DE10123911A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Druckübersetzungseinrichtung und Druckübersetzungseinrichtung - Google Patents
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Druckübersetzungseinrichtung und DruckübersetzungseinrichtungInfo
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Abstract
Es wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor mit einer Druckübersetzungseinrichtung beziehungsweise eine Druckübersetzungseinrichtung vorgeschlagen, wobei ein beweglicher Kolben der Druckübersetzungseinrichtung einen an die Kraftstoffhochdruckquelle angeschlossenen Raum von einem mit dem Injektor verbundenen Hochdruckraum trennt, wobei der Hochdruckraum (40) mit einem Rückraum (38) über eine Kraftstoffleitung (46; 75) verbunden ist, so dass der Hochdruckraum über den Rückraum mit Kraftstoff befüllbar ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung beziehungsweise einer
Druckübersetzungseinrichtung nach der Gattung der
unabhängigen Ansprüche. Aus der DE 199 10 970 sind schon
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen beziehungsweise
Druckübersetzungseinrichtungen bekannt, bei denen ein
Druckverstärkerkolben mittels einer Befüllung
beziehungsweise einer Entleerung eines Rückraums eine
Erhöhung des Kraftstoffeinspritzdrucks über den von einem
Common-Rail-System hinaus bereitgestellten Wert ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
beziehungsweise die erfindungsgemäße
Druckübersetzungseinrichtung haben demgegenüber den Vorteil,
dass infolge einer Befüllbarkeit des Hochdruckraums der
Druckübersetzungseinrichtung über den Rückraum keine allein
zur Befüllung des Hochdruckraums dienende separate Bohrung
in einem Metallkörper der Druckübersetzungseinrichtung
vorgesehen werden muss, die am durchmessergrösseren Ende des
Druckübersetzerkolbens vorbeiführt. Dies führt zu einer
Platzersparnis, was bei der Verwendung der
Druckübersetzungseinrichtung im Zusammenhang mit
Verteilereinspritzpumpen, insbesondere aber auch bei
druckübersetzten Common-Rail-Systemen von Vorteil ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung beziehungsweise
Druckübersetzungseinrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist eine Integration einer Drossel
und/oder eines Füllventils in den Kolben der
Druckübersetzungseinrichtung, so dass auch zur Befüllung des
Rückraums keine Leitungen mehr am durchmessergrößeren Ende
des Kolbens vorbeigeführt werden müssen. Dies resultiert in
einer noch kompakteren Bauform der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung beziehungsweise der
Druckübersetzungseinrichtung.
Wird darüber hinaus auch die Verbindungsleitung zwischen
Rückraum und Hochdruckraum und wahlweise auch ein in der
Verbindungsleitung angeordnetes Rückschlagventil im Kolben
der Druckübersetzungseinrichtung integriert, ergibt sich
eine sehr schlanke und kompakte Bauweise, die für den Einbau
in moderne Motoren ideal ist.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, den Kolben des
Druckübersetzers aus zwei Teilen mit unterschiedlich großem
Durchmesser zusammenzusetzen, die relativ zueinander
beweglich sind und somit neben der Verdichterfunktion durch
ihre relative Beweglichkeit zueinander die Funktion eines
Ventils, insbesondere eines Rückschlagventils, übernehmen
können. Dadurch entfallen zusätzliche Bauteile für das
Vorsehen einer separaten Ventilanordnung, was eine weitere
Platzeinsparung ermöglicht.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen übernimmt der
zweiteilige Kolben nicht nur die Funktion eines
Rückschlagventils, sondern auch eines Füllventils, ohne dass
zusätzliche Bauteile hierzu notwendig sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Fig. 2 eine weitere
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit integrierter
Druckübersetzungseinrichtung, die Fig. 3 und 4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel in zwei verschiedenen
Betriebszuständen und Fig. 5 einen Injektor mit
Druckübersetzungseinrichtung, in dessen zweiteiligen Kolben
eine Drossel und ein Füllventil integriert sind. Fig. 6
zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit alternativer
Ausführung des Füllventils. Die Fig. 7, 8 und 9
illustrieren alternative Ausführungen eines zweiteiligen
Kolbens.
