WO2001000986A1 - Common-rail-injektor - Google Patents

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Jaroslaw Hlousek
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a common rail injector for the injection of fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine, in particular a large diesel internal combustion engine, with an injector housing which is connected to a central high-pressure accumulator and in which a nozzle needle against the biasing force of a nozzle spring, which is accommodated in a nozzle spring chamber, is axially displaceable by the injector housing which is connected to a central high-pressure accumulator and in which a nozzle needle against the biasing force of a nozzle spring, which is accommodated in a nozzle spring chamber, is axially displaceable by the
  • a high-pressure pump delivers the fuel to the central one
  • High-pressure accumulator which is referred to as a common rail. High-pressure lines lead from the high-pressure accumulator to the individual injectors, which are assigned to the engine cylinders. The injectors are individually controlled by the engine electronics. The rail pressure is applied to a pressure-balanced 3/2-way solenoid valve, which keeps the high-pressure holes to the conventional injection nozzle depressurized. Only when the solenoid is energized does the 3/2-way solenoid valve open the connection from the rail to the injection nozzle, and the fuel reaches the combustion chamber via the nozzle needle raised against the spring force. The start and end of spraying are thus determined by the start and end of the energization of the magnet. The duration of energization is decisive for the injection quantity.
  • High-pressure accumulators have a negative impact on the starting behavior and the dynamic behavior of the injection system because the time required for a change in the system pressure increases.
  • the object of the invention is to improve the damping behavior in a common rail injection system.
  • the task is with a common rail injector for the injection of fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine, in particular a large diesel engine, with one
  • Injector housing which is connected to a central high-pressure accumulator and in which a nozzle needle can be axially displaced against the biasing force of a nozzle spring, which is accommodated in a nozzle spring chamber, in order to adjust the start of injection and the injection quantity depending on the position of a 3/2-way valve , solved in that in the injector housing
  • Injector pressure accumulator is integrated, which is connected to the central high pressure accumulator regardless of the position of the 3/2-way valve.
  • the pressure accumulator serves to dampen the pressure waves emanating from the central pressure accumulator during and after the injection.
  • a special embodiment of the invention is characterized in that the volume of the injector pressure accumulator is 10 to 20 times the maximum injection quantity. This value has proven to be particularly advantageous in tests carried out in the context of the present invention.
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that the injector pressure accumulator is connected to an unpressurized space via a damping unit integrated in the injector housing.
  • the total volume of the injector pressure accumulator and the central high pressure accumulator can be as a result of the
  • the damping unit comprises a damping throttle and a safety valve.
  • the central high-pressure accumulator is normally equipped with a safety valve that opens when there is excess pressure. This can e.g. be the case when the system pressure control loop is not working properly. In the event of mechanical failure of the safety valve controlled by the system pressure control loop, major damage can occur to the internal combustion engine. System security is increased by integrating the safety valve into the injector housing.
  • the safety valve normally provided on the central high-pressure accumulator can be omitted.
  • Screw plug is integrated, which is screwed into the injector housing between the nozzle spring chamber and the injector pressure accumulator.
  • This embodiment has the advantage that it can be implemented particularly simply and inexpensively.
  • Another particular embodiment of the invention is characterized in that the injector pressure accumulator is connected to a fuel tank via the damping unit integrated in the injector housing. This provides the advantage that the injector pressure accumulator is relieved to the fuel tank if the pressure in the injector accumulator is greater than the system pressure.
  • the figure shows an embodiment of an injector 1 according to the invention in longitudinal section.
  • a conventional injection nozzle 2 is formed at the end of the injector 1 which is directed downward in the figure.
  • the solenoid valve 3 is controlled by a control unit 4.
  • the control unit 4 is coupled to a central high-pressure accumulator 5 and a fuel pump unit 6.
  • the fuel pump unit 6 delivers fuel from a fuel tank 7 into the central high-pressure accumulator 5.
  • the fuel delivered in the fuel pump unit is subjected to high pressure.
