Speichereinspritzsystem für Brennkraftπiaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem zur intermittierenden Einspritzung von Hochdruckbrennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Speichereinspritzsystem dieser Art ist aus der DE 102 10 282 Al bekannt. Förderaggregate fördern Kraftstoff aus einem Kraftstoffreservoir zur Versorgung mindestens einer Hochdruckleitung zu den Zylindern der Verbrennungs-kraftmaschine. über die mindestens eine Hochdruckleitung wird eine Anzahl von Kraftstoffinj ektoren versorgt, die jeweils einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff versorgende Injektorendüsen enthalten. Die mindestens eine Hochdruckleitung umfasst Leitungs-abschnitte, mit denen die einzelnen Kraftstoffinj ektoren miteinander verbunden sind. Die Injektorkörper der Kraftstoffinj ektoren umfassen einen integrierten Speicherraum. Die Speicherräume sind anstelle eines Common Rail-Bauteils eingesetzt und jeder Speicherraum hat ein Volumen das dem 50-fachen bis 80-fachen der maximalen Einspritzmenge eines KraftstoffInjektors pro Einspritz-vorgang entspricht. Jeder Speicherraum wird durch eine Zulaufdrossel mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Diese Zulaufdrosseln sind derart ausgelegt, dass mehrfach hintereinander geschaltete Einspritzvorgänge möglich sind, ohne dass in den Leitungsabschnitten Druckpulsationen auftreten. Die Beeinflussung anderer Kraftstoffinj ektoren wird vermieden.

In einer in der DE 32 27 742 offenbarten Kraft- stoffeinspritzanlage werden Einspritzventile verwendet,

die mit einem Speicherraum ausgestattet sind. Während des Einspritzvorgangs wird der im Speicherraum unter hohem Druck stehende Brennstoff bei gleichzeitigem Druckabfall im Speicherraum teilweise entspannt. Dadurch hat das Einspritzgesetz, das heisst der zeitliche Verlauf des Einspritzvorgangs, eine vom Anfang zum Ende hin abfallende Charakteristik, was sich negativ auf den Verbrennungsvorgang der Brennkraftmaschine auswirkt. Jeder Speicherraum steht mit der Hochdruck-Kraftstoff- Förderleitung über eine verengte öffnung oder einem Drosseldurchlass in Verbindung. Aufgrund der kleinen Strömungsquerschnittsfläche verhindert der Drosseldurchlass die Entstehung von merklichen Druckwellen in den Brennstoff-Förderleitungen während jedes Einspritz- Vorgangs. Solche Druckwellen würden die gleichmässige Brennstoffverteilung in einem Mehrzylindermotor und die Stabilität der Einspritzvorgänge eines einzelnen Einspritzventils von Takt zu Takt unzulässig beeinflussen.

In der EP 0 228 578 A werden ähnliche Brennstoffeinspritzventile wie in der DE 32 27 742 vorgeschlagen. Bei einer Ausführungsvariante dieser Einspritzventile befindet sich zwischen einer Ringbohrung um ein Führungselement des Einspritzventilgliedes und dem Speicherraum des Einspritzventils ein federbelastetes Rückschlagventil. Die Ringbohrung ist mit der Brennstoffzufuhrbohrung des Einspritzventils verbunden und eine Bohrung verbindet den Speicherraum mit der Rückseite des Rückschlagventils, also in Strömungsrichtung talseitig des Rückschlagventilsitzes. Damit ist der Druck im Speicherraum ständig tiefer als der Druck in der Brennstoffzufuhrbohrung, insbesondere zu Beginn jedes Einspritzvorgangs. Dadurch kann im Einspritzventil gemäss

der EP 0 228 578 A das Einspritzventilglied auch bei kleiner Einspritzmenge zuverlässig geschlossen werden.

Die Speicherräume der aus der DE 32 27 742 als auch aus der EP 0 228 578 A bekannten Einspritzventile befinden sich unterhalb eines Führungskolbens und eines hydraulischen Steuerraumes des Einspritzventilgliedes. Führungskolben und Steuerraum gehören zu einer hydraulischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Einspritzventilgliedes und es ist in den meisten Betriebszuständen des Einspritzventils notwendig, dass während der Einspritzung oder auch bereits zu Beginn der Einspritzung der Druck unterhalb des Führungskolbens geringer ist als der Druck in der Brennstoffzufuhrbohrung, um ein genügend rasches Schliessen des Einspritzventilgliedes zu gewährleisten. In vielen Fällen hat dies zur Folge, dass das Einspritzventilglied sehr lang und von kostspieliger Herstellung wird. Zudem schränkt diese Anordnung die Freiheit zur baulichen Unterbringung der Speicherkammer massiv ein.

In der EP 0 264 640 A wird gezeigt, wie durch Verlegung des Volumens jedes einzelnen Injektorspeichers in das Leitungssystem das Gesamtsystemvolumen optimiert werden kann und die Nachteile der aus der DE 32 27 742 und der EP 0 228 578 A bekannten Kraftstoffeinspritzsysteme unter Beibehaltung der Stabilität der Einspritzvorgänge überwunden werden können. In der Praxis wurde gemäss der EP 0 264 640 A ein Leitungsabschnitt, der allen Injektoren vorgelagert ist, mit einem grosseren Innenquerschnitt als der Querschnitt der restlichen Leitungen ausgelegt, so dass dieser Abschnitt eine höhere Speicherwirkung hat als die restlichen Leitungen. Dieser Leitungsabschnitt wurde mit dem Namen Common Rail bezeichnet und folglich das

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Einspritzsystem „Common Rail Einspritzsystem" genannt. Man vergleiche dazu beispielsweise den Fachartikel "Das Common Rail-Einspritzsystem - ein neues Kapitel der Dieseleinspritztechnik" aus der Motortechnischen Zeitschrift MTZ Nr. 58, Oktober 1997.

In der DE 31 19 050 wird ein Einspritzventil mit einer ebenfalls im Gehäuse integrierten Speicherkammer gezeigt. Die Speicherkammer ist ungedrosselt mit einer Speise- Druckleitung verbunden, die mit einer Brennstoffpumpe in Verbindung steht. Dieses System, bei dem je ein Einspritzventil mit Druckleitung und Pumpe als eine Einheit gezeigt wird, ist für sehr grosse Dieselmotoren geeignet .

Die Einspritzsysteme gemäss der DE 102 10 282 Al und der DE 32 27 742 weisen den wesentlichen Nachteil der fallenden Einspritz-charakteristik auf. Um dies zu mildern, könnte hier eine recht grosse Speicherkammer im Einspritzventil integriert werden, was aber den Nachteil hat, dass das Einspritzventil sperrig wird.

Einspritzventile sowohl gemäss der DE 32 27 742 als auch der EP 0 228 578 A weisen die wesentlichen Nachteile eines langen Einspritzventilgliedes und der starken Einschränkung in der räumlichen Anordnung des Speicherraums auf.

Die praktische Ausführung des Systems gemäss der EP 0 264 640 A weist den Leitungsabschnitt mit grosserem Querschnitt auf. Beispielsweise bei Motoren der Leistungsklasse oberhalb von ca. 350 kW und bis hinauf zu 20'0OO kW und mehr ist dieser Leitungsabschnitt ebenfalls recht sperrig und teuer. Ferner müssen bei zahlreichen Anwendungen aus Sicherheitsgründen Common Rail und

Druckleitungen für den Fall eines Risses doppelwandig ausgeführt werden. Dies steigert Aufwand und Kosten für das Common Rail weiter. Wenn dieses an den Motorblock befestigt wird, tritt zudem das Problem auf, dass die unterschiedliche Wärmedehnung zwischen Motor und Common Rail unerwünschte mechanische Spannungen hervorruft. Zum Teil wird deshalb der Leitungsabschnitt in mehrere kürzere Abschnitte unterteilt, die bis hin zur Gestaltung von Einzelspeicher mit einer kurzen Leitung zu je einem Einspritzventil ausgeführt sind. Diese Einzelspeicher sind nicht im Gehäuse des Einspritzventils untergebracht, da die Platzverhältnisse im Motor-Zylinderkopf meistens nur die Unterbringung eines zu kleinen Injektorspeichers gestatten. über die kommerzielle Ausgestaltung eines solchen Systems ist beispielsweise im Fachartikel „Das Akkumulator-Common-Rail-Einspritzsystem für die MTU-Baureihe 8000 mit 1800 bar Systemdruck", publiziert in der Motortechnischen Zeitschrift MTZ Nr. 61, Oktober 2000, zu lesen.