In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
dargestellt, bei der ein Injektor 10 über eine
Druckübersetzungseinrichtung 30 mit einer
Kraftstoffhochdruckquelle 60 verbunden ist. Die
Kraftstoffhochdruckquelle umfasst mehrere nicht näher
dargestellte Elemente wie einen Kraftstofftank, eine Pumpe
und das Hochdruckrail eines an sich bekannten Common-Rail-
Systems, wobei die Pumpe einen bis zu 1600 bar hohen
Kraftstoffdruck in dem Hochdruckrail bereitstellt, indem sie
Kraftstoff aus dem Tank in das Hochdruckrail befördert. Der
Injektor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem
Ventilglied 12 auf, das mit seinen Einspritzöffnungen in den
Brennraum 11 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
hineinragt. Das Ventilglied ist an einer Druckschulter 9 von
einem Druckraum 13 umgeben, der über eine Hochdruckleitung
21 mit dem Hochdruckraum 40 der Druckübersetzungseinrichtung
30 verbunden ist. Das schematisch dargestellte Ventilglied
ragt an seinem dem Brennraum abgewandten Ende in einen
Arbeitsraum 18 hinein, der über eine Drossel 20 mit der
Hochdruckleitung 21 und über eine Drossel 19 mit einem
Steuerventil 15 des Injektors verbunden ist. Das
Steuerventil 15 ist als 2/2-Wege-Ventil ausgeführt und in
der ersten Stellung geschlossen; in der zweiten Stellung
verbindet es die Drossel 19 mit einer Niederdruckleitung 17.
Das Ventilglied ist über eine Rückstellfeder 14 federnd
gelagert, wobei die Rückstellfeder das Ventilglied gegen die
Einspritzöffnungen 8 drückt. Der die Feder enthaltene Raum
des Einspritzventils des Injektors ist mit einer weiteren
Niederdruckleitung 16 verbunden. Die
Druckübersetzungseinrichtung 30 besitzt einen federnd
gelagerten Kolben 36, der den mit der Hochdruckleitung 21
verbundenen Hochdruckraum 40 von einem Raum 35 trennt, der
direkt an die Kraftstoffhochdruckquelle 60 angeschlossen
ist. Die Feder 39 ist in einem Rückraum 38 der
Druckübersetzungseinrichtung 30 angeordnet. Der Kolben 36
weist ein Fortsetzungsstück 37 auf, das einen kleineren
Durchmesser hat als der Kolben 36 an seinem dem Raum 35
zugewandten Ende. Der Rückraum 38 ist über ein 2/2-Wege-
Ventil 31 mit einer Niederdruckleitung 32 verbindbar. Die
Niederdruckleitung 32 führt ebenso wie die
Niederdruckleitungen 16 und 17 zurück zum nicht näher
dargestellten Kraftstofftank. Der Raum 35 der
Druckübersetzungseinrichtung ist über eine Drossel 47 mit
dem Rückraum 38 verbunden, wobei der Drossel 47 ein
Füllventil 49 parallelgeschaltet ist. Darüber hinaus
verbindet eine Kraftstoffleitung 46 den Rückraum über ein
Rückschlagventil 45 direkt mit dem Hochdruckraum 40.
Die Funktionsweise des hubgesteuerten Injektors 10 ist an
sich bereits aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 10 970
bekannt. An der Hochdruckleitung 21 liegt ständig ein hoher
Kraftstoffdruck an. Kraftstoff gelangt aus dem Druckraum 13
durch die Einspritzöffnungen 8 in den Brennraum 11, sobald
das Ventilglied an seinem den Einspritzöffnungen abgewandten
Ende durch Öffnen des 2/2-Wege-Ventils 15 kurzzeitig vom
Kraftstoffdruck entlastet wird und somit die an der
Druckschulter 9 angreifende in Öffnungsrichtung wirkende
Kraft größer ist als die Summe von Federkraft (14) und Kraft
infolge des im Arbeitsraum 18 verbleibenden
Kraftstoffdrucks. Im Ruhezustand hingegen ist das Ventil 15
geschlossen, das Einspritzventil ist geschlossen und es
findet keine Einspritzung statt. Ist auch das Übersetzer-
Steuerventil 31 geschlossen, so ist die
Druckübersetzungseinrichtung 30 druckausgeglichen, so dass
keine Druckverstärkung stattfindet. Das Füllventil 49 ist
dann geöffnet und der Kolben 36, 37 in seiner Ausgangslage,
gekennzeichnet durch ein grosses Volumen des Rückraums 38.
Der Druck der Kraftstoffhochdruckquelle kann über das
geöffnete Füllventil 49 in den Rückraum 38 und weiter über
das Rückschlagventil 45 zum Injektor gelangen. Somit kann zu
jeder Zeit eine Einspritzung mit dem Druck der
Kraftstoffhochdruckquelle stattfinden. Hierzu muss lediglich
das Steuerventil 15 des Injektors betätigt werden, wodurch
sich das Einspritzventil öffnet. Soll nun eine Einspritzung
mit erhöhtem Druck stattfinden, dann wird das Übersetzer-
Steuerventil 31 angesteuert, so dass der Druck im Rückraum
38 abfallen kann, wodurch sich das Füllventil 49 und das
Rückschlagventil 45 schließen. Infolge der Druckentlastung
des Rückraums 38 ist der Kolben nicht mehr druckausgeglichen
und es erfolgt im Hochdruckraum 40 eine Druckverstärkung
entsprechend dem Druckflächenverhältnis von Raum 35 und
Hochdruckraum 40. Dadurch, das die Einspritzung mit zwei
unterschiedlichen Druckniveaus (Raildruck und übersetzter
Druck) stattfinden kann und ein Zuschalten der
Druckübersetzungseinrichtung zu jeder Zeit möglich ist, kann
eine flexible Formung des Einspritzverlaufs erfolgen. Dabei
sind rechteckförmige, rampenförmige oder auch stufenförmige
Einspritzungen möglich. Bei einem stufenförmigen
Einspritzverlauf beginnt die Einspritzung mit einer ersten
Phase mit niedrigem Einspritzdruck, beispielsweise dem
Raildruck, woran sich eine zweite Phase mit hohem
Einspritzdruck unter Einsatz des Druckübersetzers
anschließt. Die erste Phase kann dabei beliebig lange
ausgeführt werden.
