleitung 3, die ausgehend vom Injektor 1 zum Common-Rail 114 läuft. Dort wird die Druckwelle reflektiert und gelangt wieder zum Injektor 1. Je schneller der Injektor 1 öffnet, desto steiler sind die Flanken der Druckwelle. Die Steilheit der Flanken der Druckwelle wird nachfolgend auch als Gradient dp/dt bezeichnet.
- In der Hochdruckleitung 3 und im Injektor 1 wird also unmittelbar nach Beginn einer Einspritzung dem statischen Common-Rail-Druck die Amplitude der zuvor beschriebenen Druckwelle überlagert. In Folge dessen ist der Druck im Injektor 1 nicht konstant, sondern unterliegt erheblichen zeitlichen Schwankungen. Dies gilt insbesondere nicht nur während der Einspritzung selbst, sondern auch für den Zeitraum, der sich an eine Einspritzung anschließt. Da nun die in den Brennraum 118 einspritzte Kraftstoffmenge unter anderem von dem während der Einspritzung herrschenden Druck im Injektor 1 abhängt, hat die o. g. Druckwelle einen unerwünschten Einfluss auf die Einspritzmenge. Dies gilt zum einen dann, wenn die Einspritzdauer länger als die Laufzeit der Druckwelle durch die Hochdruckleitung ist, insbesondere aber wenn eine durch eine Voreinspritzung ausgelöste und am Common-Rail 114 reflektierte Druckwelle während einer nachfolgenden Haupteinspritzung im Injektor 1 wirkt. Damit wird aber auch deutlich, dass die während einer Haupteinspritzung eingespritzte Menge in starkem Maße von deren Abstand von einer vorausgegangenen Voreinspritzung abhängt.
- Aus dem Stand der Technik, beispielsweise
FR 2786225 A - In die Hochdruckleitung 3 wird eine Drossel (nicht dargestellt) eingebaut. Dadurch werden zwar die Druckwellen gedämpft; allerdings reduziert die Drossel auch den am Injektor 1 verfügbaren Einspritzdruck, was unerwünscht ist.
- Zusätzlich kann parallel zu der Drossel (nicht dargestellt) ein Rückschlagventil (nicht dargestellt) vorgesehen werden, das in Richtung der Injektors 1 öffnet. Dadurch werden zwar die Drosselverluste vermieden; allerdings ist dadurch die Drossel solange wirkungslos wie Kraftstoff vom Common-Rail 114 zum Injektor 1 strömt; das heißt während der Einspritzung ist diese Anordnung wirkungslos. Ferner ist eine solche Anordnung mit einem Rückschlagventil pro Injektor auch sehr kostenintensiv.
- Aus der
DE 100 60 811 A1 ist eine Anordnung bekannt bei der im Injektor 1 ein Dämpfungsraum vorgesehen ist, der über eine Drossel mit der Hochdruckleitung 3 hydraulisch in Verbindung steht. - Die Wirkung dieser aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Reduktion von Druckschwingungen in der Hochdruckleitung sind noch verbesserungsbedürftig, insbesondere weil bei mit zunehmenden Einspritzdrücken und immer schneller ansprechenden Injektoren das oben genannte Problem zunimmt.
- Bei einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckleitung ist vorgesehen, dass die Hochdruckleitung aus einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt besteht und dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt parallel geschaltet sind , dass der erste Abschnitt ein offenes Ende aufweist und dass der zweite Abschnitt ein geschlossenes Ende aufweist und dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Hochdruckleitung sich im Bereich des Anschlusses an dem Injektor vereinigen. Bei dieser Konstellation kann folgender Effekt ausgenutzt werden:
- Bei der Reflexion einer Druckwelle an einem offenen Ende, hier im ersten Abschnitt der Hochdruckleitung, dort wo die Hochdruckleitung in den Common-Rail mündet, findet nicht nur eine Reflexion der Druckwelle statt, sondern gleichzeitig auch eine Umkehr des Vorzeichens der Amplitude. Das heißt aus einer Druckabsenkung wird nach der Reflexion eine Druckerhöhung gleichen Betrags.