  • the fuel pressurized with high pressure comes from the central high pressure accumulator 5 via a
  • An injector pressure accumulator 10 is formed in the injector housing 9.
  • the injector pressure accumulator 10 is covered by a section of a longitudinal bore through the injector housing 9 educated.
  • the injector pressure accumulator 10 is connected to the central high pressure accumulator 5 via the high pressure line 8.
  • the end of the injector pressure accumulator 10 facing away from the injection nozzle 2 opens into a valve bore 11 which extends transversely to the longitudinal axis of the injector 1.
  • a valve piston 12 is received in the valve bore 11.
  • the valve piston 12 is axially displaceable in the valve bore 11 between two valve positions, which are defined by valve seats 13 and 14.
  • valve spring 22 which is accommodated in a valve spring chamber 21, pushes the valve piston 12 to the right.
  • the injector pressure accumulator 10 is connected to the fuel tank 7 via an unpressurized drain line 15.
  • the solenoid valve 3 When the solenoid valve 3 is energized, the valve piston 12 moves against the biasing force of the valve spring 22 to the left.
  • the connection between the injector pressure accumulator 10 and the unpressurized drain line 15 is closed and a connection between the
  • Injector pressure accumulator 10 released via the valve bore 11 to a high pressure bore 16.
  • the high-pressure fuel can pass through the high-pressure bore 16 from the injector pressure accumulator 10 to the injection nozzle 2.
  • a nozzle needle 17 can be moved back and forth against the biasing force of a nozzle spring 18.
  • the nozzle spring 18 is accommodated in a nozzle spring chamber 19, which is formed by a section of the longitudinal bore through the injector housing 9.
  • the nozzle spring chamber 19 is connected to the valve spring chamber 21 via a bore 20.
  • the valve spring chamber 21 in turn is connected to the drain line via a bore 23 J th 1 CD L ⁇ o ⁇ ⁇

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Grossdieselbrennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (9), das mit einem zentralen Hochdruckspeicher (5) in Verbindung steht und in dem eine Düsennadel (17) gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (18), die in einem Düsenfederraum (19) aufgenommen ist, axial verschiebbar ist, um den Spritzbeginn und die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Stellung eines 3/2-Wegeventils (3) einzustellen. Um das Dämpfungsverhalten in einem Common-Rail-Einspritzsystem zu verbessern, ist in das Injektorgehäuse (9) ein Injektordruckspeicher (10) integriert. Der Injektordruckspeicher (10) steht unabhängig von der Stellung des 3/2-Wegeventils (3) mit dem zentralen Hochdruckspeicher (5) in Verbindung.

Description

Common-Raii- Injektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Großdieselbrennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, das mit einem zentralen Hochdruckspeicher in Verbindung steht und in dem eine Düsennadel gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder, die in einem Düsenfederraum aufgenommen ist, axial verschiebbar ist, um den
Spritzbeginn und die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Stellung eines 3/2-Wegeventils einzustellen.
In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen
Hochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Hochdruckspeicher führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die Injektoren werden einzeln von der Motorelektronik angesteuert. Der Raildruck steht an einem druckausgeglichenen 3/2-Wegemagnetventil an, das die Hochdruckbohrungen zur konventionellen Einspritzdüse drucklos hält. Erst bei einer Bestromung des Magneten öffnet das 3/2-Wegemagnetventil die Verbindung vom Rail zur Einspritzdüse, und der Kraftstoff gelangt über die gegen die Federkraft angehobene Düsennadel in den Verbrennungsraum. Spritzbeginn und Spritzende werden also durch Beginn und Ende der Bestromung des Magneten bestimmt. Die Bestromungsdauer ist maßgebend für die Einspritzmenge.
Im Betrieb des Einspritzsystems treten Druckwellen auf, die in dem zentralen Hochdruckspeicher gedämpft werden. Um eine gute Dämpfungswirkung zu erzielen, muss das Volumen des zentralen Hochdruckspeichers ausreichend dimensioniert sein. Mit zunehmenden Volumen des zentralen
Hochdruckspeichers werden jedoch das Startverhalten und das dynamische Verhalten des Einspritzsystems negativ beeinflusst, weil die für eine Änderung des Systemdrucks erforderliche Zeit zunimmt.