Fig. 2 zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem
Injektor 70 mit integrierter Druckübersetzungseinrichtung
70. Die integrierte Ausführung ist schematisch durch eine
punktierte Linie dargestellt. Gleiche Bestandteile wie in
Fig. 1 sind mit identischen Bezugszeichen versehen und
werden nicht nochmals beschrieben. Die der Drossel 47 aus
Fig. 1 entsprechende Drossel ist als integrierte
Drosselbohrung 71 im Kolben ausgeführt, ebenso ist das
Füllventil kein separates Bauteil mehr, sondern im Gegensatz
zur Fig. 1 als im Kolben integriertes Füllventil 72
ausgeführt. Die Drosselbohrung 71 wie das integrierte
Füllventil 72 befinden sich hierbei im dem Raum 35
zugewandten Ende des Kolbens, während das dem
Rückschlagventil 45 aus Fig. 1 entsprechende
Rückschlagventil 74 im durchmesserkleineren
Fortsetzungsstück 37 des Kolbens integriert ist. Die
Kraftstoffleitung 46 ist hierbei in Form einer Bohrung als
integrierte Kraftstoffleitung 75 ausgeführt. Die Feder 39,
die auf den Kolben eine Rückstellkraft, das heisst eine
Kraft zur Vergrößerung des Volumens des Hochdruckraums 40,
ausübt, ist zwischen dem Gehäuse der
Druckübersetzungseinrichtung und einer fest am Kolben
montierten Federhalterung 73 eingespannt. Die Federhalterung
ist so montiert, dass ein Kraftstofffluss zwischen dem Räum
35 und dem Rückraum 38 sowohl über die Drossel 71 als auch
über das Füllventil 72 nicht behindert wird.
Die Funktionsweise ist die gleiche wie in der in Fig. 1
gezeigten Ausführungsform.
Wahlweise kann auch nur eines oder eine Teilmenge der
Bauteile Rückschlagventil, Füllventil und Drossel im Kolben
der Druckübersetzungseinrichtung integriert sein. Der
durchmessergrößere Teil des Kolbens 36 und das
Fortsetzungsstück 37 können auch als zwei getrennte Bauteile
ausgeführt sein. Auch in diesem Fall ist eine Integration
der genannten Bauteile möglich.
Fig. 3 zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung eines
druckgesteuerten Common-Rail-Systems, das für jeden Zylinder
der Brennkraftmaschine einen Injektor 80 und eine
Druckübersetzungseinrichtung 300 aufweist. Der
druckgesteuerte Injektor 80 weist einen Druckraum 82 auf,
der zum Anheben seiner Düsennadel und zur Bereitstellung
von einzuspritzendem Kraftstoff über die
Druckübersetzungseinrichtung 300 mit Kraftstoff beaufschlagt
werden kann. Die eine Schließkraft ausübende Feder 101 ist
am der Einspritzöffnung gegenüberliegenden Ende des
Injektors 80 in einem Raum angeordnet, der zur Abfuhr von
Kraftstoffleckagen mit einer Leckageleitung 81 verbunden
ist, die zu einem Niederdrucksystem führt, insbesondere zum
Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs. Der Druckraum 82 ist mit
dem Hochdruckraum 40 der Druckübersetzungseinrichtung 300
verbunden. Der am gegenüberliegenden Ende des zweiteiligen
Kolbens 86, 87 befindliche Raum 35 der
Druckübersetzungseinrichtung ist über ein 3/2-Wege-Ventil 85
entweder mit einer Niederdruckleitung 84 oder mit einer
Speicherleitung 83 verbindbar. Die Niederdruckleitung 84
führt zum Niederdrucksystem, das Kraftstoff zum
Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs zurückleiten kann. Die
Speicherleitung 83 führt zu einer Kraftstoff mit Drücken bis
zu 2000 bar liefernden Kraftstoffhochdruckquelle 60, die
bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben worden
ist. Diese Kraftstoffhochdruckquelle weist ein nicht näher
dargestelltes Hochdruckrail auf, in dem unter Hochdruck
stehender Kraftstoff bereitgestellt werden kann und das mit
jeder jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine
zugeordneten Druckübersetzungseinrichtung über ein Ventil
verbindbar ist. Dabei ist also für jeden Zylinder eine
