EP2132434B1 - Kraftstoffeinspritzsystem sowie druckverstärkungseinrichtung für ein kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsystem sowie druckverstärkungseinrichtung für ein kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

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EP2132434B1
EP2132434B1 EP08701662A EP08701662A EP2132434B1 EP 2132434 B1 EP2132434 B1 EP 2132434B1 EP 08701662 A EP08701662 A EP 08701662A EP 08701662 A EP08701662 A EP 08701662A EP 2132434 B1 EP2132434 B1 EP 2132434B1
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EP
European Patent Office
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pressure
chamber
fuel
compression
compression chamber
Prior art date
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EP08701662A
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EP2132434A1 (de
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Joachim Boltz
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
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    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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Definitions

  • the invention relates to a pressure boosting device for a fuel injection system.
  • the large number of pressure boosters required for the realization of high injection pressures beyond 2000 bar is disadvantageous.
  • Another disadvantage is the high space requirement of the entire injection system due to the large number of pressure amplifiers required.
  • the invention is therefore based on the object to propose a pressure boosting device for a fuel injection system, which causes only low pressure oscillations. This object is achieved with pressure boosting device having the features of claim 1.
  • the pressure boosting device is characterized in that it has at least two compression spaces which can be operated in an alternating compressive manner.
  • the compression chambers are coupled in such a way that the fuel pressure and the fuel volume are utilized in a refilling operation of the first compression space for compressing the fuel in the second compression space, ie the first compression space forms a control space for compressing the fuel in the second compression space.
  • Analog forms the second compression space in its refilling phase, a second control chamber for compressing the fuel in the first compression space.
  • the realization of the described double-acting pressure boosting device achieves, among other things, improved controllability of the high-pressure region of the fuel injection system.
  • each compression chamber is associated with a differential pressure chamber, which is acted upon for purposes of compression of the fuel in the associated compression chamber with low pressure, so that the compressive force of acting as a control room compression space counteracting pressure force is reduced, which as a result, minimizing the volume of the compression space and, associated therewith, increasing the fuel pressure in the compression space.
  • the pressure boosting device in which the two compression chambers of the pressure boosting device are coupled to one another via a common pressure piston, which alternately compresses the fuel in the two, preferably opposite compression chambers, that is, is adjustable alternately into two opposite axial directions.
  • a common pressure piston which alternately compresses the fuel in the two, preferably opposite compression chambers, that is, is adjustable alternately into two opposite axial directions.
  • the differential pressure chambers are located on opposite axial sides (end faces) of the pressure piston.
  • the common plunger is formed as a double hollow piston with two, preferably arranged at the end, each having a compression space and / or each a differential pressure chamber limiting hollow chambers.
  • a simple double poppet can be used, wherein the compression chambers and / or the differential pressure chambers are preferably formed in this case in a guide housing of the double plunger.
  • a control valve is provided for switching each functional unit consisting of compression space and differential pressure chamber, in particular designed as a 3/2-way valve.
  • Control valves are actuated, for example, with electromagnetic or piezoelectric actuators.
  • first compression chamber is connected to the high-pressure fuel pump and the second compression chamber associated (preferably arranged on the same side of the pressure pin) differential pressure chamber placed on low pressure, so that an adjustment of a pressure piston into the second compression chamber he follows.
  • To compress the fuel in the first compression chamber after the completion of the compression process in the second compression chamber is proceeded in an analogous manner.
  • each functional unit consisting of compression space and differential pressure chamber are assigned two check valves, wherein fuel can flow via a first check valve from the differential pressure chamber to the associated compression chamber and via a second check valve from the compression chamber to the high-pressure fuel accumulator.
  • the embodiment described above allows a wiring of the control valves, in which the pressure boosting device is deactivated, the fuel from the high-pressure pump so without a triggering of the compression function can be conveyed through the pressure booster.
  • the fuel injection system equipped with a described pressure boosting device can be operated (at least temporarily) without the pressure boosting function. In other words, the fuel can be conveyed through the pressure boosting device.
  • At least one differential pressure chamber preferably both differential pressure chambers as radially outer annular spaces and at least one compression space, preferably both compression chambers as central spaces, ie radially inner and preferably axially spaced from the differential pressure chambers spaces are formed.
  • this embodiment due to a greater wall thickness of the hollow piston in terms of increased strength of the pressure amplifying device, in terms of ease of manufacture of the pressure piston and in terms of lower leaks in operation advantageous.
  • the transmission ratio of the pressure booster is above 2, a design is preferred in which the arrangement of the differential pressure chambers and the associated compression spaces is reversed, so the compression chambers are designed as annular spaces and the differential pressure chambers as central spaces.
  • the housing of the pressure booster from a pressure piston radially outwardly enclosing the housing sleeve and two adjacent to the end faces of the housing sleeve housing components is formed, which preferably by means of a respective union nut which cooperates with an external thread of the housing sleeve, axially against the Housing sleeve are clamped.
