Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei großvolumigen Dieselmotoren finden zunehmend Kraftstoffeinspritzsysteme Verwendung, bei welchen Kraftstoff von einem Kraftstoffvorrat mittels einer Hochdruckpumpe über eine Hochdruckleitung in einen Hochdruckspeicher geliefert wird. Von dem als ölelastischer Speicher wirkenden Hochdruckspeicher wird der Kraftstoff über weitere Hochdruckleitungen an Kraftstoffinjektoren geliefert, welche während Einspritzvorgängen den Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Hochdruckspeicher wurde bisher überwiegend in Form einer sogenannten Common-Rail-Schiene vorgesehen, bei welcher es sich um ein rohrformiges langgestrecktes Element handelt, von welcher die die einzelnen Kraftstoffinjektoren versorgenden Hochdruckleitungen abzweigen. Weiterhin sind Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, bei denen zusätzlich oder anstelle eines solchen gemeinsamen Hochdruckspeichers in Form einer Common-Rail-Schiene für jeden Kraftstoffinjektor separat vorgesehene Hochdruckspeicher als Einzelspeicher vorgesehen sind.

Kraftstoffeinspritzsysteme, bei denen zusätzlich zu einem gemeinsamen Hochdruckspeicher jeweils ein für jeden Kraftstoffinjektor separat vorgesehener Einzelspeicher vorhanden ist, sind aus der DE 43 41 543 AI und der DE 43 41 546 AI bekannt. Bei dem aus der ersteren Druckschrift bekannten Kraftstoffeinspritzsystem ist in der von dem gemeinsamen Hochdruckspeicher zu dem für jeden Kraftstoffinjektor separat vorgesehenen Hochdruckspeicher führenden Hochdruckleitung eine Parallelschaltung aus einem in der Kraftstofforderrichtung durchgängigen Rückschlagventil und einer Drossel vorgesehen, wodurch ein unkontrolliertes Rückströmen von Kraftstoff aus dem separaten Hochdruckspeicher in den gemeinsamen Hochdruckspeicher und eine Beeinflussung des Druckes in den separaten Druckspeicherräumen der anderen Kraftstoffinjektoren

vermieden werden soll, während das Rückschlagventil ein rasches Nachfüllen der separaten Hochdruckspeicher aus dem gemeinsamen Hochdruckspeicher ermöglichen soll.

Derartige Maßnahmen zur Vermeidung gegenseitiger Beeinflussung des Druckes in den separaten Hochdruckspeichern sind bei dem aus der zweitgenannten Druckschrift bekannten Kraftstoffeinspritzsystem nicht vorgesehen.

Weiterhin ist aus der DE 43 44 190 AI ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem jeweils für jeden Kraftstoffinjektor separat vorgesehenen Hochdruckspeichern über Hochdruckleitungen mittels einer Hochdruckpumpe aus einem Kraftstoffvorrat unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird. In jede einen Kraftstoffinjektor mit dem zugeordneten Hochdruckspeicher verbindende Hochdruckleitung ist ein Sperrventil geschaltet, welches dazu dient, die während eines Druckintervalls, das durch den mit dem Einspritzvorgang oder aber im Leckagefall auftretenden Druckabfall charakterisiert ist, hindurchfließende Kraftstoffmenge zu begrenzen. Maßnahmen, durch welche eine gegenseitige Beeinflussung des Druckes in den einzelnen Hochdruckspeichern vermieden werden sollen, sind jedoch nicht angegeben.

