EP2147207B1 - Fuel injection system having pressure boosting system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckverstärkung für eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a fuel injection system with pressure boost for an internal combustion engine.
Aus der
Ein weiteres Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckverstärkung, bei dem für alle Kraftstoffinjektoren ein zentraler hydraulischer Druckverstärker vorgesehen ist, ist aus der
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, das aus der
Durch die Maßnahmen der Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich.The measures of the subclaims advantageous developments of the invention are possible.
Ein kompakter Bauraum wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, wenn der zentrale hydraulische Druckverstärker einen Grundkörper aufweist, in dem ein hydraulischer Speicherraum ausgebildet ist, und wenn der hydraulische Speicherraum über einen Druckverstärkerzulauf direkt mit der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden ist. Dazu ist im Grundkörper ein Hochdruckraum und ein Steuerraum ausgebildet und ein Druckverstärkerkolben axial beweglich geführt Der Druckverstärkerkolben wirkt auf den Hochdruckraum zur Druckverstärkung und auf den Steuerraum zu Ansteuerung des Druckverstärkers ein. Der hydraulische Speicherraum wird direkt von der Hochdruckpumpe befüllt. Das Volumen des hydraulischen Speicherraums ist dabei so auszulegen, dass der Druckabfall reduziert wird und die Druckschwingungen aus der Pumpenförderung auf ein für die Druckverstärkung tolerables Maß gedämpft werden.A compact space is advantageously achieved when the central hydraulic pressure booster has a base body in which a hydraulic storage space is formed, and when the hydraulic storage space is connected via a pressure booster inlet directly to the high-pressure pump hydraulically. For this purpose, a high-pressure chamber and a control chamber is formed in the base body and a pressure booster piston guided axially movable The pressure booster piston acts on the high-pressure chamber for pressure boosting and on the control chamber to control the pressure booster. Of the hydraulic storage space is filled directly from the high-pressure pump. The volume of the hydraulic storage space is designed so that the pressure drop is reduced and the pressure oscillations are damped from the pump delivery to a tolerable for the pressure gain level.
Weiterhin ist vorgesehen, dass vom Hochdruckraum eine erste hydraulische Verbindung als Hochdruckablauf zum Hochdruckspeicher und eine zweite hydraulische Verbindung in den hydraulischen Speicherraum führt, dass die erste hydraulische Verbindung mit dem Hochdruckablauf ein erstes Rückschlagventil und die zweite hydraulische Verbindung ein zweites Rückschlagventil aufweist, und dass das erste Rückschlagventil ein Rückströmung vom Hochdruckspeicher in den Hochdruckraum und das zweite Rückschlagventil eine Zuströmung des druckübersetzten Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum in den hydraulischen Speicherraum sperrt.It is further provided that from the high-pressure chamber, a first hydraulic connection as a high-pressure discharge to the high-pressure accumulator and a second hydraulic connection leads into the hydraulic storage space that the first hydraulic connection with the high pressure drainage a first check valve and the second hydraulic connection has a second check valve, and that first check valve blocks a return flow from the high-pressure accumulator into the high-pressure chamber and the second non-return valve blocks an inflow of the pressure-intensified fuel from the high-pressure chamber into the hydraulic accumulator space.
Die Leckageverluste, die sich über die mit Hochdruck beaufschlagten Führungsspalte am Druckübersetzerkolben einstellen, lassen sich dadurch verringern, wenn der zentrale hydraulische Druckverstärker, dessen Druckverstärkerkolben mit einem ersten Druckverstärkerkolbenteil mit einem größeren Durchmesser D21 und mit einem zweiten Druckverstärkerkolbenteil mit einem kleineren Durchmesser D22 ausgeführt ist, mit mindestens einen der Druckverstärkerkolbenteile in einem am Grundkörper ausgebildeten Kolbenführungskörper geführt ist. Der Kolbenführungskörper ist zumindest teilweise von einem Ringraum umgeben, welcher Teil des hydraulischen Speicherraums ist. Dadurch ist ebenfalls mindesten ein Druckverstärkerkolbenteil vom Druck im hydraulischen Speicherraum umgeben. Durch diese Maßnahme sind die Führungen des Druckverstärkerkolbens von außen zum Zeitpunkt der Druckverstärkung durch einen Stützdruck beaufschlagt, so dass sich das Führungsspiel aufgrund des hohen Innendruckes, der innerhalb des Hochdruckraumes herrscht, weniger stark aufgeweitet. Am zweckmäßigsten ist, wenn der Hochdruckraum mit seinem Führungsspalt für den Druckverstärkerkolben unmittelbar an den hydraulischen Speicherraum angrenzt. Dadurch ist der Leckageverlust aus dem Hochdruckraum in den auf Mitteldruck stehenden hydraulischen Speicherraum gering, denn der Mitteldruck ist der von der Hochdruckpumpe gelieferte Kraftstoffdruck.The leakage losses that occur on the pressurized control piston on the pressure translator piston can be reduced thereby, if the central hydraulic booster, the pressure booster piston with a first pressure booster piston part with a larger diameter D 21 and with a second booster piston part with a smaller diameter D 22 executed is, is performed with at least one of the pressure booster piston parts in a formed on the body piston guide body. The piston guide body is at least partially surrounded by an annular space, which is part of the hydraulic storage space. As a result, at least one pressure intensifier piston part is also surrounded by the pressure in the hydraulic storage space. By this measure, the guides of the pressure booster piston are acted upon from the outside at the time of pressure amplification by a support pressure, so that the guide game due to the high internal pressure, which prevails within the high-pressure chamber, less dilated. It is most expedient if the high-pressure chamber with its guide gap for the pressure intensifier piston directly adjacent to the hydraulic storage space. As a result, the loss of leakage from the high-pressure chamber into the medium-pressure hydraulic storage space is low, because the medium pressure is the fuel pressure delivered by the high-pressure pump.
