EP2935857B1 - Hochdruckeinspritzsystem - Google Patents

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EP2935857B1
EP2935857B1 EP13795775.9A EP13795775A EP2935857B1 EP 2935857 B1 EP2935857 B1 EP 2935857B1 EP 13795775 A EP13795775 A EP 13795775A EP 2935857 B1 EP2935857 B1 EP 2935857B1
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EP
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injector
check valve
fuel
pressure
return line
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Thomas Breitbach
Bilal KAPLAN
Viktor ALBERTIN
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M37/0052—Details on the fuel return circuit; Arrangement of pressure regulators

Definitions

  • the present invention relates to an injector system according to the preamble of claim 1 and to a high-pressure injection system according to the preamble of claim 11.
  • a high-pressure pump continuously ensures the maintenance of the pressure in the high-pressure accumulator of the common-rail injection system.
  • the high-pressure pump can be driven, for example, by a camshaft of the internal combustion engine by means of a drive shaft.
  • Vor detailpumpen, z. B. a gear or rotary vane pump used, which are connected upstream of the high-pressure pump.
  • the prefeed pump delivers the fuel from a fuel tank through a fuel line to the high pressure pump.
  • piston pumps are used as high-pressure pumps.
  • a drive shaft is mounted. Radially to pistons are arranged in a cylinder.
  • a roller with a roller rolling surface On the drive shaft with at least one cam is a roller with a roller rolling surface, which is mounted in a roller shoe.
  • the roller shoe is connected to the piston, so that the piston is forced to oscillate translational motion.
  • a spring applies to the roller shoe a radially directed to the drive shaft force, so that the roller is in constant contact with the drive shaft.
  • the roller stands with the roller rolling surface on a shaft rolling surface as the surface of the drive shaft with the at least one cam in contact with the drive shaft.
  • the roller is mounted by means of a sliding bearing in the roller shoe.
  • the drive shaft with the at least one cam, the roller and the roller shoe are arranged within a lubricant space of the high-pressure pump.
  • fuel delivered by the prefeed pump to the high-pressure pump is passed in order, on the one hand, to lubricate the components within the lubricant space and to cool them with the fuel conducted through the lubricant space.
  • the fuel delivered by the prefeed pump to the high-pressure pump thus comprises in volume flow on the one hand the fuel passed through the lubricant space for lubricating and cooling the components of the high-pressure pump within the lubricant space and the fuel intended for the high-pressure pump for delivery under high pressure to the high-pressure rail.
  • the fuel delivered by the high-pressure pump is conveyed to a high-pressure rail and fed from the high-pressure rail through high-pressure lines to solenoid valve injectors. From the solenoid valve injectors, the fuel is injected into combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the solenoid valve injectors have an electromagnet as an actuator.
  • an injector valve of the solenoid valve injector the fuel is supplied to the combustion chambers from an injection space under high pressure, in which the high-pressure line opens. With an opened injector valve with an injector nozzle needle, fuel can thus be injected from the injection space at the solenoid valve injector into the combustion chamber.
  • the injector nozzle needle is actuated hydraulically by means of a hydraulic coupler from a control valve, ie opened and closed.
  • the control valve is actuated by the electromagnet, ie open and closed, so that in a closed control valve in the control chamber high pressure and at an open control valve, the pressure of the fuel in the control chamber drops, as in an open control valve, the fuel through an injector return line the control chamber is derived, since the control valve opens and closes the injector return line.
  • the injector return line opens through a check valve in a fuel return line of the high-pressure pump.
  • the check valve in the injector return line has the task of a substantially constant pressure in the To keep injector return line, for example in the range between 1 and 1.5 bar.
  • the injector return line opens into the fuel return line.
  • the strong pressure fluctuations also occur at the check valve in the injector return line.
  • a negative pressure wave at the fuel return line which also propagates into the injector return line, it can be at a very low pressure of z. B. 0.3 bar come.
  • the DE 10 2009 026 596 A1 shows a high-pressure pump for conveying a fluid, in particular fuel, comprising a drive shaft, at least one piston, at least one cylinder for supporting the piston, wherein the at least one piston indirectly or directly on the at least one cam is supported, so that of the at least one piston a translational movement due to a rotational movement of the drive shaft is executable.
  • the GB 2 030 219 A shows an injector with a return port, an injector return line and a check valve in the injector return line.
  • Inventive injector system comprising at least one injector, the injector comprising an actuator, a control valve actuated by the actuator, an injector valve hydraulically actuated by the control valve by means of a hydraulic coupler, at least one return port for the hydraulic coupler, hydraulically connected to the at least one return port Injector return line, a first check valve in the An injector return line, wherein the first check valve is connected in a flow direction of the fuel in the injector return line away from the at least one injector, wherein in the injector return line, a second check valve is installed and the second check valve is installed hydraulically in parallel to the first check valve and the second check valve in a Flow direction of the fuel in the injector return line to the at least one injector is connected in order to use pressure fluctuations in the flow direction of the fuel after the first check valve to increase the pressure in the injector return line in the flow direction of the fuel before the first check valve.
  • the second check valve is formed or switched hydraulically opposite to the first check valve, so that fuel can flow through the first check valve only in the flow direction of the fuel away from the at least one injector and through the second check valve fuel only in the flow direction of the fuel toward the can flow at least one injector.
  • the injector return line and thus also at the second check valve strong pressure fluctuations occur.
  • a pressure wave or overpressure half-wave with a pressure which is greater than the switching pressure of the second check valve opens the second check valve, thereby fuel can flow through the second check valve in the direction of the injector return line between the injector and the second check valve.
  • the first check valve opens and thereby flow fuel from the injector return line between the injector and the first check valve through the first check valve.
  • a subsequent overpressure half-wave closes the first check valve and the second check valve opens, thereby fuel can flow through the second check valve in the Injektor Weglauf ein between the injector and the second and first check valve.
  • the lost fuel during the negative half-waves fuel due to the unintentional opening of the first check valve lost fuel can thereby be supplied to the injector return line between the injector and the first and second check valve during the half-waves through the second check valve.
  • the injector return line has a first branch point and a second branch point, and the first check valve opens to the first and second branch points, and the second check valve opens to the first and second branch points.
  • first and second branch point are connected to each other with two hydraulically separated branch-injector return lines in which in each case the first and second check valve is installed.
  • the first check valve and the second check valve to a substantially equal switching pressure.
  • a substantially equal switching pressure of the first and second check valves differs by less than 5%, 3% or 1%.
  • the switching pressure is that pressure of the first and second check valve, wherein the first and second check valve opens and closes.
  • the switching pressure is a pressure difference at the first and / or second check valve, so that at a pressure difference greater than the switching pressure, the first and second check valve is open and at a pressure difference smaller than the switching pressure, the first and second switching valve is closed.
  • the first check valve has a much larger switching pressure than the second check valve.
  • the switching pressure of the first check valve is substantially greater than the switching pressure of the second check valve, ie is at least 5%, 10% or 15% greater than the switching pressure of the second check valve.
