EP2516839B1

EP2516839B1 - Brennstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: EP2516839B1
Application number: EP10787381.2A
Authority: EP
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: EP2516839A1; CN102667134A; DE102009055129A1; WO2011085858A1; IN2012DN03413A; CN102667134B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinrichtungen für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 10 2006 040 248 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe und jeweils einen Injektor für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine auf, der zumindest mittelbar über eine hydraulische Leitung mit der Hochdruckpumpe verbunden ist. Die Hochdruckpumpe ist mit einem Verteilerelement verbunden. Mehrere der Injektoren sind über hydraulische Leitungen in Reihe miteinander verbunden. Ein erster Injektor und ein letzter Injektor der Reihe von Injektoren sind dabei über jeweils eine hydraulische Leitung direkt mit dem Verteilerelement verbunden. Am Gehäuse eines Injektors sind zwei Hochdruckanschlüsse vorgesehen, über die unter Hochdruck stehender Kraftstoff dem Injektor zugeführt wird beziehungsweise von diesem weitergeführt wird. Die Hochdruckanschlüsse sind hierbei mit einem Raum des Injektors verbunden, in dem ein Aktor angeordnet ist. Außerdem sind die Hochdruckanschlüsse über den Raum mit dem Kraftstoffeinspritzventil verbunden, um diesem den für die Kraftstoffeinspritzung erforderlichen Kraftstoff zuzuführen. Der Raum bildet dabei einen Hochdruckspeicher, aus dem der Kraftstoff zur Einspritzung entnommen wird. Der Raum besitzt dabei ein ausreichend großes Volumen, um das für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Kraftstoffvolumen speichern zu können.
Die aus der DE 10 2006 040 248 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzung hat den Nachteil, dass im Betrieb Druckpulsationen auftreten. Hierbei kommt es zu Schwingungen in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Dies wirkt sich ungünstig auf das Einspritzverhalten der einzelnen Injektoren aus.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass Druckpulsationen verringert sind und insbesondere ein kostengünstiges und gleichzeitig schwingungsarmes System geschaffen werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzeinrichtung möglich.
Vorteilhaft ist es, dass der Brennstoff von dem Hochdruckeingang über ein Zusatzvolumen zum Aufnehmen von Brennstoff zu dem ersten Brennstoffeinspritzventil führbar ist. Durch das Zusatzvolumen ist eine zusätzliche Dämpfung ermöglicht. Ferner ist es vorteilhaft, dass das Zusatzvolumen größer ist als ein Brennstoffgesamtvolumen eines Brennstoffeinspritzventils. Hierdurch kann eine vorteilhafte Schwingungsdämpfung erzielt werden. Außerdem kann hierdurch auch eine zuverlässige Schwingungsdämpfung bei einem Einsatz von kostengünstigen Brennstoffeinspritzventilen, beispielsweise Magnetventilen mit verhältnismäßig langen Schaltzeiten, erfolgen. Hierdurch ist eine robuste und kostengünstige Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzeinrichtung möglich. Speziell ist es hierbei vorteilhaft, dass das Zusatzvolumen zumindest näherungsweise gleich einer Summe der Brennstoffgesamtvolumen der Brennstoffeinspritzventile ist. Hierdurch kann eine Brennstoffeinspritzeinrichtung geschaffen werden, die sehr geringe Druckschwankungen durch die Einspritzung der Brennstoffeinspritzventile aufweist.
Vorteilhaft ist es ferner, dass das Zusatzvolumen über eine Leitung mit dem ersten Brennstoffeinspritzventil und über eine weitere Leitung mit einem zweiten Brennstoffeinspritzventil verbunden ist. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass neben dem ersten Brennstoffeinspritzventil und dem zweiten Brennstoffeinspritzventil zumindest ein weiteres Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist und dass die Brennstoffeinspritzventile und das Zusatzvolumen jeweils über zwei Leitungen entsprechend einer geschlossenen Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Durch diese Anordnung werden Druckschwingungen minimiert und ein Toleranzverhalten verbessert. Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass die Leitungen zumindest näherungsweise gleich lang sind. Um hierbei eine Optimierung der Leitungslängen zu ermöglichen, können die Brennstoffeinspritzventile entsprechend ihrer Anordnung so miteinander verbunden sein, dass immer eine Verbindung zu dem übernächsten Brennstoffeinspritzventil besteht. Hierdurch kann das Schwingungsverhalten weiter verbessert werden. Je nach Ausgestaltung der Brennkraftmaschine können allerdings auch einzelne kurze oder längere Leitungen zum Einsatz kommen.
