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WO2008135339A1 - Kraftstoffeinspritzsystem mit druckverstärkung - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsystem mit druckverstärkung Download PDF

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Publication number
WO2008135339A1
WO2008135339A1 PCT/EP2008/054464 EP2008054464W WO2008135339A1 WO 2008135339 A1 WO2008135339 A1 WO 2008135339A1 EP 2008054464 W EP2008054464 W EP 2008054464W WO 2008135339 A1 WO2008135339 A1 WO 2008135339A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
hydraulic
booster
chamber
fuel injection
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/054464
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Kuhnke
Dirk Vahle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP08736169A priority Critical patent/EP2147207B1/de
Priority to US12/599,402 priority patent/US8245694B2/en
Publication of WO2008135339A1 publication Critical patent/WO2008135339A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system with pressure boost for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • a central hydraulic pressure booster for all fuel injectors is arranged in a bypass line parallel to a pressure line which leads from the high-pressure pump to a distributor device, which in turn distributes the fuel to the individual fuel injectors.
  • the distribution device has no accumulator function.
  • the parallel-connected central pressure booster is connected between the high pressure pump and distributor.
  • a disadvantage of the known pressure booster systems is the high component part requirement and the relatively large amount of control for controlling the pressure booster. If a translated injection pressure is required for multiple injections of small injection quantities, the control chamber or differential pressure chamber of the pressure intensifier must be relieved with each injection. This results in a large taxable amount to be deducted, which is thus attributable to the loss amount in the injection system. Multiple injections within the scope of a cylinder stroke movement are only possible within a narrow window in terms of time, since with each actuation of the pressure intensifier its differential pressure must again fill the space with fuel. In addition, as the injection pressures increase, the amount of leakage increases in proportion to the fourth power across the gap width in the guide of the pressure intensifier piston, adversely affecting the hydraulic efficiency of such fuel injectors.
  • Object of the present invention is to minimize the component and space requirements and the amount of control to control the pressure booster, thus increasing the efficiency of the pressure boosting of the fuel injection system.
  • the object of the invention is achieved with the characterizing measures of claim 1.
  • the fuel injection system according to the invention is optimized by the space requirement for individual system components. Due to a modular design of high-pressure pump, pressure booster, high-pressure accumulator and fuel injector, the fuel injection system according to the invention can be used in all known installation spaces of internal combustion engines, for example in the cylinder head area. Due to the arrangement of the central hydraulic pressure booster between the high-pressure pump and the high-pressure accumulator (common rail), the central pressure booster must be actuated only once per injection cycle of a fuel injector. As a result, the control amount and the leakage amount depending on the number of injections is significantly reduced.
  • the high-pressure pump can be designed smaller dimensions, since less fuel is to be conveyed, since the number of Wiederbe spallphasen the control chamber of the central hydraulic booster is significantly reduced.
  • the central pressure intensifier can be designed in its high-pressure delivery to the maximum possible injection quantity of at least one fuel injector.
  • a compact space is advantageously achieved when the central hydraulic pressure booster has a base body in which a hydraulic storage space is formed, and when the hydraulic storage space is connected via a pressure booster inlet directly to the high-pressure pump hydraulically.
  • a high-pressure chamber and a control chamber are formed in the base body and a pressure intensifier piston is guided in an axially movable manner.
  • the pressure booster piston acts on the high-pressure chamber for pressure boosting and on the control chamber to control the pressure booster.
  • the volume of the hydraulic storage space is designed so that the pressure drop is reduced and the pressure oscillations are damped from the pump delivery to a tolerable for the pressure gain level.
  • a first hydraulic connection as a high-pressure discharge to the high-pressure accumulator and a second hydraulic connection leads into the hydraulic storage space that the first hydraulic connection with the high pressure drainage a first check valve and the second hydraulic connection has a second check valve, and that first check valve blocks a return flow from the high-pressure accumulator into the high-pressure chamber and the second non-return valve blocks an inflow of the pressure-intensified fuel from the high-pressure chamber into the hydraulic accumulator space.
  • the leakage losses which can be adjusted via the high-pressure guide gaps on the pressure booster piston, can thereby be reduced if the central hydraulic pressure booster, its pressure booster piston with a first pressure booster piston part with a larger diameter D 2 i and with a second booster piston part with a smaller diameter D 22nd is executed, is performed with at least one of the pressure booster piston parts in a formed on the body piston guide body.
  • the piston guide body is at least partially surrounded by an annular space, which is part of the hydraulic storage space.
  • at least one pressure intensifier piston part is also surrounded by the pressure in the hydraulic storage space.
