DE102004024926A1

DE102004024926A1 - Pumpe-Düse-Einheit

Info

Publication number: DE102004024926A1
Application number: DE200410024926
Authority: DE
Inventors: Ralf Marohn; Peter Dr. Voigt
Original assignee: Volkswagen Mechatronic GmbH and Co KG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-15
Also published as: EP1598547A3; EP1598547A2

Abstract

Es wird eine Pumpe-Düse-Einheit mit einem Vorabsteuervolumen beschrieben, dass nahe dem Ventilsitz des Steuerventils angeordnet ist. Zur Ausbildung des Vorabsteuervolumens ist eine Drossel vorgesehen, die das Vorabsteuervolumen mit den Kraftstoffleitungen, dem Druckraum der Pumpe und dem Düsenraum der Düsennadel verbindet. Durch das Vorabsteuervolumen werden geringere Druckschwankungen in der Kraftstoffleitung und im Düsenraum erzeugt. Dadurch wird die Geräuschemission der Pumpe-Düse-Einheit reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Einheit zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Pumpe-Düse-Einheiten werden in verschiedensten Ausführungsformen verwendet, um Kraftstoff präzise direkt in eine Brennkraftmaschine einzuspritzen. Eine entsprechende Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus WO 03/067074 bekannt, bei der eine Pumpe über einen Druckkanal mit einem Düsenraum, einer Einspritzdüse verbunden ist. Zudem ist ein Steuerraum eines Steuerventils hydraulisch an den Druckkanal angeschlossen.

Die Pumpe wird von einer Nockenwelle angetrieben und verdichtet den Kraftstoff im Pumpenraum, so dass auch der Druck im Düsenraum steigt. Im Düsenraum ist eine Düsennadel angeordnet, die Druckflächen in der Art und Weise aufweist, dass die Düsennadel von einem zugeordneten Dichtsitz abgehoben wird. Die Düsennadel ist über eine Vorspannfeder auf den Dichtsitz vorgespannt. In Abhängigkeit von der Stellung des Steuerventils wird der Druck im Düsenraum durch die Pumpe in vorgegebenen Zeitbereichen erhöht, so dass eine Einspritzung erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Pumpe-Düse-Einheit bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Pumpe-Düse-Einheit gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe-Düses-Einheit besteht darin, dass weniger Druckschwankungen im Düsenraum erzeugt werden und eine präzise Einspritzung möglich ist. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass zwischen dem Steuerventil und dem Druckkanal ein Vorabsteuervolumen ausgebildet ist, das über eine Drossel mit dem Druckkanal hydraulisch verbunden ist.

In dem Vorabsteuervolumen kann schnell und gezielt eine Druckänderung mit dem Steuerventil durchgeführt werden kann. Durch die Anordnung der Drossel werden Druckschwankungen zwischen den Vorabsteuervolumen und dem Druckkanal zeitlich verzögert ausgeglichen. Auf diese Weise ist eine Dämpfung der durch das Steuerventil erzeugten Druckschwankungen gegeben. Somit werden stabilere Druckzustände im Hochdruckbereich der Pumpe-Düse-Einheit erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Vorzugsweise ist die Absteuerdrossel zwischen dem Druckkanal und dem Steuerventil angeordnet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Absteuerdrossel im Druckkanal zwischen dem Düsenraum und dem Steuerventil angeordnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Pumpenraum und dem Düsenraum eine Pumpendrossel angeordnet. Auf diese Weise werden Druckschwankungen zwischen dem Pumpenraum und dem Druckkanal gedämpft. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Druckkanal eine weitere Drossel ausgebildet, die zwischen dem Düsenraum und dem Pumpenraum und dem Zulauf des Steuerventils angeordnet ist. Die weitere Drossel führt zu einer zusätzlichen Dämpfung der im Druckkanal herrschenden hydraulischen Schwingungen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerventil mit einem Ablaufkanal hydraulisch verbunden, wobei in dem Ablaufkanal eine Ablaufdrossel angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Absteuerdrossel einen Durchmesser zwischen 0,8 bis 2 mm auf.

