DE10111293B4

DE10111293B4 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10111293B4
Application number: DE2001111293
Authority: DE
Inventors: Achim Brenk; Wolfgang Klenk; Uwe Gordon; Manfred Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: WO2002073022A1; DE10111293A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit jeweils einem in einer Druckleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventil (4) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, mit einem Hochdruckspeicher (2) für den Kraftstoff, an den die Druckleitungen (3) der einzelnen Einspritzventile (4) angeschlossen sind, und mit einem den Öffnungshub des Ventilglieds (12) des Einspritzventils (4) begrenzenden hydraulischen Hubanschlag (32), der als hydraulischer Dämpfungsraum (34) ausgebildet ist und ein hydraulisch ansteuerbares Steuerventil (36) aufweist, welches die Verbindung des Dämpfungsraums (34) zur Niederdruckseite (27) sperrt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerventile (36) jeweils über den in einer Steuerleitung (42) herrschenden Druck hydraulisch ansteuerbar sind,
dass die Steuerleitungen (42) der einzelnen Steuerventile (36) über eine erste Drossel (28) mit dem Hochdruckspeicher (2) verbunden und über ein Druckabbauventil (29) mit der Niederdruckseite (27) verbindbar sind,
und dass bei geschlossenem Einspritzventil (4) und bei in der Steuerleitung (42) herrschendem Hochdruck der Dämpfungsraum (34) mit der Niederdruckseite...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine solche aus DE 195 04 849 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen umfasst jeweils ein in einer Druckleitung des Kraftstoffs vorgesehenes Einspritzventil für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, einen den Öffnungshub des Ventilglieds des Einspritzventils begrenzenden hydraulischen Hubanschlag, der als hydraulischer Dämpfungsraum ausgebildet ist und ein Steuerventil aufweist, welches die Verbindung des Dämpfungsraums zur Niederdruckseite sperrt, und einen Hochdruckspeicher für den Kraftstoff, an den die Druckleitungen der einzelnen Einspritzventile angeschlossen sind.
Weiterhin umfasst eine aus der DE 197 39 905 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritzventil mit einem nach au ßen aus einer Bohrung des Ventilkörpers austauchenden Ventilglied. An dem Ventilglied sind zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern vorgesehen, die beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilglieds nacheinander aufsteuerbar sind. Das Einspritzventil weist einen den Öffnungshub des Ventilglieds begrenzenden zweistufigen hydraulischen Hubanschlag auf, der als hydraulischer Dämpfungsraum mit zusteuerbarer Entlastung ausgebildet ist. Bei der Öffnungshubbewegung wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum durch zwei Anschliffe am Ventilglied und über jeweils den Anschliffen zugeordnete Entlastungsleitungen in einen Niederdruckraum gepreßt. Die Dichtkante des ersten Anschliffs ist dabei brennraumnäher als die des zweiten Anschliffs ausgebildet, so daß die Dichtkante des ersten Ansschliffs in die Bohrung eintaucht, sobald eine Einspritzöffnungsreihe aus der Bohrung ausgetaucht ist. In der weiteren Huböffnungsphase wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum ausschließlich über den zweiten Anschliff und dessen Entlastungsleitung geleitet. In der Entlastungsleitung des zweiten Anschliffs ist ein hydraulisch gesteuertes Entlastungsventil angeordnet, das erst dann öffnet, wenn der im Dämpfungsraum herrschende Druck die Schließkraft der auf das Ventilglied des Entlastungsventils wirkenden Schließfeder überschreitet. Die Schließfeder ist an der einen Stirnfläche eines axial verschiebbaren Kolbens abgestützt, dessen andere abgewandte Stirnseite einen hydraulischen Arbeitsraum begrenzt. Indem der Arbeitsraum über eine Steuerleitung mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit aus einem Hydrauliksystem beaufschlagt wird, läßt sich der Kolben und damit die Schließkraft der Schließfeder in Abhängigkeit vom Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine verstellen. Über den Steuer druck läßt sich somit steuern, wie weit das Ventilglied bei der Öffnungshubbewegung aus der Bohrung austaucht und ob nur eine oder beide Einspritzöffnungsreihen freigegeben werden.
