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Title:
CONNECTION PIECE FOR A FUEL INJECTOR IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/020961
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a connection piece (10) for a fuel injector in an internal combustion engine, comprising at least one high-pressure inlet port (A) and at least one high-pressure outlet port (B), said high-pressure inlet port (A) and said high-pressure outlet port (B) extending, via separate high-pressure feed channels (11A, 11B), into an internal high-pressure accumulator (15) of the connection piece and/or of the injector.

Inventors:
PIRKL RICHARD (DE)
STINGHE RAZVAN-SORIN (DE)
MELDER WOLFGANG (DE)
HÖLLBACHER MARKUS (AT)
Application Number:
PCT/EP2019/069951
Publication Date:
January 30, 2020
Filing Date:
July 24, 2019
Export Citation:
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Assignee:
LIEBHERR COMPONENTS DEGGENDORF GMBH (DE)
International Classes:
F02M55/02; F02M61/16; F16L41/02; F16L55/027
Foreign References:
US20100013219A12010-01-21
DE102008001743A12009-11-19
DE10101476A12002-07-25
DE102017201262A12017-09-21
Attorney, Agent or Firm:
LORENZ SEIDLER GOSSEL (DE)
Download PDF:
Claims:
Liebherr-Components Deggendorf GmbH

Deggendorf

Anschlussstück für Kraftstoffinjektor eines Verbrennungsmotors

Patentansprüche

1. Anschlussstück für einen Kraftstoffinjektor eines Verbrennungsmotors mit we- nigstens einem Hochdruckeingangsanschluss und wenigstens einem Hoch- druckausgangsanschluss,

dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckeingangsanschluss und der Hochdruckausgangsanschluss über getrennte Hochdruckzuleitungskanäle in einem internen Hochdruckspeicher des Anschlussstückes und/oder des Injek tors münden.

2. Anschlussstück nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch- druckzuleitungskanal des Hochdruckeingangsanschlusses und/oder der Hochdruckzuleitungskanal des Hochdruckausgangsanschlusses wenigstens eine Drossel aufweisen, vorzugsweise in Form einer definierten Durchmes- serverjüngen des jeweiligen Hochdruckzuleitungskanals in Richtung des in- ternen Hochdruckspeichers.

3. Anschlussstück nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass der Hochdruckzuleitungskanal des Hochdruckeingangsanschlusses und/oder der Hochdruckzuleitungskanal des Hochdruckausgangsanschlusses unmittelbar ohne Drossel im internen Hochdruckspeicher des Anschlussstü- ckes münden.

4. Anschlussstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Anschlussstück axialsymmetrisch ausgeführt ist.

5. Anschlussstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Hochdruckeingangsanschluss und/oder der Hoch- druckausgangsanschluss ein Gewinde zur Verschraubung einer externen Hochdruckleitung vorsehen, vorzugsweise in Form eines außen am An- schlussflansch des Hochdruckeingangs- bzw. Hochdruckausgangsanschlus- ses vorgesehenes Gewindes.

6. Anschlussstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Anschlussstück T-förmig bzw. als T-Stück ausgestal- tet ist, wobei die Hochdruckanschlüsse im Kopfbereich und die Schnittstelle zu einem Kraftstoffinjektorgehäuse durch den Fuss des T-Stückes gebildet ist, wobei sich der interne Hochdruckspeicher des Anschlussstückes vorteilhaf- terweise in Axialrichtung zur Schnittstelle des T-Stückes erstreckt und die Hochdruckzuleitungskanäle idealerweise im rechten Winkel zur Längserstre- ckung des Hochdruckspeichers in diesem münden.

7. Anschlussstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Filtergehäuse mit aufgenommenem Filter vorgesehen ist, wobei das Filtergehäuse bzw. der Filter die Anschlussschnittstelle des in- ternen Hochdruckspeichers mit einem Kraftstoffinjektor bildet, insbesondere mit einem integrierten Hochdruckspeicher des Kraftstoffinjektors.

8. Kraftstoffinjektor mit wenigstens einem Anschlussstück nach einem der vor- hergehenden Ansprüche.

9. Einspritzsystem mit mehreren Injektoren gemäß Anspruch 8, die über ihre Anschlussstücke in Reihe geschaltet sind.

10. Arbeitsmaschine mit einem Verbrennungsmotor und Einspritzsystem nach Anspruch 9.

Description:
Anschlussstück für Kraftstoffinjektor eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft ein Anschlussstück für einen Kraftstoffinjektor eines Verbren- nungsmotors. Solche Anschlussstücke sehen wenigstens einen Hochdruckein- gangsanschluss und wenigstens einen Hochdruckausgangsanschluss vor.