Vorteilhaft ist es, dass der Brennstoffraum als zusammenhängender Brennstoffraum ausgestaltet ist. Hierdurch steht ein relativ großes Volumen zur Druckdämpfung zur Verfügung.
Alternativ ist es auch vorteilhaft, dass das Teilvolumen zur Brennstoffeinspritzung und das zusätzliche Teilvolumen zum Ermöglichen der Dämpfung über zumindest eine Drossel miteinander verbunden sind. Hierdurch können gegebenenfalls auftretende Schwingungen vom Teilvolumen zur Brennstoffeinspritzung entkoppelt werden.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer 1-Stempel-Hochdruckpumpe, die nur eine Förderleitung aufweist, welche mit dem Hochdruckeingang verbunden ist. Hierdurch kann ein sehr kostengünstiges und gleichzeitig schwingungsarmes System erzielt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Teilaspekte der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Die Figuren 1 bis 5 zeigen dabei Brennstoffeinspritzeinrichtungen, die jeweils Teilaspekte der Erfindung darstellen und nicht sämtliche Merkmale der Erfindung zeigen. Im Einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Brennstoffeinspritzeinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine Brennstoffeinspritzeinrichtung in einem schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig.3 eine Brennstoffeinspritzeinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Brennstoffeinspritzeinrichtung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein Brennstoffeinspritzventil für eine Brennstoffeinspritzeinrichtung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung in einer nicht erfindungsgemäßen, auszugsweisen und schematischen Schnittdarstellung und
Fig. 6 ein Brennstoffeinspritzventil einer Brennstoffeinspritzeinrichtung entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung.

Teilweise Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 mit Brennstoffeinspritzventilen 2, 3, 4, 5 und einer Hochdruckpumpe 6. Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 dient für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 können hierbei als Injektoren für solch eine Brennkraftmaschine dienen. Ein bevorzugter Einsatz der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 besteht für Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 der Erfindung eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Die Einhaltung der Schadstoffgrenzwerte hat bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren hohe Priorität. Mit einem Common-Rail-Einspritzsystem kann ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung von Schadstoffen geleistet werden. Der Vorteil eines solchen Einspritzsystems liegt in der Unabhängigkeit des Einspritzdrucks von Drehzahl und Last. Hierbei ist ein Common-Rail vorhanden, an das alle Injektoren angeschlossen sind. Der Brennstoffdruck wird hierbei in dem zentralen Common-Rail gehalten und von dort an die einzelnen Injektoren verteilt. Hierbei sollte das Common-Rail in etwa die Länge haben, ) die die Injektoren im eingebauten Zustand voneinander beabstandet sind, um kurze Verbindungsleitungen zu ermöglichen. Trotzdem treten hierbei unerwünschte Druckschwingungen zwischen dem Common-Rail und den Injektoren auf.
Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels ermöglicht eine linienförmige Verbindung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 über Leitungen 7, 8, 9. Außerdem ist eine Leitung 10 vorgesehen, über die das Brennstoffeinspritzventil 5 mit der Hochdruckpumpe 6 verbunden ist. Ein Ausgang 11 der Hochdruckpumpe 6 ist hierbei mit einem Hochdruckeingang 12 verbunden. Der Hochdruckeingang 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Leitung 10 vorgesehen. Der Hochdruckeingang 12 dient für die ) Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5, um Brennstoff zu den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 zu führen. Die Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 sind in Reihe geschaltet. Außerdem ist eine Zusatzkomponente 13 vorgesehen, die über eine Leitung 14 mit dem Brennstoffeinspritzventil 2 verbunden ist. Die Zusatzkomponente 13 ist an das letzte Brennstoffeinspritzventil 2 der Reihe angeschlossen und kann beispielsweise als Druckregelventil oder Drucksensor ausgestaltet sein. Die Zusatzkomponente 13 kann in einem separaten Funktionskörper angeordnet sein, wie es in der Fig. 1 veranschaulicht ist, oder auch direkt an dem Brennstoffeinspritzventil 2 angeordnet sein. Somit werden alle Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 auch vom notwendigen Regelbrennstoff durchströmt. Ein zusätzlicher Druckspeicher in Form eines Common-Rail oder dergleichen ist nicht erforderlich.
Das Brennstoffeinspritzventil 5 weist zwei Hochdruckanschlüsse 15, 16 auf. Hierbei ist die Leitung 10 mit dem Hochdruckanschluss 15 des Brennstoffeinspritzventils 5 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Leitung 10 eine Drossel 17 angeordnet, um eine gedrosselte Zufuhr von Brennstoff zu ermöglichen. Alternativ zu zwei voneinander getrennten Hochdruckanschlüssen 15, 16 kann auch ein Verteiler-Adapter an einem gemeinsamen Hochdruckanschluss vorgesehen sein. Die Verbindung der Leitung 10 mit dem Hochdruckanschluss 15 des Brennstoffeinspritzventils 5 erfolgt am Beginn der Reihe beziehungsweise Injektorkette.