  • the first check valve has a much smaller switching pressure than the second check valve.
  • the switching pressure of the first check valve is substantially smaller than the switching pressure of the second check valve, so that the switching pressure of the first check valve is at least 5%, 10% or 15% smaller than the switching pressure of the second check valve.
  • the first and second check valve is a mechanical check valve with a valve spring and a movable closing part.
  • the first and second check valve is integrated in a common housing.
  • the first and second check valves have a substantially identical characteristic.
  • the characteristic curve depends, for example, on the spring constant of the valve spring and the geometry or the flow cross-sectional area of the openings on the check valve.
  • the characteristic indicates the functional relationship between the pressure difference at the check valve and the volume flow of fuel which flows through the check valve, the pressure difference being greater than the switching pressure.
  • the first and second check valves are formed as an electronic check valve.
  • the pressure before and after the valve is measured by means of a pressure sensor as a check valve and at a corresponding switching pressure as a pressure difference, the first and / or second check valve each electronically, for. B. with a magnet, opened and closed.
  • the hydraulic coupler on a control chamber which is acted upon with a different pressure and the return opening opens into the control chamber, in particular, the return opening with the control valve can be opened and closed.
  • the hydraulic fluid of the hydraulic coupler is the fuel injected by the injector.
  • the at least one injector is a solenoid valve injector with an electromagnet as the actuator.
  • the least one injector is a piezo injector with a piezoelectric element as the actuator.
  • the injector system comprises a plurality of injectors, in particular solenoid valve injectors, and each injector each has a return opening and the return openings are hydraulically connected to the injector return line.
  • the injectors are hydraulically connected to only one first and second check valve.
  • each of the plurality of injectors may be associated with a first and a second check valve, respectively, so that the injector system with a plurality of injectors has a plurality of first and second check valves.
  • High-pressure injection system for an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, comprising a high-pressure pump with at least one piston for conveying fuel to a high-pressure rail, a prefeed pump for conveying fuel to the high-pressure pump, the high-pressure rail for conducting fuel to an injector system, the injector system with at least one injector, wherein the injector system is designed as an injector described in this patent application.
  • the high-pressure pump comprises a fuel return line and the injector return line opens into the fuel return line of the high-pressure pump.
  • the injector return line and / or the fuel return line opens or opens into a fuel tank.
  • the high-pressure pump comprises only one piston.
  • the prefeed pump is a gear pump and / or the delivery rate of the prefeed pump is controllable and / or controllable and / or the prefeed pump is an electric prefeed pump with an electric motor and / or from the prefeed pump is the fuel with a prefeed, z. B. between 3 bar and 6 bar, eligible.
  • the prefeed pump comprises an electric motor.
  • the electric motor of the prefeed pump is integrated in the prefeed pump, z. B. by permanent magnets are installed in a gear.
  • the producible by the high-pressure pump pressure in the high-pressure rail is, for example, in the range of 1000 to 3000 bar z. B. for diesel engines or between 40 bar and 400 bar z. B. for gasoline engines.
  • Fig. 1 is a cross section of a high-pressure pump 1 for conveying fuel shown.
  • the high-pressure pump 1 serves to fuel, z.
  • the pressure which can be generated by the high-pressure pump 1 is, for example, in a range between 1000 and 3000 bar.
  • the high-pressure pump 1 has a drive shaft 2 with two cams 3, which performs a rotational movement about a rotation axis 26.
  • the axis of rotation 26 lies in the plane of Fig. 1 and is perpendicular to the plane of Fig. 2 ,
  • a piston 5 is mounted in a cylinder 6 as a piston guide 7, which is formed by a housing 8.
  • a working chamber 29 is bounded by the cylinder 6, the housing 8 and the piston 5.
  • Into the working space 29 opens an inlet channel 22 with an inlet valve 19 and an outlet channel 24 with an outlet valve 20.
  • a check valve is designed to the effect that only fuel can flow into the working space 29 and the exhaust valve 20, z.
  • a check valve is designed to the effect that only fuel can flow out of the working space 29.
  • the volume of the working chamber 29 is changed due to an oscillating stroke movement of the piston 5.
  • the piston 5 is indirectly supported on the drive shaft 2 from.
  • a roller shoe 9 is attached to a roller 10.
  • the roller 10 can perform a rotational movement, the axis of rotation 25 in the plane according to Fig. 1 lies and perpendicular to the plane of Fig. 2 stands.
  • the drive shaft 2 with the at least one cam 3 has a shaft rolling surface 4 and the roller 10 has a roller rolling surface 11.
  • the roller-running surface 11 of the roller 10 rolls on a contact surface 12 on the shaft rolling surface 4 of the drive shaft 2 with the two cams 3 from.
  • the roller shoe 9 is mounted in a roller shoe bearing formed by the housing 8 as a sliding bearing.
  • Rolling surface 4 of the drive shaft 2 is.
  • the roller shoe 9 and the piston 5 thus carry out together an oscillating stroke movement.
  • the roller 10 is mounted with a sliding bearing 13 in the roller shoe 9.
  • FIG. 3 is a highly schematic representation of a high-pressure injection system 36 for a motor vehicle shown with a high-pressure rail 30 or a fuel rail 31. From the high-pressure rail 30 and a fuel rail 31, the fuel by means of injectors 44 of an injector 42 into the combustion chambers (not shown) the internal combustion engine 39 is injected.
  • An electric prefeed pump 35 delivers fuel from a fuel tank 32 through a fuel line 33 to the high pressure pump 1.
  • the high pressure pump 1 is driven by the drive shaft 2 and the drive shaft 2 is a shaft, for.
  • a metering unit 37 controls and / or regulates the per unit time to the high-pressure pump 1 passed volume of fuel.
  • the high pressure rail 30 serves to direct the fuel to the injectors 44.
  • the fuel not required by the high-pressure pump 1 is thereby returned to the fuel tank 32 through a fuel return line 34.
  • Fig. 4 also shows the high pressure injection system 36.
  • a lubricating space 40 is formed within the housing 8 of the high pressure pump 1.
  • the drive shaft 2 the roller 10
  • the roller shoe 9 (not in Fig. 4 )
  • partially the piston 5 is arranged. Due to the lifting movement of the piston 5, approximately sinusoidal pressure fluctuations of the fuel occur in the lubricant space 40 as pressure waves, which propagate into the fuel line 34.
  • these components 2, 5, 9 and 10 are lubricated by the fuel.
  • a flow channel 43 is provided for this purpose and through the flow channel 43 of the fuel in the Lubricating space 40 on and then discharged again and fed back to the fuel tank 32 after the discharge from the lubricating chamber 40 through the fuel return line 34 ( Fig. 4 ).
  • Fig. 4 is that in Fig. 3 illustrated high-pressure injection system 36 shown in more detail without the internal combustion engine 39.
  • the high-pressure injection system 36 in the in Fig. 4 illustrated detailed embodiment in contrast to the in Fig. 3 illustrated embodiment, no metering unit 37.