  • the housing components preferably serve for holding or receiving the control valves and / or the check valves.
  • a fuel injection system 1 is shown for an internal combustion engine, not shown. Fuel is conveyed from a fuel tank 2 by means of a prefeed pump 3 into a low-pressure region 15 of the fuel injection system 1. For reasons of clarity, a fuel filter, a water separator, and other not necessary for understanding the invention, but usually present in practice components are not shown.
  • a metering device 4 is used in a conventional manner for the suction control of a high-pressure fuel pump 5. From the high-pressure fuel pump 5 fuel is in this embodiment, about 1500 to 2000 bar in a central, in Fig. 2 conveyed in detail pressure boosting device 6 promoted.
  • the pressure boosting device 6 is, as will be explained later, formed as a double-acting pressure booster.
  • a fuel intermediate storage are arranged.
  • the compressed by the pressure booster 6 to a pressure of, for example, over 2500 bar fuel passes into a pressure booster 6 downstream high-pressure fuel storage 7 and from there into a plurality of injectors 8, which inject the fuel in each case in a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel accumulator 7 is equipped with a pressure sensor 9.
  • the pressure sensor 9 is signal-conducting connected to a control unit 10, which in turn forms a control loop for the high-pressure fuel pump 5 together with the metering unit 4.
  • the control unit 10 is further signal-conducting with control valves 11, 12 of the pressure amplifying device 6 and not shown with control valves of the injectors 8 (the signal lines are shown in dashed lines).
  • Fig. 2 is the in Fig. 1 merely indicated pressure amplifying device 6 shown schematically in detail.
  • the two control valves 11, 12 are of the in Fig. 1 represented high-pressure fuel pump 5 is supplied via a supply line 14 with compressed fuel.
  • the control valves 11, 12 can be connected via the diversion line 13 to the low-pressure region 15 of the fuel injection system 1.
  • the first differential pressure chamber 17 is designed as an annular space and is bounded by a first housing component 20, a housing sleeve 21 and by a first end face 22 of a pressure piston 23.
  • the pressure piston 23 is designed as a double hollow piston and limited with a first pin 24 of the housing member 20 has a first compression space 25 which acts on a radially inner portion of the first end face 22 of the pressure piston 23.
  • the first supply line 16 is hydraulically connected to a first connecting line 27 to or from the first compression chamber 25 and the first connecting line 27 in turn is connected by means of a second check valve 28 with the high-pressure fuel storage 7.
  • the second control valve 12 is connected via the second supply line 18 to the second differential pressure chamber 19, which of a second, the first end face 22 of the plunger 23 opposite end face 29, a second housing member 30 and the housing sleeve 21 limited.
  • a second compression space 31 is provided which acts on a radially inner portion of the second end face 29 of the pressure piston 23.
  • the second supply line 18 is hydraulically connected via a third check valve 32 to a second connection line 33, which is centered by a second pin 34 the second housing member 30 is guided and opens into the second compression chamber 31, connectable, wherein the second connecting line 33 in turn via a fourth check valve 35 with the high-pressure fuel storage 7 is connectable.
  • the two housing components 20, 30 are bolted to the housing sleeve 21 via a respective union nut 36, 37.
  • the housing components 20, 30 are preferably used to hold the only schematically indicated, each designed as a 3/2-way valve control valves 11, 12th
  • the operation of the pressure booster 6 is as follows.
  • the first differential pressure chamber 17 is connected to the low-pressure region 15 by means of the first control valve 11.
  • the supply line 14 is hydraulically connected to the second supply line 18 by means of the second control valve 12, so that fuel delivered by the high-pressure fuel pump 5 is directed into the second differential pressure chamber 19 and via the third check valve 32 into the second compression space 31 acting as a control chamber.
  • the pressure piston 23 moves in the plane of the drawing to the left, whereby the fuel in the first compression space 25 is compressed and flows through the first connecting line 27 through the second check valve 28 into the high-pressure fuel accumulator 7.
  • a fuel flow from the high-pressure fuel accumulator 7 into the second compression space 31 is prevented by the fourth check valve 35.
  • control valves 11, 12 are switched.
  • the second differential pressure chamber 19 connected by means of the second control valve 12 to the low pressure region 15 of the fuel injection system 1 and the first supply line 16 hydraulically connected to the supply line 14 so that fuel in both the first differential pressure chamber 17 and the first check valve 26 in the first, in this case
  • Control chamber acting compression chamber 22 flows. Due to the pressure force difference on the pressure piston 23, this moves in the plane of the drawing to the right and compresses the fuel in the second compression chamber 31, which flows through the second connecting line 33 and the check valve 35 into the high-pressure fuel accumulator 7. A fuel flow from the high-pressure fuel accumulator 7 into the first compression space 25 is prevented by the second check valve 28.