Die Ausgestaltung gemäss DE 31 19 050 gestattet nur die Einheit eines Einspritzventils mit integrierter Speicherkammer zusammen mit einer Pumpe und der dazugehörigen Verbindungsleitung, da bei der Verbindung mehrerer Einspritzventile mit einer unterdimensionierten Speicherkammer über eine relativ dünne Druckleitung zu einer Mehrzylinderpumpe zu grosse und nicht in Phase mit den Einspritzvorgängen zu bringende dynamische Druckschwankungen auftreten, welche die Genauigkeit der Einspritzvorgänge unzulässig beeinflussen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Speichereinspritzsystem der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass auch mit kleineren Speicherkammern

ein optimaler Einspritzvorgang ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Speichereinspritzsystem, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.

Ein als Common Rail bekannter Leitungsabschnitt mit grosserem Querschnitt ist nicht vorhanden. Es ist ermöglicht, diskrete Speicherkammern von so kleinem Volumen einzusetzen, dass diese bei Bedarf in den Bauraum des Einspritzventilgehäuses integriert werden können. Jedem Einspritzventil des Speichereinspritzsystems ist eine solche diskrete Speicherkammer zugeordnet. Die räumliche Anordnung der diskreten Speicherkammern kann mit grosser Gestaltungsfreiheit optimal gewählt werden, da die Speicherkammern, nicht wie in der DE 32 27 742 und der EP 0 228 578 A offenbart, sich unterhalb des Führungskolbens des Einspritzventils befinden müssen. Ferner werden diese diskreten Speicherkammern ausschliesslich mit Druckleitungen relativ kleinem Querschnitts miteinander und mit einer allen Einspritzventilen gemeinsamen Hochdruckfördereinrichtung verbunden. Den Querschnitt dieser Leitungen ist derart, dass diese insgesamt ein Volumen von zu geringer Speicherwirkung bilden, um alleine die geforderten, reproduzierbar gleichen Einspritzvorgänge der Einspritzventile gestalten zu können. Diese Leistungsquerschnitte können gleich oder aber auch ungleich sein.

Dank der Zuordnung einer Drosselungsvorrichtung gemäss Patentanspruch 1 zu jeder Einspritzeinheit, gelingt es, trotz der allenfalls kleinen, diskreten Speicherkammern, einerseits den Druckverlauf während des Einspritzvorgangs für alle Einspritzventile einer Verbrennungskraftmaschine

exakt und ohne störenden Druckabfall zu steuern, wozu die Wirkung von dynamischen Druckwellen herangezogen wird. Andererseits gelingt es auch, die dynamischen Druckwellen von einem Einspritzvorgang eines Einspritzventils zum Einspritzvorgang des nächsten Einspritzventils soweit zu dämpfen, beziehungsweise für jedes Einspritzventil gleichzustellen, dass alle Einspritzvorgänge unter praktisch gleichen Bedingungen stattfinden. Deshalb spielt auch die exakte Anordnung der hydraulischen Leitungsmittel - Druckleitungen - im Einspritzsystem keine grosse Rolle mehr und diese Anordnung kann mit grosser Freiheit geometrisch und kostenoptimal gestaltet werden.

Das erfindungsgemässe Speichereinspritzsystem ist insbesondere für Dieselmotoren - bevorzugt mittlerer bis grosserer Leistung - geeignet. Es kann jedoch auch bei kleineren Dieselmotoren, wie sie beispielsweise im Automobilbau eingesetzt werden, verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt und nachfolgen beschrieben sind. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Speichereinspritzsystems gemäss der vorliegenden Erfindung mit sechs Einspritzeinheiten mit je einem Einspritzventil, einer Speicherkammer und einer Drosselungsvorrichtung, geeignet für einen Sechszylindermotor, wobei die hydraulischen Leitungsmittel, wie Brennstoffspeiseleitung und Brennstoffleitungen, sowie die Einspritz- einheiten im Längsschnitt gezeigt sind;

Fig. 2 ein Längsschnitt durch eines der sechs in Fig. 1

gezeigten Einspritzventile mit zugeordneter diskreter Speicherkammer und einer als Einweg- Rückschlagventil mit parallelgeschalteter Bypassdrossel ausgestalteten Drosselungs- Vorrichtung in vergrösserten Massstab gegenüber

Fig. 1, wobei die dem Einspritzventil zugeordnete Speieherkämmer vom Brennstoff durchflössen wird (= Durchfluss-Speicherkammer) ;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 nochmals vergrösserte, partielle Schnittdarstellung des Rückschlagventils mit Parallelschaltung der Bypassdrossel;

Fig. 4 eine Schnittzeichnung einer unterschiedlichen

Ausführungsform des Rückschlagventils mit

Parallelschaltung der Bypassdrossel, wo die Bypassdrossel im Körper des Rückschlagventils hergestellt ist;

Fig. 5 in gleicher Darstellung wie in Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Einspritzeinheit mit Anordnung des Rückschlagventils mit Bypassdrossel zwischen Speicherkammer und

Einspritzventil oberhalb des Hochdruckzulaufs, wobei der Hochdruckzulauf seitlich angeordnet ist, und die Speicherkammer vom Brennstoff nicht durchflössen wird (= Sackgasse-Speicherkammer) ;

Fig. 6 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 und 5 eine dritte Ausführungsform der Einspritzeinheit mit Anordnung des Rückschlagventils mit Bypassdrossel zwischen Speicherkammer und Einspritzventil unterhalb des Hochdruckzulaufs, wobei die Speicherkammer des Einspritzventils eine Sackgasse-Speicherkammer ist (vom

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Brennstoff nicht durchflössen) ;

Fig. 7 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 eine Variante des Speichereinspritzsystems, wobei die Leitungsmittel einen Verteilerblock aufweisen;

Fig. 8 eine gegenüber Fig. 7 vergrössert dargestellte alternative Konstruktion des Verteilerblocks mit doppelwirkenden überlast-Durchflussbegrenzungs- ventilen;

Fig. 9 in gleicher Darstellung wie Fig. 8 eine zweite alternative Konstruktion des Verteilerblocks mit einfachwirkenden überlast-Durchflussbegrenzungs- ventilen;

Fig. 10 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 und 7 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Speicher- einspritzsystems mit einer Hochdruckförderpumpe pro Einspritzeinheit;

Fig. 11 ein Diagramm mit den zeitabhängigen

Druckverläufen in den Speicherkammern und somit am Eingang des Einspritzventils eines Speichereinspritzsystems gemäss Fig. 1 mit acht

Einspritzeinheiten;

Fig. 12 ein Diagramm in gleichem Massstab wie Fig. 11 mit den zeitabhängigen Druckverläufen am Eingang der Einspritzventile eines Einspritzsystems wie es der Fig. 11 zugrunde liegt, wobei den

Einspritzventilen jedoch keine diskreten Speicherkammern mit Drosselungsvorrichtung zugeordnet sind, sondern die Brennstoffspeiseleitung als Common Rail mit entsprechenden

Speichervolumen ausgebildet ist;

Fig. 13 einen Ausschnitt aus dem Diagramm von Fig. 12 mit dem Druckverlauf in der Speicherkammer und somit am Eingang des Einspritzventils während eines Einspritzvorgangs dieses Einspritzventils;

Fig. 14 in gleicher Darstellung wie Fig. 13 einen entsprechenden Zeitausschnitt aus dem Diagramm der Fig. 12;

Fig. 15 ein Diagramm mit dem zeitabhängigen Verlauf des Brennstoffflusses durch die Düse eines

Einspritzventils und des Brennstoffflusses in die betreffende Speicherkammer bei einem

Einspritzvorgang gemäss Fig. 11 und 13; und

Fig. 16 in gleicher Darstellung wie Fig. 15 den zeitabhängigen Verlauf des Brennstoffflusses durch die Düse eines Einspritzventils und des Brennstoffflusses am Eingang des Einspritzventils bei einem Einspritzvorgang gemäss Fig. 12 und 14.

Figur 1 zeigt ein Speichereinspritzsystem 10, bei welchem eine Hochdruckfördereinrichtung 12 schematisch dargestellt ist. In der Regel ist die Hochdruckfördereinrichtung 12 eine Hochdruckpumpe 12', welche von der Brennkraftmaschine mechanisch und mit festem Drehzahlverhältnis angetrieben wird. Innerhalb der Hochdruckpumpe 12' kann sich ein Hochdruck-Ausgleichsvolumen und zusätzlich ein Drucksensor zur Erfassung und Regelung des Systemhochdruckes befinden, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist. An der Auslassseite der Hochdruckpumpe 12' beziehungsweise Hochdruck- fördereinrichtung 12 schliesst, in der Regel mit einer

Hochdruckverschraubung befestigt, ein Hochdruck- Leitungssystem an. Das aus hydraulischen Leitungsmitteln 13 aufgebaute Leitungssystem besteht aus einer sich in Längsrichtung erstreckende Brennstoffspeiseleitung 14 (die normalerweise aus mehreren in Längsrichtung zusammengesetzten Leitungsstücken 14" besteht) und aus je einer Brennstoffleitung 16 pro Einspritzventil 18, von denen insgesamt sechs vorhanden sind. Das dargestellte Speichereinspritzsystem 10 eignet sich somit für einen Sechszylindermotor. Es können auch andere als Sechszylindermotoren zur Anwendung kommen, die in allen möglichen, üblichen Zylinderzahlen verwendet werden. Die sechs Brennstoffleitungen 16 sind mit der Brennstoffspeiseleitung 14 an den Verzweigungsstellen 26 strömungsverbunden. Obschon die Brennstoffspeiseleitung 14 und die Brennstoffleitungen 16 von Fig. 1 mit gleichem Querschnitt gezeichnet sind, können diese Querschnitte unterschiedlich gross sein (der Durchmesser der Brennstoffleitungen 16 kann beispielsweise auch um die Hälfte des Durchmessers der Brennstoffspeiseleitung 14 betragen) . Das Gesamtvolumen der Brennstoffleitungen 14 und 16 ist aber in der Summe von zu geringer Speicherwirkung, um alleine die geforderten, reproduzierbar gleichen Einspritzvorgänge der Einspritzventile 18 zu realisieren.