Bei bekannten Einspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere der Common-Rail Einspritzung, wird der Kraftstoff durch eine zentrale Hochdruckpum- pe auf das benötigte Druckniveau gebracht. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird über ein gemeinsames Rohrleitungssystem zu den einzelnen Kraftstoff! njekto- ren verteilt.

Hierbei kristallisieren sich zwei Möglichkeiten zur Kraftstoffverteilung heraus, näm- lich ein Rohrleitungssystem mit Parallel- oder Reihenschaltung der einzelnen Injek toren. Bei erster Variante werden die einzelnen Injektoren an ein gemeinsames Verteilrohr der Hochdruckleitung parallel angeschlossen. Zweite Variante sieht eine Zuführung des Kraftstoffes von einer Hochdruckpumpe zu einem ersten Injektor vor, von diesem der Kraftstoff an den nachfolgenden Injektor weitergeleitet wird. Für eine solche Verschaltung muss jeder Injektor mindestens zwei Hochdruckan- schlüsse aufweisen, von denen einer als Eingang und einer als Ausgang genutzt wird. Ein generelles Problem solcher Common-Rail Einspritzsysteme, insbesondere bei Serienschaltungen, besteht darin, dass sich durch die Hochdruckpumpe erzeugte Druckwellen über die Kraftstoffleitungen in die Injektoren ausbreiten können und dort gewünschten gleichmäßigen Kraftstofffluss beeinträchtigen. Es ist daher wün- schenswert, die Ausbreitung der ausgelösten Druckpulsationen der Hochdruck- pumpe durch geeignete Maßnahmen zu eliminieren bzw. zumindest zu dämpfen.

Diese Aufgabe wird durch ein Anschlussstück für einen Kraftstoffinjektor eines Ver- brennungsmotors gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Anschlussstückes sind Gegenstand der abhängigen Ansprü- che.

Das gattungsgemäße Anschlussstück ist aufgrund der wenigstens zwei Hoch- druckanschlüsse zum Aufbau einer Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Kraft- stoffinjektoren geeignet. Hierbei dient ein Anschluss als Hochdruckeingangsan- schluss sowie wenigstens ein zweiter Anschluss als Hochdruckausgangsanschluss.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für die Hochdruckanschlüsse, d.h. den we- nigstens einen Hochdruckeingangsanschluss und den wenigstens einen Hoch- druckausgangsanschluss separate Hochdruckkanäle innerhalb des Anschlussstü- ckes vorzusehen, über diese die jeweiligen Anschlüsse separiert voneinander in- nerhalb eines internen Hochdruckspeichers münden. Wesentlicher Punkt ist hier bei, dass die Anschlüsse, d.h. der wenigstens eine Hochdruckeingangsanschluss und der wenigstens eine Hochdruckausgangsanschluss nur mittelbar über den in- ternen Hochdruckspeicher miteinander in fluider Verbindung stehen. Dadurch las- sen sich mit Hilfe des internen Hochdruckspeichers etwaige Druckpulsationen in- nerhalb der Hochdruckleitungen eliminieren bzw. ausreichend dämpfen, sodass eine Weiterleitung dieser Schwankungen von einem ersten Injektor der Reihen- schaltung zu wenigstens einem nachgeschalteten Injektor unterbunden bzw. zu- mindest reduziert wird. Es ist zwar vorteilhaft, wenn der interne Hochdruckspeicher Bestandteil des An- schlussstückes ist oder zumindest teilweise innerhalb des Anschlussstückes ausge- formt ist. Alternativ könnte jedoch auch ein bestehender Hochdruckspeicher inner- halb eines verbunden Injektors genutzt werden, in diesem die Hochdruckkanäle des Anschlussstückes separat voneinander münden. Hierzu sind die Hochdruckkanäle folglich getrennt voneinander zur Schnittstelle des Anschlussstückes mit dem Injek tor geführt, wo sie dann getrennt voneinander im internen Hochdruckspeicher des Injektors münden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Hochdruckzulei- tungskanal vom Hochdruckeingangsanschluss bis zum internen Hochdruckspeicher zusätzlich eine Drossel installiert. Gleiches kann ebenso im Hochdruckzuleitungs- kanal vom Hochdruckausgangsanschluss zum Hochdruckspeicher vorgesehen sein. Vorstellbar ist also eine Variante, bei dieser lediglich in einem der beiden Hochdruckzuleitungskanäle eine Drossel vorgesehen ist, bevorzugt ist jedoch eine Ausführung mit integrierter Drossel in beiden Hochdruckzuleitungskanälen.