GB 159 42 98 A offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der die Bewegung der Düsennadel über den in einem Steuerraum („oberer Druckraum") herrschenden Steuerdruck steuerbar ist. Dazu wird der Steuerraum über ein Hilfsventil entweder mit der Hochdruck-Kraftstoffzuführung oder mit der Niederdruckseite (Rücklauf) verbunden. Das Hilfsventil wird hydraulisch angesteuert über eine Servodruckleitung, deren Druck etwa 200 bar beträgt, während der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffzuführung etwa 1000 bar beträgt. Die Servodruckleitung wird über ein Druckabbauventil entweder mit dem Servodruck oder mit der Niederdruckseite beaufschlagt. Das Hilfsventil dient zur Steuerung des Einspritzvorgangs.
Aus JP 2100087821 A ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die ein hydraulisches Ventil verwendet, um den an die Hochdruckleitung angeschlossenen Steuerraum mit der Niederdruckseite zu verbinden. Das hydraulische Ventil wird über eine an die Hochdruckleitung angeschlossene Steuerleitung angesteuert, die über ein Magnetventil mit der Niederdruckseite verbindbar ist. Das hydraulische Ventil dient auch hier nur zur Steuerung des Einspritzvorgangs.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der im Hochdruckspeicher gelagerte Kraftstoff auch zum Steuern des hydraulischen Hubanschlags genutzt wird. Vorzugsweise ist das Druckabbauventil dauerbestrombar und bleibt gegen den im Hochdruckspeicher herrschenden hydraulischen Druck (z. B. 1600 bar) allein durch Federkraft geschlossen.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung ermöglicht geringe Absteuermengen und damit einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad sowie einen geringen Förderratenbedarf einer den Hochdruckspeicher versorgenden Einspritzpumpe, eine geringe Temperaturbelastung des Kraftstofftanksystems durch geringe Rücklaufmengen mit hoher Absteuertemperatur, eine einfache konstruktive Lösung, einen Druckaufbau in der Steuerleitung ohne Druckschwingungen, da diese durch hydraulische Drossel gedämpft sind, und nur ein einziges Druckabbauventil für alle Injektoren der Brennkraftmaschine. Insbesondere in Verbindung mit einer oder zwei hydraulischen Drosseln ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung realisierbar, die eine sehr günstige Energiebilanz ermöglicht.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem als I-Düse ausgebildeten Einspritzventil in einer schematischen Gesamtdarstellung; und
2 eine vergrößerte Ansicht des Einspritzventils der 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 für Brennkraftmaschinen umfaßt einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail) für den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff. Vom Hochdruckspeicher 2 wird der Kraftstoff jeweils über Druckleitungen 3 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile 4 abgeführt, von denen in 1 nur eines gezeigt ist. Zur Steuerung des Einspritzvorgangs weist jede Druckleitung 3 ein elektrisch betätigbares Zumeßventil 5 in Form z. B. eines 3/2-Wege-Magnetventils auf. Über die Druckleitung 3 ist das Einspritzventil 4 bei geöffnetem, d. h. bestromtem Zumeßventil 5 mit dem Hochdruckspeicher 2 für eine Kraftstoffeinspritzung und bei geschlossenem, d. h. unbestromtem Zumeßventil 5 durch Verbindung mit einem Rücklauf (Niederdruckseite) 43 entlastet.
Wie 2 zeigt, umfaßt das als I-Düse ausgebildete Einspritzventil 4 einen Düsenkörper 6, der zusammen mit einer Hülse 7 und einer Zwischenscheibe 8 durch eine Überwurfmutter 9 an einen Düsenhalter 10 festgespannt ist. In einer axialen Führungsbohrung 11 des Düsenkörpers 6 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 12 in Form einer Düsennadel verschiebbar gelagert, deren Ventildichtfläche 13 durch eine Schließfeder 14 gegen eine konische Ventilsitzfläche 15 gedrückt wird. Die Druckleitung 3 mündet im Einspritzventil 4 in einen ringförmigen Druckraum 16 des Düsenkörpers 2. Das Ventilglied 12 hat im Bereich des Druckraumes 16 eine Druckschulter 17, an welcher der über die Druckleitung 3 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d. h. nach innen) am Ventilglied 12 angreift. Von der Ventilsitzfläche 15 führt ein Ringspalt (nicht dargestellt) zwischen dem dem Düsenhalter 10 abgewandten Kopfabschnitt 18 des Ventilglieds 12 und der Bohrungswand des Düsenkörpers 6 zu einem Ringraum 19, der durch eine am Kopfabschnitt 18 vorgesehene Ringnut gebildet ist. Der Kopfabschnitt 18 ist in einer Sackbohrung geführt, deren Bodenraum 20 über im Kopfabschnitt 18 vorgesehene Quer- und Längsbohrungen 21 mit dem Ringraum 19 verbunden ist. In der in 1 gezeigten Stellung verschließt der Kopfabschnitt 18 zwei von der Sackbohrung abgehende und in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündende untere und obere Einspritzkanäle 22, 23. Auf der dem Kopfabschnitt 18 abgewandten Seite geht das Ventilglied 12 in einen Schaft 24 über, der sich durch eine Bohrung in der Zwischenscheibe 8 bis in einen Federraum 25 erstreckt. Dort hat der Schaft 24 einen Federteller 26, an dem die anderenends im Federraum 25 abgestützte Schließfeder 14 angreift. Der Federraum 25 ist über eine Leckageleitung 27 an die Niederdruck- bzw. Leckölseite angeschlossen. An diese Leckageleitung 27 ist auch der Hochdruckspeicher 2 über eine erste Drossel 28, ein elektrisch ansteuerbares Druckabbauventil 29 in Form z. B. eines 2/2-Wege-Magnetventils und eine zweite Drossel 30 einerseits und über die erste Drossel 28 und eine dritte Drossel 31 andererseits angeschlossen.
