DE10065103C1

DE10065103C1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE10065103C1
Application number: DE10065103A
Authority: DE
Inventors: Martin Kropp; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2020-12-29
Also published as: JP2002227740A; FR2819020A1; US20020088436A1; US6655355B2

Abstract

Bei einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (18) ist eine Düsennadel (12) durch eine Düsenfeder (21) in Schließrichtung druckbeaufschlagt. Ein Düsenraum zum Öffnen der Düsennadel (12) ist über eine Druckleitung (10) an einen Druckspeicherraum (6) anschließbar. Es ist eine hydraulische Einrichtung zur Unterstützung des Schließverhaltens der Düsennadel (12) ausgebildet. Hierdurch wird ein schnelleres Schließverhalten der Düsennadel (12) erreicht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.

Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung ist druckgesteuert ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, dass durch den im Düsenraum einer Einspritzdüse herrschenden Kraftstoffdruck eine Düsennadel gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder) bewegt wird, so dass die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. 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), 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.

Bei Common Rail Systemen kann der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepaßt werden. Zur Geräuschminderung wird hier oft eine Voreinspritzung durchgeführt. Zur Reduzierung von Emissionen ist eine druckgesteuerte Einspritzung bekanntermaßen günstig.

Bei druckgesteuerten Systemen ergibt sich ein dreieckförmiger Einspritzverlauf in der Haupteinspritzung. Dabei schließt die Düsennadel aufgrund des abfallenden Druckes im Düsenraum. Es zeigt sich, dass ein schnelles Schließen (rapid still) der Düsennadel von Vorteil ist. Dieses schnelle Schließen läßt sich bei druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit einer schnellen Entlastung des Düsenraums erreichen. Allerdings darf der Druckabbau nicht so schnell erfolgen, dass der Einspritzdruck schon abgebaut ist, während die Düsennadel aufgrund ihrer Massenträgheit noch offen ist. Dies hätte ein Rückblasen von Verbrennungsgasen in den Düsenraum zur Folge.

Durch die US 5,339,786 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt geworden, bei der eine hydraulische Unterstützung des Schließvorgangs der Düsennadel durchgeführt wird. Die hydraulische Unterstützung des Schließverhaltens führt zu einem schnellen Druckabbau im Düsenraum und somit zu einem schnelleren Schließen. Das hydraulisch unterstützte Schließen der druckgesteuerten Düsennadel kann auch für Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit einem Druckverstärker für einen verbesserten Druckabbau und eine Wiederbefüllung eingesetzt werden.

In der JP 08218967 AA wird beschrieben, dass der Druckraum einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung über ein Ventil an die Druckleitung anschließbar ist.

Die Verwendung eines Druckverstärkers bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit hydraulischer Unterstützung des Schließverhaltens der Düsennadel geht aus der WO 00/23704 hervor.

Aus der DE 199 10 970 A1 ist es ebenfalls bekannt, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker auszustatten.

Vorteile der Erfindung

Zur Verbesserung des Schließverhaltens der Düsennadel bei Vereinfachung der Bauweise wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 oder 2 vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß ist die Zuleitung zum Entlastungsventil bei einer Alternative der Erfindung an den Zulauf zu dem Drucksteuerventil angeschlossen. Hierdurch wird der erhöhte Druck aus dem Druckspeicherraum zum Schließen der Düsennadel verwendet. Ein zusätzliches Ventil zur Durchführung des hydraulisch unterstützten Schließens der Düsennadel kann eingespart werden, wenn hierzu bei einer anderen Alternative der Erfindung der Absteuerstrom des Zumeßventils für die Kraftstoffeinspritzung verwendet wird.

Zeichnung

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

Fig. 1 eine erste Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Lehre der Erfindung;

Fig. 2 eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Lehre der Erfindung;

Fig. 3 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 5 eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 6 das Prinzip einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Stand der Technik.

Beschreibung des Prinzips der druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (Stand der Technik)

Bei der in Fig. 3 dargestellten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen zentralen Druckspeicherraum 6 (Common-Rail), von dem mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzdüsen 8 abführen. In der Fig. 3 ist lediglich eine der Einspritzdüsen 8 näher dargestellt. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird ein Systemdruck erzeugt und im Druckspeicherraum 6 mit einem Druck von 300 bis ca. 1800 bar gelagert.