- Bei der Reflexion einer Druckwelle an einem geschlossenen Ende ändert sich nur die Laufrichtung der Druckwelle, nicht aber das Vorzeichen der Amplitude. Wenn nun der erste Abschnitt mit seinem offenen Ende und der zweite Abschnitt mit seinem geschlossenen Ende im Wesentlichen gleich lang sind, treffen dort, wo sich erster Abschnitt und zweiter Abschnitt vereinigen, zwei Druckwellen aufeinander, die eine gleiche Amplitude aufweisen, wobei das Vorzeichen der Amplitude bei einer Druckwelle positiv ist und bei der anderen negativ ist. Dadurch löschen sich die Druckwellen aus, so dass in Strömungsrichtung gesehen hinter der Vereinigungsstelle von erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt keine Druckwelle mehr vorhanden ist. Es herrscht vielmehr ein konstanter Druck im Injektor und somit auch konstante Anfangsbedingungen zum Beispiel für eine auf eine Voreinspritzung folgende Haupteinspritzung, und zwar unabhängig von deren Abstand voneinander.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kraftstoffhochdruckleitung stehen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt durch eine Drossel hydraulisch in Verbindung. Damit wird erreicht, dass schon vor dem Erreichen der Vereinigungsstelle, nämlich dort wo eine hydraulische Verbindung zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt durch die Drossel besteht, ein Großteil der Amplitude der reflektierten Druckwellen ausgelöscht wird, so dass schon an der Vereinigungsstelle nur noch sehr kleine verbleibende Druckwellen aus den beiden Leitungsabschnitten ankommen.
- In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kraftstoffhochdruckleitung ist in dem Abschnitt 2 der Leitung eine Drossel eingebracht. Dadurch wird ein Teil der Druckwelle abgebaut und es kann trotzdem durch den ersten Abschnitt der Hochdruckleitung eine ausreichende Kraftstoffmenge ohne nennenswerte Druckverluste vom Common-Rail zum Injektor strömen.
- Die Wirkung dieser erfindungsgemäßen Hochdruckleitung kann weiter verbessert werden, indem im zweiten Abschnitt ein in Reihe zu der Drossel geschaltetes Rückschlagventil vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, dass die durch eine Einspritzung ausgelösten Unterdruckwellen wie bisher am geschlossenen Ende reflektiert werden, dass aber bei eventuell ankommenden Überdruckwellen das Ventil öffnet und die Wellen über die Drossel in's Rail abgebaut werden, so dass keine oder nahezu keine Reflexion erfolgt.
- Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Hochdruckleitung einen dritten Abschnitt aufweist und dass sowohl der erste Abschnitt als auch der zweite Abschnitt in den dritten Abschnitt münden, der sich zwischen Vereinigungsstelle und Injektor erstreckt. Durch diese Ausführungsform wird gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Hochdruckleitung ohne konstruktive Änderung an bereits in Serienfertigung befindliche Common-Rails und Injektoren angeschlossen werden kann.
Bei vielen Ausführungsformen und Anwendungen der erfindungsgemäßen Hochdruckleitung ist es vorteilhaft, wenn die Länge L1 des ersten Abschnitts und die Länge L2 des zweiten Abschnitts im Wesentlichen gleich sind. - Ebenso ist es in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft, wenn der hydraulische Durchmesser D1 des ersten Abschnitts und der hydraulische Durchmesser D2 des zweiten Abschnitts im Wesentlich gleich sind. Schließlich ist es auch vorteilhaft, wenn die Summe der Quadrate des hydraulischenDurchmessers D1 des ersten Abschnitts und des hydraulischen Durchmessers D2 des zweiten Abschnitts so groß ist wie das Quadrat deshydraulischen Durchmessers D3 des dritten Abschnitts.
- Diese Relationen sind jedoch nicht eine zwingende Voraussetzung für die erfindungsgemäße Hochdruckleitung. Es gibt auch eine Vielzahl von Einsatzgebieten, wo es sinnvoll ist, von diesen Relationen abzuweichen. So kann es beispielsweise erwünscht sein, dass die reflektierten. Druckwellen aus Abschnitt 1 und 2 mit einem gezielten zeitlichen Versatz an der Vereinigungsstelle ankommen. Dies kann dann durch unterschiedliche Leistungslängen L1 und L2 erreicht werde. Genauso kann es zum Beispiel auch unerwünscht sein, dass die Durchmesser D1, D2 und D3 der Leitungsabschnitte gleich sind.
- Wie bereits erwähnt, können die zuvor beschriebenen konstruktiven Merkmale der erfindungsgemäßen Hochdruckleitung miteinander kombiniert werden, um durch die geeignete Auswahl und Dimensionierung der erfindungsgemäßen Hochdruckleitung das Betriebsverhalten eines speziellen Kraftstoffeinspritzsystems zu optimieren.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
- Es zeigen:
- Figur 1
- eine Hochdruckleitung nach dem Stand der Technik,
- Figuren 2 - 6
- Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hochdruckleitungen, und
- Figur 7
- eine schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage.