  • the prefeed pump 35 is in the in Fig. 4 illustrated embodiment in the flow rate controllable and / or regulated and is driven by an electric motor 17.
  • the prefeed pump 35 is a gear pump 14, z. B.
  • the sucked by the prefeed pump 35 from the fuel tank 32 fuel is supplied from the prefeed pump 35 with a prefeed, z. B. 4 bar, fed through the fuel line 33 of the high-pressure pump 1, that is, the inlet channel 22 of the high pressure pump 1 is supplied.
  • the fuel delivered by the prefeed pump 35 during operation of the internal combustion engine 39 through an overflow valve 41 and the overflow valve 41 downstream flow channel 43 the lubricant chamber 40 is supplied to the lubrication, z. B. the drive shaft 2, the roller 10 and the piston 5.
  • the fuel is again supplied through the flow channel 43 and the fuel return line 34 to the fuel tank 32.
  • the overflow valve 41 is designed such that in the fuel line 33 in front of the overflow 41, a constant pressure, ie, the pre-feed pressure of 4, 5 bar prevails.
  • the prefeed pump 35 thereby promotes not only the flow rate for the high-pressure pump 1 to fuel but also an additional amount of fuel for lubrication of the high-pressure pump 1, ie the fuel flowing through the lubricating space 40.
  • the spill valve 41 in addition, ie provides a larger flow cross-sectional area of the fuel through the spill valve 41 as long as available again to a pressure of 4.5 bar in front of the spill 41st prevails. At a pressure of less than 4.5 bar in the fuel line 33 in front of the overflow valve 41, the overflow valve 41 closes.
  • a substantially constant prefeed pressure between 4.5 bar and 5.5 bar can be made available in the fuel line 33 upstream of the overflow valve 41 during operation of the internal combustion engine 39, even with slight fluctuations in the delivery rate of the prefeed pump 35.
  • the internal combustion engine 39 of the motor vehicle has four reciprocating pistons, not shown.
  • the reciprocating piston thereby limit, inter alia, not shown four combustion chambers of the internal combustion engine 39.
  • solenoid valve injectors 45 as four injectors 44 of the fuel is injected into the combustion chambers of the internal combustion engine 39, not shown.
  • the fuel is supplied under high pressure through a high pressure line 55 to the high pressure rail 30 and from the high pressure rail 30 by four high pressure lines 55 the four solenoid injectors ( Fig. 3 and 4 ).
  • the solenoid valve injectors 45 each have a control chamber 52 and an injection chamber 53.
  • the high pressure line 55 opens from the high pressure pump 1, so that in the injection chamber 53 of the fuel is constantly under high pressure.
  • the control chamber 52 and the injection chamber 53 are fluid-conductively connected by a bypass channel 54.
  • the closed injector 54 is shown, so that no fuel can flow into the combustion chamber through the injection space 53 and in Fig. 8 an opened injector 44 is shown, so that the fuel from the injection chamber 53 in the combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine 39 can flow.
  • a control valve 48 is actuated by an electromagnet 47 as an actuator 46, so that the control valve 48 can be moved between a closed position and an open position.
  • the control valve 48 is connected by means of a control valve rod 68 to the electromagnet 47.
  • the control valve 48 is closed, so that an injector return line 57, which opens through a return opening 56 in the control chamber 52 is not fluidly connected to the control chamber 52 and also the bypass passage 54 is opened, so that the fuel from the injection chamber 53 into the control chamber 52 can flow. This also occurs in the control chamber 52 as shown in FIG Fig.
  • Each of the four combustion chambers of the internal combustion engine 39 is assigned a solenoid valve injector 45 ( Fig. 3 and 4 ).
  • the injector return lines 57 are combined to form an injector return line 57, and this combined injector return line 57 branches into a first branch point 60 into two injector return lines 57, namely into two branch injector return lines 62.
  • the two branch injector return lines 62 are then brought together again at a second branch point 61 and this injector return line 57 discharges at an opening 66 into the fuel return line 34 from the lubricant space 40.
  • the fuel return line 34 opens into the fuel tank 32.
  • a first check valve 58 and in the other branch injector return line 62 a second check valve 59 is installed or integrated.
  • the first and second check valves 58, 59 is a mechanical check valve having a closure member 64, a valve spring 63, and a valve housing 65 Fig. 5 is shown a closed position of the first and second check valve 58, 59 and in Fig. 6 an open position of the first and second check valves 58, 59 shown.
  • the valve spring 63 applies a compressive force on the closure member 64 and at a pressure difference which is greater than the switching pressure of the first and second check valves 58, 59, the closure member 64 is due to the force acting on the closing member 64 by the pressure force against the pressure of the in Fig. 5 illustrated closed position in the Fig. 6 shown opening position moves.
  • the valve housing 65 has an extension perpendicular to the plane of FIGS. 5 and 6 so that thereby the fuel through the first and second check valve 58, 59 in the in Fig. 6 shown opening position can flow, as the fuel outside of in FIGS. 5 and 6 illustrated sectional formation can flow around the closure member 64, within the valve housing 65th
  • the first and second check valves 58, 59 are connected in opposite directions. Through the first check valve 58, fuel can only flow from the injector return line 57 between the solenoid injectors 45 and the first check valve 58 through the first check valve into the injector return line 57 to the fuel tank 32. By the second Check valve 59 can flow fuel only in the injector return line 57 between the second check valve 59 and the solenoid valve injectors 45.
  • the high-pressure pump 1 has only one piston 5. Due to the strokes of the piston 5 occur at the lubricating chamber 40 volume changes and thus also strong pressure fluctuations. These fluctuations with negative half-waves and overpressure half-waves propagate through the fuel return line 34 and the injector return line 57 to the first and second check valves 58, 59 continues. In a negative half-wave at the first check valve 58 opens the first check valve 58, so that fuel passes through the first check valve 58 in the injector return line 57 and thus to the fuel tank 32. As a result, the pressure in the injector return line 57 between the solenoid injectors 45 and the first check valve 58 decreases.
  • a constant pressure of the fuel in the injector return line 57 to the solenoid valve injector 45 in the range between and 1 bar and 1.5 bar is required.
  • a positive half-wave on the injector return line 57 opens the second check valve 59 and the first check valve 58 closes.
  • fuel can be introduced into the injector return line 57 between the solenoid valve injector 45 and the second check valve 59.