Im Bereich des Druckspeicherraums 6 befinden sich Zumeßventile 9, die als 3/2- Magnetventile ausgebildet sind. Mit Hilfe des Zumeßventils 9 wird die Einspritzung für jeden Zylinder druckgesteuert realisiert. Eine Druckleitung 10 verbindet den Druckspeicherraum 6 mit einem Düsenraum 11. Die Einspritzung erfolgt mit Hilfe einer in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Düsennadel 12 mit einer konischen Ventildichtfläche 13 an ihrem einen Ende, mit der sie mit einer Ventilsitzfläche am Gehäuse der Einspritzdüse 8 zusammenwirkt. An der Ventilsitzfläche des Gehäuses sind Einspritzöffnungen vorgesehen. Innerhalb des Düsenraums 11 ist eine in Öffnungsrichtung der Düsennadel 12 weisende Druckfläche 14 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, welcher dem Düsenraum 11 über die Druckleitung 10 zugeführt wird.

Nach dem Öffnen des Zumeßventils 9 läuft eine Kraftstoff-Hochdruckwelle in der Druckleitung 10 zum Düsenraum 11. Die Düsennadel 12 wird gegen eine Rückstellkraft von der Ventilsitzfläche abgehoben und der Einspritzvorgang kann beginnen.

Bei Beendigung der Einspritzung und geschlossener Verbindung des Düsenraums zum Druckspeicherraum 6 sinkt der Druck im Düsenraum 11 ab, weil die Druckleitung 10 an eine Leckageleitung 15 angeschlossen wird. Die Düsennadel 12 beginnt mit dem Schließvorgang.

Im Gegensatz zur Fig. 3 zeigt Fig. 4, dass an Stelle des 3/2-Wege-Ventils 8 zwei 2/2-Wege-Ventile 16 und 17 bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 18 verwendet werden. Das 2/2-Wege-Ventil 16 übernimmt die Zumessung, während das 2/2- Wege-Ventil 17 die Entlastung oder Absteuerung übernimmt. Es ist von Vorteil, das Entlastungsventil 17 nahe am Düsenraum 11 anzuordnen. Das Zumeßventil 16 kann ebenfalls in der Einspritzdüse 8 angebracht werden. Beide Ventile 16 und 17 können auch zur Reduzierung des Aufwands durch einen Aktor gesteuert werden. Eine Anordnung des Zumeßventils am Druckspeicherraum 6 ermöglicht zusätzlich noch eine Druckerhöhung des Einspritzdrucks durch Ausnutzung der Leitungsschwingungen. Einen entscheidenden Vorteil hinsichtlich des Schließverhaltens der Düsennadel erreicht man nun, indem das Entlastungsventil 17 die Druckleitung 10 nicht direkt mit einer Leckageleitung 19 verbindet, sondern über einen Federraum 20 der Einspritzdüse 8. So entsteht im Federraum 20 beim Absteuern der Druckleitung 10 ein hydraulischer Überdruck, der eine Düsenfeder 21 beim Schließvorgang hydraulisch unterstützt. Es entsteht eine Kombination aus hub- und druckgesteuertem Schließen. Die Schließzeit wird verkürzt. Ein Rückblasen von Verbrennungsgasen in die Einspritzdüse wird vermieden.

In Fig. 5 ist das hydraulisch unterstütze Schließverfahren für eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 22 gezeigt, welche zusätzlich einen Druckverstärker 23 aufweist. Hier wirkt sich der Einsatz des Entlastungsventil 17 in der Druckleitung 10 besonders günstig aus, weil der Druckabbau auf der Niederdruckseite des Druckverstärkers 23 direkt an der Einspritzdüse erfolgt. Zur Optimierung des Entlastungsvorgangs ist am Ausgang des Düsenraums zusätzlich eine Drossel 24 angeordnet, die den Druckabfall beschränkt. Das Wiederbefüllen des Druckverstärkers erfolgt auf Grund der Druckabnahme auf der Hochdruckseite. Nach dem Öffnen des Zumeßventils 16 befüllt sich der Druckverstärker 23 aufgrund der Druckfeder im Totvolumen wieder und fährt in seine Ausgangslage zurück.

Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, dass bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 25 ein 3/2-Wege-Ventil 26 als Zumeßventil verwendet wird. Das Schließen der Düsennadel 12 erfolgt wiederum hydraulisch unterstützt. Die Einspritzung erfolgt mittels einer druckgesteuerten Einspritzdüse ähnlich einer Pumpen-Düse-Einheit (PDE). Zum Befüllen eines Druckverstärkers 27 ist ein Rückschlagventil 28 vorgesehen, das entweder an eine Druckleitung 29 oder an die Kraftstoffpumpe (gestrichelte Andeutung) angeschlossen sein kann. Um ein hydraulisch unterstützes Schließen der Düsennadel 12 zu erreichen, wird ein Schließkolben 30 an der Einspritzdüse vorgesehen, der einen Druckraum 31 begrenzt. Der Druckraum 31 kann über ein 2/2-Wege-Ventil 32 mit Druck beaufschlagt werden. Über eine Drossel 33 wird der Druckraum 31 bei geschlossenem Ventil 32 druckentlastet. Eine Druckfläche 34 ist so ausgelegt, dass bei geöffnetem Ventil 32 eine hydraulische Kraft erzeugt wird, um die Feder 21 zu unterstützen. Dabei liegt der Einspritzdruck im Düsenraum 11 unverändert an. Durch das Schließen des Ventils 32 wird der Druckraum 31 entlastet und die Düsennadel 12 öffnet wieder. Es erfolgt eine Nacheinspritzung mit hohem Druck.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele (nach der Lehre der Erfindung)

