DE102018006853A1

DE102018006853A1 - Modulares Common-Railsystem

Info

Publication number: DE102018006853A1
Application number: DE102018006853.7A
Authority: DE
Inventors: Oscar Blasco
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2019-09-26

Abstract

Vorgeschlagen wird ein modulares Common-Railsystem (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (5) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank (3), mit einer Saugdrossel (4) zur Festlegung des geförderten Kraftstoffvolumens in das Rail (6) und mit Injektoren (7A, 7B) zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, bei dem das Rail (6) aus Einzelsegmenten (9A, 9B) als erstem Hochdruckraum und aus Injektoren (7A, 7B) als zweitem Hochdruckraum komplettiert ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor (7A, 7B) ein Einzelspeicher (11) als dritter Hochdruckraum integriert ist und eine Verbindungsleitung (12) zur Befüllung des Einzelspeichers (11) aus dem zweiten Hochdruckraum einschließlich einer Drosselstelle (13) angeordnet ist, wobei im Einzelspeicher (11) das einzuspritzende Kraftstoffvolumen gespeichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Common-Railsystem nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Common-Railsystem umfasst typischerweise eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank, eine Saugdrossel zur Festlegung des geförderten Kraftstoffvolumens in das Rail, also des Raildrucks, und Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Aus der EP 1 780 406 B1 ist ein modulares Common-Railsystem bekannt, das aus rohrförmigen Einzelsegmenten als erstem Hochdruckraum und aus Injektoren mit Durchführung des Kraftstoffs als zweitem Hochdruckraum komplettiert ist. Die Gesamtheit der Einzelsegmente und der Injektoren bilden dann den Kraftstoffspeicher. Bauartbedingt liegt in diesem Common-Railsystem ein Frequenzgemisch vor, in dem zum Beispiel die Einspritzfrequenz und die Förderfrequenz der Hochdruckpumpe dominant sind. Dieses Frequenzgemisch mit dem uneinheitlichen Kraftstoffdruck verursacht ein unterschiedliches Einspritzverhalten und erschwert die präzise Ansteuerung des Injektors. In der Praxis wird daher der gemessene Raildruck zur Unterdrückung des Frequenzgemisches gefiltert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes modulares Common-Railsystem bereit zu stellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale vom Patentanspruch 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung sieht also ein modulares Common-Railsystem vor, bei dem im Injektor ein Einzelspeicher als dritter Hochdruckraum integriert ist und eine Verbindungsleitung zur Befüllung des Einzelspeichers aus dem zweiten Hochdruckraum einschließlich einer Drosselstelle angeordnet ist. Das einzuspritzende Kraftstoffvolumen ist im Einzelspeicher gespeichert. Die Drosselstelle besitzt hierbei eine doppelte Funktionalität. Die erste Funktionalität besteht darin, dass der in den Einzelspeicher nachfließende Volumenstrom definiert ist. Dabei fließt aus dem zweiten Hochdruckraum nur so viel Kraftstoff nach, dass der Einzelspeicher beim darauffolgenden Einspritzvorgang wieder gefüllt ist. Die zweite Funktionalität besteht in der hydraulischen Entkoppelung des Einzelspeichers, das heißt, im Einzelspeicher liegt ein deutlich reduziertes Frequenzgemisch vor. Durch das Schließen und Öffnen der Injektornadel verursachte Impulsspitzen zurück in das Rail werden durch den Einzelspeicher ebenso gedämpft. Aufgrund des konstanten Druckniveaus im Einzelspeicher sind die Injektoren frei positionierbar. Von Vorteil ist, dass unterschiedliche Leitungslängen bei einem Großdieselmotor --ohne negativen Einfluss auf die Einspritzgüte-- verbaut werden können.
Ergänzend ist vorgesehen, dass der zweite Hochdruckraum des in der Reihenfolge letzten Injektors über einen Verschlussstopfen oder über einen Verschlussstopfen mit integriertem Rail-Drucksensor verschlossen ist. Eine Alternative hierzu besteht darin, dass der zweite Hochdruckraum des in der Reihenfolge letzten Injektors über ein Druckregelventil oder über ein Überdruckventil mit dem Tank verbunden ist.