  • the fuel flowing out of the injector return line 57 through the first check valve 58 during the negative half-waves may again be introduced into the injector return line 57 through the second check valve 59 during the overpressure half-cycles, thereby preventing the first and second check valves despite the large pressure fluctuations 58, 59 prevails at the injector return line 57 to the solenoid valve injectors 45, a constant pressure of 1 bar to 1.5 bar.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Injektorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
    • Stand der Technik
  • In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
  • Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
  • Die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken, die Laufrolle und der Rollenschuh sind dabei innerhalb eines Schmierraumes der Hochdruckpumpe angeordnet. Durch diesen Schmierraum wird von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderter Kraftstoff geleitet, um einerseits die Komponenten innerhalb des Schmierraumes zu schmieren und diese mit dem durch den Schmierraum geleiteten Kraftstoff zu kühlen. Der von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff umfasst somit im Volumenstrom einerseits den durch den Schmierraum geleiteten Kraftstoff zum Schmieren und Kühlen der Komponenten der Hochdruckpumpe innerhalb des Schmierraumes sowie den für die Hochdruckpumpe bestimmten Kraftstoff zur Förderung unter Hochdruck zu dem Hochdruck-Rail.
  • Der von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff wird zu einem Hochdruck-Rail gefördert und von dem Hochdruck-Rail durch Hochdruckleitungen Magnetventil-Injektoren zugeführt. Von den Magnetventil-Injektoren wird der Kraftstoff in Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors eingespritzt. Die Magnetventil-Injektoren weisen einen Elektromagneten als Aktuator auf. Mittels eines Injektorventils des Magnetventil-Injektors wird dabei von einem Einspritzraum unter Hochdruck, in welchen die Hochdruckleitung mündet, der Kraftstoff den Verbrennungsräumen zugeführt. Bei einem geöffneten Injektorventil mit einer Injektordüsennadel kann somit Kraftstoff von dem Einspritzraum an dem Magnetventil-Injektor in den Verbrennungsraum eingespritzt werden. Die Injektordüsennadel wird dabei mittels eines hydraulischen Kopplers hydraulisch von einem Steuerventil betätigt, d. h. geöffnet und geschlossen. Hierzu wird das Steuerventil von den Elektromagneten betätigt, d. h. geöffnet und geschlossen, so dass bei einem geschlossenen Steuerventil in dem Steuerraum Hochdruck herrscht und bei einem geöffneten Steuerventil der Druck des Kraftstoffes in dem Steuerraum absinkt, da bei einem geöffneten Steuerventil der Kraftstoff durch eine Injektorrücklaufleitung aus dem Steuerraum abgeleitet wird, da das Steuerventil die Injektorrücklaufleitung öffnet und schließt. Die Injektorrücklaufleitung mündet dabei durch ein Rückschlagventil in eine Kraftstoffrücklaufleitung der Hochdruckpumpe. Bei einer Ausbildung der Hochdruckpumpe insbesondere mit nur einem Kolben treten an der Kraftstoffrücklaufleitung aufgrund der Hubbewegung des Kolbens und der dadurch bedingten Volumenveränderung in dem Schmierraum starke Druck- und Durchflussschwankungen auf. Das Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung hat die Aufgabe einen im Wesentlichen konstanten Druck in der Injektorrücklaufleitung zu halten, beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 1,5 bar. In Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Rückschlagventil mündet die Injektorrücklaufleitung in die Kraftstoffrücklaufleitung. Aus diesem Grund treten die Starken Druckschwankungen auch an dem Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung auf. Bei einer Unterdruckwelle an der Kraftstoffrücklaufleitung, welcher sich auch in die Injektorrücklaufleitung fortpflanzt, kann es zu einem sehr geringen Druck von z. B. 0,3 bar kommen. In der Kraftstoffrücklaufleitung kann es auch zu stehenden Wellen aufgrund eines Resonanzfalles kommen. Aufgrund dieses sehr geringen Druckes in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Rücklaufventil in der Injektorrücklaufleitung öffnet das Rückschlagventil, so dass dadurch der Kraftstoff durch das Rückschlagventil strömen kann und somit der Druck in der Injektorrücklaufleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Rückschlagventil abnimmt. Dadurch ist an der Injektorrücklaufleitung und damit auch an dem Magnetventil-Injektor, d. h. insbesondere dem Steuerraum, kein konstanter Druck mehr gewährleistet. Dies führt zu Ungenauigkeiten der eingespritzten Kraftstoffmenge an dem Magnetventil-Injektor und kann auch Beschädigungen von Komponenten des Magnetventil-Injektors bewirken.
  • Die DE 10 2009 026 596 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, umfassend eine Antriebswelle, wenigstens einen Kolben, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar oder unmittelbar auf dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist.
  • Die GB 2 030 219 A zeigt einen Injektor mit einer Rücklauföffnung, eine Injektorrücklaufleitung und ein Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung.
    • Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäßes Injektorsystem, umfassend wenigstens einen Injektor, der Injektor umfassend einen Aktuator, ein von dem Aktuator betätigtes Steuerventil, eine von dem Steuerventil mittels eines hydraulischen Kopplers hydraulisch betätigbares Injektorventil, wenigstens eine Rücklauföffnung für den hydraulischen Koppler, eine mit der wenigsten einen Rücklauföffnung hydraulisch leitend verbunden Injektorrücklaufleitung, ein erstes Rückschlagventil in der Injektorrücklaufleitung, wobei das erste Rückschlagventil in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung weg von dem wenigstens einen Injektor geschalten ist, wobei in der Injektorrücklaufleitung ein zweites Rückschlagventil eingebaut ist und das zweite Rückschlagventil hydraulisch parallel zu dem ersten Rückschlagventil eingebaut ist und das zweite Rückschlagventil in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung zu dem wenigstens einen Injektor geschalten ist, um Druckschwankungen in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem ersten Rückschlagventil zur Erhöhung des Druckes in der Injektorrücklaufleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem ersten Rückschlagventil nutzen zu können. Das zweite Rückschlagventil ist hydraulisch entgegengesetzt zu dem ersten Rückschlagventil ausgebildet bzw. geschalten, so dass durch das erste Rückschlagventil Kraftstoff nur in Strömungsrichtung des Kraftstoffes weg von dem wenigstens einen Injektor strömen kann und durch das zweite Rückschlagventil Kraftstoff nur in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in Richtung zu dem wenigstens einen Injektor strömen kann. An der Injektorrücklaufleitung und damit auch an dem zweiten Rückschlagventil treten starke Druckschwankungen auf. Bei einer Überdruckwelle bzw. Überdruck-Halbwelle mit einem Druck, welcher größer ist als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles, öffnet das zweite Rückschlagventil, so dass dadurch Kraftstoff durch das zweite Rückschlagventil in Richtung zu der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten Rückschlagventil strömen kann. Zwar kann aufgrund der Druckschwankungen wie bei einer Unterdruck-Halbwelle sich das erste Rückschlagventil öffnen und dadurch Kraftstoff von der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten Rückschlagventil durch das erste Rückschlagventil strömen. Bei einer darauffolgenden Überdruck-Halbwelle schließt jedoch das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil öffnet sich, so dass dadurch wieder Kraftstoff durch das zweite Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten bzw. ersten Rückschlagventil strömen kann. Der während der Unterdruck-Halbwellen verlorene Kraftstoff aufgrund des unbeabsichtigten Öffnens des ersten Rückschlagventiles verlorene Kraftstoff kann dadurch während der Überdruck-Halbwellen durch das zweite Rückschlagventil wieder der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten bzw. zweiten Rückschlagventil zugeführt werden. Dadurch kann in der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten bzw. zweiten Rückschlagventil vorhandener Druck des Kraftstoffes im zeitlichen Mittel im Wesentlichen konstant gehalten werden bei einem Druck zwischen 1 und 1,5 bar. In vorteilhafter Weise weist dadurch der Injektor eine konstante und genaue Injektionsmenge auf und Beschädigungen an dem Injektor aufgrund eines unterschiedlichen Druckes in der Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem ersten und zweiten Rückschlagventil können dadurch vermieden werden.