  • the embodiment described above is particularly suitable for injection systems in which the transmission ratio of the pressure boosting device (pressure of the fuel compressed by the pressure booster 6 to pressure of the fuel in the flow direction behind the high-pressure fuel pump 5) of over 2.
  • FIG. 3 shown embodiment of a pressure booster 6 substantially corresponds to the embodiment described above Fig. 2 with the essential difference that the first differential pressure chamber 17 and the first compression chamber 25 and the second differential pressure chamber 19 and the second compression chamber 31 are reversed are arranged, so the differential pressure chambers 17, 19 as central spaces and the compression spaces 25, 31 as of the pins 24, 34 of the first and second housing member 20, 30 interspersed in the axial direction annular spaces are formed.
  • This embodiment is particularly suitable, in particular due to the greater wall thickness s of the pressure piston 23 radially outside of the pins 24, 34 at gear ratios of the pressure amplifying device 6 below 2.
  • the pressure booster 6 with the high-pressure fuel pump 5 (see. Fig. 1 ) supplied fuel.
  • the second differential pressure chamber 19 (Central space) connected by means of the second control valve 12 with the low-pressure region 15.
  • the supply line 14 is hydraulically connected to the first supply line 16 by means of the first control valve 11, so that fuel is passed from the high-pressure fuel pump 5 into the first differential pressure chamber 17 and via the first check valve 26 into the first compression space 25 acting as a control chamber.
  • the pressure piston moves in the plane of the drawing to the right, whereby the fuel is compressed in the second compression chamber 31 and flows through the second connecting line 33 through the fourth check valve 35 into the high-pressure fuel accumulator 7.
  • a fuel flow from the high-pressure fuel accumulator 7 into the first compression space 25 (in FIG This case control space) is prevented by the second check valve 28.
  • control valves 11, 12 For subsequent compression of the fuel in the first compression space 25, the control valves 11, 12 by means of in Fig. 1 Switched schematically indicated control unit 10 in such a way that the first compression chamber 17 is connected to the low pressure region 15 and at the same time the supply line 14 by means of the second control valve 12 to the second supply line 18 is hydraulically connected, so that funded by the high-pressure fuel pump 5 fuel in the second Differential pressure chamber 19 and the third check valve in the acting as a control chamber second compression chamber 32 is passed, causing the plunger 23 moves in the plane of the drawing to the left and compressed the fuel in the first compression chamber 25 and conveyed via the second check valve 28 in the high-pressure fuel storage 7 becomes. A fuel flow from the high-pressure fuel storage 7 into the second compression chamber 31 is prevented by the fourth check valve 35.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Druckverstärkungseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem.
  • Aus der DE 15 77 188 A1 ist eine Druckverstärkungseinrichtung mit zwei miteinander gekoppelten Kompressionsräumen bekannt. Die bekannte Druckverstärkungseinrichtung neigt im Betrieb jedoch zu Druckschwingungen.
  • Weiterhin ist aus der DE 102 46 208 A1 ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) und mehreren Injektoren mit jeweils einer Druckverstärkungseinrichtung bekannt, wobei in Kraftstoffförderrichtung zwischen dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher und den Injektoren eine Ausgleichseinrichtung zur Minimierung von Druckschwingungen angeordnet ist. Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem ist die große Anzahl an benötigten Druckverstärkern zur Realisierung hoher Einspritzdrücke jenseits von 2000 bar nachteilig. Ferner von Nachteil ist der hohe Bauraumbedarf des gesamten Einspritzsystems aufgrund der großen Anzahl an benötigten Druckverstärkern.