  • the guides of the pressure booster piston are acted upon from the outside at the time of pressure amplification by a support pressure, so that the guide game due to the high internal pressure, which prevails within the high-pressure chamber, less dilated. It is most expedient if the high-pressure chamber with its guide gap for the pressure intensifier piston directly adjacent to the hydraulic storage space. As a result, the loss of leakage from the high-pressure chamber into the medium-pressure hydraulic storage space is low, because the medium pressure is the fuel pressure delivered by the high-pressure pump.
  • the switching valve is assigned to the central hydraulic pressure booster, wherein the switching valve can also be integrated into the main body. Furthermore, a filling line is provided, which branches off from the hydraulic storage space and via which the control chamber and / or the high-pressure chamber are refilled after the pressure transmission phase. At injection pressures below the maximum delivery pressure of the high-pressure pump, the pressure in the storage space of the high-pressure pump via the inlet is further promoted in a first switching position of the switching valve by check valves on the high-pressure flow to the high-pressure accumulator. From there, the fuel reaches the fuel injectors. During this operation, the central pressure booster is not activated, so that the fuel delivered by the high-pressure pump in the bypass operation of the pressure booster reaches the high-pressure accumulator (common rail).
  • the central pressure intensifier must be actuated.
  • the switching valve which is a 3/2-way valve, electrically, hydraulically or pneumatically operated brought into a second switching position. In this second switching position, the control chamber of the pressure booster for pressure relief via the switching valve is connected to a pressure booster return.
  • FIG. 1 shows a system structure of the inventively proposed fuel injection system and Figure 2 shows a basic structure of a hydraulic pressure booster.
  • the fuel injection system shown in Figure 1 comprises a fuel tank 12, from which via a high pressure pump 14 fuel is conveyed, which is fed to a central hydraulic pressure booster 10.
  • the central pressure booster 10 is connected via a pressure booster inlet 44 on the one hand with the already mentioned high-pressure pump 14 and applied on the other hand a high-pressure accumulator 18 (common rail).
  • a high-pressure accumulator 18 (common rail).
  • the high-pressure accumulator 18 are located in one of the standing under system pressure fuel to be supplied number of fuel injectors corresponding number of connecting lines to fuel injectors 20, which are indicated only schematically in the illustration of FIG.
  • At the combustion chamber end of the fuel injectors fuel under high pressure - indicated by the arrows - injected into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • the return side is located at Fuel injector 20 an injector return 22, in which a pressure booster return 24 which is connected to a switching valve 26, opens.
  • Both the pressure booster return 24 and the injector return 22 represent the low-pressure side of the fuel injection system as shown in FIG. 1, in which the diverted quantity, be it the control amount or the amount of leakage, is fed back into the fuel tank 12.
  • the pressure booster 16 Due to the arrangement of the central pressure booster 16 between the high-pressure pump 14 and the high pressure accumulator 18, the pressure booster 16 per injection cycle of a fuel injector 20 only once with the switching valve 26 to control. As a result, the amount of control or leakage is considerably reduced as a function of the number of injections.
  • the high pressure pump 14 has less fuel to deliver and can be made smaller.
  • the pressure booster 16 is designed in its high-pressure delivery to the maximum possible injection quantity of at least one of the fuel injectors 20.
  • the central pressure amplifier 16 comprises a main body 30, which may be constructed in one or more parts.
  • a hydraulic storage space 48 is integrated.
  • the hydraulic storage chamber 48 is acted upon by the high-pressure pump 14 via the pressure booster inlet 44 with fuel.
  • the storage volume of the hydraulic storage chamber 48 is designed so that the pressure drop is reduced and can be pressure vibrations resulting from the promotion of the high-pressure pump 14, damped to an endurable for the pressure amplification measure.
  • the central pressure amplifier 16 further comprises a pressure booster piston 32.
  • This in turn comprises a first piston portion with a first pressure booster piston part 54, designed in diameter D 2 i, and a second piston portion with a second pressure booster piston part 56, designed in diameter D 22nd
  • the pressure transmission ratio i of the pressure intensifier 16 according to the schematic diagram shown in FIG. 2 results in:
  • the central pressure intensifier 10 also includes a high-pressure chamber 50 to the pressure boost or pressure ratio, and a control chamber 52 for driving the pressure intensifier 16.
  • the pressure intensifier piston 32 is provided with a second pressure surface on the second booster piston section 56 with the smaller diameter D 22 to the control D-
  • the pressure booster piston 32 is acted upon by a restoring spring 34, which on the other hand is supported on the piston guide body 36 on the one hand and a collar 33 formed on the pressure booster piston part 56 on the other hand.
  • the pressure booster piston 32, the return spring 34 and the piston guide body 36 are in turn arranged in the storage space 48 that surrounds the piston guide body 36 in the region of the leadership of the pressure booster piston 32, expediently in the region of the formed with the diameter D 2 i first pressure booster piston part 54.