  • Insbesondere weist die Injektorrücklaufleitung eine erste Aufzweigungsstelle und eine zweite Aufzweigungsstelle auf und das erste Rückschlagventil mündet zu der ersten und zweiten Aufzweigungsstelle und das zweite Rückschlagventil mündet zu der ersten und zweiten Aufzweigungsstelle.
  • In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste und zweite Aufzweigungsstelle mit zwei hydraulisch getrennten Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen miteinander verbunden in denen jeweils das erste und zweite Rückschlagventil eingebaut ist.
  • In einer ergänzenden Ausführungsform weisen das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil einen im Wesentlichen gleichen Schaltdruck auf. Ein im Wesentlichen gleicher Schaltdruck des ersten und zweiten Rückschlagventiles unterscheidet sich um weniger als 5 %, 3 % oder 1 %. Der Schaltdruck ist dabei derjenige Druck des ersten und zweiten Rückschlagventiles, bei welchem das erste bzw. zweite Rückschlagventil öffnet und schließt. Insbesondere ist dabei der Schaltdruck eine Druckdifferenz an dem ersten und/oder zweiten Rückschlagventil, so dass bei einer Druckdifferenz größer als der Schaltdruck das erste und zweite Rückschlagventil geöffnet ist und bei einer Druckdifferenz kleiner als der Schaltdruck das erste und zweite Schaltventil geschlossen ist.
  • Vorzugsweise weist das erste Rückschlagventil einen wesentlich größeren Schaltdruck auf als das zweite Rückschlagventil. Der Schaltdruck des ersten Rückschlagventiles ist wesentlich größer als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles, d. h. ist um wenigstens 5 %, 10 % oder 15 % größer als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles. Durch das erste Rückschlagventil wird damit weniger Kraftstoff zu dem Kraftstofftank geleitet als durch das zweite Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten Rückschlagventil geleitet wird.
  • In einer Variante weist das erste Rückschlagventil einen wesentlich kleineren Schaltdruck auf als das zweite Rückschlagventil. Der Schaltdruck des ersten Rückschlagventiles ist wesentlich kleiner als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles, so dass der Schaltdruck des ersten Rückschlagventiles um wenigstens 5 %, 10 % oder 15 % kleiner ist als der Schaltdruck des zweiten Rückschlagventiles. Durch das erste Rückschlagventil strömt dadurch mehr Kraftstoff in den Kraftstofftank als durch das zweite Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung zwischen dem Injektor und dem zweiten Rückschlagventil geleitet wird.
  • Zweckmäßig ist das erste und zweite Rückschlagventil ein mechanisches Rückschlagventil mit einer Ventilfeder und einem beweglichen Schließteil.
  • Zweckmäßig ist das erste und zweite Rückschlagventil in ein gemeinsames Gehäuse integriert.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das erste und zweite Rückschlagventil eine im Wesentlichen gleiche Kennlinie auf. Die Kennlinie hängt beispielsweise von der Federkonstante der Ventilfeder und der Geometrie bzw. der Strömungsquerschnittsfläche der Öffnungen an dem Rückschlagventil ab. Die Kennlinie gibt den funktionalen Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz an dem Rückschlagventil und dem davon abhängigen Volumenstrom an Kraftstoff, welcher durch das Rückschlagventil strömt, an, wobei die Druckdifferenz größer ist als der Schaltdruck.
  • in einer zusätzlichen Ausführungsform ist das erste und zweite Rückschlagventil als ein elektronisches Rückschlagventil ausgebildet. Hierzu wird mittels eines Drucksensors der Druck vor und nach dem Ventil als Rückschlagventil gemessen und bei einem entsprechenden Schaltdruck als Druckdifferenz das erste und/oder zweite Rückschlagventil jeweils elektronisch, z. B. mit einem Magneten, geöffnet und geschlossen.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der hydraulische Koppler einen Steuerraum auf, welcher mit einem unterschiedlichen Druck beaufschlagbar ist und die Rücklauföffnung in den Steuerraum mündet, insbesondere ist die Rücklauföffnung mit dem Steuerventil öffenbar und schließbar.
  • In einer Variante ist die Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Kopplers der von dem Injektor eingespritzte Kraftstoff.
  • Insbesondere ist der wenigstens eine Injektor ein Magnetventil-Injektor mit einem Elektromagneten als Aktuator.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der wenigstes eine Injektor ein Piezo-Injektor mit einem Piezoelement als Aktuator.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Injektorsystem mehrere Injektoren, insbesondere Magnetventil-Injektoren, und jeder Injektor weist je eine Rücklauföffnung auf und die Rücklauföffnungen sind hydraulisch mit der Injektorrücklaufleitung verbunden. Vorzugsweise sind dabei die Injektoren mit jeweils nur einem ersten und zweiten Rückschlagventil hydraulisch verbunden. Abweichend hiervon kann auch jedem der mehreren Injektoren jeweils ein erstes und zweites Rückschlagventil zugeordnet sein, so dass das Injektorsystem mit mehreren Injektoren mehrere erste und zweite Rückschlagventile aufweist.
  • Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe mit wenigstens einem Kolben zur Förderung von Kraftstoff zu einem Hochdruck-Rail, eine Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe, das Hochdruck-Rail zum Leiten von Kraftstoff zu einem Injektorsystem, das Injektorsystem mit wenigstens einem Injektor, wobei das Injektorsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Injektorsystem ausgebildet ist.
  • In einer ergänzenden Variante umfasst die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffrücklaufleitung und die Injektorrücklaufleitung mündet in die Kraftstoffrücklaufleitung der Hochdruckpumpe.
  • In einer weiteren Variante mündet bzw. münden die Injektorrücklaufleitung und/oder die Kraftstoffrücklaufleitung in einen Kraftstofftank.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Hochdruckpumpe nur einen Kolben.
  • In einer weiteren Variante ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe und/oder die Förderleistung der Vorförderpumpe ist steuerbar und/oder regelbar und/oder die Vorförderpumpe ist eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und/oder von der Vorförderpumpe ist der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 bar und 6 bar, förderbar.
  • Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdruckeinspritzsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Hochdruckeinspritzsystem ausgebildet ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorförderpumpe einen Elektromotor.
  • Insbesondere ist der Elektromotor der Vorförderpumpe in die Vorförderpumpe integriert, z. B. indem Permanentmagnete in ein Zahnrad eingebaut sind.
  • Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
    Fig. 2
    einen Schnitt A-A gemäß Fig. 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
    Fig. 3
    eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
    Fig. 4
    einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe und ein Injektorsystem,
    Fig. 5
    einen Längsschnitt eines geschlossenen Rückschlagventils,
    Fig. 6
    einen Längsschnitt des geöffneten Rückschlagventils gemäß Fig. 5,
    Fig. 7
    einen Querschnitt eines Magnetventil-Injektor bei einem geschlossenen Injektorventil,
    Fig. 8
    einen Querschnitt des Magnetventil-Injektor gemäß Fig. 7 bei einem geöffneten Injektorventil und
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
  • Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von Fig. 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 als Kolbenführung 7 gelagert, der von einem Gehäuse 8 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 strömt der Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß Fig. 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
  • Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich an einer Kontaktfläche 12 auf der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
  • In Fig. 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für ein Kraftfahrzeug abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Injektoren 44 eines Injektorsystems 42 in die Verbrennungsräume (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine Kraftstoffleitung 33 zu der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Eine Zumesseinheit 37 steuert und/oder regelt das pro Zeiteinheit zu der Hochdruckpumpe 1 geleitete Volumen an Kraftstoff. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff zu den Injektoren 44 zu leiten. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
  • Fig. 4 zeigt ebenfalls das Hochdruckeinspritzsystem 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist ein Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in Fig. 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Aufgrund der Hubbewegung des Kolbens 5 treten in dem Schmierraum 40 ungefähr sinusförmige Druckschwankungen des Kraftstoffes auf als Druckwellen, die sich in die Kraftstoffleitung 34 fortpflanzen. Durch den durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoff werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Innerhalb des Gehäuses 8 ist hierzu ein Strömungskanal 43 vorhanden und durch den Strömungskanal 43 wird der Kraftstoff in den Schmierraum 40 ein- und anschließend wieder ausgeleitet und nach dem Ausleiten aus dem Schmierraum 40 durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder dem Kraftstofftank 32 zugeführt (Fig. 4). In Fig. 4 ist das in Fig. 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Dabei weist das Hochdruckeinspritzsystem 36 in dem in Fig. 4 dargestellten detaillierten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel keine Zumesseinheit 37 auf. Die Vorförderpumpe 35 ist in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Förderleistung steuerbar und/oder regelbar und ist durch einen Elektromotor 17 angetrieben. Die Vorförderpumpe 35 ist als eine Zahnradpumpe 14, z. B. eine Innenzahnradpumpe 15 oder eine Außenzahnradpumpe 16, ausgebildet und stark vereinfacht dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die Kraftstoffleitung 33 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt, d. h. dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch ein Überströmventil 41 und einem dem Überströmventil 41 nachgeschalteten Strömungskanal 43 dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch den Strömungskanal 43 und die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Das Überströmventil 41 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 ein konstanter Druck, d. h. der Vorförderdruck von 4, 5 bar herrscht. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt. Um ein Ansteigen des Druckes bei einer erhöhten Förderleistung der Vorförderpumpe 35 an der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 zu vermeiden, öffnet bei einem Druckanstieg, z. B. ab einem Druck von 5,5 bar, des Kraftstoffes vor dem Überströmventil 41 das Überströmventil 41 zusätzlich, d. h. stellt eine größere Strömungsquerschnittsfläche des Kraftstoffes durch das Überströmventil 41 solange zur Verfügung, bis wieder ein Druck von 4,5 bar vor dem Überströmventil 41 herrscht. Bei einem Druck von weniger als 4,5 bar in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 schließt das Überströmventil 41.
  • Dadurch kann in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 39 ein im Wesentlichen konstanter Vorförderdruck zwischen 4,5 bar und 5,5 bar zur Verfügung gestellt werden, auch bei geringfügigen Schwankungen der Förderleistung der Vorförderpumpe 35.
  • Der Verbrennungsmotor 39 des Kraftfahrzeuges weist vier nicht dargestellte Hubkolben auf. Die Hubkolben begrenzen dabei unter Anderem nicht dargestellte vier Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39. Mittels vier Magnetventil-Injektoren 45 als vier Injektoren 44 wird der Kraftstoff in die nicht dargestellten Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Hierzu wird der Kraftstoff unter Hochdruck durch eine Hochdruckleitung 55 dem Hochdruck-Rail 30 zugeführt und von dem Hochdruck-Rail 30 durch vier Hochdruckleitungen 55 den vier Magnetventil-Injektoren (Fig. 3 und 4). Die Magnetventil-Injektoren 45 weisen jeweils einen Steuerraum 52 und einen Einspritzraum 53 auf. In den Einspritzraum 53 mündet die Hochdruckleitung 55 von der Hochdruckpumpe 1, so dass in dem Einspritzraum 53 der Kraftstoff ständig unter Hochdruck steht. Der Steuerraum 52 und der Einspritzraum 53 sind dabei durch einen Bypasskanal 54 fluidleitend verbunden. In Fig. 7 ist der geschlossene Injektor 54 dargestellt, so dass kein Kraftstoff in den Verbrennungsraum einströmen kann durch den Einspritzraum 53 und in Fig. 8 ist ein geöffneter Injektor 44 dargestellt, so dass der Kraftstoff von dem Einspritzraum 53 in den nicht dargestellten Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 strömen kann.