Aufgabe der Erfindung ist, das Dämpfungsverhalten in einem Common-Rail-Einspritzsystem zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Großdieselbrennkraftmaschine, mit einem
Injektorgehäuse, das mit einem zentralen Hochdruckspeicher in Verbindung steht und in dem eine Düsennadel gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder, die in einem Düsenfederraum aufgenommen ist, axial verschiebbar ist, um den Spritzbeginn und die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Stellung eines 3/2-Wegeventils einzustellen, dadurch gelöst, dass in das Injektorgehäuse ein
Injektordruckspeicher integriert ist, der unabhängig von der Stellung des 3/2-Wegeventils mit dem zentralen Hochdruckspeicher in Verbindung steht. Der Druckspeicher dient dazu, die während und nach der Einspritzung von dem zentralen Druckspeicher ausgehenden Druckwellen zu dämpfen.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Injektordruckspeichers das 10- bis 20-Fache der maximalen Einspritzmenge beträgt. Dieser Wert hat sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Injektordruckspeicher über eine in das Injektorgehäuse integrierte Dämpfungseinheit mit einem drucklosen Raum in Verbindung steht. Das Gesamtvolumen des Injektordruckspeichers und des zentralen Hochdruckspeichers kann in Folge der mit der
Dämpfungseinheit erzielten Dämpfung erheblich reduziert werden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit eine Dämpfungsdrossel und ein Sicherheitsventil umfasst . Normalerweise ist der zentrale Hochdruckspeicher mit einem Sicherheitsventil ausgestattet, das bei Überdruck öffnet. Das kann z.B. der Fall sein, wenn der Systemdruckregelkreis nicht richtig funktioniert. Bei einem eventuellen mechanischen Versagen des von dem Systemdruckregelkreis gesteuerten Sicherheitsventils können an der Brennkraftmaschine große Schäden auftreten. Durch die Integration des Sicherheitsventils in das Injektorgehäuse wird die Systemsicherheit erhöht. Außerdem kann das normalerweise an dem zentralen Hochdruckspeicher vorgesehene Sicherheitsventil entfallen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsdrossel in eine
Verschlussschraube integriert ist, die zwischen dem Düsenfederraum und dem Injektordruckspeicher in das Injektorgehäuse eingeschraubt ist. Diese Ausführungsart hat den Vorteil, dass sie besonders einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Injektordruckspeicher über die in das Injektorgehäuse integrierte Dämpfungseinheit mit einem Kraftstofftank in Verbindung steht. Das liefert den Vorteil, dass der Injektordruckspeicher zum Kraftstofftank entlastet wird, wenn der Druck in dem Injektorspeicher größer als der Systemdruck ist .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Figur zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors 1 im Längsschnitt. An dem in der Figur nach unten gerichteten Ende des Injektors 1 ist eine herkömmliche Einspritzdüse 2 ausgebildet. An dem anderen Ende des Injektors 1 befindet sich ein Magnetventil 3. Das Magnetventil 3 wird durch eine Steuereinheit 4 gesteuert. Die Steuereinheit 4 ist mit einem zentralen Hochdruckspeicher 5 und einer Kraftstoffpumpeneinheit 6 gekoppelt. Die Kraftstoffpumpeneinheit 6 fördert Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 7 in den zentralen Hochdruckspeicher 5. Gleichzeitig wird der geförderte Kraftstoff in der Kraftstoffpumpeneinheit mit Hochdruck beaufschlagt. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff gelangt aus dem zentralen Hochdruckspeicher 5 über eine
Hochdruckleitung 8 in ein längliches Injektorgehäuse 9, das den Grundkörper des Injektors 1 darstellt.