Druckübersetzungseinrichtung, ein Zumeßventil 85 und ein
Injektor 80 vorgesehen. Der Kolben 86, 87 der
Druckübersetzungseinrichtung weist hierbei einen dicken
Kolben 86 und einen dünnen Kolben 87 auf, wobei der dicke
Kolben den Raum 35 und der dünne Kolben den Hochdruckraum 40
begrenzt. Der dünne Kolben 87 weist eine Bohrung 88 auf,
über die der Hochdruckraum 40 mit dem Rückraum 38 der
Druckübersetzungseinrichtung verbindbar ist. In der
dargestellten, in der Zeichnung nach unten gerichteten
Verdichtungsbewegung 100 des Kolbens liegen jedoch die
Dichtflächen 94 des dicken und des dünnen Kolbens
aufeinander und verschließen die Bohrung 88. Eine auf der
dem Rückraum 38 zugewandten Seite des dicken Kolbens 86
angebrachte Rückführhalterung 91 begrenzt den
Bewegungsspielraum des dünnen Kolbens 87 relativ zum dicken
Kolben 86, indem ein insbesondere kreisringförmiger Fortsatz
92 des dünnen Kolbens von der Rückführhalterung erfasst
wird, sobald sich der dicke Kolben 86 ein Stück weit
entgegen der Richtung der Verdichtungsbewegung 100 bewegt.
Im Fortsatz 92 sind Bohrungen 93 angebracht, um den
Kraftstoffaustausch im Rückraum im Bereich der
Rückführhalterung 91 zu erleichtern. Zu dem gleichen Zweck
befindet sich eine Bohrung 95 in der Rückführhalterung. Die
im Rückraum 38 angeordnete Feder 39 übt über die
Rückführhalterung 91 eine Kraft auf den dicken Kolben 86
aus, die der Richtung der Verdichtungsbewegung 100
entgegenwirkt. Der Rückraum ist über eine Niederdruckleitung
89 mit dem Niederdrucksystem verbunden.
Die dargestellte Verdichtungsbewegung 100 wird durch
Durchschalten des Drucks der Kraftstoffhochdruckquelle, also
des Raildrucks des Common-Rail-Systems, auf den Raum 35 der
Druckübersetzungseinrichtung aktiviert. Die Verbindung
zwischen dem Hochdruckraum 40 und der Niederdruckleitung 89
ist getrennt, da der Kraftstoffdruck im Raum 35 eine Kraft
auf den dicken Kolben 86 ausübt, die über die Dichtflächen
94 auf den dünnen Kolben 87 übertragen wird, so dass die
Bohrung 88 verschlossen wird und im Hochdruckraum 40 ein
Hochdruck aufgebaut werden kann, der den Kraftstoffdruck im
Hochdruckrail des Common-Rail-Systems übersteigt.
Fig. 4 zeigt dasselbe System wie Fig. 3, jedoch in einem
anderen Betriebszustand, in dem der zweiteilige Kolben 86,
87 eine Ausgleichsbewegung 110 durchführt, die der
Verdichtungsbewegung 100 entgegengerichtet ist.
Wenn die Einspritzung beendet werden soll, wird, wie in
Fig. 4 abgebildet, der Raum 35 über das 3/2-Wege-Ventil 85
mit der Niederdruckleitung 84 verbunden. Dadurch wird der
Raum 35 vom Raildruck getrennt und der zweiteilige Kolben
fährt in seine Ausgangsstellung zurück. Zunächst fährt
lediglich der dicke Kolben 86 nach oben, bis die
Rückführhalterung 91 am Fortsatz 92 des dünnen Kolbens 87
aufprallt und den dünnen Kolben mit nach oben zieht. Die
Dichtflächen 94 liegen jetzt nicht mehr aufeinander, und der
Hochdruckraum 40 kann über die Bohrung 88 und das
Niederdrucksystem mit neuem Kraftstoff befüllt werden.
Die Dichtflächen 94 können alternativ zum dargestellten
Fall, in dem sie aus den ebenen Flächenenden des dicken und
des dünnen Kolbens gebildet werden, auf einer Seite auch mit
einer die Bohrung 88 umschließenden Dichtkante versehen
sein. Eine kugelförmige bzw. hohlkugelförmige Ausbildung der
Dichtflächen kann vorteilhaft sein, um auch eine Dichtheit
bei einem eventuell auftretenden Winkelversatz der beiden
Kolben zu gewährleisten. Diese Art der Befüllung des
Hochdruckraums 40 kann über den gezeigten Anwendungsfall
hinaus bei allen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen
die Befüllung des Hochdruckraums aus dem Rückraum einer
Druckübersetzungseinrichtung erfolgt.