In der einzigen Figur ist ein reduziertes Schaubild des modularen Common-Railsystems 1 dargestellt. Dieses umfasst folgende wesentlichen Komponenten: eine Niederdruckpumpe 2 zur Kraftstoffförderung aus einem Tank 3, eine Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des Kraftstoffvolumens, eine Hochdruckpumpe 5, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in der Figur nur zwei Injektoren mit dem Bezugszeichen 7A und 7B dargestellt. Bestimmt wird das Common-Railsystem 1 von einem elektronischen Steuergerät 8. Das elektronische Steuergerät 8 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien oder als Modelle, zum Beispiel als Gauß-Prozessmodell, appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 8 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der Figur sind als Eingangsgrößen der Einzelspeicherdruck pE und eine Größe EIN dargestellt. Unter der Größe EIN sind die weiteren Eingangsgrößen zusammengefasst, zum Beispiel die Leistungsvorgabe durch einen Bediener, die Motordrehzahl, eine Drosselklappenstellung und die Temperaturen der Kühl- und Schmiermittel. Als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 8 sind ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein leistungsbestimmendes Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren und eine Größe AUS dargestellt. Das Signal ve steht stellvertretend für den Spritzbeginn und das Spritzende einer Einspritzung. Die Größe AUS wiederum steht stellvertretend für die weiteren Ausgangsgrößen, zum Beispiel ein Schaltsignal für einen schaltbaren Abgasturbolader.
Beim dargestellten modularen Common-Railsystem 1 wird der Kraftstoffspeicher aus einzelnen Komponenten gebildet. Diese sind: ein Einzelsegment 9A als Verbindungsleitung von der Hochdruckpumpe 5 zum Injektor 7A, der Injektor 7A selber als Verbindungselement, ein Einzelsegment 9B als Verbindungsleitung vom Injektor 7A zum Injektor 7B und der Injektor 7B selber als weiteres Verbindungselement. Die Einzelsegmente 9A/9B bilden gemeinschaftlich einen ersten Hochdruckraum und die Injektoren 7A/7B bilden gemeinschaftlich einen zweiten Hochdruckraum. Der zweite Hochdruckraum entspricht einer Durchführung 10 für den Kraftstoff im Injektor. Siehe hierzu Detail X, welches einen nicht maßstäblichen Ausschnitt des Injektors zeigt. Innerhalb des Injektors sieht nun die Erfindung einen Einzelspeicher 11 als dritten Hochdruckraum vor. Mit Kraftstoff befüllt wird der Einzelspeicher 11 über eine Verbindungsleitung 12 aus der Durchführung 10. In der Verbindungsleitung 12 ist eine Drosselstelle 13 angeordnet, welche zwei Funktionalitäten abbildet. Die erste Funktionalität besteht darin, dass der in den Einzelspeicher 11 nachfließende Volumenstrom definiert ist. Dabei fließt aus der Durchführung 10, also dem zweiten Hochdruckraum, nur so viel Kraftstoff nach, dass der Einzelspeicher 11 beim darauffolgenden Einspritzvorgang wieder gefüllt ist. Mit anderen Worten: das einzuspritzende Kraftstoffvolumen wird aus dem Einzelspeicher 11 entnommen. In der Praxis hat sich ein Volumenverhältnis von einzuspritzendem Kraftstoffvolumen zu Einzelspeichervolumen in der Höhe von 1 zu 50 bis 1 zu 100 bewährt. Die zweite Funktionalität besteht in der hydraulischen Entkoppelung des Einzelspeichers 11, das heißt, im Einzelspeicher 11 liegt ein deutlich reduziertes Frequenzgemisch vor, wodurch die Einspritzgüte verbessert wird. Über eine Leitung 14 ist der Einzelspeicher 11 mit den Einspritzöffnungen in der Düsennase des Injektors verbunden. Die mechanische Fixierung eines Einzelsegments am Injektor, beispielsweise des Einzelsegments 9A am Injektor 7A, kann geschraubt oder auch lanzenförmig ausgebildet sein. Beim dargestellten Beispiel sind die Kraftstoffzuführung und die Kraftstoffabführung axial gleich und auf gleicher Höhe angeordnet. Selbstverständlich können diese auch auf unterschiedlicher Höhe und axial versetzt angeordnet sein.
Verschlossen wird das modulare Common-Railsystem 1 am in der Reihenfolge letzten Injektor. In der Zeichnung ist dies der Injektor 7B. Bei einer Brennkraftmaschine mit acht Zylindern in Reihenanordnung wäre dies der achte Injektor. Dargestellt sind drei Ausführungsformen. In der ersten Ausführungsform wird der Injektor 7B mittels eines Verschlussstopfens 15 kraftstoffdicht verschlossen. In der zweiten Ausführungsform wird der Injektor 7B mittels eines Verschlussstopfens 16 mit integriertem Rail-Drucksensor verschlossen. Das Ausgangssignal des Raildrucksensors pCR entspricht dem Raildruck und wird vom elektronischen Steuergerät 8 eingelesen und in Abhängigkeit davon das Ansteuersignal PWM für die Saugdrossel 4 berechnet. Bei der dritten Ausführungsform wird der Injektor 7B über eine Rücklaufleitung 17 mit dem Tank 3 verbunden. In der Rücklaufleitung 17 ist dann ein Überdruckventil oder Druckregelventil angeordnet. Dargestellt ist ein Druckregelventil 18, dessen Stellung vom elektronischen Steuergerät 8 über ein Ansteuersignal pDRV festgelegt wird.
Bezugszeichenliste