Durch Verwendung wenigstens einer Drossel innerhalb wenigstens eines dieser Hochdruckzuleitungskanäle können die bereits angesprochenen Druckpulsationen innerhalb der Hochdruckleitungen noch stärker gedämpft werden. Eine solche Drossel kann durch eine definierte Durchmesserverjüngung des jeweiligen Hoch- druckzuleitungskanal umgesetzt sein. Zweckmäßig ist eine Verjüngung des Durch- messers in Richtung des Hochdruckspeichers.

Sicherheitshalber wird darauf hingewiesen, dass der Einsatz einer solchen Drossel in wenigstens einem der Hochdruckzuleitungskanäle zwar vorteilhaft ist, für eine erfolgreiche Umsetzung der Erfindung jedoch keine zwingende Voraussetzung dar- stellt und daher lediglich ein optionales Merkmal der Erfindung bildet.

Die konstruktive Ausgestaltung des Anschlussstückes bzw. die konkrete Formge- bung ist grundsätzlich nicht beschränkt. Als vorteilhaft erweist sich jedoch eine symmetrische, insbesondere axialsymmetrische Ausführung des Anschlussstückes. Denkbar ist die Ausgestaltung als T-förmiges Anschlussstück bzw. T-Stück, wobei der Hochdruckeingangs- als auch der Hochdruckausgangsanschluss am Kopfbe- reich des T-Stückes ausgeformt sind. Der Fuß des T-förmigen Anschlussstückes bildet die Schnittstelle zum Injektor.

Der interne Hochdruckspeicher kann innerhalb des T-Stückes als Längsbohrung in Richtung des Fusses des T-Stückes ausgeformt sein. Idealerweise münden die Hochdruckzuleitungskanäle im rechten Winkel zur Längsachse der Bohrung des Hochdruckspeichers.

Der Anschluss externer Hochdruckleitungen an den Hochdruckeingangs- bzw. Hochdruckausgangsanschluss kann lösbar erfolgen. Idealerweise umfasst der Hochdruckeingangs- und/oder der Hochdruckausgangsanschluss ein Gewinde zur Verschraubung einer externen Hochdruckleitung. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Außengewinde, das außen am Anschluss des Hochdruckein- gangs- bzw. Hochdruckausgangsanschlusses vorgesehen ist.

Die Montage des Anschlussstückes mit dem Injektor kann ebenfalls mittels lösbarer Verbindung erfolgen. Auch hierbei erweist sich eine Verschraubung von Anschluss- stück und Injektorgehäuse als vorteilhaft, insbesondere mittels ein oder mehrerer Spannmuttern. Es wird darauf hingewiesen, dass das Anschlussstück nicht not- wendigerweise ein vom Injektor bzw. Injektorgehäuse separierbares Bauteil sein muss. Denkbar ist es weiter, dass das Anschlussstück Bestandteil des Injektorge- häuses ist, d.h. durch einen Abschnitt des Injektors/Injektorgehäuses gebildet wird. Theoretisch ist auch vorstellbar, dass Injektor/Injektorgehäuse und Anschlussstück aus einem einteiligen Basisbauteil gebildet sind. Bei der vorhergehenden ange- sprochenen Schnittstelle handelt es sich dann nur um eine theoretische Schnittstel- le zwischen den beiden Bereichen des einheitlichen Bauteils.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Anschlussstück wenigstens einen internen Filter vorsieht, der die fluide Verbindung zwischen internem Hochdruckspeicher des Anschlussstückes und dem das Anschlussstück aufnehmenden Injektor bildet. Ge- maß bevorzugter Ausführungsform ist dazu ein entsprechendes Filtergehäuse vor- gesehen, das zur Aufnahme des Filters dient, wobei das Filtergehäuse die entspre- chende Anschlussschnittstelle des internen Flochdruckspeichers mit einem Injektor bildet.