  • Aus der EP 1 123 463 B1 ist ein weiteres Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem eine zentrale Druckverstärkungseinrichtung realisiert ist, wobei die Druckverstärkungseinrichtung in Kraftstoffförderrichtung zwischen dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher und den Injektoren angeordnet ist. Über eine der Druckverstärkungseinrichtung nachgeordnete Verteilereinrichtung wird der komprimierte Kraftstoff unmittelbar auf die einzelnen Injektoren verteilt. Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem ist von Vorteil, dass lediglich eine einzige Druckverstärkungseinrichtung benötigt wird. Nachteilig sind jedoch die von der zentralen Druckverstärkungseinrichtung verursachten Druckschwingungen im Hochdruckleitungssystem, die sich negativ auf die Einspritzmengenbemessung auswirken.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Druckverstärkungseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorzuschlagen, die lediglich geringe Druckschwingungen verursacht. Diese Aufgabe wird bei mit Druckverstärkungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Druckverstärkungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zumindest zwei Kompressionsräume aufweist, die alternierend komprimierend betreibbar sind. Dabei sind die Kompressionsräume derart gekoppelt, dass der Kraftstoffdruck und das Kraftstoffvolumen bei einem Wiederbefüllvorgang des ersten Kompressionsraums zur Komprimierung des Kraftstoffs im zweiten Kompressionsraum ausgenutzt wird, d.h. der erste Kompressionsraum einen Steuerraum zur Komprimierung des Kraftstoffs im zweiten Kompressionsraum bildet. Analog bildet der zweite Kompressionsraum in dessen Wiederbefüllungsphase einen zweiten Steuerraum zur Komprimierung des Kraftstoffs im ersten Kompressionsraum. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Druckverstärkungseinrichtungen gibt es bei der erfindungsgemäßen Druckverstärkungseinrichtung keine passive Rückstellung eines Hochdruckkolbens. Jede Verstellbewegung wird zur Komprimierung des Kraftstoffs in einem Kompressionsraum ausgenutzt. Durch die Realisierung der beschriebenen doppelt wirkenden Druckverstärkungseinrichtung wird u.a. eine verbesserte Regelbarkeit des Hochdruckbereichs des Kraftstoffeinspritzsystems erreicht.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass jedem Kompressionsraum ein Differenzdruckraum zugeordnet ist, der zu Zwecken der Komprimierung des Kraftstoffs in dem zugeordneten Kompressionsraum mit Niederdruck beaufschlagbar ist, so dass die der Druckkraft des als Steuerraum wirkenden Kompressionsraums entgegen wirkende Druckkraft reduzierbar ist, was in der Folge zu einer Minimierung des Volumens des Kompressionsraums und damit verbunden zu einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks im Kompressionsraum führt.
  • Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Druckverstärkungseinrichtung, bei der die beiden Kompressionsräume der Druckverstärkungseinrichtung über einen gemeinsamen Druckkolben miteinander gekoppelt sind, der alternierend den Kraftstoff in den beiden, vorzugsweise gegenüber liegenden Kompressionsräumen komprimiert, also alternierend in zwei gegenüberliegende Axialrichtungen verstellbar ist. Diese Bauform ist von besonderem Vorteil, da das benötigte Bauraumvolumen der Druckverstärkungseinrichtung minimiert ist und gleichzeitig Druckschwingungen aufgrund der erzielten quasi-kontinuierlichen Komprimierung ebenfalls minimal sind. Bevorzugt befinden sich auch die Differenzdruckräume auf gegenüberliegenden Axialseiten (Stirnseiten) des Druckkolbens.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der gemeinsame Druckkolben als Doppelhohlkolben mit zwei, vorzugsweise endseitig angeordneten, jeweils einen Kompressionsraum und/oder jeweils einen Differenzdruckraum begrenzenden Hohlkammern ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann auch ein einfacher Doppelstössel eingesetzt werden, wobei die Kompressionsräume und/oder die Differenzdruckräume in diesem Fall bevorzugt in einem Führungsgehäuse des Doppelstössels ausgebildet sind.
  • Bevorzugt ist zur Schaltung jeder Funktionseinheit bestehend aus Kompressionsraum und Differenzdruckraum ein, insbesondere als 3/2-Wege-Ventil ausgebildetes Steuerventil vorgesehen. Steuerventile werden beispielsweise mit elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktuatoren betätigt. Zur Komprimierung des Kraftstoffs in dem zweiten Kompressionsraum wird der als Steuerraum wirkende erste Kompressionsraum mit der Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden und der dem zweiten Kompressionsraum zugeordnete (bevorzugt auf derselben Seite des Druckbolzens angeordnete) Differenzdruckraum auf Niederdruck gelegt, so dass eine Verstellung eines Druckkolbens in den zweiten Kompressionsraum hinein erfolgt. Zur Komprimierung des Kraftstoffs im ersten Kompressionsraum nach der Beendigung des Kompressionsvorgangs im zweiten Kompressionsraum wird in analoger Weise vorgegangen.
  • Vorzugsweise sind jeder Funktionseinheit bestehend aus Kompressionsraum und Differenzdruckraum zwei Rückschlagventile zugeordnet, wobei Kraftstoff über ein erstes Rückschlagventil von dem Differenzdruckraum zu dem zugehörigen Kompressionsraum und über ein zweites Rückschlagventil von dem Kompressionsraum zu dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher strömen kann.