Der vom Ventilglied 12 beim Öffnen durchgeführte Hub wird durch einen hydraulischen Hubanschlag 32 gesteuert. Dazu ist am Schaft 24 zwischen Ventilglied 12 und Federteller 26 ein Kolben 33 vorgesehen, der in der Hülse 7 geführt ist und mit seiner dem Kopfabschnitt 18 abgewandten Stirnseite einen Dämpfungsraum 34 begrenzt. Über eine Öffnung 35 in der Hülsenwand ist der Dämpfungsraum 34 über ein hydraulisch betätigbares Steuerventil 36 und über eine Entlastungsleitung 37 mit dem Federraum 25 verbindbar. Das Steuerventil 36 umfaßt einen im Düsenhalter 10 gegen die Wirkung einer Schließfeder 38 verschiebbaren Steuerkolben 39, an dessen einem Ende das Ventilglied 40 des Steuerventils 36 vorgesehen ist. Das andere Ende des Steuerkolbens 39 begrenzt einen hydraulischen Arbeitsraum 41, der über eine Steuerleitung 42 sowohl über die erste Drossel 28 mit dem Hochdruckspeicher 2 verbunden als auch über das Druckabbauventil 29 mit der Leckageleitung 27 verbindbar ist.
Bei geöffnetem, d. h. bestromtem Druckabbauventil 29 ist die Steuerleitung 42 entlastet, so daß das Steuerventil 36 geschlossen ist. Dann wird beim Öffnen des Ventilglieds 12 der im Dämpfungsraum 34 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 33 komprimiert. Dadurch wird der Öffnungshub des Ventilglieds 12 hydraulisch so begrenzt, daß vom Kopfabschnitt 18 nur der untere Einspritzkanal 22 für eine Einspritzung freigegeben wird.
Bei geschlossenem, d. h. unbestromtem Druckabbauventil 29 herrscht in der Steuerleitung 42 der Raildruck, so daß das Steuerventil 36 geöffnet wird. Dann wird beim öffnen des Ventilglieds 12 der im Dämpfungsraum 34 befindliche Kraftstoff zunächst nicht komprimiert, sondern strömt über die Öffnung 35 und die Entlastungsleitung 37 ab, so daß eine Hubbegrenzung nicht stattfindet. Erst wenn der Kolben 33 bei seiner Hubbewegung die Öffnung 35 verschließt, wird der im Dämpfungsraum 34 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 33 komprimiert und dadurch der Öffnungshub des Ventilglieds 12 hydraulisch begrenzt. Bei diesem Maximalhub des Ventilglieds 12 sind vom Kopfabschnitt 18 beide Einspritzkanäle 22, 23, also ein größerer Einspritzquerschnitt, freigegeben.