  • a first hydraulic line branches off as a high-pressure drain 46, which extends to the high-pressure accumulator 18 (common rail).
  • a first check valve 40 In the high pressure drain 46 is a first check valve 40.
  • From the high pressure chamber 50 further extends a second hydraulic line with a second check valve 38, which leads via a filling line 58 into the hydraulic storage chamber 48.
  • the check valve 38 serves as a filling valve.
  • the first check valve 40 blocks a return flow of fuel from the high-pressure accumulator 18 into the high-pressure chamber 50.
  • the second check valve 38 blocks an inflow of the pressure-intensified fuel from the high-pressure chamber 50 into the hydraulic accumulator 48.
  • a further hydraulic line branches off from the second hydraulic line from that leads to the switching valve 26.
  • a further hydraulic line connects a further connection of the switching valve 26 with the control chamber 52.
  • About these hydraulic lines of the high-pressure chamber 50 and the control chamber 52 is filled starting from the storage space 48 again with fuel, the refilling of the control chamber 52 after the pressure relief on actuation of the switching valve 26 takes place via the further line in the illustrated switching position of the switching valve 26 and also via the filling line 58 starting from the storage space 48.
  • the return spring 34 which is arranged between the guide body 36 and a step on the pressure booster piston 32, pushes the pressure booster piston 32 in its initial position, so that it rests with a stop limit 42 on the base body 30.
  • the spring force of the return spring 34 is designed so that the pressure booster piston 32 is brought back to the starting position at the stop limit 42 after the pressure boost at a sufficiently high speed.
  • the pressure amplifier 16 is to be controlled.
  • the switching valve 26 is brought electrically, hydraulically or pneumatically in the second switching position.
  • the control chamber 52 is connected to the pressure booster return 24.
  • the check valve 38 in turn is closed in the direction of the pressure booster return 24. If the pressure in the high-pressure chamber 50 rises above the pressure on the side of the high-pressure outlet 46, the compressed fuel is conveyed further into the high-pressure accumulator 18 (common rail) by the high-pressure valve 40. The high pressure accumulator 18 is thus filled with the increased pressure from the high pressure chamber 50. From there, the fuel injectors 20 are then acted upon by the increased fuel pressure, so that the injection via the fuel injectors takes place with the fuel pressure lying above the delivery pressure of the high-pressure pump 14. The pressure in the high-pressure chamber 50 increases until a force equilibrium is again established at the pressure intensifier piston 32.
  • the control chamber 52 Upon deactivation of the switching valve 26, the control chamber 52 is hydraulically connected to the storage space 48 again. Due to this hydraulic connection increases Pressure in the control chamber 52 and the pressure booster piston 32 terminates the process of pressure transmission according to the pressure transmission ratio i in the high pressure chamber 50. At the same time, the high pressure valve 40 closes due to the upcoming pressure difference. The spring force of the return spring 34 now presses the pressure booster piston 32 with the stop limit 42 to the main body 30 of the pressure booster 16. During this period fuel is sucked from the storage chamber 48 via the check valve 38 in the high-pressure chamber 50. If the pressure booster piston 32 has reached the limit stop 42, the switching valve 26 can be actuated for renewed pressure transmission. Before reaching the limit stop 42, although a renewed activation is possible, but due to the then still indefinite reset position of a first pressure booster piston part 54 and a second pressure booster piston part 56 having pressure booster piston 32 does not make sense.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (14), einem Hochdruckspeicher (18), einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren (20), einem hydraulischen Druckverstärker (10) und mit einem Schaltventil (26) zum Ansteuern des hydraulischen Druckverstärkers (10) vorgeschlagen, wobei der hydraulische Druckverstärker (10) zentral für alle Kraftstoffinjektoren (20) vorgesehen ist. Der zentrale hydraulische Druckverstärker (10) ist zwischen der Hochdruckpumpe (14) und dem Hochdruckspeicher (18) angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckverstärkung
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckverstärkung für Brennkraftma- schinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckverstärkung, bei dem für alle Kraftstoffinjektoren ein zentraler hydraulischer Druckverstärker vorgesehen ist, ist aus EP 1 125 046 Bl bekannt. Dabei wird der mittels einer Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff einem zentralen Druckspeicher (erstes Common-Rail) zugeführt. Der zentrale Druckverstärker ist dem zentralen Druckspeicher in Förderrichtung des Kraftstoffs nachgeschaltet und führt den druckverstärkten Kraftstoff einem weiteren Druckspeicher (zweites Common-Rail) zu, von dem aus mehrere, der Anzahl der Injektoren entsprechende Druckleitungen zu den einzelnen Kraftstoffinjektoren abführen.