Neben dem erfindungsgemäßen Anschlussstück betrifft die vorliegende Erfindung zudem einen Kraftstoffinjektor mit wenigstens einem Anschlussstück gemäß der vorliegenden Erfindung. Demzufolge ergeben sich für den Kraftstoff! njektor diesel- ben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits vorstehend anhand des Anschluss- stückes erläutert wurden. Insbesondere umfasst ein entsprechender Injektor auch eine solche Ausführungsform, bei dem der interne Hochdruckspeicher zur Verbin- dung des Hochdruckeingangs- und/oder Hochdruckausgangsanschlusses teilweise bzw. vollständig innerhalb des Kraftstoffinjektorgehäuses integriert ist. In einem sol- chen Fall enden die Hochdruckzuleitungskanäle des Anschlussstückes separat voneinander an der Schnittstelle zum Injektor. Der Injektor weist in seinem korres- pondierenden Schnittstellenbereich weiterführende Kanäle auf, wodurch die Hoch- druckzuleitungskanäle letztendlich separiert voneinander im internen Hochdruck- speicher des Injektors münden können.

Zudem betrifft die Erfindung ebenfalls ein Einspritzsystem mit mehreren Injektoren gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei diese über ihre Anschlussstücke in Rei- he miteinander verschaltet sind.

Zuletzt betrifft die Erfindung ebenfalls eine Arbeitsmaschine mit einem Verbren- nungsmotor und einem Einspritzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Dem- zufolge ergeben sich für das Einspritzsystem als auch für die Arbeitsmaschine die selben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits im Rahmen der Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Anschlussstück aufgezeigt wurden.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 : eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Bereich des Anschlussstückes gemäß einer ersten Ausführungsform,

Figur 2: eine zur Figur 1 analoge Schnittdarstellung eines modifizierten erfin- dungsgemäßen Kraftstoffinjektors und,

Figur 3: eine skizzenhafte Darstellung des erfindungsgemäßen Einspritzsystems mit Kraftstoffinjektoren gemäß Figur 1 oder Figur 2.

Die Schnittdarstellung der Figur 1 zeigt das axialsymmetrisch ausgeführte, T- förmige Anschlussstück 10, das mittels Verschraubung fußseitig mit dem Injektor- gehäuse 20 verbunden ist. Am Kopfbereich des Anschlussstückes 10 sind auf ge- genüberliegenden Seiten die Anschlüsse für Flochdruckleitungen A, B ausgeformt. Beispielsweise wird die Flochdruckleitung A mit dem Flochdruckeingangsanschluss verbunden, indem die Überwurfmutter 30 mit dem am Anschlussflansch vorgese- henen Außengewinde 13A verschraubt wird. Dadurch wird die Flochdruckleitung A axial in die Öffnung des Flochdruckeingangsanschlusses gepresst. Selbiges erfolgt mit der Flochdruckleitung B, die ebenfalls mittels einer Überwurfmutter 30 mit dem am Flochdruckausgangsanschluss vorgesehenen Außengewinde 13B verschraubt wird. Mit FHilfe solcher Anschlussstücke 10 kann demzufolge eine Reihenschaltun von Injektoren 20 für ein Einspritzsystem eines Verbrennungsmotor aufgebaut wer- den, ohne dass zusätzliche Verbindungsbauteil, wie z.B. eine Schelle oder ähnli- ches, notwendig sind.

Von beiden Flochdruckanschlüssen erstreckt sich jeweils ein individueller Floch- druckzuleitungskanal 11A, 11 B, der in axialer Anschlussrichtung vom Flochdruck- eingangs- bzw. Flochdruckausgangsanschluss bis zu einem internen Flochdruck- speicher 15 verläuft und in diesem mündet. Der Flochdruckspeicher 15 erstreckt sich quer zur Richtung der Zuleitungskanäle 11A, 11 B, d.h. in Vertikalrichtung bis zum Fuss des Anschlussstückes 10. Sowohl der Hochdruckzuleitungskanal 11A als auch der Hochdruckzuleitungskanal 11 B sehen jeweils eine integrierte Drossel 12A, 12B vor, die sich durch eine Ver- jüngung des Kanaldurchmessers des jeweiligen Hochdruckzuleitungskanals 11A, 11 B in Richtung des integrierten Hochdruckspeichers 15 auszeichnet. In der ge- zeigten Ausführungsform münden beide Drosseln 12A, 12B direkt im integrierten Druckspeicher 15, theoretisch könnten die Drosseln 12A, 12B jedoch in einem wei- ter mittig gelegenen Abschnitt des Hochdruckzuführungskanals 11 A, 11 B liegen.