  • Die zuvor beschriebene Ausführungsform ermöglicht eine Beschaltung der Steuerventile, bei der die Druckverstärkungseinrichtung deaktiviert ist, der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe also ohne eine Auslösung der Kompressionsfunktion durch die Druckverstärkungseinrichtung hindurch gefördert werden kann. Bei einer derartigen Steuerventilschaltung, zu der als Alternative eine zuschaltbare Bypassleitung einsetzbar ist, kann das mit einer beschriebenen Druckverstärkungseinrichtung ausgerüstete Kraftstoffeinspritzsystem ohne die Druckverstärkungsfunktion (zumindest vorübergehend) betrieben werden. Anders ausgedrückt, kann der Kraftstoff durch die Druckverstärkungseinrichtung hindurch gefördert werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass mindestens ein Differenzdruckraum, vorzugsweise beide Differenzdruckräume als radial äußere Ringräume und mindestens ein Kompressionsraum, vorzugsweise beide Kompressionsräume als Zentralräume, also radial innere und vorzugsweise axial von den Differenzdruckräumen beabstandete Räume ausgebildet sind. Für den Fall, dass das Übersetzungsverhältnis der Druckverstärkungseinrichtung unterhalb von 2 liegt (Übersetzungsverhältnis = Druck des von der Druckverstärkungseinrichtung komprimierten Kraftstoffs zu Druck des von der Kraftstoffhochdruckpumpe geförderten Kraftstoffs) ist diese Ausführungsform aufgrund einer größeren Wandstärke des Hohlkolbens hinsichtlich einer erhöhten Festigkeit der Druckverstärkungseinrichtung, hinsichtlich einer erleichterten Herstellbarkeit des Druckkolbens und hinsichtlich geringerer Leckagen im Betrieb von Vorteil. Für den Fall, dass das Übersetzungsverhältnis der Druckverstärkungseinrichtung oberhalb von 2 liegt, ist eine Bauform zu bevorzugen, bei der die Anordnung der Differenzdruckräume und der zugehörigen Kompressionsräume vertauscht ist, also die Kompressionsräume als Ringräume und die Differenzdruckräume als Zentralräume ausgebildet sind.
  • Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse der Druckverstärkungseinrichtung aus einer den Druckkolben radial außen umschließenden Gehäusehülse und zwei an den Stirnseiten der Gehäusehülse anliegenden Gehäusebauteilen gebildet ist, welche bevorzugt mittels jeweils einer Überwurfmutter, die jeweils mit einem Außengewinde der Gehäusehülse zusammenwirkt, axial gegen die Gehäusehülse verspannt sind.
  • Bevorzugt dienen die Gehäusebauteile zur Halterung bzw. Aufnahme der Steuerventile und/oder der Rückschlagventile.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einer zentralen Druckverstärkungseinrichtung,
    Fig. 2:
    eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer Druckverstärkungseinrichtung des in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzsystems und
    Fig. 3:
    eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer alternativen Druckverstärkungseinrichtung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In Fig. 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine gezeigt. Aus einem Kraftstofftank 2 wird Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe 3 in einen Niederdruckbereich 15 des Kraftstoffeinspritzsystems 1 gefördert. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind ein Kraftstofffilter, ein Wasserabscheider, und weitere zum Verständnis der Erfindung nicht notwendige, i.d.R. in der Praxis jedoch vorhandene Bauteile nicht dargestellt. Eine Zumesseinrichtung 4 dient in an sich bekannter Weise zur Saugregelung einer Kraftstoffhochdruckpumpe 5. Von der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 wird Kraftstoff mit in diesem Ausführungsbeispiel ca. 1500 bis 2000 bar in eine zentrale, in Fig. 2 im Detail gezeigte Druckverstärkungseinrichtung 6 gefördert. Die Druckverstärkungseinrichtung 6 ist dabei, wie später noch erläutert werden wird, als doppelt wirkender Druckverstärker ausgebildet. Alternativ kann zusätzlich in Kraftstoffförderrichtung zwischen der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 und der Druckverstärkungseinrichtung 6 ein nicht gezeigter Kraftstoffzwischenspeicher angeordnet werden.
  • Der von der Druckverstärkungseinrichtung 6 auf einen Druck von beispielsweise über 2500 bar komprimierte Kraftstoff gelangt in einen der Druckverstärkungseinrichtung 6 nachgeordneten Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 und von dort aus in eine Vielzahl von Injektoren 8, die den Kraftstoff jeweils in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen. Zur Realisierung einer Druckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem 1 ist der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 mit einem Drucksensor 9 ausgestattet. Der Drucksensor 9 ist signalleitend mit einem Steuergerät 10 verbunden, welches wiederum zusammen mit der Zumesseinheit 4 eine Regelschleife für die Kraftstoffhochdruckpumpe 5 bildet. Das Steuergerät 10 ist weiterhin signalleitend mit Steuerventilen 11, 12 der Druckverstärkungseinrichtung 6 sowie mit nicht gezeigten Steuerventilen der Injektoren 8 verbunden (die Signalleitungen sind strichliert dargestellt). Bei der Komprimierung von Kraftstoff mittels der Druckverstärkungseinrichtung 6 wird eine Differenzdruckmenge (Steuermenge) an Kraftstoff über eine Absteuerleitung 13 von der Druckverstärkungseinrichtung 6 bzw. aus später noch zu erläuternden Differenzdruckräumen in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems 1, in diesem Fall in Kraftstoffströmungsrichtung unmittelbar vor die Kraftstoffhochdruckpumpe 5 abgesteuert.