Die Leitungen 7, 8, 9 weisen vorzugsweise die gleiche Länge auf. Ferner ist es vorteilhaft, dass auch die Leitung 10 relativ kurz ausgestaltet ist. Gegebenenfalls können auch Verbindungsstücke zur Integration von Regelkomponenten vorgesehen sein.
Das Brennstoffeinspritzventil 5 weist einen Brennstoffraum 18 auf. Ein Brennstoffgesamtvolumen des Brennstoffraums 18 zum Aufnehmen von Brennstoff teilt sich hierbei in ein Teilvolumen 19 und ein zusätzliches Teilvolumen 20 auf. Das Brennstoffgesamtvolumen des Brennstoffraums 18 ermöglicht eine Dämpfung von Druckpulsationen. Hierbei steht das zusätzliche Teilvolumen 20 zusätzlich zu dem Teilvolumen 19 zur Verfügung, um solch eine Dämpfung zu ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Teilvolumen 19, 20 über eine Drossel 21 miteinander verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Teilvolumen 19 bereits relativ groß ausgestaltet. Somit trägt das Teilvolumen 19 auch zur Dämpfung von Druckpulsationen bei.
Das Brennstoffeinspritzventil 5 weist ein Ventilelement 22 auf, das zum Öffnen und Schließen des Einspritzquerschnitts dient. Ferner ist eine Ventileinheit 23 vorgesehen, die zur Steuerung der Einspritzung dient.
Der Brennstoffraum 18 des Brennstoffeinspritzventils 5 ist über die Leitung 7 mit dem Brennstoffraum 24 des Brennstoffeinspritzventils 4 verbunden. Über die Leitungen 8 und 9 besteht auch eine Verbindung zu den Brennstoffräumen 25, 26 der Brennstoffeinspritzventile 2, 3. Somit sind alle Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 über die Leitungen 7, 8, 9 miteinander verbunden. Es ist kein zusätzlicher Speicher im System ausgebildet.
Die Hochdruckpumpe 6 ist als 1-Stempel-Hochdruckpumpe 6 ausgestaltet. Hierbei ist die Hochdruckpumpe 6 mit Mengenregelung ausgestaltet. Die Hochdruckpumpe 6 fördert über die Leitung 10 unter hohem Druck stehenden Brennstoff zu dem ersten Brennstoffeinspritzventil 5 der Reihe.
Speziell können die Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 als Injektoren mit servogesteuerter Düsennadel 22 und mit Magnetventil 23 ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Brennstoffeinspritzventil 5 einen Servosteuerraum 27 aufweisen, in den die Düsennadel 22 hineinragt. Die Steuerung der Düsennadel 22 erfolgt über die Steuerung des Drucks im Servosteuerraum 27 mittels des Magnetventils 23. Die Düsennadel 22 erstreckt sich durch den Brennstoffraum 18.
Durch das Brennstoffgesamtvolumen des Brennstoffraums 18 mit der vorgesehenen Drossel 21 werden die Leitungsschwingungen der linienförmigen, durch die Leitungen 7, 8, 9 gebildeten Injektorverbindung gedämpft, so dass ein kostengünstiges und schwingungsarmes System entsteht.
Je nach Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 können auch ein oder mehrere Rückläufe an den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 vorgesehen sein. Ferner weist die Hochdruckpumpe 6 einen Niederdruckkreis zur Regelung der Füllung auf. Hierfür erforderliche Systemkomponenten, beispielsweise zur Druckregelung oder Funktionsüberwachung, können an der Hochdruckpumpe 6 oder an zusätzlichen Adapterstücken angebracht sein.
In vorteilhafter Weise umfasst somit das Brennstoffeinspritzventil 5 ein integriertes Brennstoffgesamtvolumen und ein langes Ventilelement 22, das sich durch den Brennstoffraum 18 hindurch erstreckt und eine servogesteuerte Düsennadel bildet. Hierdurch kann die zur Abstimmung vorgesehene Schließdrossel eingangsseitig des Teilvolumens 19 angeordnet sein. Hierdurch kann die Drossel 21 sowohl die Funktion der Schließdrossel als auch die Funktion der Dämpfungsdrossel zur Dämpfung von Leitungsschwingungen übernehmen. In Verbindung mit der als 1-Stempel-Hochdruckpumpe ausgestalteten Hochdruckpumpe 6, die nur eine durch die Leitung 10 gebildete Förderleitung aufweist, kann ein sehr kostengünstiges und gleichzeitig schwingungsarmes System realisiert werden.