Aus EP 1 123 463 Bl ist ein weiteres Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckverstärkung bekannt. Ein zentraler hydraulischer Druckverstärker für alle Kraftstoffinjektoren ist in einer Bypassleitung parallel zu einer Druckleitung angeordnet, die von der Hochdruckpumpe zu einer Verteilereinrichtung führt, die wiederum den Kraftstoff auf die einzelnen Kraftstoffinjektoren verteilt. Die Verteilereinrichtung besitzt jedoch keine Druckspeicherfunktion. Der parallel geschaltet zentrale Druckverstärker ist dabei zwischen Hochdruckpumpe und Verteileinrichtung geschaltet.
Nachteilig bei den bekannten Druckverstärkungssystemen ist der hohe Bauteilteilbedarf sowie die relativ große Steuermenge zur Ansteuerung der Druckverstärkers. Wird für Mehrfacheinspritzungen kleiner Einspritzmengen ein übersetzter Einspritzdruck benötigt, ist der Steuerraum bzw. Differenzdruckraum des Druckverstärkers mit jeder Einspritzung zu entlasten. Dadurch ergibt sich eine große abzusteuernde Steuermenge, die somit der Verlustmenge im Einspritzsystem zuzurechnen ist. Mehrfacheinspritzungen im Rahmen einer Zylinderhubbewegung sind zeitlich auch nur innerhalb eines eng bemessenen Fensters möglich, da sich mit jeder Ansteuerung des Druckverstärkers dessen Differenzdruck- räum wieder mit Kraftstoff füllen muss. Darüber hinaus erhöht sich mit steigenden Einspritzdrücken die Verlustmenge proportional zur vierten Potenz über die Spaltbreite in der Führung des Druckverstärkerkolbens, was den hydraulischen Wirkungsgrad derartiger Kraftstoffinjektoren negativ beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Bauteil- und Bauraumbedarf sowie die Steuermenge zur Ansteuerung des Druckverstärkers zu minimieren, um somit den Wirkungsgrad der Druckverstärkung des Kraftstoffeinspritzsystems zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem ist seitens des Bauraumbedarfs für einzelne Systemkomponenten optimiert. Bedingt durch einen modularen Aufbau von Hochdruckpumpe, Druckverstärker, Hochdruckspeicher und Kraftstoffinjektor lässt sich das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem an allen bekannten Bauräumen von Brennkraftmaschinen beispielsweise im Zylinderkopfbereich einsetzen. Durch die Anordnung des zentralen hydraulischen Druckverstärkers zwischen Hochdruckpumpe und Hochdruckspeicher (Common-Rail) ist der zentrale Druckverstärker pro Einspritzzyklus eines Kraftstoffinjektors nur einmal anzusteuern. Dadurch wird die Steuermenge und die Leckagemenge in Abhängigkeit von der Anzahl der Einspritzungen erheblich reduziert. Aufgrund dieses Umstandes kann auch die Hochdruckpumpe kleiner dimensioniert ausgeführt werden, da weniger Kraftstoff zu fördern ist, da die Anzahl der Wiederbefüllphasen des Steuerraumes des zentralen hydraulischen Druckverstärkers erheblich reduziert ist. Der zentrale Druckverstärker kann dadurch in seiner Hochdruckfördermenge auf die maximal mögliche Einspritzmenge mindestens eines Kraftstoffinjektors ausgelegt werden.
Durch die Maßnahmen der Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Ein kompakter Bauraum wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, wenn der zentrale hydraulische Druckverstärker einen Grundkörper aufweist, in dem ein hydraulischer Speicherraum ausgebildet ist, und wenn der hydraulische Speicherraum über einen Druckverstärkerzulauf direkt mit der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden ist. Dazu ist im Grund- körper ein Hochdruckraum und ein Steuerraum ausgebildet und ein Druckverstärkerkolben axial beweglich geführt. Der Druckverstärkerkolben wirkt auf den Hochdruckraum zur Druckverstärkung und auf den Steuerraum zu Ansteuerung des Druckverstärkers ein. Der hydraulische Speicherraum wird direkt von der Hochdruckpumpe befüllt. Das Volumen des hydraulischen Speicherraums ist dabei so auszulegen, dass der Druckabfall reduziert wird und die Druckschwingungen aus der Pumpenförderung auf ein für die Druckverstärkung tolerables Maß gedämpft werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass vom Hochdruckraum eine erste hydraulische Verbindung als Hochdruckablauf zum Hochdruckspeicher und eine zweite hydraulische Verbindung in den hydraulischen Speicherraum führt, dass die erste hydraulische Verbindung mit dem Hochdruckablauf ein erstes Rückschlagventil und die zweite hydraulische Verbindung ein zweites Rückschlagventil aufweist, und dass das erste Rückschlagventil ein Rückströmung vom Hochdruckspeicher in den Hochdruckraum und das zweite Rückschlagventil eine Zuströmung des druckübersetzten Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum in den hydraulischen Speicherraum sperrt.