Je eine Brennstoffleitung 16 mündet bei jedem Einspritzventil 18, in Richtung der Längsachse 20 des betreffenden Einspritzventils, in eine dem Einspritzventil 18 zugeordnete Speicherkammer 22 (siehe auch Fig. 2) . Die Brennstoffleitungen 16 könnten auch seitlich in die Speicherkammern 22 münden. Zwischen jeder Brennstoffleitung 16 und jeder Speicherkammer 22 ist in unmittelbarer Nähe der Speicherkammer 22 ein Einweg-

Rückschlagventil 24a mit Parallelschaltung einer Bypassdrossel 24b angeordnet. Vereinfachend wird diese Anordnung Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 genannt und sie bildet eine Drosselungsvorrichtung 25. Das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 könnte auch irgendwo in der Brennstoffleitung 16 zwischen der dazugehörigen Speicherkammer 22 und der Verzweigungsstelle 26 angeordnet werden, oder auch in die Verzweigungsstelle 26, die als hydraulisches T-Stück mit Anschlussverschraubungen ausgeführt werden kann, integriert werden. Dabei spielt die Strömungsrichtung für das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 eine wichtige Rolle, und vor allem die Tatsache, dass jedem Einspritzventil 18 sowohl ein Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 als auch eine Speicherkammer 22 zugeordnet sind. Jedes Einspritzventil 18 mit der zugeordneten Speicherkammer 22 und dem zugeordneten Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 bilden eine Einspritzeinheit 27.

Bei der Beschreibung der in den Figuren 2 - 10 gezeigten Ausführungsformen werden für die entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen benützt, wie weiter oben im

Zusammenhang mit der Beschreibung des in der Figur 1 gezeigten Speichereinspritzsystems 10. Weiter werden im

Folgenden nur noch die Unterschiede zum in der Figur 1 gezeigten Speichereinspritzsystem 10 beziehungsweise bereits vorgängig beschriebenen Ausführungsbeispielen dargelegt .

Im Längsschnitt des Einspritzventils 18 von Figur 2 verbindet eine Bohrung 28 in einem Einspritzventilgehäuse 30, in welchem auch die Speicherkammer 22 ausgebildet ist, die Speicherkammer 22 mit einer weiteren Bohrung 32 in einer Düse 34 des Einspritzventils 18. Die Bohrung 28 und

die weitere Bohrung 32 bilden einen Verbindungskanal 33. Ferner besitzt das Einspritzventil 18 ein Einspritzventilglied 36 mit einem Steuerkolben 35, dessen Unterseite mit 35a bezeichnet ist, eine Führungshülse 37 für das Einspritzventilglied 36, eine Einspritz- ventilgliedfeder 38, einen Steuerraum 39, eine hydraulische Steuereinrichtung 40, einen Düsenvorraum 41, in welchen der Verbindungskanal 33 mündet, und eine Magnetventil-Aktuatoranordnung 42 (es könnte auch ein Piezoaktuator sein) .

Die Funktionsweise des Einspritzventils 18 ist zusammengefasst wie folgt: wird die Aktuatoranordnung 42 bestromt, spricht die hydraulische Steuereinrichtung 40 an. Dies bewirkt eine Bewegung des Einspritzventilgliedes 36 weg von einem Düsensitz 44 der Düse 34, womit Brennstoff unter hohem Druck von der Speicherkammer 22 über die Bohrung 28 und weitere Bohrung 32 zu den Düsen- Spritzöffnungen 46 der Düse 34 fliesst und der Einspritzvorgang beginnt. Wird die Aktuatoranordnung 42 entströmt, wird über die hydraulische Steuereinrichtung 40 das Einspritzventilglied 36 in Richtung des Düsensitzes 44 bewegt, bis der Einspritzvorgang unterbrochen wird. Zur genauen Beschreibung des Aufbaus und der funktionsweise wird auf den Stand der Technik verwiesen, beispielsweise auf das CH-Patentgesuch 00676/05 und die entsprechende WO-Anmeldung PCT/CH2006/000191, welche diesen Teil des Einspritzventils 18 exakt beschreiben. Die gegenüber der Längsachse 20 desachsiert gezeigte Aktuatoranordnung 42 könnte auch auf der Längsachse 20 angeordnet sein.

Die Unterseite 35a des Steuerkolbens 35 des Einspritzventilgliedes 36, die Führungshülse 37 und der Steuerraum 39 befinden sich unterhalb der Speicherkammer

22. Die Speicherkammer 22 des Einspritzventils 18 ist über die Bohrung 28 und weitere Bohrung 32 hydraulisch praktisch widerstandslos mit dem Düsenvorraum 41 verbunden. Auch die nicht im Detail gezeigten Durchgänge (für Details wird wiederum auf das CH-Patentgesuch 00676/05 und die WO-Anmeldung PCT/CH2006/000191 verwiesen) für den Brennstofffluss vom Düsenvorraum 41 zu der Region 43 unmittelbar vor dem Düsensitz 44 sind so dimensioniert, dass während des Einspritzvorgangs ein möglichst geringer Druckabfall zwischen dem Düsenvorraum 41 und der Region 43 entsteht.

Rein illustrativ wird auf den Volumeninhalt der Speicherkammer 22 hingewiesen, der bei der Einspritzeinheit 27 gemäss Fig. 1 und 2, ausgelegt für eine Motor-Volllasteinspritzmenge von 2500 mm ³ pro Einspritzung zwischen 50 und 100 cm ³ betragen kann. Zum Vergleich wird bei einem Einspritzsystem, wie es im Fachartikel "Das Akkumulator-Common-Rail-Einspritzwystem für die MTU-Baureihe 8000 mit 1800 vor Systemdruck" beschrieben ist, bei einer Volllasteinspritzmenge von 3300 mm ³ pro Einspritzung ein Einzelspeicher von 400 cm ³ verwendet, also ein 3 bis 6 Mal grosserer Speicher. Es ist einleuchtend, dass es wesentlich einfacher ist, einen Speicher wie jener zum Einspritzventil 18 in das Einspritzventilgehäuse 30 zu integrieren.

Bei jeder Einspritzung eines Einspritzventils 18 fliesst der Hochdruckbrennstoff vom der Brennstoffleitung 16 durch die Speicherkammer 22 hindurch, um über die Bohrung 28 und weitere Bohrung 32 zum Düsenvorraum 41 und folglich zur Düse 34 zu gelangen. Die Speicherkammer 22 wird vom Brennstoffstrom durchflössen, es ist also eine Durchfluss- Speicherkammer 22'. Rein illustrativ können die

Durchmesser der Brennstoffleitungen 14 und 16 (Fig. 1), wiederum ausgelegt für eine Volllasteinspritzmenge von

2500 mm ³ pro Einspritzung, zweischen 3 und 9 mm, beispielsweise 6 mm, betragen.

Gemäss Figur 3 weist das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 das Rückschlagventil 24a mit einer Kugel 50, einem Rückschlagventilsitz 52 und einer Rückschlagventilfeder 54, eine Bypassdrossel 56 sowie einem Eingang der Brennstoffleitung 16 und einem Ausgang 58 in die Speicherkammer 22 auf. In der in Figur 3 gezeigten Position befindet sich die Kugel 50 am Rückschlagventilsitz 52 in Anlage; es findet kein Durchfluss durch das Rückschlagventil 24a statt. Mit 48 ist die Strömungsrichtung des Hochdruckbrennstoffes gezeigt, wenn das Einspritzventilglied 36 des Einspritzventils 18 offen ist und der Einspritzvorgang stattfindet .

