DE102005012998B3

DE102005012998B3 - Druckabbauverfahren für eine Einspritzanlage und entsprechende Einspritzanlage

Info

Publication number: DE102005012998B3
Application number: DE200510012998
Authority: DE
Inventors: Christoph Klesse; Christian Taudt; Thomas Riedel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Einspritzanlage, mit mehreren Injektoren (10-13) mit einer Einspritzdüse zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, einem Hochdruckbereich (9), der die Injektoren (10-13) mit dem einzuspritzenden Kraftstoff versorgt, einem Kraftstoffrücklauf (18), der von den einzelnen Injektoren (10-13) ausgeht, wobei die einzelnen Injektoren (10-13) jeweils einen Schaltleckagestrom aufweisen, der bei einem Schaltvorgang über den Kraftstoffrücklauf (18) aus dem Hochdruckbereich (9) abfließt und dadurch den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich (9) senkt. Es wird vorgeschlagen, dass nur ein einziger Injektor (10) oder ein Teil der Injektoren (10-13) zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich (9) dient und dazu bei geschlossener Einspritzdüse einen größeren Schaltleckagestrom aufweist als die übrigen Injektoren (10-13). Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckabbau im Hochdruckbereich einer Einspritzanlage und eine entsprechend ausgebildete Einspritzanlage gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen.

Herkömmliche Common-Rail-Einspritzanlagen weisen in der Regel ein Volumenstromregelventil (engl. VCV – Volume Control Valve) und ein Hochdruckregelventil (engl. PCV – Pressure Control Valve) auf, wobei das Volumenstromregelventil die Menge des Kraftstoffs regelt, der der Hochdruckpumpe zugeführt wird und dann in den Druckspeicher (engl. Common Rail) gepumpt wird, während das Hochdruckregelventil den Ausgang der Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckbereich verbindet und dadurch einen schnellen Druckabbau in dem Hochdruckbereich und in dem Druckspeicher ermöglicht, indem das Hochdruckregelventil aufgesteuert wird.

Es ist weiterhin bekannt, bei derartigen Common-Rail-Einspritzanlagen aus Kostengründen auf das Hochdruckregelventil zu verzichten und den Druck in dem Hochdruckbereich stattdessen durch das Volumenstromregelventil einzustellen, das dazu in einer Regelschleife geregelt wird. Zum Anheben des Drucks in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage wird das Volumenstromregelventil dann länger aufgesteuert, so dass mehr Kraftstoff von der Hochdruckpumpe in den Hochdruckbereich der Einspritzanlage gepumpt wird, was zu einem relativ schnellen Druckaufbau führt. Zum Absenken des Drucks in dem Hochdruckbereich wird dagegen nicht das Volumenstromregelventil eingesetzt. Stattdessen wird zum Absenken des Drucks in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage die Dauerleckage der einzelnen Injektoren ausgenutzt, wodurch der Druck in dem Hochdruckbereich jedoch nur relativ langsam abfällt, was bei ei nem Lastwechsel der Einspritzanlage dazu führen kann, dass in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage noch ein zu hoher Kraftstoffdruck herrscht, was wiederum zu Einbußen im Fahrverhalten und zu einer höheren Verbrennungsgeräuschentwicklung beiträgt.

Weiterhin ist es bekannt, zum Druckabbau bei Einspritzanlagen ohne ein separates Hochdruckregelventil die Magnetaktoren der einzelnen Injektoren so schwach anzusteuern, dass zwar die jeweiligen Steuerventile öffnen und dadurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage in den Rücklauf fließen lassen, aber die Düsennadel noch nicht angehoben wird, so dass auch keine Einspritzung erfolgt. Bei dieser schwachen Ansteuerung fließt also relativ schnell Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich über die geöffneten Steuerventile der einzelnen Injektoren in den Rücklauf, wodurch auch der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage relativ schnell abgebaut werden kann. Diese Technik des Druckabbaus ist beispielsweise aus EP 0 745 184 B1 , EP 0 896 144 A2 , US 6 345 606 B1 , EP 1 018 600 A2 und EP 1 024 274 bekannt und wurde bisher nur bei Magnetaktoren eingesetzt.

Aus der EP 1 018 600 A2 ist bekannt, zumindest einen der Injektoren zu betätigen, um eine Druckreduzierung zu erreichen, wobei die Common-Rail zusätzlich mit einem druckbegrenzenden Ventil ausgerüstet ist.

Nachteilig an dem Druckabbau durch eine Ausnutzung der Schaltleckage der Injektoren ist die Tatsache, dass die Lastspielzahl der Injektoren deutlich erhöht wird, da die Injektoren nicht nur für Vor-, Haupt- bzw. Nacheinspritzung angesteuert werden müssen, sondern auch zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage.