Die Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzventile 2, 3, 4 ergibt sich entsprechend der beschriebenen Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 5.
Fig. 2 zeigt eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffeinspritzventil 2 über eine Leitung 30 mit einem Adapterstück 31 verbunden. Das Adapterstück 31 ist über die Leitung 10 mit dem Ausgang 11 der Hochdruckpumpe 6 verbunden. Außerdem ist auch das Brennstoffeinspritzventil 3 über eine Leitung 32 mit dem Adapterstück 31 verbunden. Das Adapterstück 31 teilt den Brennstofffluss auf die Brennstoffeinspritzventile 2, 3 auf. Außerdem ist an dem Adapterstück 31 in diesem Ausführungsbeispiel auch die Zusatzkomponente 13 angebracht, die beispielsweise als Druckregelventil ausgestaltet ist.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 ist über die Leitung 8 mit dem Brennstoffeinspritzventil 4 verbunden. Ferner ist das Brennstoffeinspritzventil 4 über die Leitung 9 mit dem Brennstoffeinspritzventil 5 verbunden. Das Brennstoffeinspritzventil 5 ist wiederum über die Leitung 7 mit dem Brennstoffeinspritzventil 3 verbunden. Dadurch ergibt sich eine geschlossene Reihenschaltung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5. Diese geschlossene Reihenschaltung verbindet die Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 nicht notwendigerweise in Form eines Rings, da das Brennstoffeinspritzventil 3 von der Leitung 8 übersprungen wird und das Brennstoffeinspritzventil 4 von der Leitung 7 übersprungen wird. Hierdurch ist es möglich, dass die Leitungen 7, 8, 9 zumindest näherungsweise gleich lang ausgestaltet sind.
Bei der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels sind in den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 große Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 ausgebildet. Ein zusätzlicher Speicher für Brennstoff ist nicht vorgesehen.
Die Hochdruckpumpe 6 fördert Brennstoff über die Leitung 10 zu dem Adapterstück 31. Das Adapterstück 31 kann hierbei an einer beliebigen Stelle in die geschlossene Kette der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 eingesetzt werden. Hierbei können die beiden Leitungen 30, 32, die mit dem Adapterstück 31 verbunden sind, gleich lang oder auch unterschiedlich lang ausgestaltet sein. Ferner ist es möglich, dass das Adapterstück 31 direkt an einem der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 angeordnet ist. Das Adapterstück 31 ist räumlich in der Nähe der Leitungen 7, 8, 9 angeordnet. Die Zusatzkomponente 13, insbesondere ein Druckregelventil und/oder ein Drucksensor, kann auch direkt an der Hochdruckpumpe 6, insbesondere am Ausgang 11, angeordnet sein.
In der Fig. 2 ist eine Anordnung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 veranschaulicht, wie sie bei einem Reihenmotor mit vier Zylindern zum Einsatz kommen kann. Hierbei lassen sich durch die spezielle Verschaltung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5, bei der die Leitung 7 das Brennstoffeinspritzventil 4 überbrückt und die Leitung 8 das Einspritzventil 3 überbrückt, im Wesentlichen gleich lange Verbindungen 7, 8, 9 realisieren. Dies kann auch bei einer anderen Anzahl an Brennstoffeinspritzventilen erfolgen, in dem zumindest ein Teil der Brennstoffeinspritzventile überbrückt und somit ausgehend von einem Brennstoffeinspritzventil das übernächste Brennstoffeinspritzventil angebunden wird.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 entsprechend ihrer Anordnung mit den benachbarten Brennstoffeinspritzventilen verbunden werden und die beiden äußersten Brennstoffeinspritzventile 2, 5 über Leitungen mit dem Adapterstück 31 verbunden werden: Speziell bei einer Brennkraftmaschine mit höchstens vier Zylindern kann dies eine zweckmäßige Alternative sein.
Es ist auch eine ringförmige Verbindung der Brennstoffeinspritzventile möglich, beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern in V-Anordnung.
