DE10063545C1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Einspritzdüse (3) einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) weist einen Steuerraum (12) zur Ansteuerung einer Düsennadel (13) und einen an einen Druckverstärker (4) anschließbaren Düsenraum (11) auf. Die Verbindung von einem Differenzraum (8) des Druckverstärkers (4) mit einer Leckageleitung (9) und die Verbindung von einem Steuerraum (12) mit einer Leckageleitung (9) sind mit Hilfe eines gemeinsamen Ventils (5; 15; 22) steuerbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert:
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung ist hubgesteuert ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, dass das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe einer verschieblichen Düsennadel aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgt. Eine Druckabsenkung innerhalb des Steuerraums bewirkt einen Hub der Düsennadel. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z. B. eine Führungsleckage oder eine Steuermenge), nicht zur Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefördert wird. Das Druckniveau dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird.

Eine hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker ist durch die DE 199 10 970 A1 bekannt geworden. Jeder Einspritzdüse eines Common Rail Systems wird ein hydraulischer Druckverstärker zugeordnet, der sowohl eine Erhöhung des maximalen Einspritzdrucks auf hohe Drücke, wie z. B. Drücke über 1800 bar, als auch die Bereitstellung eines zweiten Einspritzdrucks ermöglicht. Durch den Druckverstärker sind der Druckspeicherraum und die Einspritzdüse mit einem geringeren permanenten Druckniveau (Raildruck) beaufschlagt als bei einem herkömmlichen Common Rail Systemen und besitzen somit eine größere Lebensdauer. Ebenso ist die Hochdruckpumpe weniger beansprucht. Es besteht die Möglichkeit einer gut dosierbaren Voreinspritzung mit geringen Toleranzen durch geringen (nicht verstärkten) Einspritzdruck. Durch ein Umschalten zwischen den Einspritzdrücken läßt sich eine flexible Formung der Einspritzrate und mehrere Vor- bzw. Nacheinspritzungen bei hohem bzw. geringem Einspritzdruck realisieren. Nach der Lehre der DE 199 10 970 A1 werden der Steuerraum der Düsennadel und der Differenzraum des Druckverstärkers jeweils von einem Ventil angesteuert.

Aus der US 5,669,355 A ist es bekannt, den Steuerraum der Düsennadel und einen Primärraum des Druckverstärkers mit Hilfe eines gemeinsamen Ventils anzusteuern.

Vorteile der Erfindung

Zur Reduzierung des Aufwandes bei einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Druckspeicher und Druckverstärker und zur verbesserten Anpassung des zeitlichen Verhaltens des Druckaufbaus durch den Druckverstärker an den Bedarf des Motors wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Es wird nur ein einziges Ventil zur Ansteuerung des Druckverstärkers und der Düsennadel verwendet. Die vorliegende Erfindung verringert den Fertigungsaufwand der Ventile und den Aufwand der dazugehörenden Steuerungselektronik im Steuergerät. Der Nachteil der verringerten Flexibilität des Einspritzverlaufs kann durch das Verzögerungsglied ausgeglichen werden.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung ohne erfindungsgemäßes Verzögerungsglied;

Fig. 2 eine zweite hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zusätzlichen Verzögerungsglied;

Fig. 3 eine dritte hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zusätzlichen Verzögerungsglied;

Fig. 4 eine vierte hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem zusätzlichen Verzögerungsglied.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in der Fig. 1 dargestellten ersten hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine Kraftstoffpumpe Kraftstoff aus einem Vorratstank über eine Förderleitung in einen zentralen Druckspeicherraum (Common-Rail), von dem mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 2 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzdüsen 3 abführen. In der Fig. 1 ist lediglich eine der Einspritzdüsen 3 eingezeichnet. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe wird ein erster Systemdruck erzeugt und im Druckspeicherraum gelagert. Dieser erste Systemdruck wird zur Voreinspritzung und bei Bedarf und Nacheinspritzung (HC- Anreicherung zur Abgasnachbehandlung oder Rußreduktion) sowie zur Darstellung eines Einspritzverlaufs mit Plateau (Bootinjektion) verwendet. Zur Einspritzung von Kraftstoff mit einem zweiten höheren Systemdruck ist jeder Einspritzdüse 3 jeweils ein lokaler Druckverstärker 4 zugeordnet. Der Druckverstärker 4 und die Einspritzdüse 3 werden über ein gemeinsames 3/2-Wege-Ventil 5 angesteuert. Weiterhin ist dem Druckverstärker 4 ein Rückschlagventil 6 zugeordnet. Ein Kolben 7 kann einenends über die Druckleitung 2 mit Kraftstoff druckbeaufschlagt werden. Ein Differenzraum 8 ist mittels des Ventils 5 an eine Leckageleitung 9 anschließbar und dadurch druckentlastbar, so dass der Kolben 7 zur Verringerung des Volumens einer Druckkammer 10 verschoben werden kann. Der Kolben 7 wird in Kompressionsrichtung bewegt, so dass der in der Druckkammer 10 befindliche Kraftstoff verdichtet und einem Düsenraum 11 zugeführt wird. Das Rückschlagventil 6 verhindert den Rückfluß von komprimiertem Kraftstoff in den Druckspeicherraum.