  • In Fig. 2 ist die in Fig. 1 lediglich angedeutete Druckverstärkungseinrichtung 6 schematisch im Detail dargestellt. Die beiden Steuerventile 11, 12 werden von der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe 5 über eine Versorgungsleitung 14 mit komprimiertem Kraftstoff versorgt. Die Steuerventile 11, 12 sind über die Absteuerleitung 13 mit dem Niederdruckbereich 15 des Kraftstoffeinspritzsystems 1 verbindbar. Zusätzlich mündet aus dem ersten Steuerventil
  • 11 eine erste Zuleitung 16 zu einem ersten Differenzdruckraum 17 und von dem zweiten Steuerventil 12 eine zweite Zuleitung 18 zu einem zweiten Differenzdruckraum 19 aus. Der erste Differenzdruckraum 17 ist als Ringraum ausgebildet und wird von einem ersten Gehäusebauteil 20, einer Gehäusehülse 21 und von einer ersten Stirnseite 22 eines Druckkolbens 23 begrenzt. Der Druckkolben 23 ist dabei als Doppelhohlkolben ausgebildet und begrenzt mit einem ersten Zapfen 24 des Gehäusebauteils 20 einen ersten Kompressionsraum 25, der auf einen radial inneren Abschnitt der ersten Stirnseite 22 des Druckkolbens 23 wirkt.
  • Über ein erstes Rückschlagventil 26 ist die erste Zuleitung 16 hydraulisch mit einer ersten Verbindungsleitung 27 zum bzw. vom ersten Kompressionsraum 25 verbindbar und die erste Verbindungsleitung 27 wiederum ist mittels eines zweiten Rückschlagventils 28 mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 verbindbar.
  • In analoger Weise ist die spiegelsymmetrische Druckverstärkungseinrichtung 6 in der rechten Zeichnungshälfte der Fig. 2 aufgebaut. Das zweite Steuerventil 12 ist über die zweite Zuleitung 18 mit dem zweiten Differenzdruckraum 19 verbunden, welcher von einer zweiten, der ersten Stirnseite 22 des Druckkolbens 23 gegenüberliegenden, Stirnseite 29, einem zweiten Gehäusebauteil 30 und der Gehäusehülse 21 begrenzt. Radial innerhalb des zweiten Differenzdruckraums 19 sowie in axialer Richtung versetzt hierzu ist ein zweiter Kompressionsraum 31 vorgesehen, der auf einen radial inneren Abschnitt der zweiten Stirnseite 29 des Druckkolbens 23 wirkt. Die zweite Zuleitung 18 ist über ein drittes Rückschlagventil 32 hydraulisch mit einer zweiten Verbindungsleitung 33, welche zentrisch durch einen zweiten Zapfen 34 des zweiten Gehäusebauteils 30 geführt ist und in den zweiten Kompressionsraum 31 mündet, verbindbar, wobei die zweite Verbindungsleitung 33 wiederum über ein viertes Rückschlagventil 35 mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 verbindbar ist.
  • Die beiden Gehäusebauteile 20, 30 sind über jeweils eine Überwurfmutter 36, 37 mit der Gehäusehülse 21 verschraubt. Die Gehäusebauteile 20, 30 dienen bevorzugt zur Aufnahme der lediglich schematisch angedeuteten, jeweils als 3/2-Wege-Ventil ausgebildeten Steuerventile 11, 12.
  • Die Funktionsweise der Druckverstärkungseinrichtung 6 ist wie folgt. Zur Komprimierung des Kraftstoffs im ersten Kompressionsraum 25 wird der erste Differenzdruckraum 17 mittels des ersten Steuerventils 11 mit dem Niederdruckbereich 15 verbunden. Gleichzeitig wird die Versorgungsleitung 14 mittels des zweiten Steuerventils 12 mit der zweiten Zuleitung 18 hydraulisch verbunden, so dass von der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 geförderter Kraftstoff in den zweiten Differenzdruckraum 19 sowie über das dritte Rückschlagventil 32 in den als Steuerraum wirkenden zweiten Kompressionsraum 31 geleitet wird. Hierdurch bewegt sich der Druckkolben 23 in der Zeichnungsebene nach links, wodurch der Kraftstoff im ersten Kompressionsraum 25 komprimiert wird und über die erste Verbindungsleitung 27 durch das zweite Rückschlagventil 28 in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 strömt. Ein Kraftstoffstrom von dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 in den zweiten Kompressionsraum 31 wird durch das vierte Rückschlagventil 35 verhindert.