  • Ein Steuerventil 48 wird von einem Elektromagneten 47 als Aktuator 46 betätigt, so dass das Steuerventil 48 zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegt werden kann. Hierzu ist das Steuerventil 48 mittels eines Steuerventilstabes 68 mit dem Elektromagneten 47 verbunden. In Fig. 7 ist das Steuerventil 48 geschlossen, so dass eine Injektorrücklaufleitung 57, welche durch eine Rücklauföffnung 56 in den Steuerraum 52 mündet, nicht fluidleitend mit dem Steuerraum 52 verbunden ist und außerdem der Bypasskanal 54 geöffnet ist, so dass der Kraftstoff von dem Einspritzraum 53 in den Steuerraum 52 strömen kann. Dadurch tritt auch in dem Steuerraum 52 gemäß der Darstellung in Fig. 7 der gleiche hohe Druck des Kraftstoffes wie in dem Einspritzraum 53 auf, so dass aufgrund des hohen Druckes auf ein Injektorventil 49 als eine Injektordüsennadel 50 eine derart große Kraft auf die Injektordüsennadel 50 von dem Kraftstoff in den Steuerraum 52 aufgebracht ist, so dass sich die Injektordüsennadel 50 entgegen der von einer Injektorfeder 67 auf die Injektordüsennadel 50 aufgebrachte Kraft in der in Fig. 7 dargestellten Schließstellung befindet. Zum Öffnen des Magnetventil-Injektors 45, d. h. dem Bewegen der Injektordüsennadel 50 von der in Fig. 7 dargestellten Schließstellung in der in Fig. 8 dargestellte Öffnungsstellung, wird mittels des Elektromagneten 47 das Steuerventil 48 in die in Fig. 8 dargestellte Öffnungsstellung bewegt, so dass dadurch einerseits der Bypasskanal 54 geschlossen ist und dadurch kein Kraftstoff von dem Einspritzraum 53 in den Steuerraum 52 einströmen kann. Außerdem besteht in der in Fig. 8 dargestellten Öffnungsstellung des Steuerventiles 48 eine fluidleitende Verbindung zwischen der Injektorrücklaufleitung 57 und dem Steuerraum 52, so dass durch die Rücklauföffnung 56 des Magnetventil-Injektors 45 der unter Hochdruck stehende Kraftstoff in dem Steuerraum 52 durch die Injektorrücklaufleitung 57 abströmen kann. Die Rücklauföffnung 56 ist dabei als eine Drosselstelle mit einer kleinen Strömungsquerschnittsfläche ausgebildet, so dass der Druck in der Injektorrücklaufleitung 57 langsam zunimmt. Aufgrund des geringen Volumens des Steuerraumes 52 nimmt jedoch der unter Hochdruck stehende Druck des Kraftstoffes in den Steuerraum 52 schnell ab aufgrund des abströmenden Kraftstoffes durch die Rücklauföffnung 56 in die Injektorrücklaufleitung 57, so dass dadurch die von dem Kraftstoff auf die Injektordüsennadel 50 aufgebrachte Druckkraft in Richtung der Bewegungsrichtung der Injektordüsennadel 50 von oben nach unten aufgebrachte Kraft nicht mehr ausreicht, um die Injektordüsennadel 50 in der in Fig. 7 dargestellten Schließstellung zu halten, so dass dadurch die Injektordüsennadel 50 durch die Injektorfeder 67 von der in Fig. 7 dargestellten Schließstellung in die in Fig. 8 dargestellte Öffnungsstellung nach oben bewegt wird. Zum Bewegen der Injektordüsennadel 50 von der in Fig. 8 dargestellten Öffnungsstellung in die in Fig. 7 dargestellte Schließstellung braucht lediglich mittels des Elektromagneten 47 das Steuerventil 48 in die in Fig. 7 dargestellte Schließstellung bewegt werden, so dass dadurch in dem Steuerraum 52 wieder der Druck wie in dem Einspritzraum 53 auftritt, aufgrund der fluidleitenden Verbindung mittels des Bypasskanales 54, und sich dadurch die Injektordüsennadel 50 entgegen der von der Injektorfeder 67 auf die Injektordüsennadel 50 aufgebrachten Druckkraft wieder in die Schließstellung gemäß Fig. 7 bewegt. Der Steuerraum 52, der Einspritzraum 53, der Bypasskanal 54 und das Steuerventil 48 bilden damit einen hydraulischen Koppler 51 zur hydraulischen mittelbaren Bewegung des Injektorventils 49. Für eine ordnungsgemäße Funktion ist in der Injektorrücklaufleitung 57 an den Injektoren 44 ein konstanter Druck zwischen 1 und 1,5 bar erforderlich.
  • Jedem der vier Brennräume des Verbrennungsmotors 39 ist jeweils ein Magnetventil-Injektor 45 zugeordnet (Fig. 3 und 4). Die Injektorrücklaufleitungen 57 werden zu einer Injektorrücklaufleitung 57 zusammengeführt und diese zusammengeführte Injektorrücklaufleitung 57 zweigt sich an einer ersten Aufzweigungsstelle 60 in zwei Injektorrücklaufleitungen 57 auf, nämlich in zwei Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen 62. Die beiden Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen 62 werden anschließend wieder an einer zweiten Aufzweigungsstelle 61 zusammengeführt und diese Injektorrücklaufleitung 57 mündet an einer Mündung 66 in die Kraftstoffrücklaufleitung 34 aus dem Schmierraum 40. Die Kraftstoffrücklaufleitung 34 mündet in den Kraftstofftank 32.
  • In einer der beiden Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen 62 ist ein erstes Rückschlagventil 58 und in der anderen Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitung 62 ist ein zweites Rückschlagventil 59 eingebaut oder integriert. Das erste und zweite Rückschlagventil 58, 59 ist ein mechanisches Rückschlagventil mit einem Schließteil 64, einer Ventilfeder 63 und einem Ventilgehäuse 65. In Fig. 5 ist eine Schließstellung des ersten und zweiten Rückschlagventiles 58, 59 dargestellt und in Fig. 6 eine Öffnungsstellung des ersten und zweiten Rückschlagventiles 58, 59 dargestellt. Die Ventilfeder 63 bringt eine Druckkraft auf das Schließteil 64 auf und bei einer Druckdifferenz, welche größer ist als der Schaltdruck des ersten und zweiten Rückschlagventiles 58, 59, wird das Schließteil 64 aufgrund der von dem Kraftstoff auf das Schließteil 64 einwirkenden Druckkraft entgegen der von der in Fig. 5 dargestellten Schließstellung in die Fig. 6 dargestellte Öffnungsstellung bewegt. Das Ventilgehäuse 65 weist dabei eine Ausdehnung senkrecht zu der Zeichenebene von Fig. 5 und 6 auf, so dass dadurch der Kraftstoff durch das erste und zweite Rückschlagventil 58, 59 in der in Fig. 6 dargestellten Öffnungsstellung strömen kann, da der Kraftstoff außerhalb der in Fig. 5 und 6 dargestellten Schnittbildung das Schließteil 64 umströmen kann, innerhalb des Ventilgehäuses 65.
  • Das erste und zweite Rückschlagventil 58, 59 sind in entgegengesetzt geschaltet. Durch das erste Rückschlagventil 58 kann Kraftstoff nur von der Injektorrücklaufleitung 57 zwischen den Magnetventil-Injektoren 45 und dem ersten Rückschlagventil 58 durch das erste Rückschlagventil in die Injektorrücklaufleitung 57 zu dem Kraftstofftank 32 strömen. Durch das zweite Rückschlagventil 59 kann Kraftstoff nur in die Injektorrücklaufleitung 57 zwischen dem zweiten Rückschlagventil 59 und den Magnetventil-Injektoren 45 einströmen.
