EP1776523B1

EP1776523B1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: EP1776523B1
Application number: EP05754068A
Authority: EP
Inventors: Hans-Peter Scheurer; Timo Steinbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2008508470A; CN100578009C; WO2006013128A1; US7438057B2; DE502005006014D1; EP1776523A1; DE102004037557A1; US20080029065A1; CN1993546A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-System, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ist durch die DE-A-103 32 484 bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Niederdruckbereich, aus dem mit Hilfe einer Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt und in einen Kraftstoffhochdruckspeicher gefördert wird. Aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher werden Injektoren mit Kraftstoff versorgt, durch die der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffhochdruckpumpe, der Kraftstoffhochdruckspeicher und die Injektoren sind einem Hochdruckbereich zugeordnet. Es ist eine Rückschlagventileinrichtung so zwischen den Niederdruckbereich und den Hochdruckbereich geschaltet, dass bei einer Unterdruckbildung im Hochdruckbereich Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich gelangt. Die Rückschlagventileinrichtung weist einen Hochdruckzugang, einen Hochdruckabgang und einen Niederdruckanschluss auf. Die Rückschlagventileinrichtung dient dabei dazu einen Niederdruckspeicher beim Start der Brennkraftmaschine aus dem Hochdruckbereich zu füllen um ihn auf ein Druckniveau zu bringen. Durch die Rückschlagventileinrichtung ist dabei auch sichergestellt, dass bei einer Unterdruckbildung im Hochdruckbereich in diesen Kraftstoff aus dem Niederdruckspeicher gelangen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Rückschlagventileinrichtung zu schaffen, die eine einfache Anordnung im Kraftstoffeinspritzsystem ohne spezielle Anpassungen und einen einfachen Aufbau ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Rückschlagventileinrichtung einfach und ohne spezielle Anpassungen im Kraftstoffeinspritzsystem angeordnet werden kann und einen einfachen Aufbau aufweist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems angegeben.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbuchse ein Sackloch aufweist, in dem eine Ventilfeder angeordnet ist, durch die eine Ventilkugel gegen ein Ende eines Niederdruckdurchgangslochs gedrückt wird, dessen anderes Ende den Niederdruckanschluss aufweist. Die Gestalt und die Abmessungen des Niederdruckdurchgangslochs und der Ventilkugel sind so abgestimmt, dass die Ventilkugel das Niederdruckdurchgangsloch an einem Ende verschließt, wenn sie daran anliegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilbuchse eine Verbindungsnut angebracht ist, die das Sackloch mit dem Hochdruckdurchgangsloch verbindet. Wenn in dem Hochdruckdurchgangsloch ein Unterdruck entsteht, dann sorgt der Druck in dem Niederdruckdurchgangsloch dafür, dass die federvorgespannte Ventilkugel von dem Niederdruckdurchgangsloch abhebt, so dass Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich durch das Niederdruckdurchgangsloch und die Verbindungsnut in das Hochdruckdurchgangsloch nachfließen kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbuchse ein sich in radialer Richtung erstreckendes Durchgangsloch aufweist, das mit dem Hochdruckdurchgangsloch in Verbindung steht und in dem eine Ventilhülse angeordnet ist, die eine Öffnung zum Niederdruckbereich und eine Öffnung zu dem Hochdruckdurchgangsloch aufweist. Über die beiden Öffnungen der Ventilhülse wird eine Verbindung zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich geschaffen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Öffnung der Ventilhülse zu dem Hochdruckdurchgangsloch eine Ventilkugel anliegt. Die Gestalt und die Abmessungen der Öffnung und der Ventilkugel sind so abgestimmt, dass die Öffnung verschlossen ist, wenn die Ventilkugel an der Öffnung anliegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel durch eine Ventilfeder in Anlage an der Öffnung der Ventilhülse zu dem Hochdruckdurchgangsloch gehalten wird. Wenn in dem Hochdruckdurchgangsloch Unterdruck entsteht, dann sorgt der Druck im Niederdruckbereich dafür, dass die Ventilkugel gegen die Vorspannkraft der Ventilfeder von der Öffnung abhebt, so dass Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich nachfließen kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder und die Ventilkugel in einem in das Hochdruckdurchgangsloch ragenden verlängerten Abschnitt der Ventilhülse angeordnet sind, der zu dem Hochdruckdurchgangsloch geöffnet ist. Dadurch vereinfacht sich die Montage der Rückschlagventileinrichtung. Die Ventilfeder und die Ventilkugel können in die Ventilhülse vormontiert werden. Die vormontierte Ventilhülse braucht dann nur in die Ventilbuchse eingepresst zu werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckanschluss der Rückschlagventileinrichtung mit einem Rücklauf der Injektoren in Verbindung steht. Dadurch kann Leitungslänge eingespart werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems;
Figur 2: eine schematische Schnittdarstellung durch eine Rückschlagventileinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 3: eine schematische Schnittdarstellung durch eine Rückschlagventileinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem schematisch dargestellt. Aus einem Niederdruckbehälter 1, der auch als Kraftstofftank bezeichnet wird, wird mit Hilfe einer Kraftstoffförderpumpe 2 über eine Verbindungsleitung 3 Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 4 gefördert. In der Verbindungsleitung 3 ist ein Überströmventil 6 angeordnet. Der Niederdruckbehälter 1, die Kraftstoffförderpumpe 2 und die Verbindungsleitung 3 sind mit Niederdruck beaufschlagt und werden deshalb dem Niederdruckbereich zugeordnet.