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem fur eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor geschaffen, das eine Anzahl von Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine und eine die Kraftstoffinjektoren über eine gemeinsame Zulaufleitung und zu den einzelnen Kraftstoffinjektoren führende Hochdruckleitungen mit Kraftstoff versorgende Hochdruckpumpe enthält. In den zu den Kraftstoffinjektoren führenden Hochdruckleitungen sind jeweils ein bestimmtes Kraftstoffspeichervolumen aufweisende Hochdruckspeicher vorgesehen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das Kraftstoffspeichervolumen jedes der Hochdruckspeicher zwischen 80 und 300 mal, vorzugsweise zwischen 120 und 200 mal die maximale Einspritzmenge pro Einspritzvorgang beträgt, und daß der Durchmesser D2 der von der gemeinsamen Zulaufleitung zu den Hochdruckspeichern führenden Hochdruckleitungen so bemessen ist,

daß die Spritzmengendifferenz der Kraftstoffinjektoren untereinander ein Minimum annimmt.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis, daß eine Variation des Durchmessers D2 der von der gemeinsamen Zulaufleitung zu den Hochdruckspeichern führenden Hochdruckleitungen bereits innerhalb eines relativ kleinen Bereichs zu einer signifikanten Veränderung der Spritzmengendifferenz der einzelnen Kraftstoffinjektoren flihrt und im Bereich des optimalen Durchmessers ein ausgeprägtes Minimum aufweist.

Unter Verwendung dieses Minimums kann das Kraftstoffeinspritzsystem so ausgelegt werden, daß die Spritzmengendifferenz minimal ist und gleichmäßige Zünddrücke von Zylinder zu Zylinder erreicht werden. Das Minimum der Spritzmengendifferenz bedeutet, daß der gegenseitige Einfluß der einzelnen Druckspeicherräume ebenfalls ein Minimum aufweist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist es, daß die die einzelnen Hochdruckspeicher versorgenden Hochdruckleitungen einen geringen Durchmesser aufweisen können und damit leicht zu biegen und zu montieren sind. Ein weiterer Vorteil ist es, daß zur Minimierung der gegenseitigen Beeinflussung der einzelnen Hochdruckspeicher keine zusätzlichen Elemente wie etwa Rückschlagventile erforderlich sind. Ventile besitzen z. B. aufgrund der Massenträgheit der bewegten Bauteile ein verzögertes Ansprechverhalten, so daß die Ausbreitung von Druckstörungen und die gegenseitige Einflußnahme der Injektoren damit nicht verhindert werden kann. Da beim erfindungsgemäßen Einspritzsystem die die einzelnen Hochdruckspeicher versorgenden Hochdruckleitungen auf den durchströmenden Kraftstoff eine Drosselwirkung ausüben, besteht weiterhin ein Selbstschutz der Brennkraftmaschine gegen Überdrehzahl, weil im Falle des Auftretens einer solchen die Hochdruckspeicher nicht mehr vollständig geffillt werden.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß der Durchmesser D2 der von der gemeinsamen Zulaufleitung zu den Hochdruckspeichern führenden Hochdruckleitungen die folgende Bedingung erfiillt :

D2 # ((4 x (VE + VL)) / (cg2 x # x TASP))1/2 wobei VE das maximale Einspritzvolumen pro Einspritzvorgang, VL eine ggf. am Kraftstoffinjektor anfallende Steuer-und Leckagemenge pro Einspritzvorgang, cg2 einen Normwert für die Kraftstoffgeschwindigkeit in der Leitung, TASP die Zeitdauer für ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine bedeuten, wobei die Werte für VE, VL und TASP durch die Auslegung der Brennkraftmaschine gegeben sind und cg2 zwischen 5 und 50 m/s betragen soll. Bei langen, dünnen Leitungen liegt der Wert für cg2 zwischen 5 und 25 m/s, und bevorzugt zwischen 7 und 9 m/s. Bei kurzen Leitungen oder drosselartigen Übergängen liegt der Wert für Cg2 zwischen 10 und 50 m/s, bevorzugt zwischen 35 und 45 m/s. Hiermit kann der optimale Wert für den Durchmesser D2 bereits bei der Auslegung der Brennkraftmaschine rechnerisch bestimmt werden. Vorteilhaft jedoch ist es, durch Variation des Durchmessers D2 um den so erhaltenen Wert herum in praktischen Versuchen den Wert für den Durchmesser D2 der Hochdruckleitungen zu bestimmen, bei dem die Spritzmengendifferenz der Kraftstoffinjektoren tatsächlich minimal ist, wie oben erläutert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, den Durchmesser D4 der von den Hochdruckspeichern zu den Kraftstoffinjektoren führenden Hochdruckleitungen mindestens so groß zu bestimmen, daß die Geschwindigkeit cg4 des Kraftstoffs in diesen Hochdruckleitungen während des Einspritzvorgangs nicht größer als 30 m/s ist, vorzugsweise nicht größer als 25 m/s ist.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß der Durchmesser D4 der von den Hochdruckspeichern zu den Kraftstoffinjektoren führenden Hochdruckleitungen die folgende Bedingung erfüllt :