Fig. 5 zeigt eine solche weitere Anwendung bei einem
hubgesteuerten druckübersetzten Common-Rail-System. Gleiche
oder ähnliche Bestandteile wie in Fig. 1 dargestellt sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht
nochmals beschrieben. Im Wesentlichen weist der Injektor 120
mit integriertem Druckübersetzer im Gegensatz zur Fig. 2
statt eines Druckübersetzers mit einteiligem Kolben einen
Druckübersetzer mit zweiteiligem Kolben auf. Hierbei ist die
Ausführung der Druckübersetzungseinrichtung mit zweiteiligem
Kolben gemäß Fig. 3 und 4 mit der Integration einer Drossel
71 und eines Füllventils 72 in dem durchmesserstärkeren Teil
des Druckübersetzerkolbens 86, 87 analog zum
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kombiniert.
Im Ruhezustand ist sowohl das Ventil 31 als auch das Ventil
15 geschlossen. Die Düse ist geschlossen und es findet keine
Einspritzung statt. Da im Rückraum 38 nun ebenfalls
Raildruck herrscht, ist der Druckübersetzerkolben
druckausgeglichen, so dass keine Druckverstärkung
stattfindet. Die Dichtflächen 94 sind nicht
aufeinandergepresst, so dass die Bohrung 88 zur Befüllung
des Hochdruckraums 40 freigegeben ist und der zweiteilige
Kolben der Druckübersetzungseinrichtung in seine
Ausgangslage zurückgestellt wird. Weiterhin gelangt der
Raildruck über das Füllventil 72 und die Bohrung 88 zum
Hochdruckraum 40 und zum Druckraum 13 des Injektors. Somit
kann zu jeder Zeit eine Einspritzung mit Raildruck
stattfinden. Dazu wird das Steuerventil 15 des Injektors
betätigt, wodurch sich die Düse öffnet, wie in Fig. 5
dargestellt. Soll nun eine Einspritzung mit erhöhtem Druck
stattfinden, dann muß das Steuerventil 31 angesteuert, das
heisst geöffnet, werden. Dadurch fällt der Druck im Rückraum
38 ab, so dass der dicke Kolben 86 auf den dünnen Kolben 87
gedrückt und die Dichtflächen 94 aufeinandergepresst werden.
Dadurch wird die Bohrung 88 verschlossen und die Funktion
eines Rückschlagventils realisiert. Der im Hochdruckraum 40
befindliche Kraftstoff kann nicht mehr in den Rückraum 38
zurückfließen. Außerdem wird das Füllventil 72 geschlossen.
Durch die Druckentlastung des Rückraums 38 ist der
zweiteilige Kolben 86, 87 also nicht mehr druckausgeglichen
und es erfolgt eine Druckverstärkung im Hochdruckraum 40
entsprechend dem Druckflächenverhältnis von Raum 35 und Raum
40. Wird die Druckübersetzungseinrichtung durch ein
Schließen des Ventils 31 abgeschaltet, dann erfolgt über die
Drossel 71 ein Druckausgleich zwischen den Räumen 35, 38 und
40. Erreicht der Kraftstoffdruck im Rückraum 38 nahezu den
Druck im Raum 35, dann öffnet das Füllventil 72 und es gibt
die Verbindung von Raum 35 zu Raum 38 frei. Weiterhin werden
durch die Rückstellfeder 39 die beiden Kolben 86 und 87
voneinander getrennt. Somit kann eine schnelle Füllung des
Rückraums und damit eine schnelle Rückstellung des
zweiteiligen Druckübersetzerkolbens erfolgen. Das Befüllen
des Hochdruckraums erfolgt nun über die Bohrung 88.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines
druckübersetzten Common-Rail-Systems. Gleiche oder ähnliche
Bestandteile wie in Fig. 5 abgebildet sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals
beschrieben. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 5
ist statt der zentralen Bohrung 88 im dünnen Kolben 87 eine
seitlich leicht versetzte Bohrung 130 vorgesehen, um das
Füllventil 72 durch eine einfachere Ausführungsform in Form
einer durchgängigen Bohrung 140 im dicken Kolben 86 ersetzen
zu können.
Genau dann, wenn der Rückraum druckentlastet wird, liegen
die ebenen Dichtflächen 94 des dünnen und des dicken Kolbens
aufeinander und neben der Bohrung 130 ist auch die Bohrung
140 verschlossen. Somit kann die Bohrung 140 genau die
gleiche Funktion wie das in Form einer integrierten
federbelasteten Kugel realisierte Füllventil 72 aus Fig. 5
erfüllen.