Gemäß Fig. 6 wird der erhöhte Druck aus dem Hochdruckraum des Druckverstärkers zum Schließen der Düsennadel 12 verwendet. Ebenso kann bei entsprechender Auslegung der Druckfläche 34 auch der im Druckspeicherraum 6 vorliegende Druck zum Schließen der Düsennadel 12 verwendet werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung 35 ist eine Zuleitung 36 zwischen den Ventilen 26 und 32 vorgesehen. Eine zusätzliche Leckage durch Ventil 32 wird vermieden. Der Federraum der Düsennadel kann auch den Druckraum für den Kolben 29 bilden.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 vermeidet den Nachteil der Verwendung eines zusätzlichen Ventils 32, indem zum Schließen der Düsennadel 12 der Absteuerstrom des Zumeßventils 26 genutzt wird. Fig. 2 zeigt die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 37 mit einer Steuerung der Zumessung durch das 3/2-Wege-Ventil 26 und mit einem integrierten hydraulisch unterstützten Schließen der Düsennadel 12 mit Hilfe des Absteuerstroms. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung 37 wird der Entlastungsstrom des Druckverstärkers 27 am Ende der Einspritzung durch das Ventil 26 in den Druckraum 31 geleitet. Damit wird der Schließkolben 30 mit Druck beaufschlagt. Ein hydraulisch unterstütztes Schließen der Düsennadel 12 wird erzwungen. Durch eine erneute Ansteuerung des Zumeßventils 26 kann nun wieder eine Einspritzung erfolgen. Durch einen kleinen Durchflußquerschnitt einer Drossel 38 kann ein langsamer Druckabbau des Druckverstärker- und Einspritzbereichs erreicht werden. Somit kann bei entsprechender Auslegung ohne zusätzliches Ventil 32 (siehe Fig. 1) ein schnelles Schließen der Düsennadel 12 und eine Nacheinspritzung unter hohem Druck erreicht werden. Die bei einem 3/2-Wege-Ventil vorhandene Überdeckung des Öffnungsquerschnitts und des Entlastungsquerschnitts ist bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung 36 nicht nachteilig. Es wird kurzzeitig ein erwünschter zusätzlicher Druckaufbau im Druckraum 31 erreicht.

BEZUGSZEICHEN

1

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

2

Kraftstoffpumpe

3

Kraftstoff

4

Kraftstofftank

5

Förderleitung

6

Druckspeicherraum

7

Druckleitung

8

Einspritzdüse

9

Zumeßventil

10

Druckleitung

11

Düsenraum

12

Düsennadel

13

Ventildichtfläche

14

Druckfläche

15

Leckageleitung

16

Zumeßventil

17

Absteuerventil

18

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

19

Leckageleitung

20

Federraum

21

Düsenfeder

22

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

23

Druckverstärker

24

Drossel

25

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

26

Zumeßventil

27

Druckverstärker

28

Rückschlagventil

29

Druckleitung

30

Schließkolben

31

Druckraum

32

2/2-Wege-Ventil

33

Drossel

34

Druckfläche

35

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

36

Zuleitung

37

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

38

Drossel

Claims

1. Druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung (35) mit einer Düsennadel, welche durch eine Düsenfeder in Schließrichtung druckbeaufschlagbar ist, wobei ein Düsenraum zum Öffnen der Düsennadel über eine einen mit Kraftstoff als Arbeitsmedium betreibbaren Druckverstärker enthaltende Druckleitung und ein Druckraum zum Schließen der Düsennadel an einen Druckspeicherraum anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum über eine ein Ventil (32) enthaltende Zuleitung (36) direkt an den Druckspeicherraum anschließbar ist.

2. Druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung (37) mit einer Düsennadel, welche durch eine Düsenfeder in Schließrichtung druckbeaufschlagbar ist, wobei ein Düsenraum zum Öffnen der Düsennadel über eine einen mit Kraftstoff als Arbeitsmedium betreibbaren Druckverstärker (27) enthaltende Druckleitung an einen Druckspeicherraum anschließbar ist, und wobei ein Druckraum (31) zum Schließen der Düsennadel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3/2-Wege-Ventil (26) zum Anschluss eines zulaufseitigen Niederdruckraums des Druckverstärkers (27) an den Druckspeicherraum oder an eine Druckleitung zum Druckraum vorgesehen ist.