Kraftstoffeinspritzaniaqe mit verringerten Druckschwingungen im Rücklaufrail Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Druckhalteventil mag auf einen Druck von 0,5 bar relativ (d. h. gegenüber dem Umgebungsdruck der Kraftstoffeinspritzanlage) eingestellt sein, und dient dann lediglich dazu, das Leerlaufen einer den mindestens einen Injektor mit einer Leckage-Sammelleitung (= Rücklaufrail) verbindenden Leckageleitung und/oder der Leckage-Sammelleitung zu verhindern. Bei einer solchen Anlage mag der Injektor mit einem elektrisch betätigten Magnetventil versehen sein, dass durch Verändern des Drucks in einer Steuerkammer den Einspritzvorgang des Injektors steuert. Bei anderen Kraftstoffeinspritzanlagen mag das Druckhalteventil beispielsweise auf einen Druck von 30 bar relativ eingestellt sein. Bei diesen Anlagen ist der Injektor im allgemeinen mit einem hydraulischen Koppler ausgerüstet, der durch einen Piezo-Aktor betätigt wird. Der hydraulische Koppler ist funktionsbedingt von Kraftstoff umgeben, der unter dem genannten Druck von etwa 30 bar steht, damit der hydraulische Koppler stets funktionsfähig ist. Bei beiden genannten Kraftstoffeinspritzanlagen mag die Kraftstoffrückleitung direkt zum Kraftstofftank des Verbrennungsmotors führen. Bei einer Untergruppe der zuletzt genannten Kraftstoffeinspritzanlagen ist die mit dem dem Injektor abgewandten Ende des Druckhalteventils verbundene Leitung mit einer Verbindungsleitung zwischen einer den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank auf einen mäßigen Druck von z. B. 5 bar anhebenden ersten Pumpe und dem Eingang einer Hochdruckpumpe verbunden.

Die Erfindung ist bei den oben genannten Anlagen verwendbar.

Es ist bekannt (EP 0780 569 B1, Fig. 13B), am Druckspeicher ein Ventil in die Hochdruckleitung zum Injektor einzuschalten, das ein durch eine Feder vorgespanntes kugelförmiges bewegliches Ventilglied aufweist. Dieses öffnet bei einer Strömung von Kraftstoff zum Injektor und schließt fast vollständig, wenn kein Kraftstoff strömt. Ein vollständiges Schließen ist dadurch verhindert, dass der im Querschnitt kreisförmige Ablauf hinter dem Ventilsitz durch in Längsrichtung verlaufende Nuten radial erweitert ist, die von dem beweglichen Ventilteil nicht abgedeckt werden. Bei geschlossenem Ventil bildet das Ventil somit eine Drossel, die, wie man unter Heranziehen des Fachwissens erkennt, geeignet ist, die erste vom Injektor her auf der Hochdruckleitung eintreffende Druckwelle zu dämpfen, und die daher auch die Entstehung weiterer Druckschwankungen in der Hochdruckleitung verhindern kann.

Vorteile der Erfindung Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage gemäß dem Patentanspruch 1 besteht darin, dass ein von den Erfindern erkannter Nachteil verringert oder vermieden wird. Dieser Nachteil beruht auf folgenden Vorgängen : Wenn der Injektor einen Einspritzvorgang auslöst, strömt eine Steuermenge beim Betätigen des oben genannten Steuerventils in die Leckageleitung ein und führt im laufendem Betrieb dazu, dass sich das Gegendruckhalteventil öffnet und im wesentlichen eine gleich große Menge wie die Steuermenge durch das Druckhalteventil abfließt. Das Einströmen der genannten Steuermenge bewirkt einen Strömungsstoß in die Leckageleitung hinein und löst eine Druckwelle zum Gegendruckhalteventil hin aus, die dort bei dessen Öffnen als Unterdruckwelle reflektiert wird (Reflektionen einer Druckwelle an einem offenen Leitungsende beziehungsweise einem Druckknoten im Gegensatz zu einem Druckbauch erfolgen als Unterdruckwelle). Solche Unterdruckwellen können zu Kavitation führen, die auf Dauer Schäden am Injektor verursacht und dadurch dessen Lebensdauer verringert.