Bei Einspritzdrücken unterhalb des maximalen Förderdrucks der Hochdruckpumpe wird in einer ersten Schaltstellung des Schaltventils der Druck im Speicherraum von der Hochdruckpumpe über den Zulauf weiter durch Rückschlagventile über den Hochdruckablauf zum Hochdruckspeicher gefördert. Von dort gelangt der Kraftstoff zu den Kraftstoffinjektoren. Während dieses Betriebs ist der zentrale Druckverstärker nicht angesteuert, so dass der von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff im Bypassbetrieb des Druckverstärkers zum Hochdruckspeicher (Common-Rail) gelangt.At injection pressures below the maximum delivery pressure of the high-pressure pump, the pressure in the storage space of the high-pressure pump via the inlet is further promoted in a first switching position of the switching valve by check valves on the high-pressure flow to the high-pressure accumulator. From there, the fuel reaches the fuel injectors. During this operation, the central pressure booster is not activated, so that the fuel delivered by the high-pressure pump in the bypass operation of the pressure booster reaches the high-pressure accumulator (common rail).
Sind Einspritzdrücke gefordert, die über dem Maximalförderdruck der Hochdruckpumpe liegen, ist der zentrale Duckverstärker anzusteuern. Dazu wird das Schaltventil, bei dem es sich um ein 3/2-Wege-Ventil handelt, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt in eine zweite Schaltstellung gebracht. In dieser zweiten Schaltstellung wird der Steuerraum des Druckverstärkers zur Druckentlastung über das Schaltventil mit einem Druckverstärkerrücklauf verbunden.If injection pressures are required which are above the maximum delivery pressure of the high-pressure pump, the central pressure intensifier must be actuated. For this purpose, the switching valve, which is a 3/2-way valve, electrically, hydraulically or pneumatically operated brought into a second switching position. In this second switching position, the control chamber of the pressure booster is connected to the pressure relief via the switching valve with a pressure booster return.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.
Es zeigen:
- Figur 1
- einen Systemaufbau des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzsystems und
- Figur 2
- einen prinzipiellen Aufbau eines hydraulischen Druckverstärkers.
- FIG. 1
- a system structure of the present invention proposed fuel injection system and
- FIG. 2
- a basic structure of a hydraulic pressure booster.