Darüber hinaus wird durch die erforderliche Ansteuerung der Aktoren der zum Druckabbau dienenden Injektoren die thermi sche Belastung des Motorsteuergerätes (engl. ECU – Electronic Control Unit) deutlich gesteigert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Einspritzanlage zu verbessern und zu vereinfachen, wobei die Injektoren der Ein spritzanlage zum Druckabbau im Hochdruckbereich der Einspritzanlage eingesetzt werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzanlage und ein entsprechendes Betriebsverfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage nicht sämtliche Injektoren einzusetzen, wie im Stand der Technik, sondern lediglich einen einzigen Injektor oder einen Teil der Injektoren.

Zum einen bietet dies den Vorteil, dass die Lastspielzahl bei den übrigen Injektoren durch den Druckabbau nicht erhöht wird.

Zum anderen wird dadurch auch die thermische Belastung des Motorsteuergerätes nur unwesentlich erhöht, da für den Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage wesentlich weniger Aktoren angesteuert werden müssen als beim Stand der Technik.

Um trotz der Ansteuerung nur eines einzigen Injektors oder eines Teils der Injektoren dennoch einen effektiven Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage zu ermöglichen, ist der zum Druckabbau dienende Injektor erfindungsgemäß konstruktiv anders ausgelegt als die übrigen Injektoren, indem der zum Druckabbau dienende Injektor bei geschlossener Einspritzdüse einen größeren Schaltleckagestrom aufweist und deshalb mehr Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage abführen kann.

Der zum Druckabbau dienende Injektor der erfindungsgemäßen Einspritzanlage kann im Rahmen der Erfindung verschiedene Techniken zum Druckabbau einsetzen, die im Folgenden kurz beschrieben werden.

Eine Möglichkeit zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage besteht darin, dass der betreffende Aktor jeweils kurzzeitig angesteuert wird, so dass die Einspritzdüse geschlossen bleibt, wohingegen sich das Steuerventil bereits öffnet und dadurch den Kraftstoffrücklauf freigibt, was zu einem entsprechenden Druckabfall in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage führt. Hierbei wird also ausgenutzt, dass die einzelnen Injektoren bei einer Aktoransteuerung eine zeitliches Schaltverzögerung zwischen dem Öffnen des Kraftstoffrücklaufs und dem anschließenden Öffnen der Einspritzdüse aufweisen, wobei die Schaltverzögerung bei dem zum Druckabbau dienenden Injektor vorzugsweise größer ist als bei den übrigen Injektoren, die nicht zum Druckabbau dienen. Durch diese vergrößerte Schaltverzögerung bei dem zum Druckabbau dienenden Injektor ermöglicht dieser vorteilhaft einen effektiven Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage.

Eine andere Möglichkeit zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage besteht darin, dass der zum Druckabbau dienende Injektor nur so schwach angesteuert wird, dass die Einspritzdüse geschlossen bleibt, aber das Steuerventil öffnet. Der zum Druckabbau dienende Injektor hält die Einspritzdüse also bis zu einer bestimmten Ansteuerstärke geschlossen, während das Steuerventil bereits geöffnet ist und dadurch den Kraftstoffrücklauf freigibt, was zu einem entsprechenden Druckabfall in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage führt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage allein durch den betreffenden Injektor bewirkt, so dass auf ein separates Hochdruckregelventil in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage verzichtet werden kann. Die Erfindung erfordert doch nicht zwingend den Verzicht auf ein separates Hochdruckventil. Vielmehr umfasst die Erfindung auch solche Einspritzanlagen, bei denen der Druckabbau in dem Hochdruck bereich der Einspritzanlage sowohl durch ein oder mehrere Injektoren als auch durch ein Hochdruckregelventil erfolgt.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auf ein separates Volumenstromregelventil verzichtet werden, das bei den herkömmlichen Einspritzanlagen den Volumenstrom einstellt, der einer Hochdruckpumpe zugeführt wird. Bei einem solchen Verzicht auf ein separates Volumenstromregelventil erfolgt die Druckregelung in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage über den zum Druckabbau dienenden Injektor. Bei ausgeschalteter Einspritzung (Schubbetrieb) fließt dann die gesamte Förderleistung der Hochdruckpumpe (z.B. 33 cm³/s) in den Hochdruckbereich der Einspritzanlage. Der zum Druckabbau dienende Injektor muss dann in diesem Betriebszustand den gesamten Förderstrom der Hochdruckpumpe über den Kraftstoffrücklauf abführen, um einen weiteren Druckanstieg in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage zu vermeiden. Der Schaltleckagestrom des zum Druckabbau dienenden Injektors liegt deshalb vorzugsweise im Bereich von 1 cm³/s bis 100 cm³/s, um einen ausreichenden Druckabbau zu gewährleisten. Darüber hinaus weist der Kraftstoffrücklauf vorzugsweise einen minimalen Durchmesser oder eine minimale Breite von mindestens 0,8 mm auf, damit genügend Kraftstoff über den Kraftstoffrücklauf aus dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage abgeführt werden kann.

