DE102004037538A1

DE102004037538A1 - Verfahren und Vorrichtung für den Raildruckabbau bei einem Common Rail Einspritzsystem

Info

Publication number: DE102004037538A1
Application number: DE200410037538
Authority: DE
Inventors: Peter Wannenwetsch; Juergen Frasch; Bernd Rosenau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2006013151A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, von dem der Kraftstoff über eine Druckleitung einer Druckübersetzungseinrichtung zugeführt wird, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff in einem Arbeitsraum der Druckübersetzungseinrichtung auf einen Übersetzerkolben wirkt und den Kraftstoff in einem dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hochdruckraum komprimiert, wobei die Komprimierung erfolgt, wenn eine Ventileinheit durch Öffnen den Druck in einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum entlastet und wobei der komprimierte Kraftstoff mittels eines Injektors bei Aktivierung einer Ventileinheit in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei zum Druckabbau im Druckspeicherraum die Ventileinheit geöffnet wird, ohne dass die Ventileinheit aktiviert wird. Dadurch wird erreicht, dass der Druck im Druckspeicherraum sehr schnell abgebaut werden kann, was beispielsweise im Schiebebetrieb notwendig ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, der über eine Druckleitung mit einer Druckübersetzungseinrichtung verbunden ist, die aus einem Arbeitsraum an einem Übersetzerkolben, einem, dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hochdruckraum und einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum besteht, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, von dem der Kraftstoff über eine Druckleitung einer Druckübersetzungseinrichtung zugeführt wird, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff in einem Arbeitsraum der Druckübersetzungseinrichtung auf einen Übersetzerkolben wirkt, und den Kraftstoff in einem dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hochdruckraum komprimiert, wobei die Komprimierung erfolgt, wenn eine Ventileinheit durch Öffnen den Druck in einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum entlastet und wobei der komprimierte Kraftstoff mittels eines Injektors bei Aktivierung einer Ventileinheit in einen Brennraum eingespritzt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, der über eine Druckleitung mit einer Druckübersetzungs einrichtung verbunden ist, die aus einem Arbeitsraum an einem Übersetzerkolben, einem, dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hochdruckraum und einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum besteht, der mit einer Ventileinheit verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen werden zur Versorgung von Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff eingesetzt. Sie dienen dazu, eine von den Betriebsparametern des Motors wie Drehzahl, Last, Temperatur und Stellung des Kolbens im Zylinder abhängige Kraftstoffmenge unter hohem Druck in den Brennraum des Zylinders einzuspritzen. Ein hoher Einspritzdruck ist vorteilhaft, da hierdurch einerseits eine hohe spezifische Leistung der Verbrennungskraftmaschine und andererseits eine geringe Emission von Schadstoffen erreicht werden kann. Bei Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff wird ein Einspritzdruck von 1600 bis 1800 bar erreicht. Ein höherer Einspritzdruck ist aus Gründen der Festigkeit der Komponenten nur mit außergewöhnlichem Aufwand erreichbar.
Der Kraftstoff kann mit unterschiedlichen Mengen-Zeit-Profilen eingebracht werden, beispielsweise um eine oder mehrere Voreinspritzungen, eine Haupteinspritzung und eine oder mehrere Nacheinspritzungen zu bewirken, wobei letztere eine Abgasreinigung bewirken können. Zur weiteren Erhöhung des Einspritzdruckes, beispielsweise für die Haupteinspritzung, kann ein Druckübersetzer aktiviert werden. In dem Druckübersetzer trennt ein Kolben einen Arbeitsraum, in dem der Kolben eine große Querschnittsfläche besitzt, von einem Hochdruckraum, in dem der Kolben eine kleine Querschnittsfläche besitzt. Diese Anordnung kann den Einspritzdruck im Verhältnis der beiden Querschnittsflächen erhöhen.

Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Drückübersetzer ist aus der DE 199 10 970 A1 bekannt. Hierbei wird bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer zwischen einem Druckspeicherraum und einem Düsenraum angeordneten Druckübersetzungseinrichtung, deren Druckkammer über eine Druckleitung mit dem Düsenraum verbunden ist, und mit einer an den Druckspeicherraum angeschlossenen Bypassleitung die Bypassleitung direkt mit der Druckleitung verbunden.