Alternativ zur Ausgestaltung der Dichtflächen aus den ebenen
Kolbenenden können, wie bereits weiter oben beschrieben,
andere Geometrien verwendet werden, zum Beispiel eine kugel-
bzw. hohlkugelförmige Oberflächenform insbesondere im
Bereich um die Bohrungen. Der Füllpfad 140 kann auch durch
eine Mehrzahl von Bohrungen ersetzt bzw. ergänzt werden.
Ebenso kann eine sämtliche Bohrungen 140 und 130 umgreifende
Dichtkante an mindestens einem Ende der beiden Kolben
vorgesehen sein.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines
druckübersetzten Common-Rail-Systems. Gleiche oder ähnliche
Bestandteile wie in Fig. 6 abgebildet sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals
beschrieben. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 6
ist der zweiteilige Kolben nicht aus zwei hintereinander
angeordneten Teilkolben 86 und 87, sondern aus zwei
ineinander greifenden Kolben 150 und 160 aufgebaut. Die
Darstellung ist eine Querschnittsseitenansicht und zeigt den
durch den Hohlraum des dicken Kolbens 150 gebildeten
Ventilraum 174, in den der dünne Kolben 160 mit seinem
Kopfbereich 161 hineinragt. Der Kopfbereich 161 geht in
einen durchmesserkleineren Halsbereich 162 des dünnen
Kolbens 160 über, der flüssigkeitsdicht von einem
Führungsbereich 151 des dicken Kolbens 150 geführt wird. Die
Rückstellfeder 39 ist zwischen dem Gehäuse der
Druckübersetzungseinrichtung und dem im Vergleich zum
Führungsbereich 151 durchmessergrößeren Bereich des dicken
Kolbens 150 gespannt. Der dicke Kolben 150 ist auf der Seite
des Raums 35 teilweise von einer Kreisringplatte 175
verschlossen, die fest mit dem dicken Kolben verbunden ist.
Die Kreisringplatte weist einen zentrisch angeordneten
Durchgangsbereich 176 auf, der durch eine Bewegung des
dünnen Kolbens relativ zum dicken Kolben verschlossen werden
kann. Darüber hinaus ist in einem Randbereich der Platte 175
eine Drosselbohrung 180 angebracht, die infolge einer
Beabstandung des Kopfbereichs 161 zum dicken Kolben 150
unabhängig von der Stellung des dünnen relativ zum dicken
Kolben unverdeckt bleibt. Im Halsbereich 162 des dünnen
Kolbens 160 befindet sich eine Längsbohrung 186, die in den
Hochdruckraum 40 mündet. Auf ihrer dem Hochdruckraum 40
abgewandten Seite geht die Längsbohrung in eine Querbohrung
185 über, die beiderseits in den Rückraum 38 der
Druckübersetzungseinrichtung mündet. Der Bewegungsspielraum
des dünnen Kolbens relativ zum dicken Kolben ist auf der
einen Seite durch ein Anstossen der dem Raum 35 zugewandten
Seite des Kopfbereichs 161 an die Platte 175 und auf der
anderen Seite durch ein Aufsitzen des Kopfbereichs auf dem
Übergangsbereich des dicken Kolbens zwischen dem
Führungsbereich 151 und dem durchmessergrößeren Rest des
dicken Kolbens begrenzt und beläuft sich auf eine
Freihubstrecke 190. Fährt der dünne Kolben in Richtung Raum
35, verschließt der dicke Kolben zunächst die Querbohrung
185, und nach Durchlaufen der Freihubstrecke wird der
Durchgangsbereich 176 vom dünnen Kolben verschlossen. In dem
Übergangsbereich ist ferner eine Bohrung 170 vorgesehen, die
den Ventilraum 174 mit dem Rückraum 38 verbindet.
Das Rückschlagventil 45 bzw. 74 bzw. 94 aus den
Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 2 und 3 wird in der
Ausführungsform nach Fig. 7 durch den Führungsbereich 151
und die Querbohrung 185 gebildet, die durch den
Führungsbereich verschließbar ist. Die Funktion der Drossel
47 bzw. 71 aus den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2
wird durch die Drosselbohrung 180 und die Bohrung 170
übernommen. Die Funktion des Füllventils 49 bzw. 72 bzw. 140
aus den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 2, 5 und 6 wird
hier durch den Kopfbereich 161, den durch den Kopfbereich
verschließbaren Durchgangsbereich 176 und die Bohrung 170
gewährleistet. Dargestellt ist das System im Ruhezustand mit
deaktivierter Druckübersetzungseinrichtung. Der Raildruck
steht im Raum 35, im Ventilraum 174 über den
Durchgangsbereich 176, im Rückraum 38 über die Bohrung 170
und im Hochdruckraum 40 über die Längsbohrung 186 an. Der
Druckübersetzer ist druckausgeglichen und der dicke Kolben
150 wird über die Rückstellfeder 39 in seiner oberen
Stellung gehalten. Die Bohrungen 185 und 186 bilden einen
Bypasspfad, welcher eine Voreinspritzung mit Raildruck oder
eine bootförmige Haupteinspritzung ermöglicht. Diese
Bohrungen sind nur in der Phase geöffnet, in der der
Druckübersetzer nicht angesteuert ist beziehungsweise in der
er zurückfährt.