Die Leckageverluste, die sich über die mit Hochdruck beaufschlagten Führungsspalte am Druckübersetzerkolben einstellen, lassen sich dadurch verringern, wenn der zentrale hydraulische Druckverstärker, dessen Druckverstärkerkolben mit einem ersten Druckverstärkerkolbenteil mit einem größeren Durchmesser D2i und mit einem zweiten Druckverstärkerkolbenteil mit einem kleineren Durchmesser D22 ausgeführt ist, mit mindestens einen der Druckverstärkerkolbenteile in einem am Grundkörper ausgebildeten Kolbenführungskörper geführt ist. Der Kolbenführungskörper ist zumindest teilweise von einem Ringraum umgeben, welcher Teil des hydraulischen Speicherraums ist. Dadurch ist ebenfalls mindesten ein Druckverstärkerkolbenteil vom Druck im hydraulischen Speicherraum umgeben. Durch diese Maßnahme sind die Führungen des Druckverstärkerkolbens von außen zum Zeitpunkt der Druckverstärkung durch einen Stützdruck beaufschlagt, so dass sich das Führungsspiel aufgrund des hohen Innendruckes, der innerhalb des Hochdruckraumes herrscht, weniger stark aufgeweitet. Am zweckmäßigsten ist, wenn der Hochdruckraum mit seinem Führungsspalt für den Druckverstärkerkolben unmittelbar an den hydraulischen Speicherraum angrenzt. Dadurch ist der Leckageverlust aus dem Hochdruckraum in den auf Mitteldruck stehenden hydraulischen Speicherraum gering, denn der Mitteldruck ist der von der Hochdruckpumpe gelieferte Kraftstoffdruck.
Zweckmäßigerweise ist dem zentralen hydraulischen Druckverstärker das Schaltventil zugeordnet, wobei das Schaltventil auch in den Grundkörper integriert sein kann. Weiterhin ist eine Befüllleitung vorgesehen, welche vom hydraulischen Speicherraum abzweigt und über welche der Steuerraum und/oder der Hochdruckraum nach der Druckübersetzungsphase wiederbefüllt werden. Bei Einspritzdrücken unterhalb des maximalen Förderdrucks der Hochdruckpumpe wird in einer ersten Schaltstellung des Schaltventils der Druck im Speicherraum von der Hochdruckpumpe über den Zulauf weiter durch Rückschlagventile über den Hochdruckablauf zum Hochdruckspeicher gefördert. Von dort gelangt der Kraftstoff zu den Kraftstoffinjektoren. Während dieses Betriebs ist der zentrale Druckverstärker nicht angesteuert, so dass der von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff im Bypassbetrieb des Druckverstärkers zum Hochdruckspeicher (Common-Rail) gelangt.
Sind Einspritzdrücke gefordert, die über dem Maximalförderdruck der Hochdruckpumpe liegen, ist der zentrale Duckverstärker anzusteuern. Dazu wird das Schaltventil, bei dem es sich um ein 3/2-Wege-Ventil handelt, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt in eine zweite Schaltstellung gebracht. In dieser zweiten Schaltstellung wird der Steuerraum des Druckverstärkers zur Druckentlastung über das Schaltventil mit einem Druckver- Stärkerrücklauf verbunden.
Ausführungsbeispiel
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 einen Systemaufbau des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzsystems und Figur 2 einen prinzipiellen Aufbau eines hydraulischen Druckverstärkers.
Das in Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 12, aus welchem über eine Hochdruckpumpe 14 Kraftstoff gefördert wird, der einem zentralen hydraulischen Druckverstärker 10 zugeleitet wird. Der zentrale Druckverstärker 10 ist über einen Druckverstärkerzulauf 44 einerseits mit der bereits erwähnten Hochdruckpumpe 14 verbunden und beaufschlagt andererseits einen Hochdruckspeicher 18 (Common-Rail). Im Hochdruckspeicher 18 befinden sich in einer der mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff zu versorgenden Anzahl von Kraftstoffinjektoren entsprechenden Anzahl Anschlussleitungen zu Kraftstoffinjektoren 20, die in der Darstellung gemäß Figur 1 nur schematisch angedeutet sind. Am brennraumseitigen Ende der Kraftstoffinjektoren wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff - angedeutet durch die Pfeile - in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Rücklaufseitig befindet sich am Kraftstoff injektor 20 ein Injektorrücklauf 22, in welchen ein Druckverstärkerrücklauf 24, der an einem Schaltventil 26 angeschlossen ist, mündet. Sowohl der Druckverstärkerrücklauf 24 als auch der Injektorrücklauf 22 stellen die Niederdruckseite des Kraftstoff einspritzsys- tems gemäß der Darstellung in Figur 1 dar, in welchen die abgesteuerte Menge, sei es Steuermenge oder Leckagemenge, in den Kraftstofftank 12 zurückgefördert wird.