Fig. 3 zeigt eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Hochdruckpumpe 6 über zwei Leitungen 10, 10' mit einem Speicher 40 verbunden. Hierbei weist die Hochdruckpumpe 6 Ausgänge 11, 11' auf, an denen die Leitungen 10, 10' montiert sind. Der Hochdruckeingang 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel an den beiden Leitungen 10, 10' ausgebildet. Durch den Speicher 40 ist ein Zusatzvolumen 41 bereitgestellt. Der Speicher 40 weist gedrosselte Ausgänge 42, 43 auf. An dem gedrosselten Ausgang 42 ist die Leitung 30 angebracht. Die Leitung 30 verbindet das Brennstoffeinspritzventil 2 mit dem Speicher 40. An dem gedrosselten Ausgang 43 ist die Leitung 32 angebracht. Die Leitung 32 verbindet das Brennstoffeinspritzventil 5 mit dem Speicher 40. Außerdem ist das Brennstoffeinspritzventil 2 in diesem Ausführungsbeispiel über die Leitung 9 mit dem Brennstoffeinspritzventil 3 verbunden. Ferner ist das Brennstoffeinspritzventil 3 über die Leitung 8 mit dem Brennstoffeinspritzventil 4 verbunden. Das Brennstoffeinspritzventil 4 ist wiederum mit dem Brennstoffeinspritzventil 5 über die Leitung 7 verbunden, so dass eine geschlossene Kette in Form eines Rings gebildet ist. Der Speicher 40 teilt in diesem Ausführungsbeispiel somit den Brennstoff zunächst auf die Brennstoffeinspritzventile 2, 5 auf. Hierbei wird der von der Hochdruckpumpe 6 zugeführte Brennstoff über das Zusatzvolumen 41 zu den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 geführt. Das Zusatzvolumen 41 ermöglicht eine weitere Dämpfung, die zusätzlich zu den Brennstoffräumen 18, 24, 25, 26 der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 schwingungsverringernd wirkt.
In diesem Beispiel sind das Teilvolumen 19 zur Brennstoffeinspritzung und das zusätzliche Teilvolumen 20 zum Ermöglichen der Dämpfung nicht voneinander getrennt, was nicht erfindungsgemäß ist. Das Brennstoffgesamtvolumen des Brennstoffraums 18 hängt hierbei ohne eine Drosselverbindung oder dergleichen zusammen. Der Brennstoffraum 18 des Brennstoffeinspritzventils 5 ist als großer Brennstoffraum 18 ausgebildet. Das Brennstoffeinspritzventil 5 umfasst das Ventilelement 22 zum Öffnen und Schließen des Einspritzquerschnitts und die Ventileinheit 23 zur Steuerung der Einspritzung.
Das Zusatzvolumen 41 des Speichers 40 ist vorzugsweise größer vorgegeben als das Brennstoffgesamtvolumen eines einzelnen Brennstoffraums 18 eines Brennstoffeinspritzventils 5. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Summe der Brennstoffgesamtvolumen der Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 zumindest näherungsweise gleich dem Zusatzvolumen 41 des Speichers 40 ist. Das Zusatzvolumen 41 ist in die ringförmige Anordnung der Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 integriert. Somit sind das Zusatzvolumen 41 und die Brennstoffgesamtvolumen der Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 ringförmig miteinander verbunden. Die Hochdruckpumpe 6 fördert Brennstoff in das Zusatzvolumen 41 und in die einzelnen Brennstoffräume 18, 24, 25,26.
Zur weiteren Dämpfung von Druckschwingungen sind an dem Brennstoffeinspritzventil 5 die gedrosselten Hochdruckanschlüsse 15, 16 vorgesehen. Hierbei sind in die Hochdruckanschlüsse 15, 16 Drosseln 17, 44 integriert. Dies gilt entsprechend für die anderen Brennstoffeinspritzventile 2, 3, 4. Somit ergibt sich eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 1, die sehr geringen Druckschwankungen durch die Einspritzung der einzelnen Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 unterliegt.
Somit sind Einspritztoleranzen, die auf Grund von Druckschwingungen auftreten können, verhindert oder zumindest vermindert. Dies kann insbesondere durch die als Dämpferdrosseln wirkenden Drosseln 17, 44 des Brennstoffeinspritzventils 5 und der weiteren, an den übrigen Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 4 vorgesehenen Drosseln erreicht werden. Somit ist bei den linienförmig untereinander verbundenen Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 in vorteilhafter Weise eine Dämpfung aus der Kombination der Drosselwirkung und der Speichervolumen, nämlich der Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 und des Zusatzvolumens 41, möglich. Hierdurch sind Schwingungen reduziert und Toleranzen beim Einspritzen zwischen den einzelnen Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 können gering gehalten werden. Die Drosselwirkungen der gedrosselten Ausgänge 42 bis 43 des Speichers 40 tragen ebenfalls zur Dämpfungswirkung bei.
