Kraftstoffhochdruckspeicher mit verbesserten Dämpfungseigenschaften

Abstract

 Es wird ein Kraftstoffhochdruckspeicher für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, in dessen Speicherraum (5) ein kompressibler Einsatz (15) eingesetzt wird, so dass sich das Dämpfungsverhalten des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 verbessert.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem Speicherraum und mit mindestens je einem Anschluss für die Zufuhr und die Abfuhr von Kraftstoff aus dem Speicherraum.

[0002] In Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlagen fördert eine Hochdruckpumpe den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Tank in den zentralen Krafstoffhochdruckspeicher, der auch als Common Rail bezeichnet wird. Vom Kraftstoffhochdruckspeicher führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren der Brennkraftmaschine. Die Injektoren werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine von einem Steuergerät so angesteuert, dass die gewünschte Kraftstoffmenge zum gewünschten Zeitpunkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Durch den Kraftstoffhochdruckspeicher sind die Druckerzeugung und die Einspritzung voneinander entkoppelt.
Ein herkömmlicher Kraftstoffhochdruckspeicher ist z. B. in der DE 196 00 480 beschrieben. Der bekannte Kraftstoffhochdruckspeicher besteht aus einem lang gestreckten rohrförmigen Körper mit mehreren Anschlüssen zur Versorgung von Injektoren. Der rohrförmige Körper dient der Druckhaltung, der Dämpfung von Druckstößen im Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage und der Verteilung des Kraftstoffs an die verschiedenen Injektoren. Je nach Abstimmung der Kraftstoffeinspritzanlage treten, insbesondere bei kleinem Rohrinnendurchmesser und einer großen Rohrlänge Druckschwingungen im Kraftstoffhochdruckspeicher auf. Diese Druckschwingungen können dazu führen, dass manche Injektoren infolge der Ausbildung einer stehenden Welle nicht die gewünschte Kraftstoffmenge einspritzen. Außerdem können im Rail hinund herlaufende Druckwellen dazu führen, dass die Injektoren abwechselnd oder stochastisch dazu führen, dass nicht die gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

[0003] Um die Schwingungen in herkömmlichen Kraftstoffhochdruckspeichern zu dämpfen, wird ein relativ großes Volumen des Kraftstoffhochdruckspeichers benötigt. Infolgedessen wird die hochdruckfeste Auslegung des Kraftstoffhochdruckspeichers erschwert. Außerdem steigt der Bauraumbedarf ebenso wie die Herstellungskosten an.

[0004] Aus der DE 100 47 351 A1 ist ein Hochdruckschlauch für Kraftstoffeinspritzanlagen bekannt, welcher in seinem Inneren ein Dämpfungselement aufweist. Dieses Dämpfungselement teilt den durch den Kraftstoffhochdruckschlauch fließenden Kraftstoff in zwei Teilströme, welche über in dem Dämpfungselement ausgebildete Drosselstellen miteinander hydraulisch in Verbindung stehen. Diese Drosselstellen entwickeln erst bei höheren Durchflussgeschwindigkeiten eine nennenswerte Dämpfungswirkung, so dass sie für die Dämpfung hochfrequenter Druckpulsationen mit kleiner Amplitude nicht geeignet sind.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffhochdruckspeicher der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, dessen Dämpfungseigenschaften vor allem in höheren Frequenzbereichen verbessert sind und dessen Bauvolumen kleiner als das herkömmlicher Kraftstoffhochdruckspeicher ist.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffhochdruckspeicher für eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem Speicherraum und mit mindestens je einem Anschluss für die Zufuhr und die Abfuhr von Kraftstoff aus dem Speicherraum dadurch gelöst, dass im Speicherraum ein kompressibler Einsatz angeordnet ist.

Vorteile der Erfindung

[0007] Der erfindungsgemäße kompressible Einsatz kann über den gesamten Frequenzbereich der im Kraftstoffhochdruckspeicher auftretenden Druckschwingungen ein gutes Dämpfungsverhalten gewährleisten, so dass die Kraftstoffzumessung in den Injektoren mit größerer Genauigkeit vorgenommen werden kann, was sich vorteilhaft auf Emissionsverhalten, Kraftstoffverbrauch und Laufruhe der Brennkraftmaschine auswirkt. Wenn die Wandstärke des kompressiblen Einsatzes verschieden groß ist, kann das Dämpfungsverhalten des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers über einen großen Frequenzbereich nahezu konstant gehalten werden.