Kavitation tritt auf, wenn der Dampfdruck des Kraftstoffs unterschritten wird. Es wird angenommen, dass die Gefahr von Kavitation umso größer ist, je niedriger der normale Druck in der Leckage-Sammelleitung und somit in den einzelnen

Leckageleitungen der Injektoren ist. Die Gefahr von Kavitation dürfte dann besonders groß sein, wenn eine Unterdruckwelle dann am Steuerventil eintrifft, wenn dieses gerade in den Sperrzustand gelangt ist und daher wegen der plötzlichen Unterbrechung der Strömung aus dem Steuerventil heraus der Druck hinter dem Steuerventil ohnehin den Dampfdruck des Kraftstoffs unterschreitet.

Erfindungsgemäß werden zum Leckageanschluss des Injektors vom Druckhalteventil her laufende Unterdruckwellen abgeschwächt oder verhindert.

Unter der Angabe, dass sich die Drossel in der Nähe des Druckhalteventils befinden soll, wird Folgendes verstanden : der Abstand soll nicht so groß sein, dass dadurch die Wirkung der Drossel bezüglich der Unterdrückung von Unterdruckwellen störend beeinflusst wird ; außerdem sollen die Leckagemengen mehrerer, vorzugsweise aller Injektoren, die mit einem einzigen Druckhalteventil in Verbindung stehen, durch die genannte Drossel fließen. Die Drossel mag bei Ausführungsformen der Erfindung vom Injektor her gesehen vor dem Druckhalteventil angeordnet sein, oder hinter diesem, oder mit dem Ventilelement des Druckhalteventils baulich vereinigt sein.

Bei erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der zuletzt genannten Ausführungsform ist ein Schieber vorgesehen, der vorzugsweise als Vollzylinder ausgebildet ist, und in einer zu ihm passenden Aussparung, insbesondere Bohrung, entgegen der Kraft einer Feder verschiebbar geführt ist und entgegen dieser Federkraft verschoben werden muss, wenn aus der Leckagesammelleitung durch das Druckhalteventil hindurch Treibstoff austreten soll. Bei einer ersten Modifikation ist in der Wandung des Zylinders mindestens eine Nut eingearbeitet, die bei Ruhezustand des Druckhalteventils durch die Wandung der Bohrung an ihrem hinteren Ende verschlossen ist und an ihrem vorderen Ende offen ist und bei ausreichend weit verschobenem Zylinder mit ihrem hinteren Ende aus dem Bereich der Bohrung herausgelangt, so dass die Nut, die gleichzeitig eine Drossel bildet, insgesamt durchgängig ist. Bei einer anderen Modifikation ist der Vollzylinder ohne Nuten in seiner Wandung, statt dessen ist in der Wandung der Bohrung eine Nut eingearbeitet, die zweckmäßig bei Ruhezustand des Ventils an ihrem vorderen Ende von der Zylinderfläche des Zylinders verschlossen ist, wogegen ihr hinteres Ende stets frei ist, und bei ausreichend stark verschobenem Zylinder wird das vordere

Ende der Nut frei, die ebenfalls eine Drossel bildet. Bei einer weiteren kombinierten Modifikation ist sowohl in der Wand des Zylinders als auch in der Wand der Bohrung mindestens eine der oben genannten Nuten vorhanden. Es versteht sich, dass statt einer einzigen Nut auch mehrere Nuten vorhanden sein können.

Bei allen geschilderten Ausführungsformen ist von Vorteil, dass sich die Drossel durch Austauschen im allgemeinen eines einzigen Teiles bzw. bei Auswahl eines passenden derartigen Teiles bei der Montage des Ventils an die Verhältnisse, die in einer bestimmten Kraftstoffeinspritzanlage herrschen und für jeden Verbrennungsmotor im allgemeinen bekannt sind, anpassen lässt. Es soll nämlich der Wellenwiderstand der Drossel, bzw. beim Vorhandensein mehrerer Drosseln der Kombination solcher Drosseln (wie erläutert eine Parallelschaltung von Drosseln, aber auch eine Serienschaltung solcher Drosseln ist möglich) in richtiger Weise angepasst sein.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzanlage oder Einspritzvorrichtung werden anhand der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage mit mehreren Injektoren und einem Druckhalteventil, in dessen Bereich eine Drossel vorgesehen ist ; Fig. 2 die in der Anordnung der Fig. 1 vorgesehene Kombination von Druckhalteventil und Drossel im vergrößerten Längsschnitt ; Fig. 3 eine bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehene, gegenüber Fig. 2 modifizierte Kombination von Druckhalteventil und Drossel ;