Bekannt ist, dass die kinetische Energie der Strömung durch eine Drossel weitgehend verloren geht und in Wärme umgewandelt wird, was bei der Bypassdrossel 56 der Fall ist. Die Bypassdrossel 56 weist einen effektiven Strömungsquerschnitt auf, der vorzugsweise etwas kleiner ist als der gesamte effektive Strömungsquerschnitt der Düsen-Spritzöffnungen 46 (der Auslegungsbereich bewegt sich je nach der spezifischen Ausführung und der Anzahl Einspritzventile 18 des Einspritzsystems 10 zwischen 0,3 und 3 Mal) . Die Rückschlagventilfeder 54 ist vorzugsweise nicht sehr stark und gestattet ein öffnen des Rückschlagventils 24a, das heisst die Bewegung der Kugel 50 in Strömungsrichtung 48 weg vom Rückschlagventilsitz 52, bei einer Druckdifferenz von beispielsweise 20 bar (der Auslegungsbereich bewegt sich je nach Vorspannung der

Feder 54 zwischen etwa 2 bis etwas über 50 bar) .

In einer alternativen Konstruktionsvariante des Speichereinspritzsystems 10 von Fig. 1 werden die Brennstoffleitungen 16 zu den Einspritzeinheiten 27 weggelassen und die Brennstoffleitungsstücke 14' so angeordnet, dass diese die Einspritzeinheiten 18 in Serie verbinden. Dies kann so realisiert werden, dass ein T-Stück mit integriertem Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 ein erstes Leitungsstück 14', welches zur Seite der Hochdruckpumpe 12' führt, mit einem zweiten Leitungsstück 14', welches zum nächsten Einspritzventil 18 führt, verbindet und der dritte T-Anschluss über das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 zur Speieherkämmer 22 des Einspritzventils 18 führt. Beim letzten Einspritzventil 18 dieser Kette ist der freie Leitungsanschluss entweder blind oder aber er wird zurück zur Hochdruckpumpe 12' oder zum ersten Einspritzventil 18 der Serie geführt. In diesem letzten Fall entsteht eine umlaufende, kreisformähnliche Anordnung der Leitungsstücke 14'. Die Leitungsstücke 14' können gerade oder gebogen, sowie gleich oder ungleich lang sein, wobei eine Anordnung bei der die Länge der Leitungsstücke 14 ' gleich lang oder nur geringfügig ungleich ist, meistens sinnvoll ist.

Die Funktionsweise des Brennstoffspeichereinspritzsystems 10 von Figur 1 zusammen mit den Einspritzventilen 18 gemäss Figur 2, dem Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 gemäss Figur 3 und der Speicherkammer 22 ist wie folgt:

Zu Beginn des Einspritzvorgangs fliess bei zunächst geschlossenem Rückschlagventil 24a Brennstoff aus der Speicherkammer 22 durch die Bohrung 28 und weitere Bohrung

32 und wird durch die Düsen-Spritzöffnungen 46 in den

Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt (Brennraum und Brennkraftmaschine sind nicht gezeigt) . Dadurch entspannt sich der Brennstoff unter leichtem Druckabfall in der Speicherkammer 22. Die Bypassdrossel 56 kann nicht genügend Brennstoff nachfördern, was zum Abheben der Kugel 50 ab dem Rückschlagventilsitz 52 in Richtung der Strömung 48 führt, womit der Nachschub von Kraftstoff aus der Brennstoffleitung 16 in die vom Brennstoff durchflossene Speicherkammer 22 beginnt. Dieser Vorgang bewirkt eine dynamische Druckabsenkung in der Brennstoffleitung 16, die sich mit Schallgeschwindigkeit in das Brennstoffleitungssystem fortpflanzt. In der Fortsetzung des Einspritzvorgangs sinkt der Druck in der Speicherkammer 22 weiter ab. Diese Druckabsenkung kann wegen der reduzierten Dimensionen der Speicherkammer 22 bei einem Anfangsdruck von beispielsweise 1600 bar bis zu einigen hundert bar

(beispielsweise 100-400 bar) betragen, und sie propagiert sich wiederum dynamisch in die Brennstoffleitung 16 und in das Brennstoffleitungssystem. Dadurch, dass die Brennstoffleitung 16 über das offene Rückschlagventil 24a mit der Speicherkammer 22 kommuniziert, ist die Druckabsenkung in der Speicherkammer 22 jedoch kleiner, als wenn bei gleichem Speicherkammervolumen nur die Bypassdrossel 56 dazwischen geschaltet wäre, also kleiner als beispielsweise bei einem Einspritzsystem gemäss der DE 32 27 742. Dadurch, dass die Speicherkammer 22 nahe dem Düsensitz 44, aber mittels der Bohrung 28 und weitere Bohrung 32 oberhalb des Steuerkolbens 35 des Einspritzventilgliedes 36 vorgelagert ist, ist ferner die Amplitude der dynamischen Druckabsenkung in der Brennstoffleitung 16 geringer als in einem der EP 0 264 640 A offenbarten Einspritzsystem, wo es keine jedem Einspritzventil 18 zugeordnete Speicherkammer 22

hat .

Bei einem Einspritzvorgang, welcher einer Volllasteinspritzung der dazugehörigen Brennkraftmaschine entspricht, dauert die Phase der Druckabsenkung in der Speicherkammer 22 bis etwa zur Hälfte der gesamten Einspritzdauer an. Diese Angabe ist rein indikativ und kann je nach Anwendung nach oben oder nach unten variieren. Die dynamische Druckabsenkung in der Brennstoffleitung 16 erfasst nun auch die Brennstoffspeiseleitung 14, die Brennstoffleitungen 16 der anderen, insbesondere benachbarten Brennstoffeinspritzventilen 18 und über die Bypassdrosseln 56 auch die betreffenden Speicherkammern 22. Alle diese Elemente mit Hochdruckbrennstoff haben eine Speicherwirkung. Die Strömungsrichtung aus den Speicherkammern 22 der benachbarten und allenfalls weiteren Brennstoffeinspritzventile 18 ist jedoch entgegen der Strömungsrichtung 48 des Einspritzventils 18, wo die Einspritzung stattfindet. Deswegen bleiben die Rückschlagventile 52 der benachbarten und allenfalls weiteren Einspritzventile 18 geschlossen und der Brennstoffnachschub aus den zugeordneten Speicherkammern 22 findet alleine durch die Bypassdrosseln 56 statt, was bei den benachbarten und allenfalls weiteren Speicherkammern 22 nur einen geringeren Druckabfall als in der Speicherkammer 22 des gerade arbeitenden Einspritzventils 18 verursacht.

Da aber mehrere Speicherkammern 22 über ihre Bypassdrosseln 56 Hochdruckbrennstoff nachschieben können, bewirkt der insgesamt im Speichereinspritzsystem 10 stattfindende Nachschub von Brennstoff in der Brennstoffleitung 16 und in der Speicherkammer 22 des

einspritzenden Einspritzventils 18 eine vorteilhafte Erholung des Einspritzdruckes in der zweiten Hälfte des Einspritzvorganges, die sich bis zum Ende der Volllasteinspritzdauer fortsetzt. Der Einspritzdruck in dieser Phase steigt an den Düsen-Spritzöffnungen 46 an und erreicht gegen Ende des Einspritzvorgangs einen erwünscht hohen Wert; siehe dazu auch Fig. 13 mit der dazugehörenden Beschreibung.

Wird nun der Einspritzvorgang rasch beendet, findet in der Bohrung 28 und weiteren Bohrung 32 wegen dem abrupten Abbremsen der Flüssigkeitssäule am Düsensitz 44 eine dynamische Druckerhöhung statt. Diese propagiert sich bis zur zugeordneten Speieherkämmer 22 und wird vom Speicherkammervolumen gedämpft. Ferner kann sich die verbleibende Druckerhöhung von der Speicherkammer 22 heraus, ebenfalls nur gedämpft, über die Bypassdrossel 56 und entgegen der Strömungsrichtung 48 im übrigen Teil des Speichereinspritzsystems 10 propagieren, da das Rückschlagventil 52 einen Durchfluss entgegen der Strömungsrichtung 48 nicht zulässt. Die Bypassdrossel 56 vernichtet einen wesentlichen Teil der von der Strömung durch die Bypassdrossel 56 hindurch mitgeführten Energie und lässt keine schwer kontrollierbaren Druckamplituden im Speichereinspritzsystem 10 entstehen.

Die Anordnung des Rückschlagventils mit Bypassdrossel 24 des Speichereinspritzsystems 10 von Figur 1 und des Einspritzventils 18 mit Speicherkammer 22 von Figur 2 hat also folgende Vorteile:

- sie dämpft die Druckschwankung in den Speicherkammern 22 von nicht einspritzenden Brennstoffeinspritzventilen

18 während der Einspritzung eines beliebigen

Einspritzventils 18,

sie dämpft die Druckschwankung zwischen dem einspritzenden Einspritzventil 18 und dem Rest des Speichereinspritzsystems 10 am Ende der Einspritzung, und

sie bewirkt eine vorteilhaft ansteigende Charakteristik des Einspritzdruckes in der zweiten Hälfte eines Volllasteinspritzvorgangs eines beliebigen Einspritzventils 18.