[0008] Wegen der verbesserten Dämpfungseigenschaften des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers kann dessen Speichervolumen deutlich reduziert werden, was die Herstellungskosten und den Platzbedarf verringert. Außerdem ist eine hochdruckfeste Auslegung für Drücke bis über 2.000 bar bei kleinen Abmessungen des Kraftstoffhochdruckspeichers leichter möglich.

[0009] Vorteilhafte Varianten der Erfindung sehen vor, dass der kompressible Einsatz eine Innenwand des Speicherraums mindestens teilweise bedeckt und/oder dass der kompressible Einsatz eine der Geometrie des Speicherraums angepasste Form aufweist. Wenn der kompressible Einsatz eine Innenwand des Speicherraums mindestens teilweise bedeckt, ist gewährleistet, dass der kompressible Einsatz sich gegen die Innenwand des Speicherraums abstützen kann und somit seine Formstabilität gewährleistet ist. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn der kompressible Einsatz eine der Geometrie des Speicherraums angepasste Form aufweist.

[0010] Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den kompressiblen Einsatz schlauchförmig auszubilden, da auf diese Weise die exakte Einhaltung vorgegebener Wandstärken ohne Weiteres möglich ist. Die Wandstärke hat neben der Kompressibilität des verwendeten Materials einen erheblichen Einfluss auf das Dämpfungsverhalten des Einsatzes.

[0011] Alternativ kann der kompressible Einsatz auch durch Beschichten von mindestens Teilen der Innenwand des Speicherraums gebildet werden.

[0012] Um das Dämpfungsverhalten des kompressiblen Einsatzes besser steuern zu können, kann der kompressible Einsatz auch aus mehreren kompressiblen Materialien bestehen und/oder einen oder mehrere Hohlräume, insbesondere Blasen, aufweisen. Durch eine geeignete Kombination verschiedener kompressibler Materialien, evtl. in Verbindung mit dem Einbringen von Blasen oder anderen Hohlräumen, kann auch ein nicht lineares Dämpfungsverhalten erzielt werden.

[0013] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

[0014] Es zeigen

Figur 1

ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers,

Figur 2

ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers,

Figur 3

ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers und

Figur 4

eine schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage mit erfindungsgemäßem Kraftstoffhochdruckspeicher.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0015] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers 1 im Längsschnitt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 weist eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie auf. An einem Ende weist der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 einen Kraftstoffzulauf 3 auf. Über den Kraftstoffzulauf 3 wird der Kraftstoff von einer nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe in einen Speicherraum 5 des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 gefördert.

[0016] Das dem Kraftstoffzulauf gegenüberliegende Ende des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 ist durch einen Verschlussstopfen 7 hydraulisch dicht verschlossen. An einer Außenfläche 9 des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 sind verschiedene Anschlussstutzen 11 und 13 angeordnet. Über die Anschlussstutzen 11 wird der im Speicherraum 5 befindliche Kraftstoff zu den nicht dargestellten Injektoren geleitet. In den Anschlussstutzen 13 wird ein Drucksensor eingeschraubt (nicht dargestellt). Im Speicherraum 5 ist ein kompressibler Einsatz 15 angeordnet. Der kompressible Einsatz 15 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel schlauchförmig ausgeführt. Dort wo die Anschlussstutzen 11 und 13 angeordnet sind, weist er Öffnungen 17 auf, um eine hyraulische Verbindung zwischen dem Speicherraum 5 und den Anschlussstutzen 11 bzw. 13 zu ermöglichen.

[0017] Der Einsatz 15 besteht aus einem kompressiblen Material oder einer Mischung verschiedener kompressibler Materialien. Der Einsatz 15 kann auch Hohlräume (nicht dargestellt) und/oder Gasblasen aufweisen, welche die Kompressibilität des Einsatzes erhöhen. Durch die genannten Maßnahmen kann das Dämpfungsverhalten des Einsatzes 15 gegenüber Druckschwankungen im Speicherraum 5 in weiten Grenzen eingestellt werden, so dass im Ergebnis das Dämpfungsverhalten des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 optimiert wird. Wegen der guten Dämpfungseigenschaften des Einsatzes 15 kann auch das Volumen des Speicherraums 5 gegenüber herkömmlichen Kraftstoffhochdruckspeichern deutlich reduziert werden, was deren druckfeste Auslegung erleichtert und die Herstellungskosten verringert. Außerdem wird dadurch der Bauraumbedarf des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 verringert, was ebenfalls einen nicht zu unterschätzenden Vorteil darstellt.

