DE10060089A1

DE10060089A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE10060089A1
Application number: DE10060089A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mahr; Martin Kropp; Hans-Christoph Magel; Wolfgang Otterbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-02
Filing date: 2000-12-02
Publication date: 2002-06-20
Also published as: JP2004514830A; US6776138B2; EP1343966A2; WO2002044540A2; US20030131824A1; WO2002044540A3

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) umfasst einen gemeinsamen Druckspeicherraum (6), einen Injektor (8), einen Druckverstärker und Ventile zur Steuerung des Einspritzvorgangs und der Druckverstärkung. Es ist eine modulare Bauweise durch ein Druckverstärker-Modul (16) und ein Ventil-Modul (17) ausgebildet. Dies trägt zur Kostenersparnis und zur Erhöhung der Flexibilität bei der Fertigung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bei.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren sind sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bekannt. Bei Common Rail Systemen kann der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden und zur Geräuschminderung eine Voreinspritzung verwendet werden. Dadurch kann der Verbrennungsverlauf optimal abgestimmt werden. Zur Reduzierung der Emissionen und der Erzielung hoher spezifischer Leistungen ist ein hoher Einspritzdruck erforderlich. Das erreichbare Druckniveau des Druckspeicherraum ist jedoch aus Festigkeitsgründen begrenzt. Eine weitere Druckerhöhung des Einspritzdruckes ist durch die Verwendung eines Druckverstärkers möglich. Zur Zeit sind Druckverstärker mit einem großen Übersetzungsverhältnis von ca. 1 : 7 bekannt. Bei diesen bekannten druckverstärkten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen befindet sich der Druckverstärker im Injektor und wird mittels eines 3/2-Wege-Ventils gesteuert. Eine solche gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 562 046 B1 bekannt. Bei diesen bekannten Einspritzvorrichtungen sind der Druckverstärker und alle Schaltventile in den Injektor integriert, wodurch ein großer Bauraum notwendig wird und ein sehr aufwendig zu fertigendes Gesamtmodul vorliegt. Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Einsatz und der Bauform eines Druckverstärkers bei einem Common Rail System zur Steigerung des Einspritzdruckes.

Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung kann sowohl hubgesteuert als auch druckgesteuert ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe einer verschieblichen Düsennadel aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgt. Eine Druckabsenkung innerhalb des Steuerraums bewirkt einen Hub der Düsennadel. Alternativ kann das Auslenken der Düsennadel durch ein Stellglied (Aktor, Aktuator) erfolgen. Bei einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck die Düsennadel gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder) bewegt, so daß die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. im Druckspeicher bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z. B. eine Führungsleckage), nicht zur Einspritzung verwendet und in den Rücklauf fließt. Das Druckniveau des Rücklaufes kann einen Standdruck aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Zur Kostenersparnis bei der Fertigung und zur Erhöhung der Flexibilität beim Einbau von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Weiterbildungen der Erfindung betreffen die Patentansprüche 2 bis 6.

Durch die Verwendung einfacher Module wird eine günstige Serienfertigung ermöglicht. Dazu wird der Druckverstärker bei einer druckübersetzten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (Common-Rail-System) als einzelnes Funktionsmodul konstruiert, das optional in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung integriert werden kann und leicht an unterschiedlichen Stellen installiert werden kann. Damit kann flexibel auf den Raumbedarf und die Einbauanforderung des Motorenherstellers reagiert werden. Ein Anbau des Druckverstärker-Moduls am Druckspeicherraum ermöglicht beispielsweise einen sehr kleinen, kompakten Injektor. Die Modulbauweise erlaubt die Bereitstellung eines Einspritzsystem-Baukastens für unterschiedliche Motoranforderungen. So lassen sich einfachere Common-Rail- Einspritzsysteme ohne Druckverstärkung für kostengünstige Motoren (z. B. in Kleinwagen) aus den gleichen Bauteilen aufbauen, wie teurere, funktionell erweiterte, druckübersetzte Systeme mit höherem Einspritzdruck für hochwertige Motoren. Die Modulbauweise ist bei hubgesteuerten und bei druckgesteuerten Systemen möglich.

Um die Flexibilität weiter zu erhöhen, ist es möglich, den Druckverstärker und die dazugehörigen Schaltventile in einzelne Modulblöcke (Druckverstärker-Modul und Ventil-Modul) aufzuteilen. Das Druckverstärker-Modul kann dann auch bei anderen Einspritzsystemen wie z. B. bei einer Verteilerpumpe verwendet werden. Weiterhin ist es damit möglich, das Ventil-Modul am Druckspeicherraum zu plazieren und das Druckverstärker-Modul am Injektor.

Bei Injektoren wird heute standardmäßig eine seitliche Hochdruck-Zuführung über Druckrohrstutzen verwendet. Dabei wird der Druckrohrstutzen mit einer Befestigungsvorrichtung zwischen Motor und Injektor eingespannt. Die Hochdruckzuleitung wird dann an den Druckrohrstutzen angeschlossen.