Das in
Bedingt durch die Anordnung des zentralen Druckverstärkers 16 zwischen der Hochdruckpumpe 14 und dem Hochdruckspeicher 18 ist der Druckverstärker 16 pro Einspritzzyklus eines Kraftstoffinjektors 20 nur einmal mit dem Schaltventil 26 anzusteuern. Dadurch wird die Steuer- oder Leckagemenge in Abhängigkeit von der Anzahl der Einspritzungen erheblich reduziert. Die Hochdruckpumpe 14 hat weniger Kraftstoff zu fördern und kann kleiner dimensioniert werden. Der Druckverstärker 16 ist in seiner Hochdruckfördermenge auf die maximal mögliche Einspritzmenge von mindestens einem der Kraftstoffinjektoren 20 auszulegen.Due to the arrangement of the central pressure booster 16 between the high-
Der zentrale Druckverstärker 16 gemäß
Der zentrale Druckverstärker 16 umfasst weiterhin einen Druckverstärkerkolben 32. Dieser wiederum umfasst einen ersten Kolbenabschnitt mit einem ersten Druckverstärkerkolbenteil 54, ausgelegt im Durchmesser D21, sowie einen zweiten Kolbenabschnitt mit einem zweiten Druckverstärkerkolbenteil 56, ausgelegt im Durchmesser D22. Das Druckübersetzungsverhältnis i des Druckverstärkers 16 gemäß der in
Der zentrale Druckverstärker 10 umfasst außerdem einen Hochdruckraum 50 zur Druckverstärkung bzw. Druckübersetzung sowie einen Steuerraum 52 zum Ansteuern des Druckverstärkers 16. Der Druckverstärkerkolben 32 ist mit einer zweiten Druckfläche am zweiten Druckverstärkerkolbenteil 56 mit dem kleineren Durchmesser D22 dem Steuerraum 52 und mit einer ersten Druckfläche am ersten Duckverstärkerkolbenteil 54 mit dem größeren Durchmesser D21 dem Hochdruckraum 50 ausgesetzt.The
Der Druckverstärkerkolben 32 ist durch eine Rückstellfeder 34 beaufschlagt, die sich am Kolbenführungskörper 36 einerseits und einem am Druckverstärkerkolbenteil 56 ausgebildeten Bund 33 andererseits abstützt. Der Druckverstärkerkolben 32, die Rückstellfeder 34 und der Kolbenführungskörper 36 sind ihrerseits so im Speicherraum 48 angeordnet, dass dieser den Kolbenführungskörper 36 im Bereich der Führung des Druckverstärkerkolbens 32 umgibt, zweckmäßigerweise im Bereich des mit dem Durchmesser D21 ausgebildeten ersten Druckverstärkerkolbenteiles 54. Durch diese Maßnahme sind die Führungen des Druckverstärkerkolbens 32 von außen zum Zeitpunkt der Druckverstärkung durch einen Stützdruck beaufschlagt. Dieser Stützdruck von außen bewirkt, dass sich aufgrund des im Inneren des Druckverstärkers 16 herrschenden Drucks vergrößerte Führungsspiel weniger weit aufweitet, was andernfalls zu einem unerwünschten Abströmen von Führungsleckage führen würde, was wiederum den hydraulischen Wirkungsgrad des Druckverstärkers 16 negativ beeinflussen würde.The
Vom Hochdruckraum 50 zweigt eine erste hydraulische Leitung als Hochdruckablauf 46 ab, der sich zum Hochdruckspeicher 18 (Common-Rail) erstreckt. Im Hochdruckablauf 46 befindet sich ein erstes Rückschlagventil 40. Vom Hochdruckraum 50 erstreckt sich weiterhin eine zweite hydraulische Leitung mit einem zweiten Rückschlagventil 38, die über eine Befüllleitung 58 in den hydraulischen Speicherraum 48 führt. Das Rückschlagventil 38 dient dabei als Füllventil. Das erste Rückschlagventil 40 sperrt eine Rückströmung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 18 in den Hochdruckraum 50. Das zweite Rückschlagventil 38 sperrt eine Zuströmung des druckübersetzten Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum 50 in den hydraulischen Speicherraum 48. Von der zweiten hydraulischen Leitung zweigt eine weitere hydraulische Leitung ab, die zum Schaltventil 26 führt. Eine weitere hydraulische Leitung verbindet einen weiteren Anschluss des Schaltventils 26 mit dem Steuerraum 52. Über diese hydraulischen Leitungen wird der Hochdruckraum 50 und der Steuerraum 52 ausgehend vom Speicherraum 48 wieder mit Kraftstoff befüllt, wobei die Wiederbefüllung des Steuerraumes 52 nach dessen Druckentlastung bei Betätigung des Schaltventils 26 über die weitere Leitung in der dargestellten Schaltstellung des Schaltventils 26 auch über die Befüllleitung 58 vom Speicherraum 48 ausgehend erfolgt.From the high-
Die Rückstellfeder 34, die zwischen dem Führungskörper 36 und einer Stufe am Druckverstärkerkolben 32 angeordnet ist, drückt den Druckverstärkerkolben 32 in dessen Ausgangslage, so dass dieser mit einer Anschlagsbegrenzung 42 am Grundkörper 30 anliegt. Die Federkraft der Rückstellfeder 34 ist so ausgelegt, dass der Druckverstärkerkolben 32 nach der Druckverstärkung mit ausreichend hoher Geschwindigkeit wieder in die Ausgangsstellung an der Anschlagsbegrenzung 42 gebracht wird.The
Bei Einspritzdrücken unterhalb des maximalen Förderdruckes der Hochdruckpumpe 14 wird gemäß einer in
Um Einspritzdrücke über dem Maximalförderdruck der Hochdruckpumpe 14 zu erreichen, ist der Druckverstärker 16 anzusteuern. Dazu wird das Schaltventil 26 elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch in die zweite Schaltstellung gebracht. In dieser Schaltstellung des Schaltventils 26 wird der Steuerraum 52 mit dem Druckverstärkerrücklauf 24 verbunden. Kraftstoff strömt aus dem druckentlasteten Steuerraum 52 über das Schaltventil 26 in den Druckverstärkerrücklauf 24 ab und von dort in den in