D4#((4 x VE) / (cg4 x # x SD))1l/2 wobei VE das maximale Einspritzvolumen pro Einspritzvorgang, cg4 die zulässige Maximalgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der Hochdruckleitung 4, und SD die Dauer des Einspritzvorgangs ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß für die Durchmesser D, der gemeinsamen Zulaufleitung und D2 der von der gemeinsamen Zulaufleitung zu den Hochdruckspeichern führenden Hochdruckleitungen gilt : D, 2nR"2xD2 wobei nR die Anzahl der an die gemeinsame Zulaufleitung l angeschlossenen Kraftstoffinjektoren 5 ist.

Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, daß die Längen der von der gemeinsamen Zulaufleitung zu den Hochdruckspeichern führenden Hochdruckleitungen gleich sind.

Hierdurch soll sichergestellt werden, daß die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Hochdruckspeicher für alle Kraftstoffinjektoren gleich ist.

Von besonderem Vorteil ist es, den Durchmesser und die Länge der gemeinsamen Zulaufleitung und der von der gemeinsamen Zulaufleitung zu den Hochdruckspeichern führenden Hochdruckleitungen so aufeinander abzustimmen, daß der dynamische Strömungswiderstand der Zuleitungen für alle Kraftstoffinjektoren gleich ist. Durch Berücksichtigung von Durchmesser und Länge der gemeinsamen Zulaufleitung bei der Bestimmung des Strömungswiderstands in den Zuleitungen wird erreicht, daß für die Versorgung aller Kraftstoffinjektoren gleiche Verhältnisse herrschen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen :

Figur 1 ein schematisiertes Blockschaltbild eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ; und Figur 2 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Spritzmengendifferenz der einzelnen Kraftstoffinjektoren untereinander vom Durchmesser der die den einzelnen Kraftstoffinjektoren zugeordneten Hochdruckspeicher versorgenden Hochdruckleitungen wiedergibt.

Das in Figur 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem enthält eine Anzahl von Kraftstoffinjektoren 5 zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors. Die Kraftstoffinjektoren 5 werden mittels einer in der Figur l nicht eigens gezeigten Steuereinheit so gesteuert, daß eine optimal auf Drehzahl und Belastungszustand der Brennkraftmaschine abgestimmte Kraftstoffmenge in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Von einem ebenfalls in Figur 1 nicht eigens dargestellten Kraftstoffvorrat wird mittels einer oder mehrerer Hochdruckpumpen 6 der Kraftstoff zunächst einer gemeinsamen Zulaufleitung 1 zugeführt, von welcher zur Versorgung der einzelnen Kraftstoffinjektoren 5 dienende Hochdruckleitungen 2,4 abzweigen. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Zulaufleitungen 1 vorgesehen, welche jeweils vier Kraftstoffinjektoren 5 gemeinsam versorgen, wie es bei einem 8V-Dieselmotor der Fall ist.

In den zu den Kraftstoffinjektoren 5 führenden Hochdruckleitungen 2,4 sind Hochdruckspeicher 3 vorgesehen, jeweils einer für jeden Kraftstoffinjektor 5. Der von der gemeinsamen Zulaufleitung 1 zu dem Hochdruckspeicher 3 führende Teil der Hochdruckleitung ist mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet, wogegen der von dem Hochdruckspeicher 3 zu dem Kraftstoffinjektor 5 führende Teil der Hochdruckleitung das Bezugszeichen 4 trägt.