Nach dem Ende eines beliebigen Einspritzvorgangs bleiben im Speichereinspritzsystem 10 Druckunterschiede in den Speicherkammern 22 und Restschwingungen in der Brennstoffspeiseleitung 14 und Brennstoffleitungen 16 übrig. Durch geeignete Auslegung des Volumens der Speicherkammern 22, der Eigenschaften der Rückschlagventile mit Bypassdrosseln 24 (wie oben erwähnt) sowie der Brennstoffspeiseleitung 14 und der Brennstoffleitungen 16 eines bestimmten Einspritzsystems 10 wird darin ein sich für alle Einspritzventile 18 immer wiederholendes, praktisch gleiches Wellenmuster erzeugt, so dass alle Einspritzventile 18 des Einspritzsystems 10, vom Druckverlauf her betrachtet, praktisch gleiche Bedingungen für die Einspritzung erhalten (siehe dazu Fig. 11) . Dies gestattet die Anordnung einer Anzahl von Einspritzventilen 18 im Speichereinspritzsystem 10 mit der einfachen Anordnung von Fig. 1, normalerweise bis zu 8 Einspritzventilen 18 und in gewissen Fällen mehr. Das aufwendige und kostspielige Common Rail wird durch einfache hydraulische Leitungsmittel 13 - Brennstoff- speiseleitung 14 und Brennstoffleitungen 16 - ersetzt. Diese können alle im wesentlichen den gleichen

Durchflussquerschnitt aufweisen.

Figur 4 zeigt eine andere konstruktive Ausführung des Rückschlagventils mit Bypassdrossel 24, die jedem Einspritzventil 18 zugeordnet ist. Bei dieser Ausführung wirkt ein nadeiförmiges Verschlussglied 60 mit dem Rückschlagventilsitz 52 zusammen. Stirnseitig und in Richtung der Längsachse 20 weist das Verschlussglied 60 die Bypassdrossel 56 auf, die in eine Bohrung 62 und anschliessend in eine Aussparung 64 im Verschlussglied 60 mündet. Die Aussparung 64 nimmt die Rückschlagventilfeder 54 auf. Das nadeiförmige Verschlussglied 60 hat radial aussen eine Führung 66, die das Verschlussglied 60 betriebssicher führt, und ferner mindestens einen Durchlass 68 am Umfang des Verschlussgliedes 60 (es können auch zwei oder drei Durchlässe 68 sein) . Der Gesamtquerschnitt des Durchlasses 68 ist genügend gross, um nur einen sehr kleinen Strömungswiderstand darzustellen. Die Wirkungsweise dieser Drosselungsvorrichtung 25 ist dieselbe wie jener gemäss Fig. 3. In allen Ausführungsbeispielen kann das Rückschlagventil mit Bypassdrossel gemäss Fig. 4 ausgebildet sein.

In Figur 5 befindet sich das dem Einspritzventil 78 zugeordnete Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 zwischen der Speicherkammer 22 und der Düse 34, wobei der Hochdruckzulauf 70 zum Einspritzventil 78 seitlichen im Einspritzventilgehäuse 30 unterhalb des Rückschlagventils mit Bypassdrossel 24 angeordnet ist. Der mit der Brennstoffleitung 16 verbundene Hochdruckzulauf 70 verzweigt sich nach unten in die Bohrung 28 und nach oben in die kurze Bohrung 72, die zum Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 führt. Das Rückschlagventil mit

Bypassdrossel 24 ist somit im Verbindungskanal 33 angeordnet, der - durch die Bohrungen 28, 32 und 72 - den Speicherraum 22 mit dem Einspritzventil 78 verbindet. Der Hochdruckzulauf 70 könnte auch vertikal und parallel zur Längsachse 20, oder in einem Winkel dazu verlaufen. Wichtig bei diesem Beispiel ist, dass sich das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 zwischen dem Hochdruckzulauf 70 und der Speicherkammer 22 befindet. Dadurch wird die Speicherkammer 22 des Einspritzventils 78 während eines Einspritzvorgangs vom Brennstoff nicht durchflössen und sie entleert sich partiell in die Bohrung 72. Die als Sackgasse-Speicherkammer 22" wirkende Speicherkammer 22 befindet sich oberhalb des Steuerkolbens 35 des Einspritzventilgliedes 36 und ist auch hier diesen Elementen vorgelagert.

Diese Anordnung führt zu einem gegenüber der Einspritzeinheit 27 gemäss Fig. 2 unterschiedlichen Verhalten des Einspritzventils 78 im gesamten Speichereinspritzsystem 10, und zwar wie folgt:

Zu Beginn des Einspritzvorgangs wird der Brennstoff mehrheitlich aus der Brennstoffleitung 16 durch die Bohrungen 70, 28 und 32 zu den Düsen-Spritzöffnungen 46 fHessen. Mit der Auslegung des Querschnitts der Bypassdrossel 56 und der Kraft der Feder 54 (siehe Fig. 3) kann bestimmt werden, wie viel Brennstoff anteilmässig zu Beginn der Einspritzung von der Speicherkammer 22 zu den Düsen-Spritzöffnungen 46 fliesst und wann das Rückschlagventil 52 öffnet. Bis etwa zur Hälfte eines Volllasteinspritzvorgangs sind die Verhältnisse ansonsten ähnlich zu jenen der Anordnung gemäss der Figuren 1 und 2.

Gelangt nun die dynamische Druckabsenkung in einem

Einspritzventil 78 über die Brennstoffspeiseleitung 14 und Brennstoffleitung 16 zum Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 eines benachbarten Einspritzventils 78, kann auch dessen Rückschlagventil 24a öffnen und zusätzlich zur zugeordneten Bypassdrossel 56 Brennstoff aus der Speicherkammer 22 dynamisch zur einspritzenden Einspritzeinheit 27 nachschieben. Gelangt die dynamische Druckerholungswelle zum einspritzenden Einspritzventil 78, wird nun das Rückschlagventil 24a dieses einspritzenden Einspritzventils 78, bei Ankunft der Druckerholungswelle auf der Schliessseite des Rückschlagventils 24a, das Durchlassen der Druckerholungswelle zur Speicherkammer 22 dieses einspritzenden Einspritzventils 78 versperren und fast die gesamte Druckwellenamplitude gelangt somit praktisch ungedämpft als Druckerhöhung zu den Düsen- Spritzöffnungen 46 (vermindert um jenen Anteil, der über die Bypassdrossel 24b in die Speicherkammer 22 dieses einspritzenden Einspritzventils 78 gelangen kann) .

Das gegenüber der Anordnung von Figur 2 unterschiedliche schaltverhalten der Rückschlagventile 24a in der zweiten

Hälfte des Einspritzvorgangs bildet einen ersten wesentlichen Unterschied. Dieser dynamische Vorgang kann eine kräftigere Druckerholung in der zweiten Hälfte des

Volllasteinspritzvorgangs hervorbringen als bei der Anordnung gemäss den Figuren 1 und 2.

Bereits bei nur zwei Einspritzventilen 78 mit zwei zugeordneten Speicherkammern 22, zwei zugeordneten Rückschlagventilen mit Bypassdrosseln 24 und den dazugehörigen Brennstoffspeise- und Brennstoffleitungen 14, 16 ist diese Anordnung sehr wirksam. Bei Brennstoffeinspritzsystemen 10 mit mehr als zwei Einspritzventilen 78 ist gegenüber der Anordnung der

Figuren 1 und 2 eine zusätzliche Reduktion des Gesamtvolumens an gespeicherten Hochdruckkraftstoff erzielbar. Die Anordnung des Rückschlagventils mit Bypassdrossel 24 des Einspritzventils 78 von Fig. 5 bietet somit in Bezug auf die dynamische Druckerholungswelle im zweiten Teil des Einspritzvorgangs mehr Vorteile als jene gemäss den Fig. 1 und 2.

Der zweite wesentliche Unterschied zur Anordnung von Figur 2 ist die nicht vom Brennstoff durchflossene Speicherkammer 22, die also als Sackgasse-Speicherkammer 22" wirkt. Wird der Einspritzvorgang rasch beendet, findet in den Bohrungen 28 und 32 wegen dem abrupten Abbremsen der Flüssigkeitssäule am Düsensitz 44 wiederum eine dynamische Druckerhöhung statt. Diese propagiert sich stärker ins Leitungssystem als bei der Anordnung von Fig. 1 und 2, da sie nur über die Bypassdrossel 56 zur Speicherkammer 22 des Einspritzventils 78, welches gerade den Einspritzvorgang beendet hat, gelangen kann und folglich das Speicherkammervolumen von dieser dynamischen Druckerhöhung nicht durchflössen wird und die Druckerhöhung weniger gedämpft wird.