Fig. 4 eine bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage anstatt der Ventilanordnung nach Fig. 2 und 3 vorgesehene Anordnung, bei der eine Drossel in einer Wandung einer einen Vollzylinder gleitend aufnehmenden Bohrung vorgesehen ist, Fig. 5 eine gegenüber Fig. 4 modifizierte Ausführungsform eines Druckhalteventils, das bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eingebaut ist, und bei dem eine Drossel in der Wandung des genannten Vollzylinders als Nut eingearbeitet ist, und Fig. 6 wesentliche Komponenten des in Fig. 1 eingesetzten Injektors der Kraftstoffeinspritzanlage mit einem elektromagnetisch betätigten Steuerventil.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 weist eine Kraftstoffeinspritzanlage 1, die im Beispiel für Dieselkraftstoff vorgesehen ist, eine Anzahl von bekannten Injektoren 3 auf (im Beispiel 6 Injektoren) die im Betrieb Kraftstoff durch Einspritzöffnungen 5 (siehe Fig.

6) ins Innere eines jeweils zugeordneten Brennraums eines Dieselmotors einspritzen. Ein Druckspeicher 7 wird mit Kraftstoff unter hohem Druck (im Beispiel 1600 bar) über eine Leitung 8 gefüllt. Über jeweils eine Hochdruckleitung 9 wird Kraftstoff einem Hochdruckanschluss 10 jedes Injektors 3 zugeführt.

Leckagemengen und Steuermengen der Injektoren, die bei der Betätigung eines Steuerventils anfallen, das den Einspritzvorgang der Injektoren steuert, werden über je eine Leckageleitung 11 von einem Niederdruckanschluss 12 einer Leckagesammelleitung 13 (Leckagerail) zugeführt. Im Beispiel sind die Injektoren 3 solche Injektoren, die durch ein elektrisch betriebenes Magnetventil gesteuert werden, das bei Betätigung in bekannter Weise den Druck innerhalb einer Steuerkammer absenkt, wodurch der Einspritzvorgang begonnen wird. Wenn sich dieses Steuerventil öffnet, tritt Kraftstoff aus der genannten Steuerkammer aus und tritt in die Leckageleitung 11 ein. In die Leckageleitung 13 führen alle Leckageleitungen der gezeigten Injektoren. Ein Ende der Leckagesammelleitung 13

ist geschlossen, das andere Ende, in Fig. 1 rechts, ist über ein Druckhalteventil 15 mit einer Rücklaufleitung 17 für den Kraftstoff verbunden, und diese Rücklaufleitung 17 führt zum Kraftstofftank. Aus dem Kraftstofftank wird in bekannter Weise Kraftstoff angesaugt und mittels einer oder mehrerer Pumpen schließlich auf den hohen Druck gebracht, mit dem der Kraftstoff dem Druckbehälter 7 zugeführt wird. Das Druckhalteventil 15 öffnet im Beispiel bei einem Überdruck innerhalb der Leckagesammelleitung 13 gegenüber dem Druck in der Rücklaufleitung 17 von etwa 0,5 bar. Dieser Druck von 0,5 bar dient dazu, zu verhindern, dass die Leckageleitungen auslaufen. Soweit die Anordnung bisher erläutert worden ist, ist sie bekannt. Neu gegenüber dem Stand der Technik ist bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, dass in der Nähe des Gegenhalteventils 15 eine Drosseleinrichtung 20 vorgesehen ist, die dazu dient, unerwünschte Druckwellenreflexionen in der Leckagesammelleitung 13 weitgehend zu verhindern.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 vorgesehene Kombination aus Drosseleinrichtung und Gegendruckhalteventil als eine Baueinheit 25. Die Drosseleinrichtung ist durch eine einzige Drossel 27 gebildet, die in einem bei der Montage passend auswählbaren Block 28 als Bohrung eingebracht ist. Der Block 28 ist in Strömungsrichtung der Fig.

1, also von links nach rechts, stromaufwärts des Gegendruckhalteventils angeordnet.

Die Baueinheit 25 ist in der Anordnung nach Fig. 1 durch Schraubverbindungen druckdicht montiert.

