DE10122242A1

DE10122242A1 - Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10122242A1
Application number: DE2001122242
Authority: DE
Inventors: Peter Schubert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-11-14
Also published as: WO2002090766A1

Abstract

Ein Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen, mit einer mengengeregelten Hochdruckpumpe (sog. CP3), derart, dass der von der Hochdruckpumpe erzeugte Raildruck durch variables Öffnen und Schließen der Ansaugleitung der Hochdruckpumpe regelbar ist, weist einen von der Hochdruckpumpe gespeisten Kraftstoff-Druckspeicher (sog. Rail) (10) auf, durch den eine der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Injektoren als Verbraucher mit Kraftstoff versorgt werden. Die Besonderheit besteht darin, dass an den Kraftstoffspeicher (10) - als zusätzlicher Verbraucher zur Volumenstrombegrenzung - ein Ventil (12) mit einem vom Raildruck (P¶Rail¶) gegen den Widerstand einer Ventilfeder (22) in Öffnungsstellung betätigbaren Ventilkörper (21), einem Ventilsitz (20) und einem als Drossel ausgebildeten Flüssigkeitsablauf (28) angeschlossen ist, derart, dass die Drossel (28) nur bei geöffnetem Ventil (12) durchströmt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichereinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen sind bekannt. Es wird diesbezüglich die deutsche Veröffentlichung "Diesel-Speichereinspritzsystem Common-Rail, technische Unterrichtung Bosch Nr. 1987722054; KH/VDT-0997- DE" genannt.

Man unterscheidet hierbei Common-Rail-Systeme, bei denen ein hochdruckseitiges Druckregelventil zur Senkung des Systemdrucks zum Einsatz kommt, und Common-Rail-Systeme mit mengengeregelter Hochdruckpumpe (sogenannte CP 3-Systeme), bei denen ein Druckabbau im Kraftstoff-Druckspeicher (Rail) nur über Einspritz-, Steuermenge und Leckage möglich ist. Auf ein solches CP3-System bezieht sich speziell die vorliegende Erfindung.

Bei derartigen CP3-Systemen erfolgt die Druckregelung im Einzelnen durch variables Öffnen und Verschließen der Ansaugleitung der Hochdruckpumpe (CP3- Hochdruckpumpe). Bei niedrigen Drehzahlen und geringer Last der Brennkraftmaschine wird nur ein sehr kleiner Bruchteil der möglichen Förderleistung der Hochdruckpumpe benötigt, um den erforderlichen Druck im Rail aufzubauen.

Da die Hochdruckpumpe jedoch im Wesentlichen auf höhere Fördermengen ausgelegt ist, wie sie bei Teil- oder Volllast der Brennkraftmaschine und bei entsprechend hohen Drehzahlen derselben benötigt werden, erweist sich die gleichwohl auch bei geringer Last und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu fordernde Gleichförderung der Hochdruckpumpe in diesen speziellen Betriebszuständen als nicht zufriedenstellend, d. h. die einzelnen Elemente der Pumpe vermögen keinen gleichmäßigen Förderstrom zu erzeugen. Des Weiteren sind die Rippel auf dem Drucksignal relativ hoch, weil die Pumpenelemente nur in einem kurzen Winkel fördern und in den Förderlücken Einspritzungen erfolgen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch wenig aufwendige Maßnahmen dafür Sorge zu tragen, dass auch bei Betriebszuständen, die nur geringe Förderleistungen der Hochdruckpumpe benötigen, die erforderliche Gleichförderung der Hochdruckpumpe gewährleistet bleibt.

Vorteile der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Einspritzsystem der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Ventil bzw. die dadurch in den in Rede stehenden speziellen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine bewirkte zusätzliche Leckage läßt sich ohne großen technischen Aufwand das gesetzte Ziel einer besseren Gleichförderung der Hochdruckpumpe erreichen, indem nämlich die zusätzliche Leckage für den nötigen Volumenstrom sorgt. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil handelt es sich somit gewissermaßen um ein Konstantleckageventil.

Darüber hinaus trägt das erfindungsgemäße Ventil auch zu einer Verbesserung der Druckregelung bei, da es hilft, ein Aufschwingen des Druckregelkreises zu vermeiden.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt also in der Erzeugung eines zusätzlichen Volumenstroms, der mit einer Regelung im Ventil gekoppelt ist. Die Vorsteuerung kann so ausgelegt werden, dass auch die Leckage durch Injektoren und Ventil abgedeckt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Grundgedankens der Erfindung können den Patentansprüchen 2-11 entnommen werden.

Zeichnung

Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel, das im Folgenden detailliert beschrieben ist. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt und in stark vergrößerter Darstellung - eine Ausführungsform eines Konstantleckage ventils, und

Fig. 2 in Diagrammdarstellung - den Verlauf des Raildruckes (P_Rail) aufgetragen über dem Raildurchsatz (Q).