An der Hochdruckpumpe 4 ist ein Druckregelventil 8 angebracht, das über eine Leitung 9 an den Niederdruckbehälter 1 angeschlossen ist. Außerdem geht von der Hochdruckpumpe 4 eine Hochdruckleitung 10 aus, die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher 12 liefert, der auch als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Hochdruckspeicher 12 gehen unter Zwischenschaltung von Durchflussbegrenzern 13 Hochdruckleitungen 14 aus, die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 zu Einspritzventilen 15 liefern, die auch als Injektoren bezeichnet werden und von denen in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines dargestellt ist. Die Hochdruckleitung 10, der Hochdruckspeicher 12, die Hochdruckleitung 14 und das Einspritzventil 15 enthalten mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff und werden demzufolge dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems zugeordnet.
Von dem Kraftstoffeinspritzventil 15 führt eine Rücklaufleitung, die zwei Abschnitte 16 und 17 aufweist, zu dem Niederdruckbehälter 1. Zwischen die beiden Abschnitte 16 und 17 der Rücklaufleitung ist ein Druckhalteventil 18 geschaltet. Das Druckhalteventil 18 dient dazu, in dem Abschnitt 16 der Rücklaufleitung einen Mindestdruck von etwa 10 bar aufrechtzuerhalten, der unabhängig vom Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzsystems ein Befüllen eines Kopplungsraums zwischen Piezoaktor und einem Steuerventilglied in dem Kraftstoffeinspritzventil 15 ermöglicht. Der Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems wird durch ein elektronisches Steuergerät 19 gesteuert. An dem Kraftstoffhochdruckspeicher 12 ist ein Druckbegrenzungsventil 20 vorgesehen, das mit der Rücklaufleitung in Verbindung steht. Wenn der Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 12 einen vorgegebenen maximalen Wert überschreitet, dann öffnet das Druckbegrenzungsventil 20 und der Überdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 12 wird in den Niederdruckbereich abgebaut.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Common-Rail-System können Injektoren verwendet werden, die aufgrund ihrer konstruktiven Auslegung keine Leckage aufweisen. Das führt dazu, dass das System bei Stillstand absolut dicht ist. Wenn nun die Temperaturdifferenz zwischen Abstellen und Wiederstart des Motors sehr groß ist, dann kommt es aufgrund der Dichtheit des Hochdruckbereichs und des Schrumpfens des darin befindlichen Kraftstoffvolumens zu einer Ausgasung der im Kraftstoff gelösten Luft. Die ausgegaste Luft führt beim Wiederstart zu einer inakzeptablen Startzeitverzögerung.
Um eine Unterdruckbildung im Hochdrucksystem, welche eine unerwünschte Startzeitverzögerung mit sich bringt zu vermeiden, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine definierte Verbindung zwischen Hoch-und Niederdruckbereich hergestellt, ohne dabei den Systemwirkungsgrad im Betrieb durch Leckage zu verschlechtern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Hilfe einer Rückschlagventileinrichtung eine definierte Verbindung zwischen Hochdruck- und Niederdruckbereich hergestellt. Durch die Rückschlagventileinrichtung wird gewährleistet, dass während des Abkühlens des Systems, zum Beispiel bei Systemstillstand, eine Verbindung zwischen Niederdruck- und Hochdruckbereich geöffnet wird, durch welche Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich nachfließen kann.
In Figur 2 ist eine Rückschlagventileinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellt. Die Rückschlagventileinrichtung ist in einem Adaptergehäuse 31 untergebracht, das im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylinders aufweist. In dem Adaptergehäuse 31 ist ein zentrales Hochdruckdurchgangsloch vorgesehen, durch das, wie durch Pfeile angedeutet ist, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff von einem Hochdruckeingang zu einem Hochdruckabgang geleitet wird. An dem Hochdruckeingang ist zum Beispiel die Hochdruckpumpe oder der Kraftstoffhochdruckspeicher angeschlossen. An den Hochdruckabgang ist zum Beispiel der Kraftstoffhochdruckspeicher oder ein Injektor angeschlossen.