  • Die Hochdruckpumpe 1 weist nur einen Kolben 5 auf. Aufgrund der Hubbewegungen des Kolbens 5 treten an dem Schmierraum 40 Volumenänderungen und dadurch auch starke Druckschwankungen auf. Diese Durchschwankungen mit Unterdruck-Halbwellen und Überdruck-Halbwellen pflanzen sich durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 und die Injektorrücklaufleitung 57 bis zu dem ersten und zweiten Rückschlagventil 58, 59 fort. Bei einer Unterdruck-Halbwelle an dem ersten Rückschlagventil 58 öffnet das erste Rückschlagventil 58, so dass Kraftstoff durch das erste Rückschlagventil 58 in die Injektorrücklaufleitung 57 und damit zu dem Kraftstofftank 32 gelangt. Dadurch sinkt der Druck in der Injektorrücklaufleitung 57 zwischen den Magnetventil-Injektoren 45 und dem ersten Rückschlagventil 58 ab. Für eine ordnungsgemäße Funktion des Magnetventil-Injektors 45 ist ein konstanter Druck des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung 57 an dem Magnetventil-Injektor 45 im Bereich zwischen und 1 bar und 1,5 bar erforderlich. Bei einer Überdruck-Halbwelle an der Injektorrücklaufleitung 57 öffnet das zweite Rückschlagventil 59 und das erste Rückschlagventil 58 schließt. Dadurch kann bei der Überdruck-Halbwelle durch das zweite Rückschlagventil 59 Kraftstoff in die Injektorrücklaufleitung 57 zwischen dem Magnetventil-Injektor 45 und dem zweiten Rückschlagventil 59 eingeleitet werden. Somit kann der während der Unterdruck-Halbwellen aus der Injektorrücklaufleitung 57 durch das erste Rückschlagventil 58 ausströmende Kraftstoff wieder während der Überdruck-Halbwellen in die Injektorrücklaufleitung 57 durch das zweite Rückschlagventil 59 eingeleitet werden, so dass dadurch trotz der großen Druckschwankungen an dem ersten und zweiten Rückschlagventil 58, 59 an der Injektorrücklaufleitung 57 an den Magnetventil-Injektoren 45 ein konstanter Druck von 1 bar bis 1,5 bar vorherrscht.
  • Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Injektorsystem 42 und der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Mittels des zusätzlichen zweiten Rückschlagventiles 59, welches entgegengesetzt hydraulisch geschalten ist zu dem ersten Rückschlagventil 58, kann durch das zweite Rückschlagventil 59 während der Überdruck-Halbwellen, Kraftstoff wieder der Injektorrücklaufleitung 57 an den Magnetventil-Injektoren 45 zugeführt werden. Dadurch tritt an den Injektorrücklaufleitungen 57 bei den Magnetventil-Injektoren 45 trotz der starken Druckschwankungen an der Kraftstoffrücklaufleitung 34 ein im Wesentlichen konstanter Druck zwischen 1 bar und 1,5 bar auf. Die Magnetventil-Injektoren 45 können dadurch eine exakte Kraftstoffmenge in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 39 einspritzen und ferner ist dadurch der Magnetventil-Injektor 45 im Betrieb zuverlässig.

Claims (15)

  1. Injektorsystem (42), umfassend
    - wenigstens einen Injektor (44) mit wenigstens einer Rücklauföffnung (56),
    - eine mit der wenigsten einen Rücklauföffnung (56) hydraulisch leitend verbunden Injektorrücklaufleitung (57),
    - ein erstes Rückschlagventil (58) in der Injektorrücklaufleitung (57), wobei das erste Rückschlagventil (58) in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung (57) weg von dem wenigstens einen Injektor (44) geschalten ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Injektorrücklaufleitung (57) ein zweites Rückschlagventil (59) eingebaut ist und das zweite Rückschlagventil (59) hydraulisch parallel zu dem ersten Rückschlagventil (58) eingebaut ist und das erste und zweite Rückschlagventil (58,59) entgegengesetzt geschaltet sind, wobei das zweite Rückschlagventil (59) in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Injektorrücklaufleitung (57) zu dem wenigstens einen Injektor (44) geschalten ist, um Druckschwankungen in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem ersten Rückschlagventil (58) zur Erhöhung des Druckes in der Injektorrücklaufleitung (57) in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem ersten Rückschlagventil (58) nutzen zu können.
  2. Injektorsystem nach Anspruch 1,
    - dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (44) einen Aktuator (46), ein von dem Aktuator (46) betätigtes Steuerventil (48), eine von dem Steuerventil (48) mittels eines hydraulischen Kopplers (51) hydraulisch betätigbares Injektorventil (49) umfasst, wobei die Rücklauföffnung (56) für den hydraulischen Koppler (51) vorgesehen ist.
  3. Injektorsystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Injektorrücklaufleitung (57) eine erste Aufzweigungsstelle (60) und eine zweite Aufzweigungsstelle (61) aufweist und das erste Rückschlagventil (58) zu der ersten und zweiten Aufzweigungsstelle (60, 61) mündet und das zweite Rückschlagventil (59) zu der ersten und zweiten Aufzweigungsstelle (60, 61) mündet.
  4. Injektorsystem nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste und zweite Aufzweigungsstelle (60, 61) mit zwei hydraulisch getrennten Aufzweigungs-Injektorrücklaufleitungen (62) miteinander verbunden sind in denen jeweils das erste und zweite Rückschlagventil (58, 59) eingebaut ist.
  5. Injektorsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Rückschlagventil (58) und das zweite Rückschlagventil (59) einen im Wesentlichen gleichen Schaltdruck aufweisen.
  6. Injektorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Rückschlagventil (58) einen wesentlich größeren Schaltdruck aufweist als das zweite Rückschlagventil (59).
  7. Injektorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Rückschlagventil (58) einen wesentlich kleineren Schaltdruck aufweist als das zweite Rückschlagventil (59).
  8. Injektorsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste und zweite Rückschlagventil (58, 59) ein mechanisches Rückschlagventil (58, 59) mit einer Ventilfeder (63) und einem beweglichen Schließteil (64) ist.
  9. Injektorsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der hydraulische Koppler (51) einen Steuerraum (52) aufweist, welcher mit einem unterschiedlichen Druck beaufschlagbar ist und die Rücklauföffnung (56) in den Steuerraum (52) mündet.
  10. Injektorsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der wenigstens eine Injektor (44) ein Magnetventil-Injektor (45) ist mit einem Elektromagneten (47) als Aktuator (46).
  11. Injektorsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Injektorsystem (42) mehrere Injektoren (44), insbesondere Magnetventil-Injektoren (45), umfasst und jeder Injektor (44) je eine Rücklauföffnung (56) aufweist und die Rücklauföffnungen (56) hydraulisch mit der Injektorrücklaufleitung (57) verbunden sind.
  12. Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (38), umfassend
    - eine Hochdruckpumpe (1) mit wenigstens einem Kolben (5) zur Förderung von Kraftstoff zu einem Hochdruck-Rail (30),
    - eine Vorförderpumpe (35) zur Förderung von Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe,
    - das Hochdruck-Rail (30) zum Leiten von Kraftstoff zu einem Injektorsystem (42),
    - das Injektorsystem (42) mit wenigstens einem Injektor (44),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Injektorsystem (42) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  13. Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hochdruckpumpe (1) eine Kraftstoffrücklaufleitung (34) umfasst und die Injektorrücklaufleitung (57) in die Kraftstoffrücklaufleitung (34) der Hochdruckpumpe (1) mündet.
  14. Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Injektorrücklaufleitung (57) und/oder die Kraftstoffrücklaufleitung (34) in einen Kraftstofftank (32) mündet bzw. münden.
  15. Hochdruckeinspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hochdruckpumpe (1) nur einen Kolben (5) umfasst.
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