WO2005113976A1 - Kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

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Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a fuel injection system of an internal combustion engine according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection system is known from practice in a variety of ways and is used, for example, to inject fuel into a combustion chamber of a diesel engine of a motor vehicle.
  • a known fuel injection system is designed, for example, as a so-called common rail injection system, which comprises a high-pressure source which is connected to a high-pressure accumulator which forms the so-called commmon rail, which in turn is connected via a fuel supply line to fuel injectors, each in a combustion chamber protrude from the internal combustion engine.
  • the fuel injectors are each formed with a valve control unit and a nozzle unit.
  • a fuel duct leads into the nozzle unit and is connected to a fuel inlet of the respective fuel injector is, so that the fuel under high pressure can be injected into the respective combustion chamber.
  • pressure waves occur when the fuel injectors are opened or closed, which can spread into the common rail via the fuel supply line, which has a disadvantageous effect on precise pressure control and on a precise setting of the desired injection quantities.
  • a fuel injection valve for internal combustion engines is known from DE 197 16 771 A1, which has a rod-shaped filter element for particles contained in the fuel in a fuel channel leading to injection nozzles. The particles are broken up in the filter element.
  • the fuel injection system according to the invention with the features according to the preamble of claim 1 and a check valve which is arranged in the fuel channel of the injector and blocks a fuel flow in the direction of the fuel supply line, offers a compact and inexpensive solution for suppressing the propagation of pressure waves from the fuel injector in Direction of source of high pressure fuel.
  • the fuel injection system according to the invention is, for example, a common rail injection system of a diesel engine of a motor vehicle.
  • the fuel injector is used to inject fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the source of high-pressure fuel is then formed by a high-pressure accumulator, which forms the so-called common rail and provides fuel, which can be under a pressure of up to 1.8 kbar, for all injection valves of the internal combustion engine.
  • the check valve has an at least regionally spherical valve closing member which interacts with a conical seat and is biased in the closing direction by means of a closing spring.
  • the closing spring is preferably supported on, for example, an annular adjusting piece, so that the pretension of the closing spring and thus the minimum pressure required to open the check valve can be set.
  • Fuel injectors generally have a filter for separating particles in the area of their fuel inlet.
  • the fuel injection system according to the invention is preferably designed such that the valve seat is formed on the fuel filter.
  • the Check valve is then at least partially integrated bed component of the fuel filter-a.
  • the fuel filter is preferably designed as a rod filter, which has gaps or recesses, by means of which particles are comminuted due to pressure pulsations.
  • the rod filter In order to ensure a fuel flow between the columns of the rod filter which are generally arranged on the circumference of the rod filter and the valve seat, the rod filter preferably has an annular groove through which the fuel can flow to the check valve.
  • FIG. 1 shows a partial and basic illustration of a fuel injection system with a fuel injector
  • FIG. 2 shows a fuel inlet of the fuel injector of the fuel injection system according to FIG. 1
  • Figure 3 is an enlarged view of area III in Figure 2
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a fuel inlet of a fuel injector.
  • a fuel injection system 10 which is a so-called common rail injection system and is used for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the fuel injection system 10 comprises a high-pressure pump 11, which is connected to a fuel tank (not shown here), is connected to a high-pressure accumulator 12, which represents a so-called common rail, and has fuel under pressure of up to 1 via fuel supply lines 13, 14, 15, 16 , 8 kbar for four identical fuel injectors, of which the fuel injector 17 connected to the fuel supply line 13 is shown in FIG.
  • the high-pressure accumulator thus serves as a fuel source for the fuel injectors.
  • the fuel injector 17 comprises a valve control unit 18 and a nozzle unit 19, in which a nozzle needle 20 is axially displaceably guided, which is used to control spray holes 21, which are arranged on the end face of the nozzle module 19 facing away from the valve control module 18 and projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine are.
  • the fuel injector 17 has a connection piece or pressure pipe socket 22 with a fuel inlet 23, which is connected to the fuel supply line 13.
  • a fuel channel 24 leads from the fuel inlet 23 to a high-pressure chamber 25, which surrounds the nozzle needle 20 and from which, when the nozzle needle 20 is open, fuel is injected via the spray holes 21 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel channel 24 is formed with an enlarged diameter in the area of the fuel inlet 23.
  • the area of increased diameter forms a rod filter bore 25, into which a so-called rod filter 26 is pressed, which serves as a filter element for particles contained in the fuel and causes the particles to be comminuted.
  • the rod filter 26 has recesses 27 on its circumference, which together with the wall of the rod filter bore 25 form gaps, which specify the maximum particle diameter that can pass through the rod filter 26.