[0018] In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers 1 ebenfalls im Längsschnitt dargestellt. Der einzige Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht darin, dass die Wandstärke 20 des kompressiblen Einsatzes 15 nicht konstant ist, sondern zum Verschlussstopfen 7 hin zunimmt. Dadurch kann das Dämpfungsverhalten des kompressiblen Einsatzes 15 weiter beeinflusst und an die speziellen Erfordernisse einer Brennkraftmaschine angepasst werden.

[0019] In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers 1 dargestellt. Gleiche Bauteile werden, ebenso wie bei Fig. 2, mit gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich Fig. 1 und 2 Gesagte entsprechend. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der kompressible Einsatz 15 als zylindrisches Bauteil ausgeführt, welches vor dem Verschlussstopfen 7 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Montage des kompressiblen Einsatzes weiter vereinfacht und aufgrund des großen Volumens des kompressiblen Einsatzes 15 und dessen großer Wandstärke wird ein anderes Dämpfungsverhalten erzielt. Dies kann bei bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil sein.

[0020] Der kompressible Einsatz 15 bedeckt bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 nahezu die gesamte Innenwand 19 des Speicherraums 5. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bedeckt der kompressible Einsatz 15 nur einen Bruchteil der Innenwand 19 des Speicherraums 5. Der kompressible Einsatz 15 kann auch durch Beschichten der Innenwand 19 des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 hergestellt werden. Bspw. kann das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ohne Weiteres durch Beschichten eines an sich bekannten Kraftstoffhochdruckspeichers 1 mit einem kompressiblen Material an der Innenwand 19 des Speicherraums 5 hergestellt werden.

[0021] Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Kraftstoffeinspritzanlage, in die ein erfindungsgemäßer Kraftstoffhochdruckspeicher 1 integriert ist. An die Anschlussstutzen 11 des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 sind Injektoren 21 angeschlossen. Durch die Injektoren 21 kann Kraftstoff in die nicht dargestellten Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 wird von einer Hochdruckpumpe 1 mit Kraftstoff, der unter hohem Druck steht, versorgt. Die Hochdruckpumpe 23 ihrerseits erhält Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 25, in dem eine elektrische Vorförderpumpe (nicht dargestellt) vorhanden ist.

[0022] Am Kraftstoffhochdruckspeicher 1 ist ein Druckbegrenzungsventil 27 vorgesehen, welches öffnet, sobald der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 1 den zulässigen Höchstdruck überschreitet. Des Weiteren ist im Kraftstoffhochdruckspeicher 1 ein Drucksensor 29 vorgesehen, welcher über eine Signalleitung 33 mit einem Steuergerät 31 der Kraftstoffeinspritzanlage verbunden ist. Das Steuergerät 31 ist über andere Signalleitungen 33 mit der Hochdruckpumpe 23, einem Niederdrucksensor 35 und der nicht dargestellten elektrischen Vorförderpumpe im Tank 25 verbunden.

Ansprüche

1. Kraftstoffhochdruckspeicher für eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einem Speicherraum (5) und mit mindestens je einem Anschluss für die Zufuhr (3) und für die Abfuhr (11, 13) von Kraftstoff aus dem Speicherraum, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherraum (5) ein kompressibler Einsatz (15) angeordnet ist.

2. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) eine Innenwand (19) des Speicherraums (15) mindestens teilweise bedeckt.

3. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) eine der Geometrie des Speicherraums (5) angepasste Form aufweist.

4. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) schlauchförmig ausgebildet ist.

5. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15)zylindrisch ausgebildet ist.

6. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) durch Beschichten von mindestens Teilen der Innenwand (19) des Speicherraums (5) mit einem kompressiblen Material ausgebildet wird.

7. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) verschiedene Wandstärken aufweist.

8. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) aus mehreren kompressiblen Materialien besteht.

9. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompressible Einsatz (15) einen oder mehrere Hohlräume, insbesondere Blasen, aufweist.

Zeichnung