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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Hochdruckpumpe, einen Kraftstoffhochdruckspeicher und einen Kraftstoffinjektor, die hydraulisch verschaltet sind und wobei ein die von dem Kraftstoffinjektor verspritzte Kraftstoffmenge bestimmendes Ventil vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Stand der Technik
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Eine derartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus der
DE 10 2004 058 184 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung für ein Common-Rail-Einspritzsystem weist einen Kraftstoffhochdruckspeicher auf, der von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllbar ist. Der in dem Kraftstoffhochdruckspeicher bevorratete Kraftstoff ist über zumindest eine Hochdruckleitung einem Kraftstoffinjektor zuführbar, durch den der Kraftstoff in einen zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar ist. In die Hochdruckleitung ist ein 3/2-Wegeventil eingeschaltet, das vollständig druckausgeglichen ist und somit ein günstiges Betriebsverhalten aufweist. Der Kraftstoffinjektor ist herkömmlich ausgebildet und weist eine Ventilnadel auf, die gegen den Druck einer Düsennadel verschiebbar ist. Dabei wird in dem Kraftstoffinjektor bei durchgeschaltetem Ventil ein genügend hoher Druck aufgebaut, so dass die Düsennadel gegen den Druck der Düsennadelfeder axial verschoben wird und Einspritzöffnungen freigibt, durch die Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Eine weitere Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus der
DE 39 10 793 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist als sogenanntes Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsystem ausgebildet, wobei hier ein Ventil zur Steuerung des mit dem Kraftstoffinjektor verspritzten Kraftstoffs vorgesehen ist, welches in die dem Kraftstoffinjektor zugeordnete Pumpe integriert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Hochdruckspeicher bereit zu stellen, deren Aufbau gegenüber einem Common-Rail-Einspritzsystem vereinfacht ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventil in den Kraftstoffhochdruckspeicher integriert ist. Gegenüber der zum Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist das Ventil nicht als eigenständiges Bauteil in der Hochdruckleitung zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher und dem Kraftstoffinjektor angeordnet oder aber in den Kraftstoffinjektor integriert, sondern in den Kraftstoffhochdruckspeicher einbezogen. Dadurch kann der Kraftstoffinjektor, der zum Anbau an unterschiedliche Brennkraftmaschinen ein jeweils angepasstes Design aufweisen muss, kostengünstig produziert werden, da der aufwendige Ventilbereich entfällt. Der Kraftstoffinjektor ist somit auf das Vorhandensein der für die Einspritzfunktion notwendigen Bauteile beschränkt. Gegenüber einem in die Hochdruckleitung eingebauten Ventil bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Vorteil, dass der Anbau des Ventils an den Kraftstoffhochdruckspeicher schon allein dadurch verbessert wird, dass weniger Leitungsteile und Verschraubungen benötigt werden, die kostenintensiv sind und eine Beeinträchtigung der hydraulischen Steifheit des Kraftstoffeinspritzsystems darstellen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Ventil einen Magnetaktor oder einen magnetostriktiven Aktor oder einen Piezo-Aktor auf und in weiterer Ausgestaltung ist das Ventil ein Servoventil. Ein solches Ventil kann zudem kraftreduziert ausgebildet sein und beispielsweise eine Dauerleckage aufweisen, um die auf das Ventil einwirkende Kraft durch den zu steuernden Kraftstoff zu reduzieren. Damit wird die Dynamik des Ventils erhöht. Das Ventil ist beispielsweise mit dem Magnetaktor so aufgebaut, dass bei bestromtem Magnetaktor das Ventil auf Durchgang geschaltet ist. In diesem Betriebszustand strömt aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher durch das Ventil und die Hochdruckleitung Kraftstoff in den Kraftstoffinjektor. Durch diesen in den Kraftstoffinjektor einströmenden Kraftstoff wird eine Düsennadel des Kraftstoffinjektors gegen die Kraft einer Düsennadelfeder axial verschoben und es werden Einspritzöffnungen in dem Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einen zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine freigegeben. Wird die Bestromung des Magnetaktors aufgehoben, baut sich der Druck in der Hochdruckleitung beispielsweise über einen Rücklauf oder eine Leckageleitung ab und die Düsennadel schließt und beendet damit die Einspritzung. Bei dem Kraftstoffinjektor braucht bei dieser Ausgestaltung lediglich der Düsennadelkörper und die Düsennadel aus hochdruckfestem Werkstoff gefertigt sein, während der die Düsennadelfeder aufnehmende Bereich des Kraftstoffinjektors wegen der hier herrschenden geringeren Kräfte aus einem kostengünstigeren Werkstoff gefertigt sein kann.
