DE102018006853A1

DE102018006853A1 - Modular common rail system

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.A modular common rail system (1) for an internal combustion engine is proposed with a high-pressure pump (5) for conveying fuel from a tank (3), with a suction throttle (4) for fixing the delivered fuel volume into the rail (6) and with injectors (7A, 7B) for injecting fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine, in which the rail (6) of individual segments (9A, 9B) as the first high-pressure chamber and injectors (7A, 7B) is completed as a second high-pressure chamber. The invention is characterized in that an individual accumulator (11) is integrated in the injector (7A, 7B) as a third high-pressure chamber and a connecting line (12) for filling the individual accumulator (11) from the second high-pressure chamber including a restrictor (13) is arranged, wherein in the individual memory (11) the fuel volume to be injected is stored.

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Common-Railsystem nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a modular common rail system according to the preamble of patent claim 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.A common rail system typically comprises a high-pressure pump for conveying fuel from a tank, a suction throttle for fixing the delivered fuel volume in the rail, so the rail pressure, and injectors for injecting fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine. From the EP 1 780 406 B1 is known a modular common rail system, which is completed from tubular individual segments as the first high-pressure chamber and from injectors with implementation of the fuel as a second high-pressure chamber. The entirety of the individual segments and the injectors then form the fuel storage. Due to the design, a frequency mixture is present in this common rail system in which, for example, the injection frequency and the delivery frequency of the high-pressure pump are dominant. This frequency mixture with the uneven fuel pressure causes a different injection behavior and complicates the precise control of the injector. In practice, therefore, the measured rail pressure is filtered to suppress the frequency mixture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes modulares Common-Railsystem bereit zu stellen.The invention has for its object to provide an improved modular common rail system.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale vom Patentanspruch 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.This object is achieved by the features of claim 1. The embodiments are shown in the subclaims.

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.The invention thus provides for a modular common rail system in which an individual accumulator is integrated in the injector as a third high-pressure chamber and a connecting line for filling the individual accumulator from the second high-pressure chamber including a throttle point is arranged. The fuel volume to be injected is stored in the individual memory. The throttle point in this case has a double functionality. The first functionality is that the volume flow flowing into the individual store is defined. In this case, only so much fuel flows from the second high-pressure chamber that the individual accumulator is refilled during the subsequent injection process. The second functionality consists in the hydraulic decoupling of the individual memory, that is, in the individual memory is a significantly reduced frequency mixture. Caused by the closing and opening of the Injektornadel pulse peaks back into the rail are also attenuated by the single memory. Due to the constant pressure levels in the individual memory, the injectors are freely positionable. The advantage is that different cable lengths can be installed in a large diesel engine - without negative impact on the injection quality.

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 addition, it is provided that the second high-pressure chamber of the last injector in the sequence is closed by a sealing plug or by a sealing plug with integrated rail pressure sensor. An alternative to this is that the second high-pressure chamber of the last injector in the sequence is connected via a pressure regulating valve or via a pressure relief valve to the tank.

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.In the single figure is a reduced diagram of the modular common rail system 1 shown. This includes the following essential components: a low-pressure pump 2 for fuel delivery from a tank 3 , a suction throttle 4 for influencing the fuel volume, a high-pressure pump 5 , a rail 6 for storing the fuel and injectors for injecting the fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine. For reasons of clarity are in the figure, only two injectors by the reference numeral 7A and 7B shown. The common rail system is determined 1 from an electronic control unit 8th , The electronic control unit 8th includes the usual components of a microcomputer system, such as a microprocessor, I / O devices, buffers and memory devices (EEPROM, RAM). In the memory modules relevant for the operation of the internal combustion engine operating data in maps / curves or as models, for example as a Gaussian process model, applied. This is calculated by the electronic control unit 8th from the input variables the output variables. In the figure, the individual storage pressure pE and a size ON are shown as input variables. The ON variable summarizes the other input variables, such as operator performance, engine speed, throttle position, and coolant and lubricant temperatures. As outputs of the electronic control unit 8th are a signal PWM for controlling the suction throttle 4 , a power-determining signal ve for driving the injectors and a size OFF shown. The signal ve is representative of the start of injection and the injection end of an injection. The variable OFF, in turn, is representative of the other output variables, for example a switching signal for a switchable exhaust-gas turbocharger.