In einer nicht gezeigten Ausführungsvariante eines Einspritzventils gemäss der vorliegenden Erfindung hat das Einspritzventil eine Sackgasse-Speicherkammer 22" und das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 befindet sich am Eingang des seitlichen Hochdruckzulaufs 70 des Einspritzventils. Diese Ausführung verhält sich praktisch gleich, wie jene des Einspritzventils 18 von Figur 2.

Eine in Fig. 5 mit einer gestrichelten Linie gezeigte erste Trennlinie 74 bezieht sich auf eine erste alternative Ausführungsform, bei der die Speicherkammer 22

mit einem eigenen Speicherkammergehäuse 80 als vom Einspritzventil 78 getrennte Einheit zu verstehen ist. Das Speicherkammergehäuse 80 ist dann entweder mit einer kurzen Leitung oder mittels Verschraubung mit dem Einspritzventilgehäuse 30 verbunden, bleibt aber jedenfalls dem Einspritzventil 78 zugeordnet. Das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 ist weiterhin im Abschnitt des Verbindungskanals 33 des Einspritzventilgehäuses 30 angeordnet. Eine zweite Trennlinie 76 zeigt eine zweite alternative Ausführungsform, bei der das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 im Speicherkammergehäuse 80 integriert ist. Auch bei dieser zweiten Alternative kann die Verbindung mit dem Einspritzventilgehäuse 30 entweder mit einer kurzen Leitung oder mittels Verschraubung realisiert werden und die Zuordnung zum Einspritzventil 78 bleibt bestehen. Diese alternativen Ausführungsformen gestatten einen grosseren gestalterischen Spielraum und können auch beim Einspritzventil 18 (Figur 1) und bei dem weiter unten beschriebenen Einspritzventil 88 (Figur 6) und ebenfalls bei der Variante mit Serienschaltung zwischen den Leitungsstücken 14' zusammen mit den Einspritzventilen 18, 78 und 88 angewendet werden.

Bei einer weiteren, nicht gezeigten alternativen Ausführungsform der Einspritzventile 18, 78, 88 befindet sich die Speieherkämmer 22 seitlich angeordnet, entweder parallel zur Längsachse 20 desachsiert oder in einem

Winkel (von beispielsweise 90°) zur Längsachse 20. Auch hier kann das Gehäuse der Speicherkammer 22 einstückig mit dem Einspritzventilgehäuse 30 (beispielsweise ist diese

Baueinheit als Schmiedestück hergestellt) , oder als zwei miteinander verschraubte Komponenten ausgeführt sein.

In Figur 6 befindet sich das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 des Einspritzventils 88 im Verbindungskanal 33 zwischen der Speicherkammer 22 und der Düse 34 unterhalb des seitlichen Hochdruckzulaufs 70. Ansonsten ist die Einspritzeinheit 27 gemäss Fig. 6 gleich ausgebildet wie jene gemäss Fig. 5. Der Hochdruckbrennstoff kann hier über die BrennstoffSpeiseleitung 14 und Brennstoffleitungen 16 in allen Speicherkammern 22 des Speichereinspritzsystems 10 ungehindert zirkulieren, wobei der Zu- und Rücklauf zu und von der Düse 34 vom Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 gesteuert wird. Im ersten und zweiten Teil eines Volllasteinspritzvorgangs stellt der Einspritzverlauf eine Mischform dessen dar, was im Speichereinspritzsystem 10 bei Verwendung der Einspritzventile 18 oder 78 der Fall ist. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der besonders kurzen Wegstrecke mit kleinem Volumen zwischen Düsen-Spritzöffnungen 46 und Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24. Dadurch wird die beim raschen Beenden des Einspritzvorgangs entstehende überdruckschwingung, die eine hohe Schwingungsfrequenz hat, sehr rasch gedämpft.

Allerdings muss bei einem Speichereinspritzsystem 10 mit der Ausführung der Einspritzeinheiten 27 gemäss Fig. 6 der Welligkeit der dynamischen Druckschwingungen, die eine niedrigere Schwingungsfrequenz haben, besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden, da diese Druckschwingungen zwischen den Speicherkammern 22 des Speichereinspritzsystems 10 nur schwach gedämpft sind und zu übermässig ungleichen Einspritzvorgängen der Injektoren 88 führen können. Die Anordnung des Rückschlagventils mit Bypassdrossel 24 des Einspritzventils 88 kann bei mehr als vier ungedämpft miteinander verbundene Injektoren 88 problematisch sein. Lösungen dieser Problematik werden im

Zusammenhang mit dem Speichereinspritzsystem 90 gemäss Figur 7 und den Figuren 8 und 9 beschrieben.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemässen Speichereinspritzsystems 90 sind die Hochdruckfördereinrichtung 12 und die Einspritzventileinheiten 27 ausgebildet wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 offenbart. Die hydraulischen Leitungsmittel 13 weisen jedoch einen Verteilerblock 96 auf, zu dem die Brennstoffspeiseleitung 92 und alle Brennstoffleitungen 94a bis 94f geführt und mit diesem, beispielsweise mit Hochdruckverschraubungen, verbunden sind (nicht im Detail gezeigt) . Der Verteilerblock 96 ist mit Bohrungen 98 versehen, welche die Brennstoffspeiseleitung 92 und alle Brennstoffleitungen 94a bis 94f hydraulisch miteinander verbinden. Bei der Anordnung von Fig. 7 mit sechs Einspritzventilen 18 sind die Brennstoffleitungen 94a und 94f, 94b und 94e, sowie 94c und 94d paarweise gleich lang dargestellt. Alternativ kann man alle Brennstoffleitungen 94a bis 94f gleich lang ausbilden, damit die Wellenlaufzeiten von jedem Einspritzventil 18 zum Verteilerblock 96 gleich lang dauern. Auch unterschiedliche Leitungslängen, die nicht paarweise gleich sind, sind denkbar. Der Vorteil der Anordnung mit Verteilerblock 96 liegt in der zentralen Position desselben, die alle Hochdruckverschraubungen in diesem Verteilerblock 96 vereint. Auch hier weisen die Leitungsmittel 13 eine zu geringe Speicherwirkung auf, um alleine die geforderten, reproduzierbar gleichen Einspritzvorgänge der Einspritzventile zu ermöglichen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch Einspritzeinheiten wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, beim Speichereinspritzsystem 90 verwendet werden können, so wie

dies auch für das Speichereinspritzsystem 10 zutrifft.

In einer Konstruktionsvariante ist dem Verteilerblock 96 eine Speicherkammer 97 zugeordnet, wie dies in Figur 7 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Diese Speicherkammer 97 hat vorzugsweise etwa das gleiche Volumen wie jede der Speicherkammern 22. Das Volumen kann jedoch auch grösser sein, beispielsweise zwei bis sechs Mal so gross. Es handelt sich hierbei um eine einzige zusätzliche Speicherkammer 97. Wird die Speicherkammer 97 mit einer Drossel 93 oder aber mit einem Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24, mit dem Verteilerblock 96 verbunden, so kann diese Speicherkammer 97 erstens die einzelnen Einspritzvorgänge positiv beeinflussen, und zweitens die Welligkeit jener dynamischen Druckschwingungen, die eine niedrigere Schwingungsfrequenz haben, vorteilhaft dämpfen, was sich hauptsächlich bei Verwendung von Einspritzeinheiten 88 gemäss Fig. 6 positiv auswirkt. Der Nachteil besteht im zusätzlichen Bauaufwand der Speicherkammer 97.

Figur 8 zeigt eine Konstruktion des Verteilerblocks 99, die mit doppelwirkenden überlast-Durchflussbegrenzungs- ventilen 104 ausgerüstet ist. Durchflussbegrenzungs- ventile sind beispielsweise in der Publikation SAE-Paper 910 184 (1991) offenbart. Deren Zweck ist die Bewahrung der Brennkraftmaschine von einer überlast für den Fall, dass das Einspritzventilglied eines Einspritzventils unbeabsichtigt zu lange Zeit offen bleibt.