Ein Steuerraum 12 der Einspritzdüse 3 wird ebenfalls mittels des Ventils 5 beschaltet. Wird das Ventil 5 angesteuert und der Steuerraum 12 mit der Leckageleitung 9 verbunden, fällt gleichzeitig der Druck im Steuerraum 12 und im Differenzraum 8 des Druckverstärkers 4. Damit wird durch das Öffnen einer Düsennadel 13 eine Einspritzung eingeleitet. Der Druckverstärker 4 wird gleichzeitig zum Druckaufbau angesteuert. Schließt das Ventil 5 wieder, so wird die Düsennadel 13 hydraulisch geschlossen. Der Druckverstärker 4 kehrt in seine Ausgangsstellung zurück.

Zwischen dem Druckverstärker 4 einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 14 und einem 2/2-Wege-Ventil 15 zur Ansteuerung des Druckverstärkers 4 und der Düsennadel 13 können ein oder mehrere zusätzliche Verzögerungsglieder 16 vorgesehen sein, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist. Dabei kann der Steuerraum 12 über ein Rückschlagventil 17 vom Differenzraum 8 abgekoppelt werden. Wird das 2/2- Wege-Ventil 15 geöffnet, fällt gleichzeitig der Druck im Steuerraum 12 und im Differenzraum 8. Durch das Öffnen der Düsennadel 13 erfolgt die Einspritzung, wie für Fig. 1 beschrieben. Gleichzeitig wird der Druckverstärker 4 für den Druckaufbau aktiviert, indem der Differenzraum 8 druckentlastet wird. Schließt das Ventil 15 wieder, so wird die Düsennadel 13 hydraulisch geschlossen. Der Druckverstärker 4 wird deaktiviert und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück. Eine Bootinjektion und eine Nacheinspritzung bei zugeschaltetem Druckverstärker 4 können durch das mindestens eine Verzögerungsglied 16 erreicht werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel (Kraftstoffeinspritzeinrichtung 18) der Erfindung mit einem Verzögerungsglied 19. Ein Ventilkolben 20 des Verzögerungsglieds 19 bewegt sich nach dem Aktivieren von Ventil 22 in Öffnungsrichtung 21. Dabei bewegt sich der Kolben 20 weiter in Öffnungsrichtung als zur Öffnung des notwendigen Abflussquerschnittes erforderlich ist. Beim Abschalten des Druckverstärkers 4 muss der Kolben 20 zuerst diesen zusätzlichen Hub durchlaufen. Bei langsamer Bewegung des Kolbens 20 wird damit eine entsprechende Verzögerung erreicht.

Der Differenzraum 8 des schon beschriebenen Druckverstärkers 4 kann somit mit Hilfe des 2/2-Wege-Ventils 22 und dem Ventilkolben 20 an eine Leckageleitung 9 angeschlossen werden. Zur Durchführung einer Nacheinspritzung wird die Düsennadel 13 über das Ventil 22 geschlossen und wieder geöffnet, ohne dass dabei der Druckverstärker 4 über den Kolben 20 abgeschaltet wird.

Ebenso ist eine Verzögerung der Zuschaltung des Druckverstärkers 4 möglich, um eine Bootinjektion zu erreichen. Fig. 4 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel. Sowohl die Zuschaltung wie auch die Abschaltung des Druckverstärkers 4 kann bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 23 verzögert werden. Der Druckverstärker 4 wird erst zugeschaltet, wenn der Kolben 20 den Hub h₁ durchlaufen hat. Damit wird eine Bootinjektion und eine Nacheinspritzung bei hohem Druck ermöglicht.

BEZUGSZEICHEN

1

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

2

Druckleitung

3

Einspritzdüse

4

Druckverstärker

5

3/2-Wege-Ventil

6

Rückschlagventil

7

Kolben

8

Differenzraum

9

Leckageleitung

10

Druckkammer

11

Düsenraum

12

Steuerraum

13

Düsennadel

14

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

15

2/2-Wege-Ventil

16

Verzögerungsglied

17

Rückschlagventil

18

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

19

Verzögerungsglied

20

Kolben

21

Öffnungsrichtung

22

2/2-Wege-Ventil

23

Kraftstoffeinspritzeinrichtung
h₁

Hub des Verzögerungsglieds

Claims (3)

1. Hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1; 14; 18; 23) mit einer Einspritzdüse (3), die einen Steuerraum (12) zur Ansteuerung einer Düsennadel (13) und einen an einen Druckverstärker (4) anschliessbaren Düsenraum (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von einem Differenzraum (8) des Druckverstärkers (4) mit einer Leckageleitung (9) und die Verbindung von einem Steuerraum (12) mit einer Leckageleitung (9) mit Hilfe eines gemeinsamen Ventils (5; 15; 22) steuerbar sind, wobei ein von dem gemeinsamen Ventil (5; 15) angesteuertes Verzögerungsglied (16; 19; 20) zwischen dem gemeinsamen Ventil (5; 15) und dem Differenzraum (8) angeordnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Ventil durch ein 3/2-Wege-Ventil (5) ausgebildet ist

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Ventil durch ein 2/2-Wege-Ventil (15) ausgebildet ist