Die in Fig. 3 gezeigte Kombination 30 von Gegendruckhalteventil und Drosseleinrichtung unterscheidet sich von der Fig. 2 lediglich dadurch, dass die Drosseleinrichtung stromabwärts des eigentlichen Gegendruckhalteventils angeordnet ist.

Die Anordnungen nach Fig. 2 und 3 können bei Ausführungsformen der Erfindung in völlig gleich wirkender Weise durch geeignetes Verbinden, z. B.

Verschrauben von zwei separat hergestellten Teilen, verwirklicht werden, nämlich eines Bauteils, das im wesentlichen lediglich die Drosselbohrung enthält, und eines herkömmlichen Gegendruckhalteventils.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 bilden die Drosse und das Gegendruckhalteventil eine voneinander nicht trennbare Einheit. Die Ventilanordnung 40 öffnet wieder bei einem Gegendruck auf der in Fig. 4 linken Seite gegenüber dem Druck auf der Fig. 4 rechten Seite. Die Ventilanordnung ist im wesentlichen als Schieberventil ausgebildet. Ein Schieber 41 (Volizylinder) ist in Längsrichtung der im wesentlichen kreiszylindrischen Ventilanordnung 40 durch eine Führungsfläche geführt. Hierzu ist der Schieber 41 in einer Bohrung 42 eines Mittelstücks 43 entgegen der Kraft einer Druckfeder 44 verschiebbar. In der in Fig. 4 gezeigten Ruhestellung liegt der Schieber 41 an einer Anschlagvorrichtung 45 an, die durch eine gelochte Platte gebildet ist und insgesamt den Durchfluss des Treibstoffs nicht behindert. In der Wandung der Bohrung des Teils 43 ist eine Längsnut 47 eingearbeitet, die nach rechts hin offen ist, nach links hin aber vor dem Ende des Schiebers 41 endet, so dass in der dargestellten Stellung des Schiebers 41 Kraftstoff von links her nicht in die Nut 47, die gleichzeitig die Drossel bildet, eintreten kann. Wenn der Druck auf der linken Seite der Fig. 4 so groß ist, dass sich der Schieber 41 ausreichend weit nach rechts verschiebt, wird schließlich die Nut 47 auch an ihrem vorderen Ende frei und dort kann Kraftstoff eintreten und durch die Nut 47 fließen, so dass nun die Ventilanordnung offen ist. Funktionell kann man die Drossel als hinter der Ventilöffnung liegend ansehen.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform einer Kombination 50 eines Ventils mit einer Drossel unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten lediglich dadurch, dass die eine Drossel bildende Nut 51 nun an der zylindrischen Außenfläche des Schiebers 52 angeordnet ist, wohingegen die Bohrung des Teils 54 glatt ist. Hier ist die Nut 51 stets nach links offen und ihr rechtes Ende wird erst dann für eine Durchströmung der Nut freigegeben, wenn sich der Schieber 54 ausreichend weit nach rechts verschoben hat. Funktionell kann man die Drossel als vor der Ventilöffnung liegend ansehen.

Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform sind sowohl eine Nut 47 gemäß Fig. 4, als auch eine Nut 51 gemäß Fig. 5 vorgesehen. In diesem Fall dürfen im Sperrzustand der Ventilanordnung die beiden Nuten nicht überlappen. Diese Ausgestaltung der Ventilanordnung ermöglicht eine weitere Betätigung in der Weise, dass zum Öffnen des Ventils keine Verschiebung des Zylinders erforderlich ist,

sondern eine Drehung möglich ist, oder aber bei einer anderen Ausführungsform nur eine geringe Verschiebung aber demgegenüber eine merkliche Verdrehung. Dies würde bedeuten, dass die Verschiebebewegung an sich nicht zum zur Freigabe der Durchströmung der Drossel führt, aber die mit der Verschiebung gekoppelte Drehung, bei der die Drosseln Nuten in eine überlappende Position kommen. Am einfachsten dürfte eine Betätigung durch lineares Verschieben sein.

Anhand der Fig. 1 und Fig. 2 wird die Funktion der Anordnung beschrieben.