Besonders vorteilhaft ist es, für jeden Zylinder den Druckverstärker und das Schaltventil des Druckverstärkers zu einem Baugruppenmodul A zusammenzufassen, das so im Zylinderkopf angeordnet wird, dass eine hydraulische Verbindung zum Injektor entsteht und ein Anschluss für die Verbindungsleitung zum Druckspeicherraum ausgebildet wird. Vorteilhafterweise wird das Baugruppenmodul A dazu zwischen Injektor und Motor eingespannt, vergleichbar mit der Lage des heute bei Injektoren üblichen Druckrohrstutzens. Eine Abdichtung zwischen beiden Modulen kann dabei u. a. durch ein Aufeinanderpressen beider Module durch die Bauteilbefestigung erreicht werden.

Wird das Modul aus Druckverstärker und Schaltventil durch einen Druckrohrstutzen ersetzt, erhält man ein normales Common Rail System ohne Druckverstärker. Somit kann die Funktionalität des Einspritzsystems flexibel auf die Erfordernisse unterschiedlicher Motoreneinsatzgebiete angepasst werden.

Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, für jeden Zylinder Injektor und Druckverstärker in einem Baugruppenmodul zusammenzufassen und das Druckverstärker-Schaltventil als separates Baugruppenmodul B auszuführen. Vorteilhafterweise wird dieses Baugruppenmodul B dann zwischen dem Injektor und dem Motor eingespannt, vergleichbar mit der Lage des heute bei Injektoren üblichen Druckrohrstutzens. Damit kann der im Zylinderkopf bestehende Bauraum optimal ausgenutzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es ebenso, für jeden Zylinder Injektor und Druckverstärker-Schaltventil in einem Baugruppenmodul zusammenzufassen und den Druckverstärker als separates Baugruppenmodul C auszuführen. Vorteilhafterweise wird dieses Baugruppenmodul C dann zwischen Injektor und Motor eingespannt, vergleichbar mit der Lage des heute bei Injektoren üblichen Druckrohrstutzens, so dass eine hydraulische Verbindung zum Injektor entsteht und ein Anschluss für die Verbindungsleitung zum Druckspeicher ausgebildet wird. Damit kann der im Zylinderkopf bestehende Bauraum optimal ausgenutzt werden und gleichzeitig eine seitliche Hochdruckversorgung realisiert werden, die eine günstige Verbindung zum Druckspeicher ermöglicht.

Zur weiteren Reduzierung der Kosten und der Erhöhung der Flexibilität werden mehrere Injektoren demselben Druckverstärker-Modul und Ventil-Modul zugeordnet. Durch die verringerte Anzahl an notwendigen Druckverstärker- Modulen lassen sich die Systemkosten weiter reduzieren. Dabei kann jeder Injektor auf minimales Totvolumen ausgelegt werden. Durch die Parallelschaltung mehrerer Injektoren kann ein für die Systemabstimmung richtiges Totvolumen nach dem Druckverstärker erreicht werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Modulaufteilung bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung;

Fig. 2 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker;

Fig. 3 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker;

Fig. 4 eine weitere Kombinationsmöglichkeit der Module bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Aus der Fig. 1 ist der modulare Aufbau einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 ersichtlich. Eine Kraftstoffpumpe 2 fördert Kraftstoff 3 aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen zentralen Druckspeicherraum 6 (Common-Rail), von dem mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Injektoren 8 abführen. In der Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 8 für jeden Zylinder näher dargestellt. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird ein mittlerer Systemdruck erzeugt und im Druckspeicherraum 6 gelagert.

Zur Steuerung eines Druckverstärkers 9 wird der Druck im durch einen Übergang von einem größeren zu einem kleineren Kolbenquerschnitt ausgebildeten Differenzraum 10 verwendet. Zur Wiederbefüllung und Deaktivierung des Druckverstärkers wird der Differenzraum 10 mit Systemdruck (Raildruck) beaufschlagt. Dann herrschen an allen Druckflächen eines Kolbens 11 die gleichen Druckverhältnisse (Raildruck). Der Kolben 11 ist druckausgeglichen. Durch eine zusätzliche Feder wird der Kolben 11 in seine Ausgangsstellung gedrückt. Zur Aktivierung des Druckverstärker 11 wird der Differenzraum 10 druckentlastet und der Druckverstärker 9 erzeugt eine Druckverstärkung gemäß dem Flächenverhältnis. Zur Steuerung des Druckes im Differenzraum 10 wird eine Drossel 12 und ein 2/2-Wege-Ventil 13 verwendet. Die Drossel 12 verbindet den Differenzraum mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckspeicherraum 6. Das 2/2-Wege-Ventil 13 schließt den Differenzraum an eine Rücklaufleitung 14 an.

Sind die 2/2-Wege-Ventile 13 und 15 geschlossen, so wird die Düsennadel in die Schließstellung druckbeaufschlagt. Der Druckverstärker 9 befindet sich in der Ausgangsstellung. Nun kann durch das Öffnen des Ventils 15 eine Einspritzung mit Raildruck erfolgen. Wird eine Einspritzung mit höherem Druck gewünscht, so wird das 2/2-Wege-Ventil 13 angesteuert (geöffnet) und damit eine Druckverstärkung erreicht.