Bedingt durch die Anordnung des zentralen Druckverstärkers 16 zwischen der Hochdruckpumpe 14 und dem Hochdruckspeicher 18 ist der Druckverstärker 16 pro Einspritzzyklus eines Kraftstoffinjektors 20 nur einmal mit dem Schaltventil 26 anzusteuern. Da- durch wird die Steuer- oder Leckagemenge in Abhängigkeit von der Anzahl der Einspritzungen erheblich reduziert. Die Hochdruckpumpe 14 hat weniger Kraftstoff zu fördern und kann kleiner dimensioniert werden. Der Druckverstärker 16 ist in seiner Hochdruckfördermenge auf die maximal mögliche Einspritzmenge von mindestens einem der Kraftstoffinjektoren 20 auszulegen.
Der zentrale Druckverstärker 16 gemäß Figur 2 umfasst einen Grundkörper 30, der ein- oder mehrteilig aufgebaut sein kann. Im Grundkörper 30 ist ein hydraulischer Speicherraum 48 integriert. Der hydraulische Speicherraum 48 wird über den Druckverstärkerzulauf 44 von der Hochdruckpumpe 14 mit Kraftstoff beaufschlagt. Das Speichervolumen des hydraulischen Speicherraums 48 ist so ausgelegt, dass der Druckabfall reduziert wird und sich Druckschwingungen, die sich aus der Förderung der Hochdruckpumpe 14 ergeben, auf ein für die Druckverstärkung erträgliches Maß dämpfen lassen.
Der zentrale Druckverstärker 16 umfasst weiterhin einen Druckverstärkerkolben 32. Die- ser wiederum umfasst einen ersten Kolbenabschnitt mit einem ersten Druckverstärkerkolbenteil 54, ausgelegt im Durchmesser D2i, sowie einen zweiten Kolbenabschnitt mit einem zweiten Druckverstärkerkolbenteil 56, ausgelegt im Durchmesser D22. Das Druckübersetzungsverhältnis i des Druckverstärkers 16 gemäß der in Figur 2 dargestellten Prinzipskizze ergibt sich zu:
i = D21 2 / ( D21 2 - D22 2 )
Der zentrale Druckverstärker 10 umfasst außerdem einen Hochdruckraum 50 zur Druckverstärkung bzw. Druckübersetzung sowie einen Steuerraum 52 zum Ansteuern des Druckverstärkers 16. Der Druckverstärkerkolben 32 ist mit einer zweiten Druckfläche am zweiten Druckverstärkerkolbenteil 56 mit dem kleineren Durchmesser D22 dem Steuer- -D-
raum 52 und mit einer ersten Druckfläche am ersten Duckverstärkerkolbenteil 54 mit dem größeren Durchmesser D2i dem Hochdruckraum 50 ausgesetzt.
Der Druckverstärkerkolben 32 ist durch eine Rückstellfeder 34 beaufschlagt, die sich am Kolbenführungskörper 36 einerseits und einem am Druckverstärkerkolbenteil 56 ausgebildeten Bund 33 andererseits abstützt. Der Druckverstärkerkolben 32, die Rückstellfeder 34 und der Kolbenführungskörper 36 sind ihrerseits so im Speicherraum 48 angeordnet, dass dieser den Kolbenführungskörper 36 im Bereich der Führung des Druckverstärkerkolbens 32 umgibt, zweckmäßigerweise im Bereich des mit dem Durchmesser D2i ausgebildeten ersten Druckverstärkerkolbenteiles 54. Durch diese Maßnahme sind die Führungen des Druckverstärkerkolbens 32 von außen zum Zeitpunkt der Druckverstärkung durch einen Stützdruck beaufschlagt. Dieser Stützdruck von außen bewirkt, dass sich aufgrund des im Inneren des Druckverstärkers 16 herrschenden Drucks vergrößerte Führungsspiel weniger weit aufweitet, was andernfalls zu einem unerwünschten Abströmen von Führungsle- ckage führen würde, was wiederum den hydraulischen Wirkungsgrad des Druckverstärkers 16 negativ beeinflussen würde.