Vorzugsweise weist der Vorabsteuerraum ein Volumen von 10-150 mm³ auf.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Einspritzventils, das nach dem Pumpe-Düse-Prinzip ausgebildet ist.
Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Pumpe-Düse-Einheit. Die Pumpe-Düse-Einheit dient zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 1 einer Brennkraftmaschine. Die Pumpe-Düse-Einheit weist eine Pumpe 2 auf, die über einen Kolben 3, der in einem Zylinder 4 geführt ist, Kraftstoff verdichtet. Der Kolben 3 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Im Zylinder 4 ist angrenzend an den Kolben 3 ein erster Druckraum 5 ausgebildet. Der erste Druckraum 5 ist über eine Kraftstoffleitung 6 mit einem Steuerventil 7 verbunden. Das Steuerventil 7 dient dazu, die Kraftstoffleitung 6 entweder zu verschließen oder mit einem Niederdruckbereich 8 zu verbinden. Der Druckraum 5 steht zudem über eine zweite Kraftstoffleitung 9 mit einem Düsenraum 10 in Verbindung.
Die Kraftstoffleitung 6 und die zweite Kraftstoffleitung 9 stellen einen Druckkanal dar.
Im Düsenraum 10 ist eine Düsennadel 11 angeordnet, deren Schließflächen einem Dichtsitz 21 zugeordnet sind. Der Dichtsitz 21 ist zwischen Einspritzlöchern 12 und dem Düsenraum 10 angeordnet. Im oberen Bereich des Düsenraums 10 weist die Düsennadel 11 Druckflächen 13 auf. Über die Druckfläche 13 wird die Düsennadel 11 von dem Kraftstoffdruck im Düsenraum 10 entgegen einer Schließrichtung vom Dichtsitz 21 weg vorgespannt. Die Düsennadel 11 ist über einen Druckstift 14 von einem Federelement 15 auf den Dichtsitz 21 vorgespannt.
Das Steuerventil 7 weist ein Schließglied 16 auf, das einem Ventildichtsitz 17 zugeordnet ist. Das Schließglied 16 steht in Wirkverbindung mit einem piezoelektrischen Aktor 18, der von einem Steuergerät 19 angesteuert wird.
Ist das Steuerventil 7 geöffnet, so saugt der Kolben 3 bei einer Ansaugbewegung nach oben Kraftstoff über den Niederdruckbereich 8, das Steuerventil 7 und die Kraftstoffleitung 6 in den Druckraum 5. Der Niederdruckbereich 8 ist dazu mit einem Kraftstofftank verbunden. Bei einer Verdichtungsbewegung des Kolbens 3 nach unten wird der Kraftstoff bei geöffnetem Steuerventil 7 wieder zurück in den Niederdruckbereich 8 gedrückt. Die Kraftstoffleitungen, der Düsenraum 10 und die zweite Kraftstoffleitung 9 sind vollständig mit Kraftstoff gefüllt.
Zum Starten einer Einspritzung wird bei einem Verdichtungstakt, bei dem der Kolben 3 sich nach unten bewegt, über das Steuergerät 19 und den piezoelektrischen Aktor 18 das Steuerventil 7 verschlossen. Somit kann der vom Kolben 3 verdichtete Kraftstoff nicht über den Niederdruckbereich 8 entweichen, sondern es wird im Düsenraum 10 ein hoher Druck erzeugt. Der hohe Druck hebt die Düsennadel 11 vom zugeordneten Dichtsitz 21 ab. Folglich wird Kraftstoff aus dem Düsenraum 10 über die Einspritzlöcher 12 in den Verbrennungsraum 1 der Brennkraftmaschine abgegeben. Wird das Steuerventil 7 geöffnet, d. h. das Schließglied 16 vom zugeordneten Dichtsitz 17 durch den piezoelektrischen Aktor 18 abgehoben, so sinkt der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 6 und damit auch im Düsenraum 10. Folglich wird die Düsennadel 11 wieder auf den Dichtsitz 21 gedrückt und die Verbindung zwischen dem Düsenraum 10 und den Einspritzlöchern 12 verschlossen. Damit endet die Einspritzung.
Für eine präzise Feststellung des Zeitpunktes, zu dem das Steuerventil 7 mit dem Schließglied 16 wieder auf den Ventildichtsitz 17 gedrückt wird, wird die am piezoelektrischen Aktor 18 anliegende Spannung ausgewertet. Der piezoelektrische Aktor 18 wird über Spannungsleitungen 20 vom Steuergerät 19 mit Spannung versorgt. Zudem erfasst das Steuergerät 19 über die Spannungsleitungen 20, die am piezoelektrischen Aktor 18 anliegende Spannung. Das Steuergerät 19 verfügt somit sowohl über eine Spannungsquelle als auch über einen Spannungsmesser. Zudem ist das Steuergerät 19 mit einem Datenspeicher 22 verbunden.
Das Steuerventil 7 ist in der Weise ausgebildet, dass im unbestromten Zustand des piezoelektrischen Aktors 18 das Schließglied 16 vom Ventildichtsitz 17 abgehoben ist und somit das Steuerventil 7 geöffnet ist.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine erste Drossel 23 nahe dem Ventildichtsitz 17 vorgesehen, so dass zwischen der ersten Drossel 23 und dem Ventildichtsitz 17 ein Vorabsteuervolumen 27 ausgebildet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zudem zwischen dem ersten Druckraum 5 und der ersten und der zweiten Kraftstoffleitung 6, 9 eine zweite Drossel 24 ausgebildet. Weiterhin ist vorzugsweise in der zweiten Kraftstoffleitung 9 nahe dem Düsenraum 10 eine dritte Drossel 25 vorgesehen. Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach dem Ventildichtsitz 17 im Niederdruckbereich 8 eine vierte Drossel 26 angeordnet.
Die Funktion des Vorabsteuervolumens 27 besteht darin, Druckschwankungen, die durch das Öffnen und Schließen des Ventils 7 erzeugt werden, durch die erste Drossel 23 nur gedämpft auf die erste und die zweite Kraftstoffleitung 6, 9 zu übertragen. Auf diese Weise werden geringere Druckschwankungen in den Kraftstoffleitungen 6, 9 und damit auch im Düsenraum 10 erzeugt. Somit wird insgesamt eine stabilere Drucksituation erreicht und Druckschwankungen werden reduziert. Dies führt insgesamt zu einer geringeren Geräuschanregung beim Einspritzen von Kraftstoff. Bevorzugte Werte für den Durchmesser einer kreisrunden ersten Drossel 23 liegen im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm. Vorzugsweise werden Durchmesser für die erste Drossel 23 im Bereich zwischen 1,1 und 1,3 mm verwendet. Das Vorabsteuervolumen 27 liegt vorzugsweise im Bereich von 10-150 mm³.
Die zweite Drossel 24 hat die Funktion, Druckschwankungen, die im Druckraum 5 entstehen, zu dämpfen, so dass im Düsenraum 10 geringere Druckschwankungen als im Druckraum 5 herrschen:
Die dritte Drossel 25 hat die Aufgabe, Druckschwankungen, die sich in der relativ langen zweiten Kraftstoffleitung 9 ausbilden, zu dämpfen.
Die vierte Drossel 26 hat die Funktion, Kavitationseffekte in der Leitung des Niederdruckbereichs 8 zu vermeiden.