Es wird angenommen, dass sich in der Leckagesammelleitung 13 ein Druck aufgebaut hat, der dazu führt, dass bei einem etwas darüber hinaus gehenden Druck das Gegendruckhalteventil 15 öffnet. Wird nun in einem der Injektoren eine Einspritzung veranlasst, so geschieht dies, wie oben erwähnt, dadurch, dass ein Steuerventil geöffnet wird, welches das Ausströmen einer gewissen Menge von Treibstoff (Steuermenge) aus einer Steuerkammer des Injektors ermöglicht. Das Ausströmen erfolgt einerseits deswegen, weil bei üblichen Injektoren die Steuerkammer über eine Drossel stets mit demjenigen Anschluss des Injektors in Verbindung ist, der mit der Hochdruckleitung verbunden ist. Andererseits erfolgt ein Ausströmen auch deswegen, weil beim Öffnen des genannten Ventils eine auf den Ventilkolben, der mit seinem unteren Ende die Einspritzöffnungen freigibt und verschließt, wirkende Kraft zusätzlich dazu führt, dass Treibstoff aus der Steuerkammer herausgedrückt wird. Dieses Öffnen des Steuerventils führt zu einem plötzlichen Druckanstieg in der Leckagesammelleitung. Dieser Druckanstieg öffnet das Gegendruckhalteventil, dessen in den Fig. 1 und 2 nach rechts weisender Anschluss dann ein offenes Leitungsende bildet, das die vom Injektor her eintreffende Überdruckwelle als Unterdruckwelle reflektiert. Diese Reflexion wird durch die Drosseleinrichtung gemildert und bei einer genau passenden Dimensionierung der Drossel unterdrückt. Für eine derartige maximale Unterdrückung der Reflexion ist für die Drossel folgende Bemessung zweckmäßig : Bei der Erfindung tritt die reflexionsverhindernde Wirkung der Drossel bei offenem (Kraftstoff leitenden) Druckhalteventil auf. Bei gesperrtem Druckhalteventil fließt kein Treibstoff durch die Drossel.

Im Ausführungsbeispiel hat die Leckagesammelleitung einen Wellenwiderstand von ca. 0,8 bar ms/mm3. Der Durchflussbeiwert der Drossel hat einen Wert von 660 cm3/min bei 100 bar Differenzdruck.

Obige Werte basieren auf einem runden Leitungsquerschnitt von 3 mm2 unter Verwendung von Dieselkraftstoff. Demzufolge hat die in Fig. 2 vorgesehene einzige Drossel, die als runde Bohrung ausgebildet ist, einen Durchmesser von ca. 0,4 mm.

Die Länge der Drossel, die im Beispiel 1 mm beträgt, ist aufgrund praktischer Erwägungen gewählt ; ihre Länge selbst ist für die Funktion als Drossel weniger wesentlich.

Wie Fig. 6 zeigt, weist der Injektor 3 einen hubgesteuerten Ventilkolben 60 auf, dessen Bewegung durch den Druck in einer Steuerkammer 62 gesteuert wird.

Wird dieser Druck durch Öffnen eines (im Beispiel elektromagnetischen) Steuerventils 64 verringert, so öffnet der Ventilkolben 60 und es wird über die Einspritzöffnungen 5 Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Bei dem bisher beschriebenen Beispiel wird der unter einem für die Einspritzung geeigneten Druck stehende Kraftstoff von einem Druckspeicher den Injektoren zugeführt. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Kraftstoffeinspritzanlagen anwendbar, bei denen beim Steuern der Einspritzung eine Steuermenge in der Leckageleitung einen Druckstoß verursacht. So sind beispielsweise Anlagen bekannt, bei denen jedem Zylinder eine eigene Pumpe- Düse-Einheit (Unit Pump Injector) zugeordnet ist. Eine Pumpe dieser Einheit mag bereits mit einem gewissen Kraftstoffdruck versorgt werden, der aber für die Einspritzung nicht ausreicht und von der Pumpe auf den erforderlichen Einspritzdruck erhöht wird. Da Beginn und/oder Ende der gewünschten Einspritzung nicht immer mit der Dauer eines Pumphubs übereinstimmen, ist im Injektor oder in der Pumpe ein zu einem Leckagekanal führendes Steuerventil angeordnet, das während der Dauer der gewünschten Einspritzung gesperrt ist, so dass die Pumpe den Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen fördern kann. Wenn das Steuerventil geöffnet wird, dann wird der von der Pumpe geförderte Kraftstoff zum Leckagekanal abgeführt. Auch hier entsteht ein Druckstoß in der Leckageleitung beim. Öffnen des Steuerventils, aber auch dann, wenn beim Beginn eines Pumphubs das Steuerventil bereits offen ist.