Nachteilig an den bekannten Verfahren und Einrichtungen ist, dass für eine Einspritzung mit niedrigem Einspritzdruck, wie sie beispielsweise im Schiebebetrieb erforderlich ist, der Raildruck über ein zusätzliches Druckregelventil abgebaut werden muss, wie es beispielsweise in der DE 102 22 895 A1 beschrieben ist. Ein solches Druckregelventil kann direkt am Hochdruckspeicher integriert sein. Es enthält ein Kugelventil mit einem kugelförmigen Schliesskörper, der mit Federkraft in seinen Dichtsitz gedrückt wird. Nimmt der Druck im Hochdruckspeicher zu, entsteht eine Kraftkomponente an dem Schliesskörper, die entgegen der Federkraft wirkt und ihn bei hohem Druck aus seinem Sitz hebt. Hierdurch wird der Druck im Hochdruckspeicher auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. An dem Schliesskörper ist weiterhin der Anker eines Elektromagneten angebracht, der eine zusätzliche Schliesskraft auf den den Schliesskörper ausüben kann. Durch Ansteuerung des Elektromagneten kann das Kräftegleichgewicht dahingehend verschoben werden, dass das Kugelventil erst bei einem höheren Druck öffnet. Die Verwendung eines solchen Kugelvetils ist jedoch mit zusätzlichen Systemkosten als auch mit Platzbedarf verbunden.

Alternativ kann der Raildruck über Leckage innerhalb des Systems abgebaut werden, was jedoch zu einer in einigen Fällen nicht akzeptablen Verzugszeit führen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das bei geringen Systemkosten einen schnellen Abbau des Raidruckes erlaubt.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, dazu eine Vorrichtung bereitzustellen mit der dieses Verfahren realisiert werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, von dem der Kraftstoff über eine Druckleitung einer Druckübersetzungseinrichtung zugeführt wird, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff in einem Arbeitsraum der Druckübersetzungseinrichtung auf einen Übersetzerkolben wirkt, und den Kraftstoff in einem dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hochdruckraum komprimiert, wobei die Komprimierung erfolgt, wenn eine Ventileinheit durch Öffnen den Druck in einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum entlastet und wobei der komprimierte Kraftstoff mittels eines Injektors bei Aktivierung einer Ventileinheit in einen Brennraum eingespritzt wird, zum Druckabbau im Druckspeicheraum die Ventileinheit geöffnet wird, ohne dass die Ventileinheit aktiviert wird. Dadurch wird erreicht, dass der Druckabbau im Druckspeicherraum sehr schnell und ohne Zeitverzögerung geschehen kann, was insbesondere im Schiebebetrieb bzw. im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft ist.

Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit werden lastabhängig von einer Ventilsteuerung gesteuert. Dies ermöglicht eine Druckreduzierung im Druckspeicherraum, die lastabhängig geschehen kann. Vorteilhaft ist es, wenn die Ventilsteuerung mit Daten zum Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine von einer zentralen Motorsteuerung versorgt wird, da in der Motorsteuerung bereits alle relevanten Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine, wie Motordrehzahl, Ventilklappenstellungen und dergleichen vorliegen und zusätzliche Auswerteeinheiten für diese Betriebsdaten entfallen können. Dabei können der Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit in einem Kennfeld als Software und/oder Hardware in der Ventilsteuerung hinterlegt werden, wobei die Parameter des Kennfeldes die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine abbilden. Dies ermöglicht eine besonders feine und andererseits effiziente Regelung des Druckes innerhalb des Druckspeicherraums.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, der über eine Druckleitung mit einer Druckübersetzungseinrichtung verbunden ist, die aus einem Arbeitsraum an einem Übersetzerkolben, einem, dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hochdruckraum und einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum besteht, der mit einer Ventileinheit verbunden ist, die Ventileinheit in Wirkverbindung mit einer Ventilsteuerung steht, in der ein lastabhängiges Kennfeld als Software und/oder Hardware abgelegt ist, in dem Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit hinterlegt sind. Dadurch können zusätzliche Einrichtungen, wie beispielsweise aufwendige Druckregelventile entfallen, was zum einen die Systemkosten reduziert und zum anderen eine effektive Regelung des Druckes im Druckspeicher ermöglicht.

Die Ventilsteuerung ist in bevorzugter Ausführungsform mit mindestens einer Leitung für Steuersignale aus einer Motorsteuerung verbunden. Dadurch kann die Ventilsteuerung mit wichtigen Betriebszustandsdaten der Verbrennungskraftmaschine vorsorgt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventilsteuerung integraler Bestandteil der Motorsteuerung ist. Dies spart zum einen Kosten, da keine zusätzlichen Baugruppen erforderlich sind, und zum anderen können damit Störungen aufgrund von fehlerhaften Datenleitungen oder korrodierter Steckverbindungen ausgeschlossen werden.

Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Einspritzsystem in der erfindungsgemäßen Ausführung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 umfasst eine Druckübersetzungseinrichtung 10, einen Injektor 20 für jeden Zylinder, eine gemeinsame Kraftstoffversorgungseinrichtung 40 und eine Steuereinheit 50.
Der Kraftstoff wird einem Kraftstoffbehälter 41 über eine Saugleitung 42 entnommen und mittels einer Kraftstoffpumpe 43 unter hohem Druck über eine Förderleitung 44 einem gemeinsamen Druckspeicherraum 45 (Common Rail) zugeführt. Vom Druckspeicherraum 45 gelangt der Kraftstoff über Druckleitungen 46 an die jedem Zylinder zugeordneten Druckübersetzungseinrichtungen 10.
In der Druckübersetzungseinrichtung 10 wird der Kraftstoff einem Arbeitsraum 13 und über eine Drossel 12 einem Differenzdruckraum 15 zugeführt. Weiterhin gelangt der Kraftstoff über ein Rückschlagventil 11 in einen Hochdruckraum 17, da eine Rückstellfeder 16 einen Übersetzerkolben 14 in den Arbeitsraum 13 drückt, solange eine Ventileinheit 18 geschlossen ist.
Wird die Ventileinheit 18 geöffnet, strömt der Kraftstoff aus dem Differenzdruckraum 15 in eine Kraftstoffrückführleitung 47, der Druck im Differenzdruckraum 15 fällt ab und der Druck im Arbeitsraum 13 drückt den Übersetzerkolben 14 in den Hochdruckraum 17 bis die Kraftverhältnisse ausgeglichen sind. Der Übersetzerkolben 14 hat im Arbeitsraum 13 eine größere Querschnittfläche als im Hochdruckraum 17 und erhöht den Druck gemäß dem Verhältnis der beiden Querschnittsflächen im Arbeitsraum 13 und im Hochdruckraum 17.
Vom Hochdruckraum 17 wird der Kraftstoff mittels der Hochdruckleitung 19 über eine Drossel 23 einem Steuerraum 24 und einem Düsenraum 29 des Injektors 20 zugeführt. Im Injektor 20 drückt eine in einem Raum 26 angeordnete Schließfeder 27 ein Einspritzventilglied 25 gegen eine Ventildichtfläche 30, so dass kein Kraftstoff durch dort angeordnete Einspritzöffnungen 31 in einen Brennraum 32 austreten kann. Kraftstoff, der aus dem Steuerraum 24 oder dem Düsenraum 29 entlang des beweglich gelagerten Einspritzventilgliedes als Führungsleckage entsteht, wird im Raum 26 gesammelt und über eine Kraftstoffrückführleitung 48 beispielsweise dem Kraftstoffbehälter 41 zugeführt.
Für den Einspritzvorgang wird eine Ventileinheit 21 geöffnet. Der im Steuerraum 24 befindliche Kraftstoff wird über die Kraftstoffrückführleitung 47 abgeleitet, wodurch sich der Druck im Steuerraum 24 erniedrigt. An dem Einspritzventilglied 25 ist im Bereich des Düsenraumes 29 eine Druckschulter 28 ausgebildet, so dass die resultierende Kraft das Einspritzventilglied 25 von der Ventildichtfläche 30 abhebt. Der im Düsenraum 29 befindliche Kraftstoff kann daher über die Einspritzöffnungen 31 in den Brennraum 32 einströmen.
Der zeitliche Ablauf der Vorgänge wird über die Steuereinheit 50 bestimmt. Sie enthält eine Motorsteuerung 54, die in an sich bekannter Weise aus den Betriebsparametern eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors Signale für eine Ventilsteuerung 53 bestimmt. Diese Signale wirken über Steuerleitungen 51, 52 auf die Ventile 18 und 21.
Soll der Druck im Druckspeicherraum 45 schlagartig gesenkt werden, was beispielsweise im Schiebebetrieb oder im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist, so geschieht dies erfindungsgemäß über die Aktivierung der Ventileinheit 18 der Druckübersetzungseinrichtung 10. Dabei wird die Ventileinheit 18 geöffnet, wodurch der Kraftstoff über die Kraftstoffrückführleitung 47 abgeführt wird und der Druck im Druckdifferenzraum 15 dadurch gesenkt wird. Dies hat zur Folge, dass die Druckverhältnisse innerhalb der Druckübersetzungseinrichtung 10 aus dem Gleichgewicht kommen. Die Folge ist, dass der Übersetzerkolben 14 in der gezeigten 1 nach unten bewegt und, nach Erreichen eines neuen Kräftegleichgewichtes, in dieser Stellung verharrt. Aufgrund dieser Bewegung wird im Arbeitsraum 13 und damit auch im Druckspeicher 45 der Druck reduziert.
Im Gegensatz zum Normalbetrieb, in dem die Ventileinheit 18 nur kurz geöffnet wird, um den Druck im Hochdruckraum 17 der Druckübersetzungseinrichtung 10 zu erhöhen, und gleichzeitig die Einspritzung durch Aktivieren der Ventileinheit 21 des Injektors 20 erfolgt, wird zur Entlastung des Druckes im Druckspeicher 45 die Ventileinheit 18 bei geschlossener Ventileinheit 21 geöffnet.
Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit 18 werden lastabhängig von der Ventilsteuerung 53 gesteuert. Dies ermöglicht eine Druckreduzierung im Druckspeicherraum, die lastabhängig geschehen kann. Die Ventilsteuereinheit 53 wird mit Daten zum Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine von der zentralen Motorsteuerung 54 versorgt. In der Regel liegen in der Motorsteuerung 54 bereits alle relevanten Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine, wie Motordrehzahl, Ventilklappenstellungen und dergleichen vor. Der Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit 18 kann in einem Kennfeld als Software und/oder Hardware in der Ventilsteuerung 53 hinterlegt sein, wobei die Parameter des Kennfeldes die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine abbilden. In bevorzugter Ausführungsform ist die Ventilsteuerung 53 integraler Bestandteil der Motorsteuerung 54.
Ingesamt wird durch dieses Verfahren erreicht, dass der Druckabbau im Druckspeicherraum 45 beim Schiebebetrieb oder Teillastbetrieb rasch und ohne Zeitverzögerung geschieht. Unter Einbeziehung von Betriebszustandsdaten der Verbrennungskraftmaschine kann zudem eine lastabhängige Druckreduzierung erfolgen. Zusätzliche Baugruppen wie Druckregelventile werden nicht benötigt, was Systemkosten und Bauraum einspart. In bevorzugter Ausführungsform erfolgt der definierte Druckabbau lediglich durch Hinterlegung von Öffnungszeitpunkt und Öffnungsdauer, abhängig von Betriebszustandsdaten, in einem Kennfeld, welches entsprechend in der Software der Einspritzsteuerung programmiert ist.