1: Verbrennungsraum
2: Pumpe
3: Kolben
4: Zylinder
5: erster Druckraum
6: Kraftstoffleitung
7: Steuerventil
8: Niederdruckbereich
9: zweite Kraftstoffleitung
10: Düsenraum
11: Düsennadel
12: Einspritzloch
13: Druckfläche
14: Druckstift
15: Federelement
16: Schließglied
17: Ventildichtsitz
18: Aktor
19: Steuergerät
20: Spannungsleitung
21: Dichtsitz
22: Datenspeicher
23: erste Drossel
24: zweite Drossel
25: dritte Drossel
26: vierte Drossel
27: Vorabsteuervolumen

Claims

Pumpe-Düse Einheit zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere Kraftstoff, mit einer Pumpe (2) mit einem Kolben (3), der an einen Druckraum (5) angrenzt, wobei der Druckraum (5) über einen Druckkanal (6, 9) mit einem Düsenraum (10) einer Einspritzdüse hydraulisch verbunden ist, wobei ein Steuerventil (7) mit einem Schließglied (16) vorgesehen ist, wobei das Schließglied (16) in der geschlossenen Position des Steuerventils den Druckkanal (6, 9) gegenüber einem Niederdruckbereich abdichtet, wobei die Pumpe im Zusammenspiel mit dem Steuerventil (7) den Druck im Düsenraum (10) erhöht, um eine Einspritzung zu starten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckkanal (6, 9) und dem Steuerventil (7) ein Vorabsteuervolumen ausgebildet ist, dass das Vorabsteuervolumen über eine Drossel (23) mit dem Druckkanal (6, 9) hydraulisch verbunden ist, so dass eine Änderung der Schließposition des Steuerventils (7) gedämpft auf den Druckkanal (6, 9) übertragen wird.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (23) einen Durchmesser von 0,8 bis 2 mm aufweist.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorabsteuervolumen zwischen 10-150 mm³ aufweist.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckraum (5) und dem Druckkanal (6, 9) eine zweite Drossel (24) angeordnet ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckkanal (9) vor dem Düsenraum (10) eine dritte Drossel (25) angeordnet ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Ventildichtsitz (17) des Schließgliedes (16) und einem Niederdruckbereich (8), über den das Medium von der Pumpe in einem Ansaugtakt angesaugt wird, eine vierte Drossel (26) angeordnet ist.