- Anhand der
Figur 1 , welche eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckleitung 3 darstellt, die einen Common-Rail 114 mit einem Injektor 1 hydraulisch verbindet, sollen die bereits mehrfach erwähnte Druckwelle sowie ihr zeitlicher und örtlicher Verlauf in der Hochdruckleitung 3 näher erläutert werden. - Zu diesem Zweck ist links der Hochdruckleitung 3 ein x-p-Diagramm dargestellt. Dabei stellt x eine Längenkoordinate der Hochdruckleitung 3 dar, deren Nullpunkt an der Verbindung zwischen Injektor 1 und Hochdruckleitung 3 liegt. die mit "p" bezeichnete Y-Achse des Diagramms stellt einen Druck p (x) in der Hochdruckleitung 3 dar. Die Hochdruckleitung 3 hat eine Länge L, das heißt, eine vom Injektor 1 ausgehende Druckwelle erreicht den Common-Rail 114, wenn die Ortskoordinate x = L ist und wird dort reflektiert.
- Links der Hochdruckleitung 3 ist ein x-p-Diagramm dargestellt, welches den Druckverlauf in der Hochdruckleitung 3 darstellt, wenn die Druckwelle sich vom Injektor 1 in Richtung des Common-Rails 114 bewegt. Das Diagramm links der Hochdruckleitung 3 zeigt eine Momentaufnahme zu einem Zeitpunkt, in dem sich ein Maximum 5 der Druckwelle zwischen Injektor 1 und Common-Rail 114 befindet. Die Laufrichtung der Druckwelle ist durch einen Pfeil 7 dargestellt. Beim Betrachten des links der Hochdruckleitung 3 dargestellten p-x-Diagramms fällt auf, dass die Druckwelle die Form einer Druckabsenkung gegenüber dem statischen Druck in der Hochdruckleitung 3 hat. Dies ist auch unmittelbar einleuchtend, wenn man sich vor Augen führt, dass durch das Öffnen, insbesondere das schlagartige Öffnen, des Injektors 1 Kraftstoff aus dem Injektor 1 in den Brennraum 118 (siehe Figur 8) eingespritzt wird, so dass ein Druckabbau im Injektor 1 stattfindet. Infolgedessen entsteht eine Druckwelle mit einer negativen Amplitude (Druckabsenkung), die ausgehend von dem Injektor 1 in Richtung des Common-Rails 114 durch die Hochdruckleitung 3 läuft. Die Amplitude der Druckwelle ist in
Figur 1 mit "A" bezeichnet. - Wenn die Druckwelle nun an den Common-Rail 114 gelangt, wirkt der Common-Rail 114 bezüglich der Druckwelle wie ein offenes Ende mit einem statischen Druck. An diesem offenen Ende wird die Druckwelle reflektiert, das heißt sie ändert ihre Laufrichtung und läuft nunmehr vom Common-Rail 114 in Richtung des Injektors 1. Gleichzeitig ändert sich jedoch das Vorzeichen der Amplitude, so dass aus einer Druckabsenkung eine Druckerhöhung wird. Dies ist durch das p-x-Diagramm rechts der Hochdruckleitung 3 angedeutet. Die Richtung des Pfeils 7 hat sich gegenüber der Darstellung auf der linken Seite der Hochdruckleitung 3 umgekehrt. Auch ist aus der Druckabsenkung eine Druckerhöhung geworden, wie der Vergleich der Druckwellen in den p-x-Diagrammen links und rechts der Hochdruckleitung 3 ergibt.
- Wenn nun die reflektierte Druckwelle den Injektor 1 erreicht, ist der Druck im Injektor 1 einer erheblichen Schwankung ausgesetzt. Ausgehend von einem statischen Druck pstat, der in den px-Diagrammen eingezeichnet ist, erhöht sich der Druck im Injektor um die Amplitude A.
- Wenn nun zu dem Zeitraum, zu dem die Druckwelle am Injektor 1 eintrifft und somit der Druck im Injektor zeitlich sehr starken Schwankungen unterliegt, gerade eine Einspritzung erfolgt, hat dies einen unmittelbaren Einfluss auf die eingespritzte Kraftstoffmenge. Infolgedessen verschlechtert sich die Zumessgenauigkeit des Injektors 1 und damit das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine. Die Laufkultur der Brennkraftmaschine kann ebenfalls leiden.