Vom Hochdruckraum 50 zweigt eine erste hydraulische Leitung als Hochdruckablauf 46 ab, der sich zum Hochdruckspeicher 18 (Common-Rail) erstreckt. Im Hochdruckablauf 46 befindet sich ein erstes Rückschlagventil 40. Vom Hochdruckraum 50 erstreckt sich weiterhin eine zweite hydraulische Leitung mit einem zweiten Rückschlagventil 38, die über eine Befüllleitung 58 in den hydraulischen Speicherraum 48 führt. Das Rückschlagventil 38 dient dabei als Füllventil. Das erste Rückschlagventil 40 sperrt eine Rückströmung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 18 in den Hochdruckraum 50. Das zweite Rück- schlagventil 38 sperrt eine Zuströmung des druckübersetzten Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum 50 in den hydraulischen Speicherraum 48. Von der zweiten hydraulischen Leitung zweigt eine weitere hydraulische Leitung ab, die zum Schaltventil 26 führt. Eine weitere hydraulische Leitung verbindet einen weiteren Anschluss des Schaltventils 26 mit dem Steuerraum 52. Über diese hydraulischen Leitungen wird der Hochdruckraum 50 und der Steuerraum 52 ausgehend vom Speicherraum 48 wieder mit Kraftstoff befüllt, wobei die Wiederbefüllung des Steuerraumes 52 nach dessen Druckentlastung bei Betätigung des Schaltventils 26 über die weitere Leitung in der dargestellten Schaltstellung des Schaltventils 26 auch über die Befüllleitung 58 vom Speicherraum 48 ausgehend erfolgt.
Die Rückstellfeder 34, die zwischen dem Führungskörper 36 und einer Stufe am Druckverstärkerkolben 32 angeordnet ist, drückt den Druckverstärkerkolben 32 in dessen Ausgangslage, so dass dieser mit einer Anschlagsbegrenzung 42 am Grundkörper 30 anliegt. Die Federkraft der Rückstellfeder 34 ist so ausgelegt, dass der Druckverstärkerkolben 32 nach der Druckverstärkung mit ausreichend hoher Geschwindigkeit wieder in die Ausgangsstellung an der Anschlagsbegrenzung 42 gebracht wird.
Bei Einspritzdrücken unterhalb des maximalen Förderdruckes der Hochdruckpumpe 14 wird gemäß einer in Figur 1 und 2 dargestellten ersten Schaltstellung des Schaltventils 26 der Druck der Hochdruckpumpe 14 über den Druckverstärkerzulauf 44 in den Speicherraum 48 und von dort weiter über das als Rückschlagventil ausgebildete Hochdruckventil 40 über den Hochdruckablauf 46 zum Hochdruckspeicher 18 gefördert. Von dort aus ge- langt der Kraftstoff zu den mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff zu versorgenden Kraftstoffinjektoren 20. Der von der Hochdruckpumpe 14 verdichtete Kraftstoff gelangt somit im so genannten Bypassbetrieb von der Hochdruckpumpe 14 direkt zum Hochdruckspeicher 18 (Common-Rail), d.h. der Druckverstärker 16 ist in diesem Betriebsmodus nicht aktiv.
Um Einspritzdrücke über dem Maximalförderdruck der Hochdruckpumpe 14 zu erreichen, ist der Druckverstärker 16 anzusteuern. Dazu wird das Schaltventil 26 elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch in die zweite Schaltstellung gebracht. In dieser Schaltstellung des Schaltventils 26 wird der Steuerraum 52 mit dem Druckverstärkerrücklauf 24 verbunden. Kraftstoff strömt aus dem druckentlasteten Steuerraum 52 über das Schaltventil 26 in den Druckverstärkerrücklauf 24 ab und von dort in den in Figur 1 dargestellten Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems zurück in den Kraftstofftank 12. Aufgrund der Druckabsenkung im Steuerraum 52 wird der Druckverstärkerkolben 32 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 34 axial bewegt, so dass das erste Druckverstärkerkolbenteil 54, aus- gebildet im Durchmesser D2i, in den Hochdruckraum 50 drückt und dort den Druck erhöht. Das Rückschlagventil 38 wiederum ist dabei in Richtung des Druckverstärkerrücklaufs 24 geschlossen. Steigt der Druck im Hochdruckraum 50 über den Druck auf der Seite des Hochdruckablaufes 46 hin an, wird der verdichtete Kraftstoff durch das Hochdruckventil 40 weiter in den Hochdruckspeicher 18 (Common-Rail) gefördert. Der Hochdruckspeicher 18 wird somit mit dem erhöhten Druck aus dem Hochdruckraum 50 befüllt. Von dort werden dann die Kraftstoffinjektoren 20 mit dem erhöhten Kraftstoff druck beaufschlagt, so dass die Einspritzung über die Kraftstoffinjektoren mit dem über dem Förderdruck der Hochdruckpumpe 14 liegenden Kraftstoffdruck erfolgt. Der Druck im Hochdruckraum 50 steigt so lange an, bis sich erneut ein Kräftegleichgewicht am Druckverstärkerkolben 32 einstellt.
