DE10101358A1

DE10101358A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE10101358A1
Application number: DE10101358A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mahr; Martin Kropp; Hans-Christoph Magel; Wolfgang Otterbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2002-07-25
Also published as: EP1354133B1; EP1354133A2; WO2002055871A3; JP2004517259A; US20040003794A1; DE50108115D1; WO2002055871A2

Abstract

Eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) weist einen gemeinsamen Druckspeicherraum, einen Injektor (3) pro Zylinder und einen lokalen, jedem Injektor (3) zugeordneten Druckverstärker (4) auf. Ein 2/2-Wege-Ventil (14) ist zum Zumessen von Kraftstoff an den Injektor (3) vorgesehen.

Description

Stand der Technik

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 druckgesteuert ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, dass durch den im Düsenraum eines Injektors 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 oder 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.

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 den bekannten druckgesteuerten Common Rail Systemen wird pro Injektor jedoch ein aufwendig zu fertigendes 3/2-Wege-Ventil oder es werden zwei 2/2-Wege-Ventile verwendet.

Zur Erhöhung des Einspritzdruckes ist ein Druckverstärker möglich, wie er beispielsweise aus der US 5,143,291 oder der US 5,522,545 bekannt ist. Der Nachteil dieser druckverstärkten Systeme liegt in einer mangelnden Flexibilität der Einspritzung und einer schlechten Mengentoleranz bei der Zumessung kleiner Kraftstoffmengen.

Vorteile der Erfindung

Zur Kostenersparnis bei der Fertigung einer Kraftstoffeinrichtung insbesondere für kleine Motoren wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Die Verwendung eines einzigen 2/2-Wege-Ventils als Zumeßventil pro Zylinder in Kombination mit einem Druckverstärker führt zu einem kostengünstigeren System. Es ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung ein Common Rail Einspritzsystem, das mit zwei 2/2-Wege-Ventilen sowohl eine Ansteuerung des Druckverstärkers als auch des Injektors realisiert. Beide Einspritzkonzepte erlauben einen sehr hohen maximalen Einspritzdruck, eine Voreinspritzung bei niedrigerem Druckniveau und die Realisierung einer Bootinjektion bei der Haupteinspritzung.

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 druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker;

Fig. 2 eine zweite druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker;

Fig. 3 eine dritte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine Kraftstoffpumpe Kraftstoff aus einem Vorratstank über eine Förderleitung in einen in den Fign. nicht gezeigten 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 Injektoren 3 abführen. In der Fig. 1 ist lediglich eine der Injektoren 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 jedem Injektor 3 jeweils ein lokaler Druckverstärker 4 zugeordnet. Der Druckverstärker 4 wirkt mit einem 3/2-Wege-Ventil 5 zur Ansteuerung der Druckverstärkung, einem Rückschlagventil 6 und ein Druckmittel 7 in Gestalt eines verschieblichen Kolbens zusammen. Das Druckmittel 7 kann einenends mit Hilfe des Ventils 5 an die Druckleitung 2 angeschlossen werden, so dass das Druckmittel 7 einenends druckbeaufschlagt werden kann. Ein Differenzraum 8 ist mittels einer Leckageleitung 9 druckentlastet, so dass das Druckmittel 7 zur Verringerung des Volumens einer Druckkammer 10 verschoben werden kann. Das Druckmittel 7 wird in Kompressionsrichtung bewegt, so dass der in der Druckkammer 10 befindliche Kraftstoff verdichtet und einem Steuerraum 11 und einem Düsenraum 12 zugeführt wird. Das Rückschlagventil 6 verhindert den Rückfluß von komprimierten Kraftstoffs in den Druckspeicherraum. Mittels eines geeigneten Flächenverhältnisses in einer Primärkammer 13 und der Druckkammer 10 kann ein zweiter höherer Druck erzeugt werden. Wird die Primärkammer 13 mit Hilfe des Ventils 5 an die Leckageleitung 9 angeschlossen, so erfolgt die Rückstellung des Druckmittels 7 und die Wiederbefüllung der Druckkammer 10. Aufgrund der Druckverhältnisse in der Druckkammer 10 und der Primärkammer 13 öffnet das Rückschlagventil 6, so dass die Druckkammer 10 unter Raildruck (Druck des Druckspeicherraums) steht und das Druckmittel 7 hydraulisch in seine Ausgangsstellung zurückgefahren wird. Zur Verbesserung des Rückstellverhaltens können eine oder mehrere Federn in den Räumen 8, 10 oder 13 angeordnet sein. Mittels der Druckverstärkung kann somit ein zweiter Systemdruck erzeugt werden.