Der Hochdruckbrennstoff gelangt über die

Brennstoffspeiseleitung 100 in einen zu einer Achse 101 symmetrischen Verteilerblock 99 und über

Brennstoffleitungen 102a, 102b, 102c und 102d zu vier

Einspritzeinheiten 27. Mit 102' sind gestrichelt weitere mögliche Brennstoffleitungen bei einer mit 116 gestrichelt gezeigten Erweiterung des Verteilerblocks 99 angedeutet. Der Ventilkörper 106 jedes Durchflussbegrenzungsventils 104 ist doppelwirkend ausgeführt. Bei jedem Einspritzvorgang bewegt sich der Ventilkörper 106 in Richtung zur Brennstoffleitung 102, die zur Einspritzeinheit 27 mit dem einspritzenden Einspritzventil führt. Bei normaler Funktion des Speichereinspritzsystems 90 bewegt sich der Ventilkörper 106 nicht so weit, dass das konische Ende 110 bis zum Absperrsitz 112 gelangt. In den Ruhepausen zwischen Einspritzvorgängen wird der Ventilkörper 106 durch die Kraft einer Feder 108 in seine mittige Ruhelage gebracht. Wenn unbeabsichtigt bei einem zu lange dauernden Einspritzvorgang zu viel Brennstoff verlangt wird, gelangt dagegen das konische Ende 110 zum Absperrsitz 112 und schliesst den weiteren Brennstofffluss ab. Mit 114 sind leicht drosselnde, ringförmige Durchlassflächen zwischen dem Ventilkörper 106 und dem Körper des Verteilerblocks 99 bezeichnet. Sie liegen zwischen dem Brennstoffeinlass durch die Brennstoffspeiseleitung 100 und einem Vorraum 116 zu einer Brennstoffleitung 102. Ferner weisen die Ventilkörper 106 in der Mitte einen verjüngten Bereich 118 auf, um den ungehinderten Brennstoffdurchfluss von der Brennstoffleitung 100 und durch eine Bohrung 120 zu allen Durchflussbegrenzungsventilen 104 zu gewährleisten.

Der Vorteil dieser Lösung ist, dass ein doppelwirkendes Durchflussbegrenzungsventil 104 mindestens zwei Einspritzventile 18 bedient und dadurch die Anzahl Durchflussbegrenzungsventile 104 für einen bestimmten Motor gegenüber dem Stand der Technik mindestens halbiert wird.

In Konstruktionsvarianten ist im Brennstoffzufluss zum Verteilerblock 99, wie gestrichelt gezeichnet, eine Drossel 121a angeordnet. Anstelle dieser Drossel 121a kann eine Drossel 121b im BrennstoffZuflussabschnitt zwischen zwei je ein doppelwirkendes Durchflussbegrenzungsventil 104 aufnehmender Kammern 124 vorhanden sein. Es ist aber auch denkbar, beide Drosseln 121a und 121b einzubauen. Ferner kann dem Verteilerblock 99, analog wie beim Verteilerblock 96, eine Speieherkämmer 97 zugeordnet sein. Der Zweck dieser Elemente ist derselbe, wie im Zusammenhang mit der Konstruktionsvariante des Verteilerblocks 96 beschrieben. Auch in diesem Fall steigt der Bauaufwand.

Figur 9 zeigt eine weitere alternative Konstruktion des wiederum zur Achse 101 symmetrischen Verteilerblocks 128 mit zwei einfach wirkenden überlast-Durchfluss- begrenzungsventilen 122. Es wird nur der untere Teil des Verteilerblocks 128 beschrieben, welcher symmetrisch gleich zum oberen Teil ist. ähnlich wie beim weiter oben beschriebenen Beispiel gemäss Fig. 8 fliesst der Brennstoff in der Kammer 124 über ringförmige Durchflussflächen 114 zu dem Vorraum 116 und von hier in je einen Durchläse 132 mit drei Ausgängen für drei Brennstoffleitungen 13Od, 13Oe und 13Of, die je zu einer Einspritzeinheit 27 führen. Die zwei Ventilkörper 126 sind hier einfach wirkend. Bei übermässig langer Einspritzdauer wird das konische Ende 110 des betreffenden Ventilkörpers 126 wiederum in den Absperrsitz 112 gelangen und den Brennstoffdurchfluss nun bei drei Einspritzeinheiten 27 unterbrechen. Der Motor kann dann bei reduzierter Last immer noch betrieben werden, aber es fallen drei Zylinder aus anstatt nur ein Zylinder wie bei der Konstruktion von Fig. 8. Dafür ist die Anzahl Durchflussbegrenzungsventile

kleiner .

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Speichereinspritzsystems 152, welches jenem gemäss Fig. 1 sehr ähnlich ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Hochdruckfördereinrichtung 12 pro Einspritzeinheit 27 eine Hochdruckpumpe 12' aufweist, welche je über eine Brennstoffpumpenleitung 14" mit der Brennstoff- speiseleitung 14 beziehungsweise den Leitungsstücken 14 ' verbunden sind. Gezeigt sind Einspritzeinheiten 27 gemäss Figuren 1 und 2. Es können jedoch auch alle anderen beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.

Bei der in der Fig. 10 gezeigten Ausführungsform sind die Hochdruckpumpen 12' mit kurzfördernden Nocken ausge- stattet, wie dies bei Einspritzsystemen mit einer Hochdruckförderpumpe 12' pro Einspritzventil 18 üblich ist. Es ist jedoch auch möglich, die Nocken 154 als harmonische Exzenter auszubilden. Wird, wie in Fig. 10 gezeigt, ein kurzfördernder Nocken pro Einspritzeinheit 27 verwendet, kann das Volumen der Speicherkammern 22 jeder Einspritzeinheit 27 besonders klein gewählt werden; ein Volumen, das ca. 10 Mal so gross ist wie die Einspritzmenge für einen Volllasteinspritzvorgang kann ausreichen, da der dem gerade einspritzenden Einspritzventil 18 zugeordnete und zeitgleich oder kurz vor dem Einspritzvorgang beginnende und stattfindende Brennstoffförderstoss einen erheblichen Anteil der einzuspritzenden Menge unmittelbar in die betreffende Speicherkammer 22 fördert. In bevorzugter Weise überlappt sich der Pumpenvorgang jeder Hochdruckförderpumpe 12' wenigstens partiell, vorzugsweise vollständig, mit dem Einspritzvorgang der zugeordneten Einspritzeinheit 27.

Ein derartiges Speichereinspritzsystem eignet sich besonders für einen Retro-Fit an einer bestehenden Brennkraftmaschine, wobei die Hochdruckpumpen 12' des ursprünglichen konventionellen Einspritzsystems beibehalten werden können und somit lediglich neue Einspritzeinheiten 27 und neue hydraulische Leitungsmittel 13 nachgerüstet werden müssen.

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Speicherkammern 22 und das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 - die Drosselungsvorrichtung 25 - sowie die Einmündung der Bohrung 32 oberhalb der Unterseite 35a des Steuerkolbens 35 des Einspritzventilgliedes 36 angebracht, was eine besonders kompakte Gestaltung der Funktionselemente in der Düse 34 ermöglicht. Die Speicherkammer 22 und/oder das Rückschlagventil mit Bypassdrossel 24 können auch so eingebaut werden, dass sie unterhalb der Unterseite 35a des Steuerkolbens 35 Platz finden, analog zu bekannten Einspritzventilausführungen und unter eventueller Inkaufnahme eines langen Einspritzventilgliedes. Auch könnte die Ausführung so sein, dass nur die Bohrung 32 unterhalb des Unterseite 35a des Steuerkolbens 35 des Einspritzventilgliedes 36 einmündet .

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen weist das Speichereinspritzsystem keinen - allen Einspritzventilen gemeinsamen - Speicherraum in der Art eines Common Rails auf. Dies wird damit ausgedrückt, dass die hydraulischen

Verbindungsmittel eines erfindungsgemässen

Speichereinspritzsystems eine zu geringe Speicherwirkung haben, um alleine die geforderten, reproduzierbar gleichen

Einspritzvorgänge der Einspritzventile zu gestalten. Die

Verbindungsmittel können - in bevorzugter Weise - alle

wenigstens annähernd den gleichen Querschnitt aufweisen. Allfällige kleine Kammern oder Räume, wie sie beispielsweise für Durchflussbegrenzungsventile notwendig sind, oder allfällige Drosseln sollen mit umfasst sein. Wichtig ist jedoch, dass während jedem Volllast- einspritzvorgang Brennstoff auch aus andern Speicherkammern als der dem gerade einspritzenden Einspritzventil zugeordneten Speicherkammer und aus der Hochdruckfördereinrichtung zugeführt wird.

Die Drosselungsvorrichtung 25 kann beispielsweise auch wie eine "Hydraulik circular diode" ausgebildet sein.

Vorzugsweise weist ein erfindungsgemässes Speichereinspritzsystem mindestens drei Einspritzeinheiten 27 auf.

Für Dieselmotoren mit einer Leistung in der Grössenordnung von 250 KW pro Zylinder empfehlen sich Strömungsquerschnitte im Brennstoffleitungssystem entsprechend einem Durchmesser von etwa 6 mm. Für Leistungen von etwa 50 - 100 KW sind Durchmesser von 2 - 4 mm empfohlen.