  • Nach Beendigung des Kompressionsvorgangs werden die Steuerventile 11 ,12 umgeschaltet. Dabei wird der zweite Differenzdruckraum 19 mittels des zweiten Steuerventils 12 mit dem Niederdruckbereich 15 des Kraftstoffeinspritzsystems 1 verbunden und die erste Zuleitung 16 hydraulisch mit der Versorgungsleitung 14 verbunden, so dass Kraftstoff sowohl in den ersten Differenzdruckraum 17 als auch über das erste Rückschlagventil 26 in den ersten, in diesem Fall als Steuerraum wirkenden Kompressionsraum 22 strömt. Aufgrund der Druckkraftdifferenz am Druckkolben 23 bewegt sich dieser in der Zeichnungsebene nach rechts und komprimiert dabei den Kraftstoff im zweiten Kompressionsraum 31, welcher durch die zweite Verbindungsleitung 33 und das Rückschlagventil 35 in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 strömt. Ein Kraftstoffstrom von dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 in den ersten Kompressionsraum 25 wird von dem zweiten Rückschlagventil 28 verhindert.
  • Auf diese Weise wird mittels der Druckverstärkungseinrichtung 6 ein quasi kontinuierlicher Hochdruckvolumenstrom in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 bereitgestellt.
  • Die zuvor beschriebene Ausführungsform eignet sich besonders für Einspritzsysteme, bei denen das Übersetzungsverhältnis der Druckverstärkungseinrichtung (Druck des von der Druckverstärkungseinrichtung 6 komprimierten Kraftstoffes zu Druck des Kraftstoffes in Strömungsrichtung hinter der Kraftstoffhochdruckpumpe 5) von über 2.
  • Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Druckverstärkungseinrichtung 6 entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 mit dem wesentlichen Unterschied, dass der erste Differenzdruckraum 17 und der erste Kompressionsraum 25 sowie der zweite Differenzdruckraum 19 und der zweite Kompressionsraum 31 vertauscht angeordnet sind, also die Differenzdruckräume 17, 19 als Zentralräume und die Kompressionsräume 25, 31 als von den Zapfen 24, 34 des ersten bzw. zweiten Gehäusebauteils 20, 30 in axialer Richtung durchsetzte Ringräume ausgebildet sind. Diese Ausführungsform eignet sich besonders, insbesondere aufgrund der größeren Wandstärke s des Druckkolbens 23 radial außerhalb der Zapfen 24, 34 bei Übersetzungsverhältnissen der Druckverstärkungseinrichtung 6 unterhalb von 2.
  • Über die Versorgungsleitung 14 wird die Druckverstärkungseinrichtung 6 mit von der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 (vgl. Fig. 1) gefördertem Kraftstoff versorgt. Zur Komprimierung des Kraftstoffs im zweiten Kompressionsraum 31 (Ringraum), welcher radial innen von dem zweiten Zapfen 34 und radial außen von der Gehäusehülse 21 begrenzt wird und in den der äußere ringförmige Abschnitt der zweiten Stirnseite 29 des Druckkolbens 23 hineinragt, wird der zweite Differenzdruckraum 19 (Zentralraum) mittels des zweiten Steuerventils 12 mit dem Niederdruckbereich 15 verbunden. Gleichzeitig wird die Versorgungsleitung 14 mittels des ersten Steuerventils 11 mit der ersten Zuleitung 16 hydraulisch verbunden, so dass von der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 Kraftstoff in den ersten Differenzdruckraum 17 sowie über das erste Rückschlagventil 26 in den als Steuerraum wirkenden ersten Kompressionsraum 25 geleitet wird. Hierdurch bewegt sich der Druckkolben in der Zeichnungsebene nach rechts, wodurch der Kraftstoff im zweiten Kompressionsraum 31 komprimiert wird und über die zweite Verbindungsleitung 33 durch das vierte Rückschlagventil 35 in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 strömt. Ein Kraftstoffstrom von dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 in den ersten Kompressionsraum 25 (in diesem Fall Steuerraum) wird durch das zweite Rückschlagventil 28 verhindert.
  • Zur anschließenden Kompression des Kraftstoffs im ersten Kompressionsraum 25 werden die Steuerventile 11, 12 mittels des in Fig. 1 schematisch angedeuteten Steuergerätes 10 umgeschaltet und zwar derart, dass der erste Kompressionsraum 17 mit dem Niederdruckbereich 15 verbunden ist und gleichzeitig die Versorgungsleitung 14 mittels des zweiten Steuerventils 12 mit der zweiten Zuleitung 18 hydraulisch verbunden ist, so dass von der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 geförderter Kraftstoff in den zweiten Differenzdruckraum 19 sowie über das dritte Rückschlagventil in den als Steuerraum wirkenden zweiten Kompressionsraum 32 geleitet wird, wodurch sich der Druckkolben 23 in der Zeichnungsebene nach links bewegt und der Kraftstoff im ersten Kompressionsraum 25 komprimiert und über das zweite Rückschlagventil 28 in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 gefördert wird. Ein Kraftstoffstrom von dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 7 in den zweiten Kompressionsraum 31 wird dabei durch das vierte Rückschlagventil 35 verhindert.