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 bezeichnet 10 einen (nur teilweise dargestellten) Druckspeicher (Rail) mit einem zur Aufnahme von Kraftstoff dienenden Innenraum 11. Der Druckspeicher 10 wird in bekannter und daher nicht näher gezeigter Weise durch eine hinsichtlich der Kraftstoff-Fördermenge verstellbare Hochdruckpumpe (sog. CP3) mit Kraftstoff versorgt. Der Druckspeicher 10 wiederum speist Injektoren (nicht gezeigt), deren Anzahl von der Zylinderzahl der betreffenden Brennkraftmaschine abhängt. Durch die Injektoren gelangt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff in die Brennräume der zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine.

Außer den genannten Injektoren ist an den Druckspeicher 10 - gewissermaßen als weiterer Verbraucher - ein insgesamt mit 12 beziffertes Ventil angeschlossen. Das Ventil 12 besitzt ein im Wesentlichen zylindrisches Ventilgehäuse 13 mit zwei Stirnflächen 14 und 15 und einem im Wesentlichen zylindrischen Innenraum (Ventilraum) 16. An der Stirnfläche 14 des Ventilgehäuses 13 ist ein zapfenförmiger Fortsatz 17 angeformt, der ein Außengewinde 18 und einen zum Ventilraum 16 koaxialen und in diesen einmündenden Ventilzulauf 19 aufweist. Das Ventilgehäuse 13 und damit das Ventil 12 insgesamt ist mittels des Fortsatzes 17, der in ein entsprechendes Innengewinde des Druckspeichers 10 eingeschraubt ist, an dem Druckspeicher 10 befestigt. Durch den Ventilzulauf 19 wird eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum 11 des Druckspeichers 10 und dem Ventilraum 16 hergestellt.

Am Übergang des Ventilzulaufs 19 in dem Ventilraum 16 ist ein konischer Ventilsitz 20 ausgebildet, der mit einem kugelförmigen Ventilkörper 21 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 21 wird von einer Druckfeder 22 in der durch einen Pfeil 23 angedeuteten Schließrichtung des Ventils 12 kraftbeaufschlagt. Entgegen der Schließkraft der Druckfeder 22, und damit in Öffnungsrichtung 24 des Ventils 12, wirkt auf den Ventilkörper 21 über den Ventilzulauf 19 der im Innenraum 11 des Druckspeichers 10 herrschende Raildruck, der also bestrebt ist, das Ventil 12 in dessen aus Fig. 1 ersichtliche Öffnungsstellung zu betätigen.

Rückseitig stützt sich die Druckfeder 22 an einem Schraubenelement 25 ab, das in eine Gewindebohrung 26 des Ventilgehäuses 13 eingeschraubt ist. Das Schraubenelement 25 bildet hierbei einen Teil einer mit 27 bezifferten Bodenfläche des Ventilraumes 16. Das Schraubenelement 25 fungiert als Druckjustiervorrichtung für das Ventil 12, da sich hiermit - je nachdem, wie weit das Schraubenelement 25 in die Gewindebohrung 26 eingeschraubt ist, - eine Verstellung der Vorspannung der Druckfeder 22 bewirken läßt. Insgesamt gesehen sollten Ventilkörper 21, Ventilsitz 20 und Vorspannung der Druckfeder 22 so ausgefegt und aufeinander abgestimmt sein, dass das Ventil 12 erst oberhalb eines festgelegten Minimal-Rail-Druckes P_min (siehe auch Fig. 2) im Innenraum 11 des Druckspeichers 10 öffnet.

Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass als Ventilablauf (bei geöffnetem Ventil 12) eine insgesamt mit 28 bezeichnete Drossel dient, die als Radialbohrung mit veränderlichem Durchmesser in das Ventilgehäuse 13 eingearbeitet ist. Als eigentlicher Drosselquerschnitt fungiert hierbei ein mit 29 bezifferter mittlerer Abschnitt mit minimalem Querschnitt der Drossel 28.

Wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, arbeitet die aus Fig. 1 ersichtliche im Vorstehenden beschriebene Ventilanordnung im Einzelnen wie folgt. Im Ventil 12 wird durch die eingebaute Druckfeder 22 der Druck auf einen Minimaldruck P_min eingeregelt, der beispielsweise 150 bar betragen kann. Wenn das Ventil 12 bei diesem Druck öffnet, kann die in den Ventilraum 16 einströmende Kraftstoffmenge zunächst vollständig von der Drossel 28 abgeführt werden, so dass sich der Druck P_Rail im System bis zu einem (von dem Querschnitt des Drosselbohrungsab schnittes 29 abhängenden) Volumenstromwert Q₁ praktisch nicht zu erhöhen vermag (siehe Fig. 2). Steigt der von der Hochdruckpumpe geförderte Volumenstrom (Q) weiter an, so erfolgt eine kontinuierliche Druckerhöhung im System, dadurch bedingt, dass es dem Drosselquerschnitt 29 - erwünschter maßen und ganz gezielt - nicht mehr möglich ist, diesen erhöhten Kraftstoffstrom vollständig abzuleiten. Der durch die Drossel 28 abgeleitete geringe Volumenstrom stellt also dann im Verhältnis zu dem von der Hochdruckpumpe insgesamt geförderten Volumenstrom gewissermaßen eine (zusätzliche) Leckage dar.