Die Hochdruckspeicher 3 wirken als ölelastische Speicher, in deren Kraftstoffspeichervolumen unter dem von der Hochdruckpumpe 6 gelieferten Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff zur Zuführung zu den Kraftstoffinjektoren 5 vorgehalten wird.

Das Kraftstoffspeichervolumen eines jeden der Hochdruckspeicher 3 beträgt zwischen 80

und 300 mal, vorzugsweise zwischen 120 und 200 mal die maximale Menge des bei jedem Einspritzvorgang von einem Kraftstoffinjektor 5 in den zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffs.

Der Durchmesser D2 des von der gemeinsamen Zulaufleitung 1 zu dem Hochdruckspeicher 3 fahrenden Teils 2 der Hochdruckleitung ist so bemessen, daß die Spritzmengendifferenz der Kraftstoffinjektoren 5 untereinander bei Nenndrehzahl der Brennkraftmaschine ein Minimum annimmt.

Das in Figur 2 dargestellte Diagramm zeigt die maximale Spritzmengendifferenz der einzelnen Kraftstoffinjektoren untereinander, also die Spritzmengendifferenz von Zylinder zu Zylinder der Brennkraftmaschine. Bei den durchgeführten Versuchen und Berechnungen wurde der Durchmesser D2 der von der gemeinsamen Zulaufleitung 1 zu den Hochdruckspeichern 3 führenden Hochdruckleitungen 2 zwischen 1,0 und 5,0 mm variiert, im Bereich von 1,0 bis 3,5 mm in Schritten von 0,5 mm und dann in einem weiteren Schritt von 1,5 mm. Wie zu sehen ist, weist die Spritzmengendifferenz im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm mit Werten zwischen 0,25 bis 0,35% ein Minimum auf, dessen Schwerpunkt bei einem Durchmesser D2 von 2,0 mm liegt, dort jedoch ein lokales Maximum zeigt, auf welches hier jedoch nicht näher eingegangen werden soll. Es ist ersichtlich, daß bei Durchmessern von 1,5,2,0 und 2,5 mm minimale Werte der Spritzmengendifferenz gegenüber Durchmessern von 1,0 und 3,0 mm erreicht wird.

Versuche mit unterschiedlichen Drehzahlen und Belastungszuständen, wie sie beim Betrieb der Brennkraftmaschine am häufigsten auftreten, zeigen, welcher Durchmesser D2 schließlich am geeignetsten ist.

Der optimale Durchmesser D2 der von der gemeinsamen Zulaufleitung 1 zu den Hochdruckspeichern 3 führenden Hochdruckleitungen 2 läßt sich rechnerisch durch die folgende Bedingung darstellen : D2z ( (4 x (VE + VL))/ (Cg2 X 7t x T,,,)) 112

wobei VE das maximale Einspritzvolumen pro Einspritzvorgang, VL eine ggf. am Kraftstoffinjektor anfallende Steuer-und Leckagemenge pro Einspritzvorgang, cg2 einen Normwert für die Kraftstoffgeschwindigkeit in der Leitung, TASP die Zeitdauer für ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine bedeuten, wobei die Werte für VE, VL und TASP durch die Auslegung der Brennkraftmaschine gegeben sind und cg2 zwischen 5 und 50 m/s betragen soll. Bei langen, dünnen Leitungen beträgt der Wert fiir cg2 zwischen 5 und 25 m/s und vorzugsweise zwischen 7 und 9 m/s. Bei sehr kurzen, im Extremfall drosselartige Übergänge darstellenden Hochdruckleitungen 2 oder bei Hochdruckleitungen 2 mit drosselartigen Einschnürungen ist für cg2 im Bereich der Engstellen ein Wert zwischen 10 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen 35 und 45 m/s anzunehmen.