Es ist anzumerken, dass das Zusatzvolumen 41 auch ungefähr gleich groß vorgegeben sein kann wie jedes einzelne Brennstoffgesamtvolumen der Brennstoffräume 18 der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5. Das Zusatzvolumen 41 ist dann zum Beispiel näherungsweise gleich groß wie das Volumen des Brennstoffraums 18. Allerdings kann das Zusatzvolumen 41 auch anders gewählt sein.
Fig. 4 zeigt eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Speicher 40 einen gedrosselten Ausgang 43 und einen ungedrosselten Ausgang 42 auf. Außerdem weist das Brennstoffeinspritzventil 5 einen Hochdruckanschluss 15 auf, der ungedrosselt ausgestaltet ist. Der gedrosselte Ausgang 43 des Speichers 40 ist mit dem Hochdruckanschluss 15 des Brennstoffeinspritzventils 5 über die Leitung 32 verbunden. Hierbei ist eine Drosselwirkung über die Drossel 43 des gedrosselten Ausgangs 43 gegeben. Außerdem weist das Brennstoffeinspritzventil 5 den Hochdruckanschluss 16 auf, der gedrosselt ausgestaltet ist beziehungsweise an dem eine Drossel 44 vorgesehen ist. Über die Leitung 7 ist das Brennstoffeinspritzventil 5 mit dem Brennstoffeinspritzventil 4 verbunden. Hierbei ist die Leitung 7 einerseits an dem gedrosselten Hochdruckanschluss 16 des Brennstoffeinspritzventils 5 angebracht und andererseits an einem ungedrosselten Hochdruckanschluss 15' des Brennstoffeinspritzventils 4 angebracht. Entsprechendes gilt für die Verbindungsleitungen 8, 9, die zur Verbindung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 4 dienen. Das Brennstoffeinspritzventil 2 ist über die Leitung 30 mit dem gedrosselten Ausgang 42 des Speichers 40 verbunden, wobei im Bereich des Brennstoffeinspritzventils 1 an der Leitung 30 beziehungsweise an dem Brennstoffeinspritzventil 2 eine Drossel 45 vorgesehen ist.
Somit sind die Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 und das Zusatzvolumen 41 wiederum ringförmig miteinander verbunden. Dabei sind Dämpfungsdrosseln, insbesondere die Dämpfungsdrosseln 43, 44, 45, vorgesehen, die nur einseitig, symmetrisch an den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 beziehungsweise dem Speicher 40 angeordnet sind. Somit ist jede der Leitungen 7, 8, 9, 30, 32 an jeweils einem Ende gedrosselt und an dem jeweils anderen Ende ungedrosselt mit dem jeweiligen Bauteil verbunden.
Das Brennstoffeinspritzventil 5 weist einen großen Brennstoffraum 18 auf. Hierbei umfasst das Brennstoffeinspritzventil 5 ein Ventilelement 22 zum Öffnen und Schließen des Einspritzquerschnitts. Das Ventilelement wird in diesem Ausführungsbeispiel über den Servosteuerraum 27 und die Ventileinheit 23 zur Steuerung des Drucks im Servosteuerraum 27 gesteuert. Je nach Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 5 können auch ein oder mehrere Rückläufe am Brennstoffeinspritzventil 5 vorgesehen sein. Die an den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 und dem Speicher 40 vorgesehenen Dämpferdrosseln können bei jeder Zylinderanzahl und Motorbauform eingesetzt werden.
Somit kann in vorteilhafter Weise eine Verbindung über Leitungen 7, 8, 9, 30, 32 mit einseitig, symmetrisch angeordneten Dämpferdrosseln an den Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5 beziehungsweise dem Speicher 40 erfolgen. Damit kann der Druckverlust bei der Einspritzung verringert werden und trotzdem eine gute Schwingungsdämpfung erreicht werden. Hierbei weist jede der Leitungen 7, 8, 9, 30, 32 an einem Ende einen gedrosselten Anschluss auf. Dadurch werden eine Teileanzahl und die hiermit verbundenen Kosten reduziert. Der Druckverlust, der durch die Dämpferdrosseln erzeugt wird, wird verringert und der Systemwirkungsgrad erhöht.
Idealerweise wird diese einseitige Dämpfung bei einem Systemaufbau mit dem Speicher 40, der das Zusatzvolumen 41 bereitstellt, angewendet, wenn das Zusatzvolumen 41 in etwa so groß ist wie die integrierten, als Speichervolumen dienenden Brennstoffräume 18, 24, 25, 26 der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5. Dabei wird auch am Zusatzvolumen 41 eine einseitige Drossel 43 verwendet. Die Hochdruckpumpe 6 fördert in das Zusatzvolumen 41. Dadurch wird ein sehr schwingungsarmes System erreicht, bei dem jedes Brennstoffeinspritzventil 2 bis 5 die gleichen Anschlussbedingungen hat. Außerdem können gegebenenfalls erforderliche Zusatzkomponenten 47, 48, wie Druckregelventil, Druckbegrenzungsventil und Sensoren, an dem Zusatzvolumen 41 angebracht werden. Beispielsweise sind ein Druckregelventil 46 und ein Druckbegrenzungsventil 47 vorgesehen, die über einen Rücklauf 48 mit einem Tank oder dergleichen verbunden sind. Aus solch einem Tank fördert die Hochdruckpumpe 6 über einen Zulauf 49 Brennstoff in den Speicher 40.