Druckverstärker 9, Drossel 12 und Rückschlagventil 16 einerseits und Schaltventil 13 andererseits werden je zu einem Modul 16 und 17 zusammengefasst. Als weiteres Modul kann der Injektor 8 verstanden werden. Das Druckverstärker- Modul 16 und das Ventil-Modul 17 lassen sich entweder direkt am Injektor 8 anbringen oder sie können am. Druckspeicherraum 6 oder an einer anderen beliebigen Stelle in der Zuleitung zum Injektor 8 installiert werden. Weiterhin ist es möglich, das Ventil-Modul 17 am Druckspeicherraum 6 und das Druckverstärker- Modul 16 am Injektor 8 anzuordnen.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines druckübersetzten Common Rail Einspritzsystems mit modularem Aufbau. Ein Druckspeicher 30 ist über eine Hochdruckleitung 31 mit einem Druckverstärkermodul 32 verbunden. Das Druckverstärkermodul 32 beinhaltet einen Druckverstärker 33 und ein dazugehörende Schaltventil 34. Der Injektor ist als weiteres Modul 35 ausgeführt und senkrecht, mittig über dem Zylinder angeordnet. Das Druckverstärkermodul 32 ist senkrecht zum Injektor angeordnet, so dass es an einem Ende den Injektor berührt, womit eine hydraulische Verbindung hergestellt wird. Die Abdichtung zwischen dem Druckverstärkermoduls 32 und dem Injektor kann durch Aufpressen des einen Ende des Druckverstärkermodul 32 auf den Injektor 35 erfolgen. Hierzu ist eine Spannvorrichtung des Druckverstärkermodul 32 vorgesehen. Ebenso kann eine Schraubverbindung oder ein Druckstück zur Abdichtung vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines druckübersetzten Common Rail Einspritzsystems mit modularem Aufbau. Der Injektor ist als separates Modul 40 ausgeführt. Druckverstärker und DV-Schaltventil sind im Modul 41 enthalten. Zur Abdichtung zwischen den Modulen ist als separates Bauteil ein kurzer Druckstutzen 42 vorgesehen, der über eine Bohrung die hydraulische Verbindung der Module 40 und 41 herstellt. Zur Abdichtung wird eine Axialkraft auf den Druckstutzen 42 aufgebracht. Modul 41 ist näherungsweise rechtwinklig zum Injektor 40 und teilweise innerhalb des Motors 43 angeordnet ist.

Fig. 4 veranschaulicht, dass bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 23 auch zwei Injektoren 8 einem Druckverstärker-Modul 16 und einem Ventil-Modul 17 zugeordnet werden können.

BEZUGSZEICHEN

1

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

2

Kraftstoffpumpe

3

Kraftstoff

4

Kraftstofftank

5

Förderleitung

6

Druckspeicherraum

7

Druckleitung

8

Injektor

9

Druckverstärker

10

Differenzraum

11

Kolben

12

Drossel

13

2/2-Wege-Ventil

14

Rücklauf

15

2/2-Wege-Ventil

16

Druckverstärker-Modul

17

Ventil-Modul

18

Druckverstärker

19

Rückschlagventil

20

Gehäuseende

21

Gehäuseende

22

Ventilmodul

23

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

30

Druckspeicher

31

Hochdruckleitung

32

Druckverstärkermodul

33

Druckverstärker

34

Schaltventil

35

Injektor

40

Modul

41

Modul

42

Druckstutzen

43

Motor

Claims

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) mit einem gemeinsamen Druckspeicherraum (6), mit einem Injektor (8), mit einem Druckverstärker (16) und mit Ventilen (17) zur Steuerung des Einspritzvorgangs und der Druckverstärkung, dadurch gekennzeichnet, dass eine modulare Bauweise durch Aufteilung der Funktionsgruppen Injektor (8), Druckverstärker (16) und Steuerungsventil (17) in mindestens zwei separate Bauteilmodule ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder zwei separate Module ausgebildet sind, die so im Zylinderkopf angeordnet sind, dass eine hydraulische Verbindung beider Module entsteht und ein Anschluss für die Verbindungsleitung zum Druckspeicherraum (6) ausgebildet wird.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder die Funktionsgruppen Druckverstärker (16) und Steuerungsventil (17) zusammen als ein separates Bauteilmodul ausgebildet sind, das mit dem Druckspeicherraum (6) und dem Injektor (8) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder mindestens eines der Funktionsmodule Druckverstärker (16) oder Steuerungsventil (17) am Druckspeicherraum (6) angeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder ein Bauteilmodul, das mindestens die Funktionsgruppe mit dem Injektor (8) enthält, ausgebildet ist und ein weiteres separates Bauteilmodul zwischen diesem Injektormodul und dem Motor eingespannt ist, so dass eine hochdruckdichte hydraulische Verbindung zwischen beiden Modulen entsteht.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Injektoren (8) demselben Druckverstärker-Modul (16) und/oder demselben Ventil-Modul (17) zugeordnet sind.