Fig. 8 zeigt das System während der Druckverstärkung.
Hierzu wird das 2/2-Wege-Ventil 31 angesteuert. Es entlastet
den Rückraum 38. Dadurch ist der Kolben 150 nicht mehr
druckausgeglichen, da in den Räumen 35 und 174 noch
Raildruck anliegt, jedoch nicht mehr im Rückraum 38. Dieser
liegt auf Leckagedruckniveau. Der Kolben 150 fährt relativ
zum dünnen Kolben 160 ein Stück, die Freihubstrecke 190, vor
und verschliesst die Querbohrung 185. Der dünne Kolben 160
wird sowohl vom Führungsbereich 151 des dicken Kolbens 150
als auch an seinem dem Hochdruckraum 40 zugewandten Ende vom
Gehäuse der Druckübersetzungseinrichtung geführt. Ist der
Bypasspfad verschlossen und die Freihubstrecke zurückgelegt,
nimmt der dicke Kolben 150 den dünnen Kolben 160 mit, da der
Durchgangsbereich 176 nicht gross genug ist, als dass der
Kopfberich 161 durch ihn hindurchfahren könnte. Der
Kopfbereich 161 und die Platte 175 dichten nun ausserdem den
Ventilraum 174 vom Raum 35 ab. Durch die gemeinsame
Abwärtsbewegung des dünnen und des dicken Kolbens wird nun
der Kraftstoff im Hochdruckraum 40 entsprechend des
Druckflächenverhältnisses der Räume 35 und 40 verdichtet.
Soll die Druckverstärkung beendet werden, so wird das Ventil
31 wieder verschlossen. Der Raum 38 ist dann nicht mehr mit
dem Niederdrucksystem verbunden, und der Druck im Ventilraum
174 kann sich über die Drosselbohrung 180 wieder auf
Raildruck erhöhen. Auch im Rückraum 38 steigt der
Kraftstoffdruck über die Drosselbohrung 180, den Ventilraum
174 und die Bohrung 170 wieder auf Raildruck. Dadurch ist
der Kolben 150 wieder druckausgeglichen und wird über die
Rückstellfeder 39 nach oben gedrückt. Nachdem er die
Freihubstrecke 190 zurückgelegt hat, nimmt der dicke Kolben
den dünnen Kolben über dessen durch den Übergang zwischen
Hals- und Kopfbereich gebildete Schulter wieder mit in seine
Ausgangsstellung. Die Bohrung 185 ist nach zurückgelegtem
Freihub wieder geöffnet, so dass diese den Hochdruckraum mit
dem Rückraum verbindet. Der Hochdruckraum kann sich so über
den Rückraum mit Kraftstoff befüllen und beide Kolben 150
und 160 fahren vollends in ihre Ausgangsstellung zurück. Bei
der Bauform nach Fig. 7 und 8 ist gewährleistet, dass bei
Ansteuerung des Druckverstärkers der Kolben 150 die
Querbohrung 185 überfährt und der Zulauf vom Raum 35 zum
Ventilraum geschlossen wird. Dazu ist die Bohrung 170 so
ausgelegt, dass der Druckausgleich zwischen dem Ventilraum
und dem Rückraum langsam vonstatten geht, der Kolben 150
eine Zeit lang also nicht druckausgeglichen ist und die
Kraft der Rückstellfeder 39 überdrückt. Das bedeutet, dass
die Bohrung 170 solange drosseln muss, bis der Zulauf vom
Raum 35 zum Ventilraum 174, und damit über die Bohrung 170
zum Rückraum 38, geschlossen ist und beide Räume sich über
die Leckleitung und das Ventil 31 entlasten können. Des
Weiteren entlastet sich der Hochdruckraum 40 in der
Anfangsphase der Bewegung des Kolbens 150 nicht, da sonst
ein hoher Einspritzdruck nicht mehr zu erreichen wäre. Dies
wird dadurch gewährleistet, dass die Querbohrung 185 klein
ist relativ zum Gesamthub, den der Druckverstärker
zurücklegen kann, so dass sie schnell überfahren werden
kann. Sie besitzen vorteilhafterweise ebenfalls eine
Drosselwirkung und lassen in der Phase des Überfahrens
keinen nennenswerten Druckabbau im Hochdruckraum zu.
Zur verbesserten Abdichtung des Durchgangsbereichs 176 durch
den Kopfbereich 161 des dünnen Kolbens 160 kann ein O-Ring
vorgesehen werden, der an der Platte oder am Kopfbereich
angebracht ist. Dieser O-Ring ermöglicht den Ausgleich von
Fertigungs- und Einbauungenauigkeiten.