Dadurch, dass die Hochdruckleitung A mit der ausgehenden Hochdruckleitung B lediglich mittelbar über den integrierten Hochdruckspeicher 15 verbunden ist, wird sichergestellt, dass die von einer zentralen Hochdruckpumpe verursachten Druck- schwingungen eliminiert bzw. zumindest massiv gedämpft werden und nicht über den Hochdruckkanal 11 B bzw. die Hochdruckleitung B zu einem weiteren ange- schlossenen Injektor übertragen werden können. Die integrierten Drosseln 12A, 12B tragen zu einer weiteren Eliminierung bzw. Dämpfung der durch die Pumpe verursachten Druckwellen bei.

Die Ausführungsform der Figur 2 zeigt eine leicht modifizierte Variante des An- schlussstückes 10, die sich gegenüber der Variante der Figur 1 lediglich darin un- terscheidet, dass die in Figur 1 enthaltenen Drosseln 12A, 12B weggelassen wur- den, der Durchmesser der Hochdruckzuführungskanäle 11A, 11 B also über seine Länge konstant bleibt. Einzig der Druckspeicher 15 sorgt in diesem Fall für eine ausreichende Eliminierung bzw. Dämpfung etwaiger Druckpulsationen in der Hoch- druckleitung A.

Bei beiden Ausführungsbeispielen (Figur 1 und 2) wird die fluide Schnittstelle des Anschlussstückes 10 mit dem Injektor 20 über den integrierten Filter 17 gebildet, der durch ein Filtergehäuse 16 aufgenommen ist. Das Filtergehäuse 16 ist in die zur Schnittstelle gerichtete Öffnung des Hochdruckspeichers 15 eingesetzt. Das Filtergehäuse 16 schliesst bündig mit der Öffnung des Hochdruckspeichers 15 ab, während das Filterelement 17 um ein kurzes Stück aus der Öffnung herausragt. Der Hochdruckspeicher 21 des Injektors zeigt einen unterschiedlichen Durchmes- ser zum Hochdruckspeicher 15 des Anschlussstückes 10, zumindest mit Bezug zu dessen Öffnungsdurchmesser. Anschlussstück 10 und Injektor 20 sind dabei so miteinander verbunden, dass die beiden Hochdruckspeicher 15, 21 bzw. deren Öff- nungen passgenau miteinander abschliessen. Das herausragende Filterelement 17 des Anschlussstückes 10 ragt in den Hochdruckspeicher 21 des Injektors hinein.

Figur 3 zeigt einen skizzierten Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen Ein- spritzsystems mit insgesamt vier Kraftstoffinjektoren 20_1 , 20_2, 20_3, 20_4, die jeweils das erfindungsgemäße Anschlussstück 10 am kopfseitigen Gehäuseende tragen. Die zentrale Kraftstoffzufuhr ist mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Der Kraftstoff wird mittels der zentralen Hochdruckpumpe 4 auf das benötigte Druckniveau gebracht, das über die Kraftstoffzuleitung 3 dem ersten Injektor 20_1 der Reihenschaltung bereitgestellt wird. Die Zuleitung 3 wird hierzu am Hochdruck- eingangsanschluss des Anschlussstücks 10 des ersten Injektors 20_1 montiert. Über den Hochdruckausgangsanschluss des Anschlussstückes 10 gelangt der Kraftstoff dann weiter zum nachfolgenden Injektor 20_2 bzw. den dortigen Hoch- druckeingangsanschluss des zugeordneten Anschlussstückes 10. Der Ausgang des Injektors 20_2 ist wiederum mit dem Eingang des nachfolgenden Injektors 20_3 verbunden, von dort aus der Kraftstoff letztendlich zum letzten Injektor 20_4 gelangt. Der Hochdruckausganganschluss des vierten und damit letzten Kraftstoff- injektors 20_4 ist mit einem passenden Verschlussstopfen dichtend verschlossen.

Optional kann eine weitere Kraftstoffabführung 5 im Bereich der Anschlussstücke 10 vorgesehen sein, über diese Bruchleckagen in den Kraftstofftank 7 zurückge- führt werden können. Ein entsprechender Sensor 6 dient zur Detektion von etwai- gen Bruchleckagen. Weiterhin sorgt die Kraftstoffabführung 8 für die Abführung von etwaigen Schaltleckagen aus den Injektoren 20_1-20_4.