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In Weiterbildung der Erfindung bildet das Gehäuse des Hochdruckspeichers gleichzeitig (mit einem Teilbereich) einen Ventilkörper des Ventils. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da das Gehäuse des Kraftstoffhochdruckspeichers schon aufgrund seiner Funktion her aus einem hochdruckfesten Werkstoff gefertigt wird und daher die Funktion eines Ventilkörpers für das Ventil durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung einfach durch beispielsweise eine zusätzliche Bearbeitung aufnehmen kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein Druckregelventil in den Kraftstoffhochdruckspeicher integriert, das einen Eingang in den Innenraum des Kraftstoffhochdruckspeichers und einen Ausgang in ein Niederdrucksystem aufweist und wobei das Druckregelventil baugleich zu dem Ventil ausgebildet ist. Auch diese Ausgestaltung ist besonders günstig, da somit ohne zusätzlichen Aufwand mit gleichen Teilen auch die Funktion eines Druckregelventils, das zum Regeln des in dem Kraftstoffhochdruckspeicher herrschenden Kraftstoffdrucks eingesetzt wird, bereitgestellt ist. Das Druckregelventil steuert von der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoff bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks in dem Kraftstoffhochdruckspeicher in ein Niederdrucksystem ab. Im Grunde ist bei dieser Ausgestaltung der Ausgang des Druckregelventils im Unterschied zu dem Ventil mit dem Niederdrucksystem verschaltet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Kraftstoffhochdruckspeicher seitlich an einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anbaubar. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass in weiterer Ausgestaltung das Gehäuse des Kraftstoffhochdruckspeichers einen seitlichen Hochdruckausgang für das Ventil aufweist, der wiederum in weiterer Ausgestaltung in einen Anschlusskanal des Zylinderkopfes hineinragt und direkt oder indirekt mit einem Hochdruckeingang des Kraftstoffinjektors zusammenwirkt. Diese konstruktive Ausgestaltung ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau der an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbauten Teile der Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Dabei weist in Weiterbildung der Erfindung der Zylinderkopf einen zumindest angenähert quer zu dem Anschlusskanal ausgerichteten Schacht zur Aufnahme des Kraftstoffinjektors auf. Dadurch kann der Kraftstoffhochdruckspeicher mit dem integrierten Ventil ohne zusätzliche Hochdruckleitung mit dem Kraftstoffinjektor verbunden sein. Diese Ausgestaltung spart Bauteile und zusätzlich ist die Anzahl der Dichtstellen minimiert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Einspritzsystems,
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2 eine perspektivische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit an einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angebauten Komponenten,
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3 eine Schnittdarstellung eines in einen Kraftstoffhochdruckspeicher integrierten Ventils mit einem Magnetaktor,
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4 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers mit zwei Ventilen und einem Druckregelventil und
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5 eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem schematisch dargestellt. Aus einem Kraftstofftank 1 wird Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe 2 in einen Kraftstoffhochdruckspeicher 3 gefördert. Dabei ist die Hochruckpumpe 2 und der Kraftstoffhochdruckspeicher 3 so ausgelegt, dass in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 ein Kraftstoffdruck von 1.600 bar und mehr eingestellt werden kann. Der in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 bevorratete Kraftstoff wird bedarfsabhängig den einzelnen Zylindern der zu versorgenden Brennkraftmaschine zugeteilt. Die Einspritzung des Kraftstoffs erfolgt durch Kraftstoffinjektoren 4 wobei die Anzahl der Kraftstoffinjektoren 4 der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht. Die Versorgung der Kraftstoffinjektoren 4 mit Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 erfolgt über Ventile 5, die in den Hochdruckspeicher 3 integriert sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der 1 nur das rechte Ventil 5 und der rechte Injektor 4 in der 1 detailliert dargestellt, wobei ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit das rechte Ventil 5 aus dem Hochdruckspeicher 3 herausgezogen ist. Bei dem Ventil 5 handelt es sich um ein kraftreduziertes Servoventil, das in 3 näher erläutert wird. Der Hochdruckanschluss 6 des Kraftstoffinjektors 4 ist in der in 1 ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernt von dem Ventil 5 angeordnet, in der Realität grenzt der Hochdruckanschluss 6 aber direkt an das Ventil 5 an, wie nachfolgend noch erläutert wird. Schließlich ist an den Hochdruckspeicher 3 ein Druckregelventil 28 integriert, das wie die Ventile 5 ausgebildet ist. Der Ausgang des Druckregelventils 28 ist aber im Unterschied dazu über einen Kraftstoffrücklauf 7 mit einem Niederdrucksystem verschaltet. Mit dem Druckregelventil 28 wird der in dem Hochdruckspeicher 3 herrschende Kraftstoffdruck eingestellt.