Der signifikante Einfluß des Durchmessers D2 der Hochdruckleitungen 2 auf die Spritzmengendifferenz der einzelnen Kraftstoffinjektoren untereinander läßt sich durch eine starke Bedämpfung der beim Öf ffien und Schließen der Kraftstoffinjektoren 5 in den Hochdruckleitungen auftretenden rücklaufenden Druckwellen erklären, durch die eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Hochdruckspeicher 3 und damit der von diesen an die Kraftstoffinjektoren 5 abgegebenen Kraftstoffmengen ohne zusätzliche Maßnahmen wie Rückschlagventile oder Drosseln sehr gering gehalten werden kann.

Der Durchmesser D4 der von den Hochdruckspeichern 3 zu den Kraftstoffinjektoren 5 führenden Hochdruckleitungen 4 sollte so groß sein, daß die Geschwindigkeit cg4 des Kraftstoffs in diesen Hochdruckleitungen während des Einspritzvorgangs nicht größer als 30 m/s, vorzugsweise nicht größer als 25 m/s ist, um zu große Druckverluste zu vermeiden.

Rechnerisch bedeutet das, daß der Durchmesser D4 der von den Hochdruckspeichern 3 zu den Kraftstoffinjektoren 5 führenden Hochdruckleitungen 4 die folgende Bedingung erfüllt :

D4#((4 x VE) / (cg4 x # x SD))1/2 wobei VE das maximale Einspritzvolumen pro Einspritzvorgang, cg4 die zulässige Maximalgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der Hochdruckleitung 4, und SD die Dauer des Einspritzvorgangs ist.

Im Gegensatz zu Kraftstoffeinspritzsystemen mit einem gemeinsamen Hochdruckspeicher in Form einer Common-Rail-Schiene dient bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem die gemeinsame Zulaufleitung l nicht als Druckspeicher sondern lediglich zur Befüllung der in den von der gemeinsamen Zulaufleitung l zu den Kraftstoffinjektoren 5 führenden Hochdruckleitungen 2,4 vorgesehenen separaten Hochdruckspeicher 3. Für den Durchmesser D, der gemeinsamen Zulaufleitung 1 und den Durchmesser D2 der von dieser zu den Hochdruckspeichern 3 fuhrenden Hochdruckleitungen 2 gilt : D1 # nR 1/2 x D2 wobei nR die Anzahl der an die gemeinsame Zulaufleitung l angeschlossenen Kraftstoffinjektoren 5 ist.

Ein wesentliches Ziel der Erfindung ist es, die gegenseitige Beeinflussung des Druckes in den einzelnen Hochdruckspeichern 3 ohne Verwendung zusätzlicher massebehafteter und somit träge reagierender Bauteile so gering wie möglich zu halten und eine minimale Differenz der Einspritzmengen der Kraftstoffinjektoren 5 untereinander zu erhalten. Hierzu ist es erforderlich, daß für die einzelnen Kraftstoffinjektoren 5 im wesentlichen gleiche Bedingungen in Bezug auf deren Versorgung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gelten. Neben einer identischen Auslegung der Hochdruckspeicher 3 wird dies dadurch erreicht, daß die Längen der von der gemeinsamen Zulaufleitung 1 zu den Hochdruckspeichern 3 führenden Hochdruckleitungen, wie auch der von den Hochdruckspeichern 3 zu den Kraftstoffinjektoren 5 führenden Hochdruckleitungen 4

gleich sind. Geht man einen Schritt weiter, und berücksichtigt auch die strömungsdynamischen Verhältnisse in der gemeinsamen Zulaufleitung 1, so sind Durchmesser und Länge der gemeinsamen Zulaufleitung 1 und der von der gemeinsamen Zulaufleitung 1 zu den Hochdruckspeichern 3 führenden Hochdruckleitungen 2 so aufeinander abgestimmt, daß der Strömungswiderstand der Hochdruckleitungen 2 und der zugeordneten Teile der gemeinsamen Zulaufleitung 1 für alle Kraftstoffinjektoren 5 gleich ist.