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.In the illustrated modular common rail system 1 the fuel storage is formed from individual components. These are: a single segment 9A as a connecting line from the high-pressure pump 5 to the injector 7A , the injector 7A itself as a connecting element, a single segment 9B as a connecting line from the injector 7A to the injector 7B and the injector 7B itself as another connecting element. The individual segments 9A / 9B jointly form a first high pressure chamber and the injectors 7A / 7B collectively form a second high pressure room. The second high-pressure chamber corresponds to a passage 10 for the fuel in the injector. See detail X, which shows a section of the injector that is not to scale. Within the injector, the invention now provides a single memory 11 as the third high-pressure room. The individual storage tank is filled with fuel 11 over a connecting line 12 from the implementation 10 , In the connection line 12 is a throttle point 13 arranged, which depicts two functionalities. The first functionality is that in the single memory 11 Subsequent volume flow is defined. It flows from the implementation 10 , So the second high-pressure chamber, only so much fuel after that of the individual memory 11 is filled again during the subsequent injection process. In other words: the fuel volume to be injected is from the individual memory 11 taken. In practice, a volume ratio of injected fuel volume to individual storage volume in the amount of 1 to 50 to 1 to 100 has been proven. The second functionality consists in the hydraulic decoupling of the single memory 11 , that is, in the individual memory 11 There is a significantly reduced frequency mixture, whereby the injection quality is improved. About a line 14 is the single memory 11 connected to the injection openings in the nozzle nose of the injector. The mechanical fixation of a single segment on the injector, for example of the single segment 9A at the injector 7A , can be screwed or lance-shaped. In the example shown, the fuel supply and the fuel discharge are arranged axially equal and at the same height. Of course, these can also be arranged at different heights and offset axially.

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.The modular common rail system is closed 1 am in the order last injector. In the drawing, this is the injector 7B , For an eight-cylinder internal combustion engine in series, this would be the eighth injector. Shown are three embodiments. In the first embodiment, the injector 7B by means of a sealing plug 15 sealed fuel-tight. In the second embodiment, the injector 7B by means of a sealing plug 16 closed with integrated rail pressure sensor. The output signal of the rail pressure sensor pCR corresponds to the rail pressure and is from the electronic control unit 8th read in and depending on the drive signal PWM for the suction throttle 4 calculated. In the third embodiment, the injector 7B via a return line 17 with the tank 3 connected. In the return line 17 is then arranged a pressure relief valve or pressure control valve. Shown is a pressure control valve 18 whose position is from the electronic control unit 8th is determined via a drive signal pDRV.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Common-Railsystem, modularCommon rail system, modular
22: NiederdruckpumpeLow pressure pump
33: Tanktank
44: Saugdrosselinterphase
55: Hochdruckpumpehigh pressure pump
66: RailRail
7A, B7A, B: Injektorinjector
88th: Elektronisches SteuergerätElectronic control unit
9A,B9A, B: EinzelsegmentSingle segment
1010: Durchführungexecution
1111: EinzelspeicherSingle memory
1212: Verbindungsleitungconnecting line
1313: Drosselstellerestriction
1414: Leitungmanagement
1515: Verschlussstopfensealing plug
1616: Verschlussstopfen mit RaidrucksensorSealing plug with raid pressure sensor
1717: RücklaufleitungReturn line
1818: DruckregelventilPressure control valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1780406 B1 [0002]

Claims

Modular common rail system (1) for an internal combustion engine with a high-pressure pump (5) for conveying fuel from a tank (3), with a suction throttle (4) for fixing the delivered fuel volume in the rail (6) and with injectors (7A, 7B) for injecting fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine, in which the rail (6) of individual segments (9A, 9B) as the first high-pressure chamber and from injectors (7A, 7B) is completed as a second high-pressure chamber, characterized in that in the injector ( 7A, 7B) an individual memory (11) is integrated as a third high-pressure chamber and a connecting line (12) for filling the individual memory (11) from the second high pressure chamber including a throttle point (13) is arranged, wherein stored in the individual memory (11) the fuel volume to be injected is.

Modular common rail system (1) according to Claim 1 , characterized in that the second high-pressure chamber of the last injector in the sequence (7B) via a closure plug (15) or via a sealing plug with integrated rail pressure sensor (16) is closed.

Modular common rail system (1) according to Claim 1 , characterized in that the second high-pressure chamber of the last injector in the sequence (7B) via a pressure control valve (18) or via a pressure relief valve to the tank (3) is connected.

Modular common rail system (1) according to Claim 2 or 3 , characterized in that a single segment (9A, 9B) is formed lanzförmig at the injector port.