- Ist dagegen der Injektor 1 zu dem Zeitpunkt geschlossen, zu dem die reflektierte Druckwelle ihn erreicht, so stellt er für die Druckwelle ein geschlossenes Ende dar und die Welle wird - diesmal unter Beibehaltung ihrer Amplitude - wieder in Richtung Rail reflektiert. Jetzt endlich bildet sich dann eine nur sehr schwach gedämpfte, stehende Welle in der Leitung aus, der Druck im Injektors 1 schwingt nach einer Einspritzung lange Zeit nach und es entsteht ein erheblicher Einfluss des Abstands zwischen zwei Einspritzungen auf die zweite Einspritzung.
- In dem p-x-Diagramm links der Hochdruckleitung 3 ist ein Gradient dp/dt qualitativ dargestellt. Diese Darstellung ist nicht ganz korrekt, da in einem p-x-Diagramm ein Zeitverlauf des Druckes "p" nicht darstellbar ist; allerdings besteht wegen der konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle in der Hochdruckleitung 3 ein direkter Zusammenhang zwischen der Steilheit der Flanke der Druckwelle, wie sie im p-x-Diagramm gemäß
Figur 1 dargestellt ist und wie sie im Zusammenhang mit der Erfindung definiert ist, nämlich als zeitliche Änderung des Kraftstoffdrucks in der Hochdruckleitung 3, hier auch als Gradient dp/dt bezeichnet. - In
Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckleitung 3 dargestellt. Dabei ist die Hochdruckleitung 3 zweiteilig ausgeführt. Sie weist einen ersten Abschnitt 3.1 und einen zweiten Abschnitt 3.2 auf. Der erste Abschnitt 3.1 verbindet den Common-Rail 114 mit dem Injektor 1 und hat eine Länge L1 und einen hydraulischen Durchmesser D1. - Der zweite Abschnitt 3.2 hat eine Länge L2 und einen hydraulischen Durchmesser D2. Der erste Abschnitt 3.1 und der zweite Abschnitt 3.2 treffen sich und münden ineinander dort, wo sie an den Injektor 1 angeschlossen sind.
- Der zweite Abschnitt 3.2 weist im Gegensatz zum ersten Abschnitt 3.1 ein geschlossenes Ende 9 auf. Die hydraulischen Durchmesser D1 und D2 können im Wesentlichen gleich sein. Genauso kann es in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft sein, wenn die Längen L1 und L2 im Wesentlichen gleich sind. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Dimensionierungen beschränkt.
- Wenn nun der Injektor 1 geöffnet wird, entsteht, wie bereits anhand der
Figur 1 ausführlich erläutert, eine Druckwelle in Form einer Druckabsenkung, welche sowohl durch den ersten Abschnitt 3.1 als auch durch den zweiten Abschnitt 3.2 der Hochdruckleitung 3 läuft. Wie bereits anhand derFigur 1 erläutert, wird die Druckwelle am offenen Ende des ersten Abschnitts 3.1, nämlich dort, wo sie in den Common-Rail 114 mündet, reflektiert und ändert dabei ihr Vorzeichen. Das heißt, aus einer Druckabsenkung wird eine Druckerhöhung. - Anders verhält es sich bei der Reflexion der Druckwelle am geschlossenen Ende 9 des zweiten Abschnitts 3.2. Dort ändert die Druckwelle nur ihre Laufrichtung, nicht aber das Vorzeichen ihrer Amplitude. Die vom geschlossenen Ende 9 des zweiten Abschnitts 3.2 reflektierte Druckwelle ist nach wie vor eine Druckabsenkung. Wenn nun die reflektierte Druckwelle des ersten Abschnitts, welche ja nunmehr eine Druckerhöhung ist, und die reflektierte Druckwelle des zweiten Abschnitts 3.2, welche ja nach wie vor eine Druckabsenkung ist, dort aufeinander treffen, wo sie in den Injektor 1 münden, löschen sich die reflektierten Druckwellen des ersten Abschnitts 3.1 und des zweiten Abschnitts 3.2 aus, so dass der Druck "p" im Injektor 1 zeitlich konstant bleibt.
- Das heißt, dass die durch das Öffnen des Injektors 1 naturgesetzlich entstehende Druckwelle keinerlei negativen Einfluss auf die eingespritzte Kraftstoffmenge mehr hat.