  • valve seat 28 On the end of the rod filter 26 facing away from the fuel inlet 23 there is a valve seat 28 which is designed as a conical seat and serves as a seat for a valve closing member 29 of a check valve 30 which is designed as a ball and which controls a fuel flow from the fuel channel 24 in the direction of the fuel inlet 23 and thus in the direction the common rail 12 locks.
  • the check valve 30 also has a closing spring 31, which acts on the valve closing member 29 and is supported on an annular adjusting disk 32, the position or thickness of which presets the prestressing of the closing spring 31.
  • the preload of the spring 31 can be adjusted by the insertion depth of the rod filter 26 into the rod filter bore 25.
  • the check valve 30 can be used to prevent pressure waves that are generated within the injector 17 from spreading over the rest of the fuel injection system.
  • the rod filter 26 furthermore has an annular groove 33 which permits a fuel flow between the filter unit of the rod filter 26 and the valve seat 28.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a fuel inlet 40 in a fuel injector of a fuel injection system of the type shown in FIG. 1.
  • the fuel inlet 40 differs from the fuel inlet shown in FIG. 2 in that it is designed without a filter element, ie without a rod filter. Rather, the fuel channel 24 is provided in the area of the fuel inlet 40 with a check valve 30, which has a ball 29 serving as a valve closing member, which is biased in the blocking direction by means of a closing spring 31 which is supported on a shim 32.
  • the valve closing member 29 interacts with a valve seat 28 which forms a conical seat and is formed on a press-in part 41 designed as a press belt.
  • valve needle 20 When the valve needle 20 is moved to the open position on the fuel injector 17, the amount of fuel required for the injection process is taken from the high-pressure chamber 25 of the nozzle unit 19, the fuel channel 24 and the fuel supply line 13.
  • the check valve 30 opens, i. H. the valve ball 29 lifts off its valve seat 28. Pressure waves which arise within the injector and run as reflection waves in the direction of the fuel inlet 23 or 40 and thus in the direction of the common rail 12, however, are extinguished when the check valve 30 is closed.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, umfassend mindestens einen Kraftstoffinjektor (17), der über einen Kraftstoffeinlass (23) mit einer Kraftstoffzufuhrleitung (13) verbunden ist, die mit einer Quelle (12) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in Verbindung steht, wobei der Kraftstoffinjektor (17) eine Ventilsteuereinheit (18) und eine Düseneinheit (19) umfasst, zu der ein mit der Kraftstoffzufuhrleitung (13) verbundener Kraftstoffkanal (24) führt. In dem Kraftstoffkanal (24) ist ein Rückschlagventil (30) angeordnet, das einen Kraftstofffluss in Richtung der Kraftstoffzufuhrleitung sperrt.

Description

Kraftstoffeinspritzsyste
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus .
Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem ist in vielfältiger Weise aus der Praxis bekannt und dient beispielsweise zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzsystem ist beispielsweise als so genanntes Common-Rail-Einspritzsystem ausgelegt, das eine Hochdruckquelle umfasst, die mit einem die so genannte Commmon-Rail bildenden Hochdruckspeicher verbunden ist, der wiederum jeweils über eine Kraftstoffzufuhrleitung mit KraftstoffInjektoren verbunden ist, die jeweils in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ragen. Die Kraftstoffin- jektoren sind in der Regel jeweils mit einer Ventilsteuereinheit und einer Düseneinheit ausgebildet. In die Düseneinheit führt ein Kraftstoffkanal, der mit einem Kraftstoffeinlass des jeweiligen Kraftstoffinjektors verbunden ist, so dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum eingespritzt werden kann.'
Während des Betriebs des KraftstoffeinspritzSystems treten beim Öffnen bzw. Schließen der KraftstoffInjektoren Druckwellen auf, die sich über die Kraftstoffzufuhrleitung in die Common-Rail ausbreiten können, was sich nachteilig auf eine präzise Drucksteuerung und auf eine präzise Einstellung der gewünschten Einspritzmengen auswirkt.
Ferner ist aus der DE 197 16 771 AI ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, das in einem zu Einspritzdüsen führenden Kraftstoffkanal ein stabförmi- ges Filterelement für im Kraftstoff enthalten Teilchen aufweist. Die Teilchen werden in dem Filterelement zertrümmert.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstof einspritκsystem mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einem Rückschlagventil, das in dem Kraftstoffkanal des Injektors angeordnet ist und einen Kraftstofffluss in Richtung der Kraftstoffzufuhrleitung sperrt, bietet eine kompakte und kostengünstige Lösung zur Unterdrückung einer Ausbreitung von Druckwellen von dem Kraftstoffinjektor in Richtung der Quelle für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff. Das Kraftstoffeinspritzsystem nach der Erfindung ist beispielsweise ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Diesel- brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Der Kraftstoffin- jektor dient in diesem Falle zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Quelle für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff ist dann von einem Hochdruckspeicher gebildet, der die so genannte Common-Rail bildet und Kraftstoff, der unter einem Druck von bis zu 1,8 kbar stehen kann, für sämtliche Einspritzventile der Brennkraftmaschine bereitstellt.