Bei Deaktivierung des Schaltventils 26 wird der Steuerraum 52 wieder mit dem Speicherraum 48 hydraulisch verbunden. Aufgrund dieser hydraulischen Verbindung steigt der Druck im Steuerraum 52 an und der Druckverstärkerkolben 32 beendet den Vorgang der Druckübersetzung gemäß des Druckübersetzungsverhältnisses i im Hochdruckraum 50. Gleichzeitig schließt sich auch das Hochdruckventil 40 aufgrund der anstehenden Druckdifferenz. Die Federkraft der Rückstellfeder 34 drückt nun den Druckverstärkerkolben 32 mit der Anschlagsbegrenzung 42 an den Grundkörper 30 des Druckverstärkers 16. Während dieser Zeitspanne wird Kraftstoff aus dem Speicherraum 48 über das Rückschlagventil 38 in den Hochdruckraum 50 angesaugt. Ist der Druckverstärkerkolben 32 an der Anschlagsbegrenzung 42 angelangt, kann das Schaltventil 26 zur erneuten Druckübersetzung angesteuert werden. Vor Erreichen der Anschlagsbegrenzung 42 ist zwar eine erneute Ansteuerung möglich, aber aufgrund der dann noch unbestimmten Rückstellposition des einen ersten Druckverstärkerkolbenteil 54 und einen zweiten Druckverstärkerkolbene teil 56 aufweisenden Druckverstärkerkolbens 32 nicht sinnvoll.Upon deactivation of the switching
Claims (6)
- Fuel injection system for an internal combustion engine, having a high-pressure pump (14), a high-pressure accumulator (18), a multiplicity of fuel injectors (20), a hydraulic pressure booster (10) and having a switching valve (26) for actuating the hydraulic pressure booster (10), wherein the hydraulic pressure booster (10) is provided centrally for all of the fuel injectors (20), wherein the central hydraulic pressure booster (10) is arranged between the high-pressure pump (14) and the high-pressure accumulator (18), wherein the central hydraulic pressure booster (10) has a basic body (30) in which is formed a hydraulic accumulator chamber (48), wherein in the basic body (30) a high-pressure chamber (50) and a control chamber (52) are formed and a pressure booster piston (32) is guided in an axially movable manner, wherein the pressure booster piston (32) acts on the high-pressure chamber (50) for pressure boosting and acts on the control chamber (52) for actuation of the pressure booster (16), and wherein a filling line (58) is provided which branches off from the hydraulic accumulator chamber (48) and via which the control chamber (52) and/or the high-pressure chamber (50) are refilled after the pressure boosting phase, characterized in that the hydraulic accumulator chamber (48) is hydraulically connected to the high-pressure pump (14) directly via a pressure booster inlet line (44).
- Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that, from the high-pressure chamber (50), a first hydraulic connection in the form of a high-pressure outlet line (46) leads to the high-pressure accumulator (18) and a second hydraulic connection leads into the hydraulic accumulator chamber (48), in that the first hydraulic connection with the high-pressure outlet line (46) has a first check valve (40) and the second hydraulic connection has a second check valve (38), and in that the first check valve (40) blocks a return flow from the high-pressure accumulator (18) into the high-pressure chamber (50) and the second check valve (38) blocks a flow of the pressure-boosted fuel from the high-pressure chamber (50) into the hydraulic accumulator chamber (48).
- Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the switching valve (26) is assigned, in the basic body (30), to the central hydraulic pressure booster (10).
- Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the pressure booster piston (32) is formed with a first pressure booster piston part (54) of relatively large diameter D21 and with a second pressure booster piston part (56) of relatively small diameter D22, in that the basic body (30) has a piston guide body (36) for at least one of the pressure booster piston parts (54, 56), and in that the piston guide body (36) is at least partially surrounded by an annular chamber which is part of the hydraulic accumulator chamber (48).
- Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure booster (16) is inactive at pressures below the maximum delivery pressure of the high-pressure pump (14), and the high-pressure accumulator (18) is charged with the maximum delivery pressure of the high-pressure pump (14) via the accumulator volume (48), the check valves (38, 40) and a high-pressure inlet line (46).
- Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that, when pressures higher than the maximum delivery pressure of the high-pressure pump (14) are delivered, the pressure booster (16) is activated and the control chamber (52) thereof is connected via the switching valve (26) to a pressure booster return line (24) for a release of pressure.
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