- In
Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckleitung 1 dargestellt. Ein wesentlicher Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäßFigur 2 ist, dass zwischen Injektor 1 und dem ersten Abschnitt 3.1 sowie dem zweiten Abschnitt 3.2 ein dritter Abschnitt 3.3 der Hochdruckleitung vorhanden ist. Der dritte Abschnitt 3.3 hat einen hydraulischen Durchmesser D3 und eine Länge L3. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Summe der Quadrate D1 2 + D2 2 der hydraulischen Durchmesser D1 und D2 gleich dem Quadrat D3 2 des hydraulischen Durchmessers D3 des dritten Abschnitts 3.3 ist. Die Vorgänge in dem ersten Abschnitt 3.1 und in dem zweiten Abschnitt 3.2 bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechen den Vorgängen, die zuvor anhand des Ausführungsbeispiels gemäßFigur 2 beschrieben wurden. - Anhand dieses zweiten Ausführungsbeispiels soll die Wirkungsweise des zweiten Abschnitts 3.2 mit einem geschlossenen Ende 9 noch einmal verdeutlicht werden. Die p-x-Diagramme rechts und links der Hochdruckleitung, welche mit I bezeichnet sind, zeigen die Druckwelle auf dem Weg vom Injektor 1 zum Common-Rail 114 beziehungsweise zum geschlossenen Ende 9. In dem p-x-Diagramm links der Hochdruckleitung 3, welches mit II bezeichnet ist, wird die reflektierte Druckwelle auf ihrem Weg vom Common-Rail 114 durch den ersten Abschnitt 3.1 zum Injektor 1 dargestellt
- Wie schon anhand der Beschreibung der
Figur 1 erläutert, erfährt die Druckwelle bei der Reflexion am Common-Rail 114 eine Vorzeichenumkehr, so dass aus einer Druckabsenkung eine Druckerhöhung wird. - Wie sich durch den Vergleich der rechts des zweiten Abschnitts 3.2 angeordneten p-x-Diagramme I und II erkennen lässt, findet bei der Reflexion der Druckwelle am geschlossenen Ende 9 keine Vorzeichenumkehr der Amplitude statt, das heißt die Druckabsenkung wird an dem geschlossenen Ende 9 lediglich reflektiert, das heißt sie ändert ihre Laufrichtung, nicht jedoch ihr Vorzeichen. Wenn nun die Druckwellen gemäß der p-x-Diagramme, die in
Figur 3 mit II bezeichnet sind, dort aufeinander treffen, wo der erste Abschnitt 3.1 und der zweite Abschnitt 3.2 in den dritten Abschnitt 3.3 münden, löschen sich die Druckwellen, wegen ihrer verschiedenen Vorzeichen, vollständig aus, so dass im dritten Abschnitt 3.3 sowie im Injektor 1 keine Druckwelle mehr vorhanden ist. - Das Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 4 entspricht weitgehend dem inFigur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei lediglich im zweiten Abschnitt 3.2 eine Drossel 11 vorgesehen ist. Der Injektor 1, welcher an den dritten Abschnitt 3.2 angeschlossen ist, ist in denFiguren 4, 5 ,6 und7 aus Platzgründen nicht dargestellt. - Durch die Drossel 11 wird die Druckwelle im zweiten Abschnitt 3.2 gedämpft, so dass eine vollständige Auslöschung der Druckwelle an der Verzweigung von erstem Abschnitt 3.1 und zweitem Abschnitt 3.2 nicht mehr stattfindet. Dieser scheinbare Nachteil gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 3 kann jedoch bei bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein, vor allem, wenn man bedenkt, dass moderne Kraftstoffeinspritzanlagen mit Mehrfacheinspritzung arbeiten und über einen sehr großen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine solche Mehrfacheinspritzungen vorgenommen werden. Aufgrund des weiten Drehzahlbereichs der Brennkraftmaschine ist der zeitliche Abstand von Mehrfacheinspritzungen ebenfalls stark unterschiedlich, je nach Drehzahl der Brennkraftmaschine. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Drossel 11 im zweiten Abschnitt 3.2 kann in manchen Fällen das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine über den gesamten Drehzahlbereich und unter allen Lastzuständen in der Summe verbessert werden, auch wenn bei bestimmten Lastpunkten und Drehzahlen möglicherweise keine vollständige Auslöschung der Druckwellen erreicht wird. - In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 5 ist die Drossel 11 nicht in den Abschnitt 2 der Leitung 8 eingebracht, sondern sie verbindet vielmehrden ersten Abschnitt 3.1 und den zweiten Abschnitt 3.2 miteinander. Da die vom Injektor weglaufenden Druckwellen in Abschnitt 1 und 2 der