An einem Ende geht das zentrale Hochdruckdurchgangsloch 32 in einen erweiterten Abschnitt 33 über, in den eine Ventilbuchse 34 eingepresst beziehungsweise eingeschraubt ist. Die Ventilbuchse 34 weist ein zentrales Hochdruckdurchgangsloch 35 auf, das in Verlängerung des Hochdruckdurchgangslochs 32 angeordnet ist. In der in dem Adaptergehäuse 31 angeordneten Stirnfläche der Ventilbuchse 34 ist ein Sackloch 36 ausgespart, in dem eine Ventilfeder 37 und eine Ventilkugel 38 angeordnet sind. Die Ventilfeder 37 ist so gegen die Ventilkugel 38 vorgespannt, dass die Ventilkugel 38 gegen ein Ende eines Niederdruckdurchgangslochs 39 in Anlage gehalten wird, das in axialer Richtung parallel zu dem Hochdruckdurchgangsloch 32 durch das Adaptergehäuse 31 verläuft. An dem der Ventilkugel 38 entgegengesetzten Ende des Niederdruckdurchgangslochs 39 ist ein Niederdruckanschluss 40 vorgesehen. Das Sackloch 36 in der Ventilbuchse 34 steht über eine radial verlaufende Ventilnut 41, die in der Ventilbuchse 34 ausgespart ist, mit dem Hochdruckdurchgangsloch 32 in Verbindung.
Im normalen Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems herrscht in dem Hochdruckdurchgangsloch 32 ein größerer Druck als in dem Niederdruckdurchgangsloch 39. Demzufolge wird die Ventilkugel 38 in Folge der Druckdifferenz und durch die Vorspannkraft der Ventilfeder 37 gegen das innere Ende des Niederdruckdurchgangslochs 39 in Anlage gehalten, so dass kein mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Hochdruckdurchgangsloch 32 in das Niederdruckdurchgangsloch 39 gelangt. Wenn in dem Hochdruckdurchgangsloch 32 temperaturbedingt ein Unterdruck entsteht, dann hebt die Ventilkugel 38 gegen die Vorspannkraft der Ventilfeder 37 von dem inneren Ende des Niederdruckdurchgangslochs 39 ab, so dass Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich durch das Niederdruckdurchgangsloch 39 und die Ventilnut 41 in das Hochdruckdurchgangsloch 32 nachfließen kann.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rückschlagventileinrichtung im Schnitt dargestellt. Die Rückschlagventileinrichtung ist in einem im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Adaptergehäuse 44 untergebracht. Das Adaptergehäuse 44 weist ein zentrales Hochdruckdurchgangsloch 45 auf, an dessen Enden jeweils ein. Hochdruckanschluss angeordnet ist. Das Adaptergehäuse 44 kann, ebenso wie das in Figur 2 dargestellte Adaptergehäuse 31, sowohl am Gehäuse einer Hochdruckpumpe als auch in einer Leitung zwischen Hochdruckpumpe und Kraftstoffhochdruckspeicher beziehungsweise am Eingang des Kraftstoffhochdruckspeichers angebracht sein. Das Adaptergehäuse kann bei entsprechender Anpassung der Leitungslänge, ebenso in einer Hochdruckleitung, angebracht sein.
Das zentrale Hochdruckdurchgangsloch 45 geht an einem Ende in einen erweiterten Abschnitt 46 über, in den eine Ventilbuchse 47 eingepresst beziehungsweise eingeschraubt ist. Die Ventilbuchse 47 weist ein zentrales Hochdruckdurchgangsloch 48 auf, das in Verlängerung des Hochdruckdurchgangslochs 45 angeordnet ist. Der Durchmesser 49 des zentralen Hochdruckdurchgangslochs 48 ist genauso groß wie der Durchmesser des zentralen Hochdruckdurchgangslochs 45. Des Weiteren ist in der Ventilbuchse 47 ein radiales Durchgangsloch 51 vorgesehen, das von dem zentralen Hochdruckdurchgangsloch 48 ausgeht und in einer Flucht mit einem radialen Durchgangsloch 50 in dem Adaptergehäuse 44 angeordnet ist.