Bei einer besonders kostengünstigen Ausführungsform des KraftstoffeinspritzSystems nach der Erfindung weist das Rückschlagventil ein zumindest bereichsweise kugelförmig ausgebildetes Ventilschließglied auf, das mit einem Kegelsitz zusammenwirkt und mittels einer Schließfeder in Schließrichtung vorgespannt ist.
Um das Schließverhalten des Rückschlagventils verändern zu können, stützt sich die Schließfeder vorzugsweise an einem beispielsweise ringförmigen Einstellstück ab, so dass die Vorspannung der Schließfeder und damit der zum Öffnen des Rückschlagventils erforderliche Mindestdruck eingestellt werden kann .
Kraftstoffinjektoren weisen in der Regel im Bereich ihres Kraftstoffeinlasses einen Filter zur Abscheidung von Partikeln auf. In diesem Falle ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem vorzugsweise so ausgebildet, dass der Ventilsitz an dem Kraftstofffilter ausgebildet ist. Das Rückschlagventil ist dann also zumindest teilweise integrierter Betstandteil des Kraftstofffilter-a. .
Der Kraftstofffilter ist vorzugsweise als Stabfilter ausgebildet, der Spalte bzw. Ausnehmungen aufweist, mittels denen aufgrund von Druckpulsationen eine Zerkleinerung von Partikeln erfolgt.
Um einen Kraftstofffluss zwischen den in der Regel am Umfang des Stabfilters angeordneten Spalten des Stabfilters und dem Ventilsitz zu gewährleisten, weist der Stabfilter vorzugsweise eine Ringnut auf, über die der Kraftstoff zu dem Rückschlagventil strömen kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele eines Kraftstoffeinspritzsystems nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine ausschnittsweise und prinziphafte Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem KraftstoffInjektor; Figur 2 einen Kraftstoffeinlass des KraftstoffInjektors des Kraftstoffeinspritzsystems nach Figur 1; Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III in Figur 2; und Figur 4 eine alternative Ausführung eines Kraftstoffein- lasses eines Kraftstoffinjektors .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 dargestellt, das ein so genanntes Common-Rail-Einspritzsystem ist und zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 10 umfasst eine mit einem hier nicht näher dargestellten Kraftstofftank verbundene Hochdruckpumpe 11, die mit einem Hochdruckspeicher 12 verbunden ist, der eine so genannte Common-Rail darstellt und über Kraftstoffzufuhrleitungen 13, 14, 15, 16 Kraftstoff unter einem Druck von bis zu 1,8 kbar für vier gleichartig ausgebildete Kraftstoffinjektoren bereitstellt, von denen in Figur 1 der mit der Kraftstoffzufuhrleitung 13 verbundene Kraftstoffinjektor 17 dargestellt ist. Der Hochdruckspeicher dient im vorliegenden Fall also als Kraftstoffquelle für die Kraftstoffinjektoren.
Der Kraftstoffi jektor 17 umfasst eine Ventilsteuereinheit 18 und eine Düseneinheit 19, in welcher eine Düsennadel 20 axial verschieblich geführt ist, die zum Steuern von Spritzlöchern 21 dient, die an der dem Ventilsteuermodul 18 abgewandten und in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragenden Stirnseite des Düsenmoduls 19 angeordnet sind. Der Kraftstoffinjektor 17 hat einen Anschlussstutzen bzw. Druckrohrstutzen 22 mit einem Kraftstoffeinlass 23, der mit der Kraftstoffzufuhrleitung 13 verbunden ist. Von dem Kraftstoffeinlass 23 führt ein Kraftstoffkanal 24 zu einem Hochdruckraum 25, der die Düsennadel 20 umschließt und aus dem bei geöffneter Düsennadel 20 Kraftstoff über die Spritzlöcher 21 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Wie insbesondere Figur 2 zu entnehmen ist, ist der Kraftstoffkanal 24 im Bereich des Kraftstoffeinlasses 23 mit einem vergrößerten Durchmesser ausgebildet. Der Bereich vergrößerten Durchmessers bildet eine Stabfilterbohrung 25, in die ein so genannter Stabfilter 26 eingepresst ist, der als Filterelement für in dem Kraftstoff enthaltene Partikel dient und eine Zerkleinerung der Partikel bewirkt.
Der Stabfilter 26 hat an seinem Umfang Aussparungen 27, die zusammen mit der Wandung der Stabfilterbohrung 25 Spalte bilden, welche den maximalen Partikeldurchmesser vorgeben, der den Stabfilter 26 passieren kann.