Leitung 3 gleiches Vorzeichen aufweisen, hat die Drossel auf diese Wellen keinen Einfluss - es entsteht ja keine Druckdifferenz an der Drossel. Die am Rail beziehungsweise am geschlossenen Ende des Abschnitts 2 reflektierten Wellen weisen aber unterschiedliches Vorzeichen auf. Erreichen sie die Drossel 11, so kommt es zu einem gedämpften Druckausgleich zwischen Abschnitt 1 und 2 und in der Folge laufen die reflektierten Wellen in stark abgeschwächter Form, aber mit weiterhin einander entgegengesetztem Vorzeichen auf die Vereinigungsstelle zu, wo sie sich vollends auslöschen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäßFigur 6 stellt auch der zweite Abschnitt 3.2 eine hydraulische Verbindung zwischen drittem Abschnitt 3.3 und Common-Rail 114 dar, wobei jedoch im zweiten Abschnitt 3.2 eine Drossel 11 und ein Rückschlagventil 13 vorhanden sind. Das Rückschlagventil 13 lässt das Rückströmen von Kraftstoff aus dem zweiten Abschnitt 3.2 in den Common-Rail zu. In die andere Richtung sperrt das Rückschlagventil 13. Das Rückschlagventil bleibt bei ankommenden Druckwellen mit negativen Vorzeichen geschlossen und stellt für diese somit weiterhin ein geschlossenes Ende mit unveränderter Funktion dar. - Kommt dagegen eine Druckwelle mit positivem Vorzeichen am Rückschlagventil an, so öffnet dieses und die Druckwelle erfährt als Leitungsabschluss die Drossel 11, an der sie entweder gar nicht oder nur schwach reflektiert wird.
Claims (11)
- Hochdruckleitung (3) für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine zur Versorgung eines Injektors (1) mit Kraftstoff, wobei die Hochdruckleitung (3) aus einem ersten Abschnitt (3.1) und einem zweiten Abschnitt (3.2) besteht, und dass der erste Abschnitt (3.1) und der zweite Abschnitt (3.2) parallel geschaltet sind, wobei der erste Abschnitt (3.1) ein offenes Ende und der zweite Abschnitt (3.2) ein geschlossenes Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abschnitt (3.1) und der zweite Abschnitt (3.2) im Bereich eines Anschlusses an dem Injektor (1) vereinigen.
- Hochdruckleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Abschnitt (3.2) eine Drossel (11) vorgesehen ist.
- Hochdruckleitung nach dem vorhergehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Abschnitt (3.2) ein in Reihe zu der Drossel (11) geschaltetes Rückschlagventil (13) vorgesehen ist.
- Hochdruckleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (13) mit der Drossel (11) am Ende des zweiten Abschnitts (3.2) angebracht ist und dass das Rückschlagventil einen Kraftstoffstrom aus dem zweiten Abschnitt (3.2) heraus erlaubt.
- Hochdruckleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (3.1) und der zweite Abschnitt (3.2) durch eine Drossel (11) hydraulisch in Verbindung stehen.
- Hochdruckleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L1) des ersten Abschnitts (3.1) und eine Länge (L2) des zweiten Abschnitts (3.2) im Wesentlichen gleich sind.
- Hochdruckleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Durchmesser (D1) des ersten Abschnitts (3.1) und ein hydraulischer Durchmesser (D2) des zweiten Abschnitts (3.2) im Wesentlichen gleich sind.
- Hochdruckleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe des hydraulischen Durchmessers (D1) des ersten Abschnitts (3.1) und des hydraulischen Durchmessers (D2) des zweiten Abschnitts (3.2) im wesentlichen gleich dem hydraulischen Durchmesser (D3) des dritten Abschnitts (3.3) sind.
- Hochdruckleitung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des ersten Abschnittes (3.1) der Hochdruckleitung (3) eine Durchmessererweiterung (3.4) aufweist.
- Hochdruckleitung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (3.2) mit dem Rückschlagventil (13) und der Drossel (11) ebenfalls mit dem Common-Rail (114) verbunden ist.
- Kraftstoffeinspritzanlage (102) für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail (114) und einem Injektor (1) je Zylinder der Brennkraftmaschine und mit einer Common-Rail (114) und Injektor (1) hydraulisch verbindenden Hochdruckleitung (3), dadurch gekennzeichnet dass die Hochdruckleitung (3) eine Hochdruckleitung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
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