Bei der Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 können separate Leitungsanschlüsse an dem jeweiligen Gehäuse der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 ausgebildet sein oder es kann ein Verteilerelement verwendet werden. Die Drosseln können hierbei auch in die Gehäuse (Injektorkörper) beziehungsweise in die Verteilerstücke integriert oder als separates Einlegeteil zwischen die Leitungen 7, 8, 9, 30, 32 und den jeweiligen Anschluss eingefügt werden.
Besonders vorteilhaft ist die Schwingungsdämpfung beim Einsatz von Brennstoffeinspritzventilen 2 bis 5, die sowohl einen großen Brennstoffraum 18, 24, 25, 26 als auch servogesteuerte Düsennadeln als Ventilelemente 22 aufweisen, da die Düsennadelsteuerung über den Servokreis sehr empfindlich auf Druckschwingungen reagiert. Dies gilt insbesondere, wenn eine Steuerung durch eine Ventileinheit 23 erfolgt, die ein Magnetventil aufweist, da durch die verhältnismäßig langsame Schaltzeit eine toleranzanfällige Injektorabstimmung notwendig ist. Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 kann für solche robusten, kostengünstige Servoinjektoren 2 bis 5 aber ein System mit gutem Toleranzverhalten realisieren.
Die Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 kann daher in vorteilhafter Weise leckagefreie Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 aufweisen, die auch für Common-Rail-Anwendungen geeignet sind. Ein Common-Rail kann hierbei allerdings entfallen, so dass sich eine kostengünstige Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 ergibt.
Fig. 5 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 5 für eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung. Das Brennstoffeinspritzventil 5 weist einen Injektorkörper 55 auf, in dem der große Brennstoffraum 18 ausgebildet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 5 weist das Ventilelement 22 zum Öffnen und Schließen des Einspritzquerschnittes und die Ventileinheit 23 zur Steuerung der Einspritzung auf. Außerdem weist das Brennstoffeinspritzventil 5 einen Rücklauf 56 auf, der zu einem Tank führt. Ferner ist eine Servosteuerung vorgesehen, um das Ventilelement 22 mittels der Ventileinheit 23, die ein Magnetventil aufweist, zu steuern. Dies erfolgt über den Servosteuerraum 27, der durch eine Stirnfläche 57 des in den Servosteuerraum 27 ragenden Ventilelements 22 begrenzt ist. Die Steuerung des Ventilelements 22 erfolgt über die Steuerung des Drucks im Servosteuerraum 27. Das Injektorverhalten des Brennstoffeinspritzventils 5 hängt stark vom Injektordruck ab, wodurch sich Druckschwankungen im Injektor auf Mengenänderungen beim Einspritzen auswirken. Durch das große Brennstoffgesamtvolumen des Brennstoffraums 18 ist diesbezüglich eine Dämpfung gegeben. Außerdem wird diese Dämpfung beispielsweise durch ein Zusatzvolumen 41, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, unterstützt. Außerdem kann eine als 2-Stempel-Hochdruckpumpe 6 ausgestaltete Hochdruckpumpe 6 über vorzugsweise 2 Leitungen 10, 10' zunächst in das Zusatzvolumen 41 fördern. In Kombination mit der ringförmigen Systemanordnung der Brennstoffeinspritzventile 2 bis 5 und des Zusatzvolumens 41 werden Druckschwingungen minimiert und das Toleranzverhalten verbessert. Hierdurch wird eine relativ konstante Einspritzung erzielt. Druckschwankungen im Brennstoffeinspritzventil 5 und somit Mengenänderungen beim Einspritzen werden dadurch vermieden.
Fig. 6 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 5 in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einer weiteren möglichen Ausgestaltung. In dem Injektorkörper 55 ist ein großes Teilvolumen 19 des Brennstoffraums 18 ausgebildet. Das Ventilelement 22 erstreckt sich durch das Teilvolumen 19 des Brennstoffraums 18 und ist in einem Ventilstück 58 geführt. Das Ventilstück 58 weist eine Zulaufdrossel 59 auf, über die Brennstoff aus dem Brennstoffraum 18 in den Servosteuerraum 27 führbar ist. Ferner weist das Ventilstück 58 eine Ablaufdrossel 60 auf, die über die Ventileinheit 23 geöffnet und verschlossen werden kann, um den Druck im Servosteuerraum 27 zu steuern.