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Wenn das Ventil 5 von einem – hier nicht dargestellten – Steuergerät in geeigneter Weise angesteuert wird, schaltet es in eine zweite Schaltstellung um, in der der Kraftstoffhochdruckspeicher 3 mit dem Hochdruckanschluss 6 des Kraftstoffinjektors 4 verbunden ist. In dieser Schaltstellung gelangt der Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 über den Hochdruckanschluss 6 in einen Druckraum 8, der in dem Kraftstoffinjektor 4 ausgebildet ist, und hebt eine gegen eine Düsenfeder 9 verspannte Düsennadel 10 von ihrem Sitz ab und unter Hochdruck stehender Kraftstoff wird in einen Brennraum 11 der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingespritzt. Leckagekraftstoff wird aus einem Düsennadelfederraum ebenfalls in den Kraftstoffrücklauf 7 zu dem Niederdrucksystem abgeführt.
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Der konstruktive Anbau der entsprechenden Komponenten der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in 2 dargestellt. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 12 auf, der von einer Zylinderkopfhaube 13 abgedeckt ist. In die Zylinderkopfhaube 13 sind Schächte 16 zur Aufnahme von Kraftstoffinjektoren 4 eingelassen, die von jeweils einem Zylinderkopfhaubendeckel 15 abgedeckt und verschlossen sind. Seitlich ist an den Zylinderkopf 12 der Kraftstoffhochdruckspeicher 3 angebaut, der zumindest teilweise von einer Abdeckung 14 abgedeckt ist.
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Zwischen der Abdeckung 14 und dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 sind elektrische Steuerleitungen zur Ansteuerung eines Magnetaktors 26 (3) zur Ansteuerung des Ventils 5 verlegt und beispielsweise endseitig aus dem so gebildeten Raum herausgeführt.
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3 zeigt einen Querschnitt durch den Kraftstoffhochdruckspeicher 3, wobei der Kraftstoffhochdruckspeicher 3 ein Gehäuse 17 aufweist, das gleichzeitig im Bereich des Ventils 5 einen Ventilkörper 18 des Ventils 5 bildet. Das als Servoventil ausgebildete Ventil 5 ragt mit einem Ventilschaft 19 durch den Innenraum 23 des Kraftstoffhochdruckspeichers 3 hindurch und ist in einer oberen Führung und einer unteren Führung des Ventilkörpers 18 geführt. Dabei ist ein dem Ventilschaft 19 vorgelagerter Leckageraum im Bereich der unteren Ventilkörperführung mit einer Leckageabführung 20 verbunden. Im Bereich der oberen Ventilkörperführung weist der Ventilschaft 19 einen Ventilsitz 21 auf, der mit einem entsprechenden Ventilkörpersitz 22 des Ventilkörpers 18 zusammenwirkt. In der dargestellten Stellung des Ventilschaftes 19 des Ventils 5 ist der Innenraum 23 des Kraftstoffhochdruckspeichers 3 von einem seitlichen Hochdruckausgang 24, der in einem seitlichen Fortsatz 25 des Ventilkörpers 18 beziehungsweise des Gehäuses 17 des Kraftstoffhochdruckspeichers 3 eingelassen ist, abgesperrt. Wird das Ventil 5 beziehungsweise dessen Ventilschaft 19 von dem Magnetaktor 26 in die geöffnete Position nach oben bewegt, wird eine Strömungsverbindung von dem Innenraum 23 zu dem Hochdruckausgang 24 hergestellt. Der Magnetaktor 26 ist mit dem Gehäuse 17 bzw. dem Ventilkörper 18 verbunden. Oberhalb des Hochdruckausgangs 24 ist eine Abführöffnung 27 vorgesehen, durch die eine Steuermenge von Kraftstoff abgeführt wird.
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4 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung des Kraftstoffhochdruckspeichers 3 mit zwei eingebauten Ventilen 5 und dem Druckregelventil 28, das baugleich zu den Ventilen 5 ausgebildet ist. Mit dem Druckregelventil 28 wird der in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 herrschende Druck eingestellt.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung des Kraftstoffinjektors 4 ähnlich der 1. Der Kraftstoffinjektor 4 weist einen Düsenkörper 29 mit einem seitlichen Hochdruckanschluss 30 auf, der mit dem Hochdruckausgang 24 gegebenenfalls über eine in der 3 dargestellte Hochdruckzuführung 31 zusammenwirkt. Die Düsennadel 10 ist in dem Düsenkörper 29 gegen die Kraft der Düsenfeder 9 axial verschiebbar und in der nicht dargestellten geöffneten Position ist der Druckraum 8 mit Spritzlöchern 32 verbunden. In dieser Schaltstellung wird Kraftstoff in den Brennraum 11 (1) der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Düsenfeder 9 ist in einem mit dem Düsenkörper 29 verbundenen Düsennadelkörper 33 eingebaut, wobei der Düsennadelkörper 33 gleichzeitig einen Kanal 34 zur Abführung von Leckagekraftstoff aufweist. Der Düsennadelkörper 33 ist im Gegensatz zu dem Düsenkörper 29, der aus einem druckfesten Material hergestellt ist, aus einem weniger hochwertigen Werkstoff gefertigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058184 A1 [0002]
- DE 3910793 A1 [0003]