Was die unterschiedlichen Querschnitte der Drossel 28 anbelangt, so haben diese im Einzelnen eine verschiedenartige Funktion: Die beiden - mit 30, 31 bezifferten - Abschnitte größeren Querschnitts haben die Aufgabe der Druckregelung in dem Durchsatzbereich a (Durchsatz O-Q₁), während der Abschnitt 29 mit dem engen Querschnitt zur Begrenzung der maximalen Durchflußmenge dient. Im Regelbereich a des Ventils 12 wird die steigende Leckage der (nicht dargestellten) Injektoren durch den Verschleiß über die Lebensdauer ausgeglichen, weil die Druckfeder 22 über den Ventilkörper 21 den Durchflußquerschnitt verringert, und somit der Druck (P_min) wieder konstant gehalten werden kann.

Claims

1. Speichereinspritzsystem (Common Rail) für Brennkraftmaschinen, mit einer mengengeregelten Hochdruckpumpe (sog. CP3), derart, dass der von der Hochdruckpumpe erzeugte Raildruck (P_Rail) durch variables Öffnen und Schließen der Ansaugleitung der Hochdruckpumpe regelbar ist, und mit einem von der Hochdruckpumpe gespeisten Kraftstoff-Druckspeicher (sog. Rail) (10), durch den eine der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Injektoren als Verbraucher mit Kraftstoff versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kraftstoff-Druckspeicher (10) - als zusätzlicher Verbraucher zur Volumenstrombegrenzung - ein Ventil (12) mit einem vom Raildruck (P_Rail) gegen den Widerstand einer Ventilfeder (22) in Öffnungsstellung betätigbaren Ventilkörper (21), einem Ventilsitz (20) und einem als Drossel ausgebildeten Flüssigkeitsablauf (28) angeschlossen ist, derart, dass die Drossel (28) nur bei geöffnetem Ventil (12) durchströmt wird.

2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilkörper (21), Ventilsitz (20) und Vorspannung der Ventilfeder (22) so aufeinander abgestimmt sind, dass das Ventil (12) erst oberhalb eines festgelegten Minimaldruckes (P_min) öffnet.

3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilkörper (21), Ventilsitz (20), Vorspannung der Ventilfeder (22) und Drosselquerschnitt (29, 30, 31) so aufeinander abgestimmt sind, dass der Druck (P_Rail) im Kraftstoff-Druckspeicher (10) erst von einem festgelegten Minimal- Volumenstrom (Q₁) an über den festgelegten Minimaldruck (P_min) hinaus ansteigen kann (Fig. 2).

4. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) einen im Wesentlichen zylindrischen Ventilraum (16) aufweist, in dem ein vorderseitig vom Raildruck und rückseitig von einer Druckfeder (Ventilfeder 22) beaufschlagter Ventilkörper (21) "schwimmend" hin- und herbewegbar angeordnet ist.

5. Speichereinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (21) eine Kugel ist und die ihn beaufschlagende Druckfeder (Ventilfeder 22) sich rückwärtig an einer dem Ventilzulauf (19) gegenüberliegenden Bodenfläche (27) des Ventilgehäuses (13) oder einem die Bodenfläche (27) zumindest teilweise bildenden Bauteil (25) abstützt.

6. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das Ventilgehäuse (13), im Bereich der Bodenfläche (27) desselben, eine Justierschraube (25) eingeschraubt ist, an der sich die den Ventilkörper (21) beaufschlagende Druckfeder (Ventilfeder 22) abstützt, derart, dass die Vorspannung der Druckfeder (Ventilfeder 22), und damit der Minimaldruck (P_min), ein- bzw. verstellbar ist.

7. Speichereinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, 20 dadurch gekennzeichnet, dass der als Drossel ausgebildete Flüssigkeitsablauf (28) das Ventilgehäuse (13) radial durchsetzt.

8. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Flüssigkeitsablauf (28) vom vorderen Bereich des Ventilraumes (16), angrenzend an eine den Ventilsitz (20) bildende vordere Stirnfläche des Ventilraumes (16), ausgeht.

9. Speichereinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (28) eine Verengung (29) aufweist, die zwischen zwei koaxialen Flüssigkeitsablaufbohrungen (30, 31) angeordnet ist, von den die eine (30) vom Ventilraum (16) und die andere (31) von der äußeren Umfangsfläche des Ventilgehäuses (13) ausgeht.

10. Speichereinspritzsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das im Wesentlichen zylinderförmigen Ventilgehäuse (13), an seiner dem Kraftstoff-Druckspeicher (10) zugewandten Stirnseite (14), ein im Durchmesser verjüngter, zum Ventilgehäuse (13) konzentrischer Gewindefortsatz (17) - einen Absatz bildend - angeformt ist, und dass das Ventil (12) mittels des Gewindefortsatzes (17) in eine entsprechende Gewindebohrung des Kraftstoff-Druckspeichers (10) eingeschraubt ist.

11. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren (19) des Gewindefortsatzes (17) der Flüssigkeitszulauf (19) zum Ventil (12) und - am Übergang in den Ventilraum (16) - ein konischer, mit dem Ventilkörper (21) zusammenwirkender Ventilsitz (20) ausgebildet ist.