Außerdem ist ein Dichtelement 61 vorgesehen, das den Brennstoffraum 18 in das Teilvolumen 19 und das zusätzliche Teilvolumen 20 aufteilt. Das Dichtelement 61 ist hierbei zwischen dem Ventilstück 58 und dem Injektorkörper 55 angeordnet. Das Teilvolumen 19 und das zusätzliche Teilvolumen 20 des Brennstoffraums 18 sind hierbei über eine in dem Ventilstück 58 ausgebildete Drossel 62 miteinander verbunden. Die Drossel 62 hat hierbei die Funktion einer Schließdrossel. Das zusätzliche Teilvolumen 20 dient in diesem Ausführungsbeispiel als Zulaufraum, der über die Drossel 62 mit dem Teilvolumen 19 des Brennstoffraums 18 verbunden ist.
Durch die Verwendung eines Servosteuerkreises und eines relativ langsamen Magnetaktors für die Ventileinheit 23 reagiert das Brennstoffeinspritzventil 5 empfindlich auf Druckschwingungen. Daher ist der vorgeschlagene Systemaufbau zur Schwingungsreduzierung besonders bei solch einem Brennstoffeinspritzventil 5 vorteilhaft. Das Brennstoffeinspritzventil 5 kann ein oder mehrere Rückläufe 56 aufweisen. Zur Optimierung der Injektorabstimmung kann zusätzlich eine düsennahe Schließdrossel nach dem Speichervolumen verwendet werden.
Das in der Fig. 6 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 5 kann insbesondere bei der anhand der Fig. 1 beschriebenen Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 und der anhand der Fig. 4 beschriebenen Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 zum Einsatz kommen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Brennstoffeinspritzeinrichtung (1), insbesondere für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem Hochdruckeingang (12), einem ersten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) und zumindest einem weiteren Brennstoffeinspritzventil (2 - 5), wobei über den Hochdruckeingang (12) Brennstoff zumindest mittelbar in einen Brennstoffraum (18) des Brennstoffeinspritzventils (2 - 5) führbar ist, wobei das weitere Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) über zumindest eine Leitung (7, 8, 9) mit dem ersten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) verbunden ist und wobei über die Leitung (7, 8, 9) Brennstoff aus dem Brennstoffraum (18) des ersten Brennstoffeinspritzventils (2 - 5) in einen Brennstoffraum des weiteren Brennstoffeinspritzventils (2 - 5) führbar ist, wobei die Brennstoffräume (18, 24, 25, 26) der Brennstoffeinspritzventile (2 - 5) zur Dämpfung von Druckpulsationen ein Brennstoffgesamtvolumen aufnehmen, das ein Teilvolumen (19) zur Brennstoffeinspritzung und zumindest ein zusätzliches Teilvolumen (20) zum Ermöglichen der Dämpfung umfasst, wobei der Brennstoff von dem Hochdruckeingang (12) über ein Zusatzvolumen (41) zum Aufnehmen von Brennstoff zu dem ersten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) führbar ist,
wobei
das Zusatzvolumen (41) größer ist als ein Brennstoffgesamtvolumen eines Brennstoffeinspritzventils (2 - 5) und das Zusatzvolumen (41) über eine Leitung (30, 32) mit dem ersten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) und über eine weitere Leitung (30, 32) mit einem zweiten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) verbunden ist, wobei neben dem ersten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) und dem zweiten Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) zumindest ein weiteres Brennstoffeinspritzventil (2 - 5) vorgesehen ist und wobei die Brennstoffeinspritzventile (2 - 5) und das Zusatzvolumen (51) jeweils über zwei Leitungen (7, 8, 9, 30, 32) entsprechend einer geschlossenen Reihenschaltung miteinander verbunden sind.
Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen (41) zumindest näherungsweise gleich einer Summe der Brennstoffgesamtvolumen der Brennstoffeinspritzventile (2 - 5) ist.
Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (7, 8, 9, 30, 32) zumindest näherungsweise gleich lang sind.
Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen (19) zur Brennstoffeinspritzung und das zusätzliche Teilvolumen (20) zum Ermöglichen der Dämpfung über zumindest eine Drossel (21, 62) miteinander verbunden sind.
Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine 1-Stempel-Hochdruckpumpe (6) vorgesehen ist, die mit dem Hochdruckeingang (12) verbunden ist.