Bei Deaktivierung des Schaltventils 26 wird der Steuerraum 52 wieder mit dem Speicherraum 48 hydraulisch verbunden. Aufgrund dieser hydraulischen Verbindung steigt der Druck im Steuerraum 52 an und der Druckverstärkerkolben 32 beendet den Vorgang der Druckübersetzung gemäß des Druckübersetzungsverhältnisses i im Hochdruckraum 50. Gleichzeitig schließt sich auch das Hochdruckventil 40 aufgrund der anstehenden Druckdifferenz. Die Federkraft der Rückstellfeder 34 drückt nun den Druckverstärkerkolben 32 mit der Anschlagsbegrenzung 42 an den Grundkörper 30 des Druckverstärkers 16. Während dieser Zeitspanne wird Kraftstoff aus dem Speicherraum 48 über das Rückschlagventil 38 in den Hochdruckraum 50 angesaugt. Ist der Druckverstärkerkolben 32 an der Anschlagsbegrenzung 42 angelangt, kann das Schaltventil 26 zur erneuten Druckübersetzung angesteuert werden. Vor Erreichen der Anschlagsbegrenzung 42 ist zwar eine er- neute Ansteuerung möglich, aber aufgrund der dann noch unbestimmten Rückstellposition des einen ersten Druckverstärkerkolbenteil 54 und einen zweiten Druckverstärkerkolbenteil 56 aufweisenden Druckverstärkerkolbens 32 nicht sinnvoll.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (14) einem Hochdruckspeicher (18), einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren (20), einem hydraulischen Druckverstärker (10) und mit einem Schaltventil (26) zum Ansteuern des hydraulischen Druckverstärkers (10), wobei der hydraulische Druckverstärker (10) zentral für alle Kraftstoffinjektoren (20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale hydraulische Druckverstärker (10) zwischen der Hochdruck- pumpe (14) und dem Hochdruckspeicher (18) angeordnet ist.
2. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale hydraulische Druckverstärker (10) einen Grundkörper (30) aufweist, in dem eine hydraulischer Speicherraum (48) ausgebildet ist, und dass der hydraulische Speicher- räum (48) über einen Druckverstärkerzulauf (44) direkt mit der Hochdruckpumpe (14) hydraulisch verbunden ist.
3. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (30) ein Hochdruckraum (50) und ein Steuerraum (52) ausgebildet und ein Druckverstärkerkolben (32) axial beweglich geführt sind, und dass der Druckverstärkerkolben (32) auf den Hochdruckraum (50) zur Druckverstärkung und auf den Steuerraum (52) zu Ansteuerung des Druckverstärkers (16) einwirkt.
4. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vom Hochdruckraum (50) eine erste hydraulische Verbindung als Hochdruckablauf
(46) zum Hochdruckspeicher (18) und eine zweite hydraulische Verbindung in den hydraulischen Speicherraum (48) führt, dass die erste hydraulische Verbindung mit dem Hochdruckablauf (46) ein erstes Rückschlagventil (40) und die zweite hydraulische Verbindung ein zweites Rückschlagventil (38) aufweist, und dass das erste Rückschlagventil (40) ein Rückströmung vom Hochdruckspeicher (18) in den Hochdruckraum (50) und das zweite Rückschlagventil (38) eine Zuströmung des druckübersetzten Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum (50) in den hydraulischen Speicherraum (48) sperrt.
5. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem zentralen hydraulischen Druckverstärker (10) im Grundkörper (30) das Schaltventil (26) zugeordnet ist.
6. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärkerkolben (32) mit einem ersten Druckverstärkerkolbenteil (54) mit einem größeren Durchmesser D2i und mit einem zweiten Druckverstärkerkolbenteil (56) mit einem kleineren Durchmesser D22 ausgeführt ist, dass der Grundkörper (30) einen Kolbenführungskörper (36) für mindestens einen der Druckverstärkerkolbenteile (54, 56) aufweist, und dass der Kolbenführungskörper (36) zumindest teilweise von einem Ringraum umgeben ist, welcher Teil des hydraulischen Speicherraums (48) ist.
7. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüllleitung (58) vorgesehen ist, welche vom hydraulischen Speicherraum (48) abzweigt und über welche der Steuerraum (52) und/oder der Hochdruckraum (50) nach der Druckübersetzungsphase wiederbefüllt werden.
8. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (16) bei Drücken unterhalb des Maximalförderdruckes der Hochdruckpumpe (14) inaktiv ist und der Maximalförderdruck der Hochdruckpumpe (14) den Hochdruckspeicher (18) über das Speichervolumen (48), den Rückschlagventilen (38, 40) und einen Hochdruckzulauf (46) beaufschlagt.
9. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (16) bei geförderten Drücken oberhalb des Maximalförderdruckes der Hochdruckpumpe (14) aktiviert ist und dessen Steuerraum (52) zur Druckentlastung über das Schaltventil (26) mit einem Druckverstärkerrücklauf
(24) verbunden ist.
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