Das Druckabbauventil 29 ist im stromlosen Zustand geschlossen und ermöglicht eine Entlastung der Steuerleitung 42 zur Leckageleitung 27. Der Steuerdruck, der zum Betätigen des hydraulischen Hubanschlags 32, d. h. des Steuerven tils 36, benötigt wird, wird vom Hochdruckspeicher 2 aufgebracht. Die erste Drossel 28 baut den Druck in der Steuerleitung 42 mehr oder weniger langsam auf. Dadurch werden Druckwellenerscheinungen vermieden, die zu Drucküberhöhungen und -einbrächen führen können. Die erste Drossel 28 kann so ausgelegt werden, daß in einem gewünschten Zeitfenster der Druck in der Steuerleitung 42 auf Raildruckniveau gebracht werden kann. Im Sinne der Auslegung des hydraulischen Hubanschlags 32 macht das Einspritzventil 4 dann nur den für die Einspritzquerschnittsteuerung erforderlichen Teilhub. Soll der Aufbau des Steuerdrucks vermieden werden, weil für einen anderen motorischen Betriebszustand kein Teilhub des querschnittgesteuerten Einspritzventils 4 gewünscht wird, wird das Druckabbauventil 29 durch Bestromen geöffnet. Die aus der Steuerleitung 42 über das Druckabbauventil 29 abzusteuernde Kraftstoffmenge kann direkt oder wie im gezeigten Ausführungsbeispiel über die dem Druckabbauventil 29 nachgeschaltete zweite Drossel 30 in die Leckageleitung 27 entweichen. Diese zweite Drossel 30 vermindert die starke Entlastungswelle, die beim Öffnen am Druckabbauventil 29 entsteht und sich mit Schallgeschwindigkeit in die Steuerleitung 42 hinein ausbreitet. Die richtig ausgelegte und gefertigte Kombination der beiden Drosselquerschnitte von erster und zweiter Drossel 28, 30 ermöglicht einen konstanten Standdruck in der Steuerleitung 42. Durch kontinuierliches Takten des Druckabbauventils 29 ist es ebenfalls möglich, einen quasikonstanten Standdruck in der Steuerleitung 42 zu erzeugen. Die Auslegung der beiden Drosseln 28, 30 erfolgt im Hinblick auf die gewünschte Funktion, z. B. erforderliche Zeit für Steuerdruckaufbau und Steuerdruckabbau, und unter der Maßgabe minimaler Absteuermengen. Durch die in Reihe mit der ersten Drossel 28 geschaltete dritte Drossel 31 läßt sich ein zweites Druckniveau in der Steuerleitung 42 erzeugen, das kleiner ist als der Raildruck. Allerdings sind dann die Hochdruckseite und die Leckölseite kontinu ierlich, wenn auch über Drosseln, miteinander verbunden.
Vorzugsweise ist das Druckabbauventil 29 dauerbestrombar und bleibt gegen den im Hochdruckspeicher 2 herrschenden Raildruck von z. B. 1600 bar allein durch Federkraft geschlossen. In Verbindung mit einer oder mehreren hydraulischen Drosseln ist somit eine Schaltung realisierbar, die eine wesentlich günstigere Energiebilanz im Verhältnis zu einem intermitterenden Magnetventil mit Steuerkolben ermöglicht.

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit jeweils einem in einer Druckleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventil (4) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, mit einem Hochdruckspeicher (2) für den Kraftstoff, an den die Druckleitungen (3) der einzelnen Einspritzventile (4) angeschlossen sind, und mit einem den Öffnungshub des Ventilglieds (12) des Einspritzventils (4) begrenzenden hydraulischen Hubanschlag (32), der als hydraulischer Dämpfungsraum (34) ausgebildet ist und ein hydraulisch ansteuerbares Steuerventil (36) aufweist, welches die Verbindung des Dämpfungsraums (34) zur Niederdruckseite (27) sperrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (36) jeweils über den in einer Steuerleitung (42) herrschenden Druck hydraulisch ansteuerbar sind, dass die Steuerleitungen (42) der einzelnen Steuerventile (36) über eine erste Drossel (28) mit dem Hochdruckspeicher (2) verbunden und über ein Druckabbauventil (29) mit der Niederdruckseite (27) verbindbar sind, und dass bei geschlossenem Einspritzventil (4) und bei in der Steuerleitung (42) herrschendem Hochdruck der Dämpfungsraum (34) mit der Niederdruckseite (27) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckabbauventil (29) und der Niederdruckseite (27) eine zweite Drossel (30) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitungen (42) jeweils über eine dritte Drossel (31) mit der Niederdruckseite (27) verbunden sind.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (29) im bestromten Zustand die Steuerleitungen (42) mit der Niederdruckseite (27) verbindet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (29) als elektrisch ansteuerbares 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (4) als I-Düse ausgebildet ist.