Claims (11)

  1. Druckverstärkungseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem (1),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Druckverstärkungseinrichtung (6) einen ersten Kompressionsraum (25) und mindestens einen zweiten mit dem ersten Kompressionsraum (25) mechanisch oder hydraulisch gekoppelten Kompressionsraum (31) aufweist, und dass der erste Kompressionsraum (25) einen ersten Steuerraum zur Komprimierung des Kraftstoffs im zweiten Kompressionsraum (31) und der zweite Kompressionsraum (31) einen zweiten Steuerraum zur Kompression des Kraftstoffs im ersten Kompressionsraum (25) bildet.
  2. Druckverstärkungseinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem ersten Kompressionsraum (25) ein erster Differenzdruckraum (17) und dem zweiten Kompressionsraum (31) ein zweiter Differenzdruckraum (19) zugeordnet ist, und dass der erste Differenzdruckraum (17) zur Komprimierung des Kraftstoffs im ersten Kompressionsraum (25) hydraulisch mit einem Niederdruckbereich (15) des Kraftstoffeinspritzsystems (1) verbindbar ist, und dass der zweite Differenzdruckraum (19) zur Komprimierung des Kraftstoffs im zweiten Kompressionsraum (31) hydraulisch mit dem Niederdruckbereich (15) des Kraftstoffeinspritzsystems (1) verbindbar ist.
  3. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste und der zweite Kompressionsraum (25, 31) mittels eines gemeinsamen Druckkolbens (23) gekoppelt sind, der alternierend in zwei gegenüberliegende Verstellrichtungen kraftstoffkomprimierend angeordnet ist.
  4. Druckverstärkungseinrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druckkolben (23) als Doppelhohlkolben mit zwei axial beabstandeten, endseitigen, jeweils einen Kompressionsraum (25, 31) oder einen Differenzdruckraum (17, 19) begrenzenden Hohlkammern ausgebildet ist.
  5. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Funktionseinheit aus erstem Kompressionsraum (25) und erstem Differenzdruckraum (17) ein, insbesondere als 3/2-Wege-Ventil ausgebildetes, erstes Steuerventil (11) und der Funktionseinheit aus zweitem Kompressionsraum (31) und zweitem Differenzdruckraum (19) ein zweites, insbesondere als 3/2-Wege-Ventil ausgebildetes, Steuerventil (12) zugeordnet ist.
  6. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Differenzdruckraum (17) oder eine erste Zuleitung (16) zum ersten Differenzdruckraum (17) über ein in Richtung des ersten Kompressionsraums (25) öffnendes erstes Rückschlagventil (26) mit dem ersten Kompressionsraum (25) hydraulisch verbindbar ist, und dass der erste Kompressionsraum (25) über ein in Richtung eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers (7) öffnendes zweites Rückschlagventil (28) hydraulisch mit dem Kraftstoffspeicher verbindbar ist, und dass der zweite Differenzdruckraum (19) oder eine zweite Zuleitung (18) zum zweiten Differenzdruckraum (19) über ein in Richtung des zweiten Kompressionsraums (31) öffnendes drittes Rückschlagventil (32) mit dem zweiten Kompressionsraum (31) hydraulisch verbindbar ist, und dass der zweite Kompressionsraum (31) über ein in Richtung des Kraftstoffspeichers öffnendes viertes Rückschlagventil (35) hydraulisch mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (7) verbindbar ist.
  7. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beide Differenzdruckräume (17, 19) und beide Kompressionsräume (25, 31) gleichzeitig mit einem Förderdruck einer Hochdruckpumpe beaufschlagbar sind.
  8. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein Differenzdruckraum (17, 19), vorzugsweise jeweils beide Differenzdruckräume (17, 19), als Ringraum und mindestens ein Kompressionsraum (25, 31), vorzugsweise jeweils beide Kompressionsräume (25, 31), als radial innerer Zentralraum ausgebildet sind.
  9. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Druckverstärkungseinrichtung (6) zwei axial beabstandete, an einer Gehäusehülse (231), insbesondere mittels jeweils einer Überwurfmutter (36, 37), festgelegte Gehäusebauteile (20, 30) aufweist.
  10. Druckverstärkungseinrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste und das zweite Rückschlagventil (26, 28) und/oder das erste Steuerventil (11) dem ersten Gehäusebauteil (20) zugeordnet sind/ist.
  11. Druckverstärkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das dritte und das vierte Rückschlagventil (32, 35) und/oder das zweite Steuerventil (12) dem zweiten Gehäusebauteil (30) zugeordnet sind/ist.
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