Als Zumeßventile werden 2/2-Wege-Ventile 14 verwendet, die als direkt betätigte kraftausgeglichene Magnetventile ausgebildet sind. Es kann aber auch ein Piezoaktor mit entsprechendem Kopplerraum sein. Mit Hilfe des Zumeßventils 14 wird die Einspritzung für jeden Zylinder druckgesteuert realisiert. Mit Hilfe des Ventils 14 wird eine Druckleitung 15 mit dem Düsenraum 12 verbunden. Die Einspritzung erfolgt mit Hilfe einer in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Düsennadel 16 mit einer konischen Ventildichtfläche an ihrem einen Ende, mit der sie mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse zusammenwirkt. An der Ventilsitzfläche des Gehäuses sind Einspritzöffnungen vorgesehen. Innerhalb des Düsenraums 12 ist eine in Öffnungsrichtung der Düsennadel 16 weisende Druckfläche dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, welcher dem Düsenraum 12 über die Druckleitung 15 zugeführt wird.

Der Injektor 3 weist eine erste Druckentlastungsdrossel 17 und eine zweite Druckentlastungsdrossel 18 auf. Über die Druckentlastungsdrossel 18 besitzt die Druckleitung 19 eine permanente durchgängige Verbindung zur Leckageleitung 20. Über die Druckentlastungsdrossel 18 und den Steuerraum 11 ist die Druckleitung 19 nur bei geschlossener Einspritzöffnung mit der Leckageleitung 20 verbunden. Der Injektor 3 weist neben einer stets durchgängigen Druckentlastungsdrossel 17 daher die weitere durch einen Hub der Düsennadel 16 verschließbare Druckentlastungsdrossel 18 auf. Die kleinere Druckentlastungsdrossel 17 führt zu einer während der Einspritzung geringeren Leckage. Bei Beendigung der Einspritzung sinkt der Druck im Düsenraum 12 zunächst nur über die Druckentlastungsdrossel 17 ab und die Düsennadel 16 beginnt mit dem Schließvorgang. Dadurch wird die noch verschlossene Druckentlastungsdrossel 18 freigegeben, so dass der Schließvorgang der Düsennadel 16 stark beschleunigt wird.

Zur Steuerung des Druckverstärkers 4 zeigt Fig. 2 eine weitere Ausführungsform (Kraftstoffeinspritzeinrichtung 21) bei der zusätzlich zur Steuerung des Druckverstärkers 4 ebenfalls ein 2/2-Wege-Ventil 22 eingesetzt wird. Im ungeschalteten Zustand hat das Ventil 22 keinen Durchfluß. Es steht der Raildruck aus dem Druckspeicherraum zur Zumessung an Ventil 14 an. Der Druckverstärker 4 ist in seine Ausgangsstellung zurückgefahren. Wird das Ventil 22 auf Durchfluß geschaltet, dann bewirkt der Druckverstärker 4 eine Erhöhung des Raildrucks. Dieser erhöhte Druck steht nun am Zumeßventil 14 an.

Beide 2/2-Wege-Ventile können mit einem Aktor geschaltet werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist (Kraftstoffeinspritzeinrichtung 23). Der Aktor (Magnetaktor oder Piezosteller) ist dabei mit beiden Ventilen verbunden und ist 3-stufig ausgeführt, d. h. eine Ruhe- und zwei Schaltstellungen. Die beiden Schaltstellungen werden mit unterschiedlichen Steuerspannungen angesteuert. In Ruhestellung haben beide Ventile keinen Durchfluß. In der ersten Schaltstellung wird nur das Ventil 24 auf Durchfluß geschaltet und damit eine Einspritzung mit Raildruck erzeugt. In der zweiten Schaltstellung sind das Ventil 24 und das Ventil 25 auf Durchfluß geschaltet und es erfolgt eine Einspritzung mit dem durch den Druckverstärker 4 erhöhten Druck. Wird zunächst die erste Schaltstellung realisiert und nach einer gewissen Verzögerung während der Einspritzung die zweite Schaltstellung ausgebildet, so ergibt sich eine Bootinjektion.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

2

Druckleitung

3

Injektor

4

Druckverstärker

5

3/2-Wege-Ventil

6

Rückschlagventil

7

Druckmittel

8

Differenzraum

9

Leckageleitung

10

Druckkammer

11

Steuerraum

12

Düsenraum

13

Primärkammer

14

2/2-Wege-Ventil

15

Druckleitung

16

Düsennadel

17

Druckentlastungsdrossel

18

Druckentlastungsdrossel

19

Druckleitung

20

Leckageleitung

21

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

22

2/2-Wege-Ventil

23

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

24

2/2-Wege-Ventil mit Aktor

25

2/2-Wege-Ventil mit Aktor

Claims

1. Druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1; 21; 23) mit einem gemeinsamen Druckspeicherraum, mit einem Injektor (3) pro Zylinder und mit einem lokalen, jedem Injektor (3) zugeordneten Druckverstärker (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein 2/2-Wege-Ventil (14; 24) zum Zumessen von Kraftstoff an den Injektor (3) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 2/2-Wege-Ventil (22) zur Ansteuerung des Druckverstärkers (4) vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, die Betätigung beider Steuerventile mit einem gemeinsamen Aktor vorgesehen ist.