1: Common-Railsystem, modular
2: Niederdruckpumpe
3: Tank
4: Saugdrossel
5: Hochdruckpumpe
6: Rail
7A, B: Injektor
8: Elektronisches Steuergerät
9A,B: Einzelsegment
10: Durchführung
11: Einzelspeicher
12: Verbindungsleitung
13: Drosselstelle
14: Leitung
15: Verschlussstopfen
16: Verschlussstopfen mit Raidrucksensor
17: Rücklaufleitung
18: Druckregelventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1780406 B1 [0002]

Claims

Modulares Common-Railsystem (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (5) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank (3), mit einer Saugdrossel (4) zur Festlegung des geförderten Kraftstoffvolumens in das Rail (6) und mit Injektoren (7A, 7B) zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, bei dem das Rail (6) aus Einzelsegmenten (9A, 9B) als erstem Hochdruckraum und aus Injektoren (7A, 7B) als zweitem Hochdruckraum komplettiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor (7A, 7B) ein Einzelspeicher (11) als dritter Hochdruckraum integriert ist und eine Verbindungsleitung (12) zur Befüllung des Einzelspeichers (11) aus dem zweiten Hochdruckraum einschließlich einer Drosselstelle (13) angeordnet ist, wobei im Einzelspeicher (11) das einzuspritzende Kraftstoffvolumen gespeichert ist.
Modulares Common-Railsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hochdruckraum des in der Reihenfolge letzten Injektors (7B) über einen Verschlussstopfen (15) oder über einen Verschlussstopfen mit integriertem Rail-Drucksensor (16) verschlossen ist.
Modulares Common-Railsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hochdruckraum des in der Reihenfolge letzten Injektors (7B) über ein Druckregelventil (18) oder über ein Überdruckventil mit dem Tank (3) verbunden ist.
Modulares Common-Railsystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzelsegment (9A, 9B) am Injektoranschluss lanzenförmig ausgebildet ist.