Fig. 9 zeigt die Details einer weiteren Ausführungsvariante
der in Fig. 7 und 8 illustrierten
Druckübersetzungseinrichtung. In Fig. 7 und 8 ist die
Drossel 180 in Form einer Bohrung in der Platte 175
realisiert, während in der alternativen Form die Platte 175
an mindestens einer Stelle des Umfangs des
Durchgangsbereichs 176 eine rillenförmige Abschrägung
beziehungsweise Nut 200 aufweist, die selbst beim Aufsetzen
der Platte auf den Kopfbereich des dünnen Kolbens einen
gedrosselten Kraftstoffdurchfluss sicherstellt. Auch so kann
für einen Druckausgleich zwischen den Räumen 35, 174 und 38
gesorgt werden, nachdem ein Druckaufbau stattgefunden hat,
der Druckübersetzer jedoch über das Ventil 31 wieder
deaktiviert wurde. Alternativ zu oder in Kombination mit
Nuten in der Platte können auch Nuten 200 im Kopfbereich 161
des dünnen Kolbens 160 vorgesehen sein.
Claims (17)
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit
einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraft
stoffinjektor, wobei zwischen dem Kraftstoffinjektor und der
Kraftstoffhochdruckquelle eine einen beweglichen Kolben
aufweisende Druckübersetzungseinrichtung geschaltet ist, wobei
der bewegliche Kolben einen an die Kraftstoffhochdruckquelle
angeschlossenen Raum von einem mit dem Injektor verbundenen
Hochdruckraum sowie von einem Rückraum trennt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckraum (40) mit dem
Rückraum (38) über eine Kraftstoffleitung (46; 75; 88; 186)
verbindbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass an der Kraftstoffleitung (46; 75; 88; 186)
ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil (45; 74; 94; 151,
185), angeordnet ist, so dass ein Rückfluss von Kraftstoff aus
dem Hochdruckraum in den Rückraum unterbunden werden kann..
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung (46; 75; 88; 186) und
das Ventil (45; 74; 94; 151, 185) im Kolben (36, 37; 86, 87;
150, 160) integriert sind.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben zwei relativ
zueinander bewegliche Teile (86, 87; 150, 160) aufweist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Teile aus einem dünnen (87; 160) und
einem dicken (86; 150) Kolben bestehen.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung im dünnen Kolben (87;
160) in Form einer Bohrung (88; 186) integriert ist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der dünne (87) und der dicke (86) Kolben
über Verbindungsmittel (91, 92) derart miteinander verbunden
sind, dass einander zugewandte Dichtflächen (94) der beiden
Kolben die Bohrung (88) im Falle eines Aufliegens des dicken
Kolbens auf dem dünnen Kolben verschließen.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der dünne Kolben (160) einen in einen durch
einen Hohlraum des dicken Kolbens (150) gebildeten Ventilraum
(174) hineinragenden Kopfbereich (161) aufweist, wobei ein sich
an den Kopfbereich anschließender durchmesserkleinerer
Halsbereich (162) des dünnen Kolbens (160) in einer den Hohlraum
abdichtenden Führung (151) bewegen kann, so dass die Bohrung
(186) einenends durch den Führungsbereich verschlossen werden
kann.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (35) mit dem
Rückraum (38) über eine Drossel (47; 71; 180, 170) verbunden
ist.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drossel (71; 180, 170) im Kolben (36,
37; 86, 87; 150, 160) integriert ist.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (35) mit dem
Rückraum (38) über ein Füllventil (49; 72; 140; 161, 176, 170)
verbunden ist.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Füllventil (72; 140; 161, 176, 170) im
Kolben (36, 37; 86, 87; 150, 160) integriert ist.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Füllventil aus mindestens einer
durchgängigen Bohrung (140; 170) im dicken Kolben (86; 150)
besteht.
14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Befüllen des
Rückraumes mit Kraftstoff beziehungsweise durch Entleeren des
Rückraums von Kraftstoff der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum
variiert werden kann.
15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rückraum (38) über ein Steuerventil
(31) mit einer Niederdruckleitung (32) verbindbar ist.
16. Druckübersetzungseinrichtung mit einem beweglichen Kolben,
der einen an eine Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Raum
von einem mit einem Kraftstoffinjektor verbindbaren
Hochdruckraum sowie von einem Rückraum trennt, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hochdruckraum (40) mit dem Rückraum
(38) über eine Kraftstoffleitung (46; 75; 88; 186) verbindbar
ist.
17. Druckübersetzungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, dass an der Kraftstoffleitung (46; 75; 88; 186)
ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil (45; 74; 94; 151,
185), angeordnet ist, so dass ein Rückfluss von Kraftstoff aus
dem Hochdruckraum in den Rückraum unterbunden werden kann.
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