An der dem Kraftstoffeinlass 23 abgewandten Stirnseite des Stabfilters 26 ist ein als Kegelsitz ausgebildeter Ventilsitz 28 angeordnet, der als Sitz für ein als Kugel ausgebildetes Ventilschließglied 29 eines Rückschlagventils 30 dient, das einen Kraftstofffluss aus dem Kraftstoffkanal 24 in Richtung des Kraftstoffeinlasses 23 und damit in Richtung der Common-Rail 12 sperrt. Das Rückschlagventil 30 weist des Weiteren eine Schließfeder 31 auf, 'die auf das Ventilschließglied 29 wirkt und ;, sich an einer ringförmigen Einstellscheibe 32 abstützt, deren Lage bzw. deren Dicke die Vorspannung der Schließfeder 31 vorgibt.
Alternativ kann die Vorspannung der Feder 31 durch die Einpresstiefe des Stabfilters 26 in die Stabfilterbohrung 25 eingestellt werden.
Mittels des Rückschlagventils 30 kann verhindert werden, dass sich Druckwellen, die innerhalb des Injektors 17 erzeugt werden, über das restliche Kraftstoffeinspritzsystem ausbreiten.
Der Stabfilter 26 weist des Weiteren eine Ringnut 33 auf, die einen Kraftstofffluss zwischen der Filtereinheit des Stabfilters 26 und dem Ventilsitz- 28 zulässt.
In Figur 3 ist eine alternative Ausführung eines Kraftstoffeinlasses 40 bei einem KraftstoffInjektor eines Kraftstoffeinspritzsystems der in Figur 1 dargestellten Art gezeigt.
Der Kraftstoffeinlass 40 unterscheidet sich von dem in Figur 2 dargestellten Kraftstoffeinlass dadurch, dass er ohne Filterelement, d. h. ohne Stabfilter ausgebildet ist. Vielmehr ist der Kraftstoffkanal 24 im Bereich des Kraftstoffeinlasses 40 mit einem Rückschlagventil 30 versehen, das eine als Ventilschließglied dienende Kugel 29 aufweist, die mittels einer Schließfeder 31 in Sperrrichtung vorgespannt ist, die sich an einer Einstellscheibe 32 abstützt. Das Ventilschließglied 29 wirkt mit einem Ventilsitz 28 zusammen, der einen Kegelsitz bildet und an einem als Pressband ausgebildeten Einpressteil 41 ausgebildet ist.
Die vorstehend beschriebenen Rückschlagventile arbeiten in nachfolgend beschriebener Weise.
Wenn an dem Kraftstoffinjektor 17 die Ventilnadel 20 in Öffnungsstellung verfahren wird, wird aus dem Hochdruckraum 25 der Düseneinheit 19, dem Kraftstoffkanal 24 und der Kraftstoffzufuhrleitung 13 die für den Einspritzvorgang erforderliche Kraftstoffmenge entnommen. Dabei öffnet das Rückschlagventil 30, d. h. die Ventilkugel 29 hebt von ihrem Ventilsitz 28 ab. Druckwellen, die innerhalb des Injektors entstehen und als Reflexionswellen in Richtung des Kraftstoffeinlasses 23 bzw. 40 und damit in Richtung der Common-Rail 12 laufen, werden hingegen bei geschlossenem Rückschlagventil 30 gelöscht.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Kraftstoffinjektor (17), der über einen Kraftstoffeinlass (23, 40) mit einer Kraftstoffzufuhrleitung (13, 14, 15, 16) verbunden ist, die mit einer Quelle (12) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in Verbindung steht, wobei der Kraftstoffin- jektor (17) eine Ventilsteuereinheit (18) und eine Düseneinheit (19) umfasst, zu der ein mit der Kraftstoffzufuhrleitung (13) verbundener Kraftstoffkanal (24) führt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kraftstoff- kanal (24) ein Rückschlagventil (30) angeordnet ist, das einen Kraftstofffluss in Richtung der Kraftstoffzufuhrleitung (13) sperrt.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (30) ein zumindest bereichsweise kugelförmig ausgebildetes Ventilschließglied (29) umfasst, das mit einem Kegelsitz (28) zusammenwirkt und mittels einer Schließfeder (31) in Schließrichtung vorgespannt ist.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfeder (31) an einem Einstellstück (32) abstützt. Kraftstoffeinspritzsystem.. nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil zumindest teilweise integrierter Bestandteil eines im Bereich des Kraftstoffeinlasses (23) angeordneten Kraftsto filters (26) ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofffilter (26) ein Stabfilter ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabfilter (26) zwischen seiner Filtereinheit und dem Ventilsitz (28) eine Ringnut (33) aufweist.
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