Ein erfindungsgemässes Speichereinspritzsystem 10 wie in Fig. 1 gezeigt, für einen Achtzylinder-Dieselmotor mit einer Leistung von 250 KW pro Zylinder ist mittels einer rechnergestützten Simulation analysiert worden. Die Einspritzmenge pro Einspritzvorgang unter Volllast wurde bei 2000 mm ³ angesetzt und der Durchmesser der Brennstoffspeiseleitung 14 und Brennstoffleitungen 16 lag bei 6 mm. Der Systemhochdruck lag bei 1500 bar und jede der Speicherkammern 22 hatte ein Speichervolumen von 100 cm ³ . Die Diagramme der Figuren 11, 13 und 15 zeigen Ergebnisse dieser Simulation.

Zum Vergleich wurde auch ein Speichereinspritzsystem mit Common Rail simuliert. Dabei wurden die genau gleichen Vorgaben berücksichtigt. Der einzige Unterschied bestand darin, dass der Brennstoff mittels der Brennstoffleitungen 16 unmittelbar den Einspritzventilen 18 zugeführt wurde und dass ein den acht Speicherkammern 22 entsprechendes Volumen von 800 cm ³ - in der Art eines Common Rail - in die Leitungsstücke 14 ' verlegt wurde, indem deren Querschnitt entsprechend vergrössert angenommen wurde. Den Einspritzventilen 18 war somit keine individuelle Speicherkammer 22 und keine Drosselungsvorrichtung 25 zugeordnet. Resultate dieser Simulation zeigen die Diagramme der Fig. 12, 14 und 16.

In allen Diagrammen ist die Abszisse die Zeitachse, wobei die Zeit in Sekunden angegeben ist. Auf der Ordinate sind in den Fig. 11 bis 14 der Druck in Einheiten von 1000 bar und in den Fig. 15 und 16 die Durchflussmenge vom Brennstoff in Liter pro Minute aufgetragen.

Fig. 11 zeigt die Druckverläufe in allen acht Einspritzeinheiten 27 bei der Mündung der Bohrung 28 in der Speicherkammer 22 (siehe Fig. 2) . Mit Te ist die gut fünf Millisekunden lange Dauer des Einspritzvorgangs eines der Einspritzventile 18 bezeichnet. Die in diesem

Intervall nach unten auf etwa 1400 bar und wieder nach oben zurückverlaufende, gestrichelte Linie zeigt den Druck beim aktiven einspritzenden Einspritzventil 18, wogegen die überlagerung der Druckverläufe der übrigen sieben

Einspritzventile 18 in diesem Zeitintervall die bei ca.

1500 bar liegende dicke Linie bilden. Anschliessend an dieses Zeitinterwall Te verläuft der Druck am Eingang des

Einspritzventils 18, das gerade den Einspritzvorgang beendet hat, gemäss der oberhalb der dicken Linie

verlaufenden gestrichelten Linie. In entsprechender Art und Weise sind die acht aufeinander folgenden Einspritzvorgänge der acht Einspritzventile 18 gezeigt.

Der Fig. 11 ist zu entnehmen, dass für sämtliche Einspritzvorgänge annähernd dieselben Druckverhältnisse herrschen und dass in einem ersten Teil eines Einspritzvorgangs, während etwa der halben Zeit von Te, der Druck um etwa 100 bar abfällt und er sich in einem zweiten Teil des Einspritzvorgangs wieder auf etwa den ursprünglichen Druck von 1500 bar erholt.

Fig. 12 zeigt im gleichen Massstab die Druckverläufe am gleichen Ort - am Eingang der Bohrung 28 - jedes der acht Einspritzventile 18, jedoch beim Einspritzsystem mit Common Rail und ohne den Einspritzventilen 18 zugeordneten Speicherkammern 22 und Drosselungsvorrichtungen 25. Wie daraus leicht entnommen werden kann, sind die Druckschwankungen am Eingang der Einspritzventile 18 viel grösser und viel hoch frequenter als beim erfindungsgemässen Speichereinspritzsystem 10. Es ist leicht ersichtlich, dass Letzteres verlässlich bessere Einspritzbedingungen gewährleistet .

Fig. 13 zeigt den Druckverlauf des während des in Fig. 11 mit Te hervorgehobenen Zeitabschnitts einspritzenden Einspritzventils 18 während einer Millisekunde vor Beginn des Einspritzvorgangs, während dem gut fünf Millisekunden dauernden Einspritzvorgang und während knapp vier Millisekunden nach Beendigung des Einspritzvorgangs. Wie dies auch weiter oben im Zusammenhang mit der Funktionsbeschreibung des Speichereinspritzsystems 10 gemäss Fig. 1 und 2 bereits ausgeführt ist, nimmt während eines ersten Teils eines Volllasteinspritzvorgangs, der

etwa halb solange wie der gesamte Einspritzvorgang dauert, am Eingang des aktiven Einspritzventils 18 der Druck ab, hier um ca. 100 bar und nimmt dann im anschliessenden zweiten Teil des Einspritzvorgangs wieder zu. Diese Druckzunahme wird durch nachströmen von Brennstoff aus anderen, insbesondere benachbarten Speicherkammern 22 und der Hochdruck-fördereinrichtung 12 verursacht. Mit der gestrichelten geraden 156 ist der Druckverlauf ohne NachfHessen von Brennstoff angedeutet. Der Druckgewinn bis zum Ende des Einspritzvorgangs beträgt somit beim erfindungsgemässen Speichereinspritzsystem 10 gut 250 bar. Der dem Zeitintervall Te nachfolgende Druckverlauf mit einer schwingenden Druckerhöhung ist durch das abrupte Stoppen der bewegten Brennstoffsäule beim Schliessen des Einspritzventils 18 verursacht. Der Druck gleicht sich sehr schnell wieder dem Systemhochdruck von 1500 bar an.

Fig. 14 zeigt den Druckverlauf am selben Einspritzventil 18 wie dies Fig. 13 zeigt, jedoch beim Einspritzsystem mit Common Rail. Die Dauer des Einspritzvorgangs ist wiederum mit Te hervorgehoben. Der starke und rasche Druckabfall zu Beginn des Einspritzvorgangs ist durch das Fehlen einer Speicherkammer 22 beim Einspritzventil 18 verursacht. Die Nachspeisung aus dem Common Rail verursacht dann eine starke Druckerhöhung bis auf etwa 1700 bar. Wie der Fig. 14 entnommen werden kann, wiederholt sich diese Schwingung leicht gedämpft nochmals innerhalb des Einspritzintervalls Te. Die noch grosseren Druckschwankungen nach Beendigung des Einspritzvorgangs sind durch die Rücklaufende, praktisch ungedämpfte Druckwelle verursacht.

Fig. 15 zeigt mit der ausgezogenen Linie den Durchfluss von Brennstoff durch die Düse 34 des einspritzenden

Einspritzventils 18 und die gestrichelte Linie zeigt den Nachfluss von Brennstoff in die betreffende Speicherkainmer am Eingang dieser Speicherkammer 22 (bei 58 in Fig. 2) des erfindungsgemässen Speichereinspritzsystems 10. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass im ersten Teil des Einspritzvorgangs bis zum mit X bezeichneten Zeitpunkt Dank der betreffenden Speicherkammer 22 und anschliessend, Dank des Nachfüllens dieser Speicherkammer 22 mit Brennstoff aus anderen Speicherkammern 22, insbesondere benachbarter Einspritzeinheiten 27, und von der Hochdruckfördereinrichtung 12 her, eine sehr regelmässige Einspritzung von Brennstoff über das gesamte Einspritzintervall Te erzielt wird. Insbesondere stammt bis zum Zeitpunkt X ein Teil der Einspritzmenge von der Speicherkammer 22 des gerade arbeitenden Einspritzventils 18 und zugleich fällt der Druck in der Speieherkammer 22 ab (Fig. 13) . Zum Zeitpunkt X herrscht Gleichgewicht zwischen Brennstoffentnahme und Nachförderstrom aus den benachbarten Speicherkammern 22 und von der Hochdruckfördereinrichtung 12. Der Druckverlauf ist bei diesem Zeitpunkt, siehe Fig. 13, waagrecht. Nach dem Zeitpunkt X ist der Nachfluss grösser als die Brennstoffentnähme, der Druck in der Speicherkammer 22 des gerade arbeitenden Einspritzventils 18 steigt wieder an. Ist am Ende der Einspritzung der Druck in dieser Speicherkammer 22 wieder gleich dem Anfangsdruck zu Beginn der Einspritzung, so ist die insgesamt nachgeflossene Menge gleich der eingespritzten Menge.

Im Vergleich dazu ist - wie dies Fig. 16 zeigt - beim Einspritzsystem mit Common Rail die Durchflussrate durch die Düse des Einspritzventils 18 - ausgezogene Linie - unregelmässiger und ist auch das Nachfliessen von Brennstoff beim Eingang des Einspritzventils 18 mit

grosser Unruhe verbunden. Es treten an der Düse wechselnd ünterversorgung und überversorgung auf, der gesamte Einspritzvorgang ist viel dynamischer und unkontrollierbarer als beim erfindungsgemässen Speichereinspritzsystem.