In dem Injektorgehäuse 9 ist ein Injektordruckspeicher 10 ausgebildet. Der Injektordruckspeicher 10 wird von einem Abschnitt einer Längsbohrung durch das Injektorgehäuse 9 gebildet. Der Injektordruckspeicher 10 steht über die Hochdruckleitung 8 mit dem zentralen Hochdruckspeicher 5 in Verbindung. Das von der Einspritzdüse 2 abgewandte Ende des Injektordruckspeichers 10 mündet in eine Ventilbohrung 11, die sich quer zur Längsachse des Injektors 1 erstreckt. In der Ventilbohrung 11 ist ein Ventilkolben 12 aufgenommen. Der Ventilkolben 12 ist zwischen zwei Ventilstellungen, die durch Ventilsitze 13 und 14 definiert sind, in der Ventilbohrung 11 axial verschiebbar.
Durch die Vorspannkraft einer Ventilfeder 22, die in einem Ventilfederraum 21 aufgenommen ist, wird der Ventilkolben 12 nach rechts gedrückt. In dieser Ventilstellung steht der Injektordruckspeicher 10 über eine drucklose Ablaufleitung 15 mit dem Kraftstofftank 7 in Verbindung. Wenn das Magnetventil 3 bestromt wird, verschiebt sich der Ventilkolben 12 gegen die Vorspannkraft der Ventilfeder 22 nach links. Dabei wird die Verbindung zwischen dem Injektordruckspeicher 10 und der drucklosen Ablaufleitung 15 geschlossen und eine Verbindung zwischen dem
Injektordruckspeicher 10 über die Ventilbohrung 11 zu einer Hochdruckbohrung 16 freigegeben.
Durch die Hochdruckbohrung 16 kann der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff aus dem Injektordruckspeicher 10 zur Einspritzdüse 2 gelangen. In der Einspritzdüse 2 ist eine Düsennadel 17 gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder 18 hin- und herbewegbar. Die Düsenfeder 18 ist in einem Düsenfederraum 19 aufgenommen, der von einem Abschnitt der Längsbohrung durch das Injektorgehäuse 9 gebildet wird.
Wenn der Druck ausreicht, um die Düsennadel 17 von ihrem Sitz abzuheben, wird der Kraftstoff eingespritzt.
Der Düsenfederraum 19 steht über eine Bohrung 20 mit dem Ventilfederraum 21 in Verbindung. Der Ventilfederraum 21 wiederum steht über eine Bohrung 23 mit der Ablaufleitung J t h1 CD LΠ o Π σ
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Claims

Ansprüche
1. Common-Rail -Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Großdieselbrennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (9), das mit einem zentralen Hochdruckspeicher (5) in Verbindung steht und in dem eine Düsennadel (17) gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (18), die in einem Düsenfederraum (19) aufgenommen ist, axial verschiebbar ist, um den Spritzbeginn und die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Stellung eines 3/2- Wegeventils (3) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass in das Injektorgehäuse (9) ein Injektordruckspeicher (10) integriert ist, der unabhängig von der Stellung des 3/2- Wegeventils (3) mit dem zentralen Hochdruckspeicher (5) in Verbindung steht .
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Injektordruckspeichers (10) das 10- bis 20- Fache der maximalen Einspritzmenge beträgt.
3. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektordruckspeicher (10) über eine in das Injektorgehäuse (9) integrierte Dämpfungseinheit (25, 26, 27) mit einem drucklosen Raum (19) in Verbindung steht.
4. Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit eine Dämpfungsdrossel (26) und ein Sicherheitsventil (27) umfasst.
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsdrossel (26) in eine Vεrschlussschraube (25) integriert ist, die zwischen dem Düsenfederraum (19) und dem Injektordruckspeicher (10) in das Injektorgehäuse (9) eingeschraubt ist .
6. Injektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektordruckspeicher (10) über die in das
Injektorgehäuse (9) integrierte Dämpfungseinheit (25, 26, 27) mit einem Kraftstofftank (7) in Verbindung steht.
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