In das radiale Durchgangsloch 51 ist eine Ventilhülse 52 eingepresst, die im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels aufweist, der an seinen Enden geschlossen ist. Ein Ende der Ventilhülse 52 ist bündig zu der äußeren Umfangsfläche des Adaptergehäuses 44 angeordnet. Das andere Ende der Ventilhülse 52 ragt in das zentrale Hochdruckdurchgangsloch 48. Die Ventilhülse 52 weist einen Innendurchmesser 53 auf, der deutlich kleiner als der Innendurchmesser 49 des Hochdruckdurchgangslochs 48 ist.
An dem in das Hochdruckdurchgangsloch 48 ragenden Ende der Ventilhülse 52 ist ein verlängerter Abschnitt 55 angebracht, der perforiert ist. In dem verlängerten Abschnitt 55 der Ventilhülse 52 sind eine Ventilkugel 57 und eine Ventilfeder 57 angeordnet. Die Ventilkugel 57 wird durch die vorgespannte Ventilfeder 56 in Anlage an einer Öffnung 58 in der Ventilhülse 52 gehalten. Des Weiteren weist die Ventilhülse 52 eine Öffnung 61 auf, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum der Ventilhülse 52 und einem Niederdruckdurchgangsloch 63 schafft, das sich in axialer Richtung parallel zu dem Hochdruckdurchgangsloch 45 durch die Ventilbuchse 47 und das Adaptergehäuse 44 erstreckt. An dem äußeren Ende des Niederdruckdurchgangslochs 63 ist ein Niederdruckanschluss 65 vorgesehen.
Im normalen Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems herrscht in dem Hochdruckdurchgangsloch 45 ein höherer Druck als in dem Niederdruckdurchgangsloch 63. Durch die Druckdifferenz und die Vorspannkraft der Ventilfeder 56 wird die Ventilkugel 57 so in Anlage an der Öffnung 58 der Ventilhülse 52 gehalten, dass keine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich besteht. Wenn in dem Hochdruckdurchgangsloch 45 Unterdruck entsteht, dann hebt die Ventilkugel 57 von der Öffnung 58 ab, so dass Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich durch das Niederdruckdurchgangsloch 63 und die Ventilhülse 52 in das Hochdruckdurchgangsloch 45 nachfließen kann.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-System, mit einem Niederdruckbereich, aus dem mit Hilfe einer Kraftstoffhochdruckpumpe (4) Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt und in einen Kraftstoffhochdruckspeicher (12) gefördert wird, aus dem Injektoren (15) mit Kraftstoff versorgt werden, durch die der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (4), der Kraftstoffhochdruckspeicher (12) und die Injektoren (15) einem Hochdruckbereich zugeordnet sind, wobei eine Rückschlagventileinrichtung so zwischen den Niederdruckbereich und den Hochdruckbereich geschaltet ist, dass bei einer Unterdruckbildung im Hochdruckbereich Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich gelangt, und wobei die Rückschlagventileinrichtung einen Hochdruckzugang, einen Hochdruckabgang und einen Niederdruckanschluss (40;65) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventileinrichtung ein Adaptergehäuse (31;44) mit einem Hochdruckdurchgangsloch (32;45) umfasst, das an einem Ende des Adaptergehäuses (31;44) einen erweiterten Abschnitt (33;46) aufweist, in dem eine Ventilbuchse (34;47) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbuchse (34) ein Sackloch (36) aufweist, in dem eine Ventilfeder (37) angeordnet ist, durch die eine Ventilkugel (38) gegen eine Ende eines Niederdruckdurchgangslochs (39) gedrückt wird, dessen anderes Ende den Niederdruckanschluss (40) aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilbuchse (34) eine Verbindungsnut (41) angebracht ist, die das Sackloch (36) mit dem Hochdruckdurchgangsloch (32) verbindet.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbuchse (47) ein sich in radialer Richtung erstreckendes Durchgangsloch (51) aufweist, das mit dem Hochdruckdurchgangsloch (45) in Verbindung steht und in dem eine Ventilhülse (52) angeordnet ist, die eine Öffnung (61) zum Niederdruckbereich und eine Öffnung (58) zu dem Hochdruckdurchgangsloch (45) aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Öffnung (58) der Ventilhülse (52) zu dem Hochdruckdurchgangsloch (45) eine Ventilkugel (57) anliegt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel (57) durch eine Ventilfeder (56) in Anlage an der Öffnung (58) der Ventilhülse (52) zu dem Hochdruckdurchgangsloch (45) gehalten wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (56) und die Ventilkugel (57) in einem in das Hochdruckdurchgangsloch (45) ragenden verlängerten Abschnitt (55) der Ventilhülse (52) angeordnet sind, der zu dem Hochdruckdurchgangsloch (45) geöffnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckanschluss (40;65) mit einem Rücklauf der Injektoren in Verbindung steht.