Claims

Verfahren zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum (45), von dem der Kraftstoff über eine Druckleitung (46) einer Druckübersetzungseinrichtung (10) zugeführt wird, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff in einem Arbeitsraum (13) der Druckübersetzungseinrichtung (10) auf einen Übersetzerkolben (14) wirkt, und den Kraftstoff in einem dem Arbeitsraum (13) gegenüberliegenden Hochdruckraum (17) komprimiert, wobei die Komprimierung erfolgt, wenn eine Ventileinheit (18) durch Öffnen den Druck in einem am Übersetzerkolben (14) angeordneten Differenzdruckraum (15) entlastet und wobei der komprimierte Kraftstoff mittels eines Injektors (20) bei Aktivierung einer Ventileinheit (21) in einen Brennraum (32) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Druckabbau im Druckspeicheraum (45) die Ventileinheit (18) geöffnet wird, ohne dass die Ventileinheit (21) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit (18) lastabhängig von einer Ventilsteuerung (53) gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinheit (53) mit Daten zum Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine von einer Motorsteuerung (54) versorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit (18) in einem Kennfeld als Software und/oder Hardware in der Ventilsteuerung (53) hinterlegt werden, wobei die Parameter des Kennfeldes die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine abbilden.
Vorrichtung zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum (45), der über eine Druckleitung (46) mit einer Druckübersetzungseinrichtung (10) verbunden ist, die aus einem Arbeitsraum (13) an einem Übersetzerkolben (14), einem, dem Arbeitsraum (13) gegenüberliegenden Hochdruckraum (17) und einem am Übersetzerkolben (14) angeordneten Differenzdruckraum (15) besteht, der mit einer Ventileinheit (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (18) in Wirkverbindung mit einer Ventilsteuerung (53) steht, in der ein lastabhängiges Kennfeld als Software und/oder Hardware abgelegt ist, in dem Öffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit (18) hinterlegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (53) mit mindestens einer Leitung für Steuersignale aus einer Motorsteuerung (54) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (53) integraler Bestandteil der Motorsteuerung (54) ist.