Bei dem vorstehend erwähnten Verzicht auf ein separates Volumenstromregelventil ist der maximale Schaltleckagestrom des zum Druckabbau dienenden Injektors oder die Summe der maximalen Schaltleckageströme der zum Druckabbau dienenden Injektoren vorzugsweise größer als der Volumenstrom der Hochdruckpumpe, damit im Schubbetrieb ein Druckanstieg in dem Hochdruckbereich verhindert werden kann.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Injektoren vorzugsweise durch Piezoaktoren angesteuert werden. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Ansteuerung der Injektoren nicht auf Piezoaktoren beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit herkömmlichen Magnetaktoren realisierbar.

Ferner ist die erfindungsgemäße Einspritzanlage vorzugsweise eine Common-Rail-Einspritzanlage, die einen gemeinsamen Druckspeicher (engl. Common-Rail) aufweist, der alle Injektoren mit dem einzuspritzenden Kraftstoff versorgt. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch mit anderen Typen von Einspritzanlagen realisierbar, wie beispielsweise Pumpe-Düse-Einspritzanlagen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Einspritzanlage wahlweise eine Benzin-Einspritzanlage oder eine Diesel-Einspritzanlage sein.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren, was sich bereits aus der vorliegenden allgemeinen Beschreibung ergibt.

Die Erfindung umfasst ferner die allgemeine technische Lehre, den betreffenden Aktor zum Druckabbau jeweils nur sehr kurz für eine bestimmte Ansteuerdauer anzusteuern, wobei die Ansteuerdauer jeweils so kurz gewählt wird, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer geschlossen bleibt. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Düsennadel eines Injektors beim Öffnen des Steuerventils erst mit einer bestimmten Zeitverzögerung angehoben wird, so dass zwischen dem Öffnen des Steuerventils und dem Anheben der Düsennadel bereits eine bestimmte Menge Kraftstoff aus dem Steuerraum des Injektors in den Rücklauf abgeflossen ist, was zu einem entsprechenden Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage führt. Bei einer entsprechend kurzzeitigen Ansteuerung des Aktors bleibt die Einspritzdüse also geschlossen, obwohl Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Rücklauf abfließt.

Vorzugsweise wird der Aktor zum Druckabbau wiederholt mit einer bestimmten Wiederholungszahl angesteuert, wodurch die Effektivität des Druckabbaus im Vergleich mit einer einmaligen Ansteuerung erhöht werden kann. Vorzugsweise liegt die Wie derholungszahl hierbei zwischen 2 und 6, d.h. der Aktor wird während eines Zyklus der Brennkraftmaschine jeweils zwei- bis sechsmal angesteuert. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Wiederholungszahl nicht auf den vorstehend erwähnten Wertebereich beschränkt, sondern auch mit anderen Wiederholungszahlen realisierbar.

Vorzugsweise ist die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau nicht konstant, sondern wird in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Einspritzanlage variiert, um den gewünschten Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage zu bewirken.

Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine gemessen werden und zur Festlegung der Wiederholungszahl und/oder der Ansteuerdauer für den Druckabbau herangezogen werden. Bei einer hohen Motordrehzahl führt der Druckabfluss über das geöffnete Steuerventil nämlich relativ schnell zu einem Druckabbau, so dass eine relativ geringe Ansteuerdauer bzw. Wiederholungszahl erforderlich ist, um den gewünschten Druckabbau zu bewirken. Die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau wird also vorzugsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt, wobei die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer vorzugsweise mit der Motordrehzahl abnimmt.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von dem Druck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage festgelegt wird. Hierzu wird mittels eines Drucksensors der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich der Brennkraftmaschine gemessen. Die Festlegung der Wiederholungszahl und/oder der Ansteuerdauer für den Druckabbau in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage ist sinnvoll, da der Kraftstoffabfluss über das geöffnete Steuerventil eines Injektors und damit auch der Druckabbau von dem Druck in dem Hochdruckbereich abhängt. Bei einem großen Druck in dem Hochdruckbereich fließt nämlich entsprechend viel Kraftstoff über ein geöffnetes Steuerventil in den Niederdruckbereich ab, so dass der Druck dann relativ schnell abfällt. Vorzugsweise nimmt die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer deshalb mit dem in dem Hochdruckbereich herrschenden Druck ab.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von der in dem Injektor herrschenden Injektortemperatur, einer sonstigen Temperatur in der Einspritzanlage oder der Brennkraftmaschine sowie in Abhängigkeit von der bisherigen Betriebsdauer des Injektors festzulegen.

Vorzugsweise ist die Wiederholungszahl für den Druckabbau hierbei gleich 2, wenn die Motordrehzahl größer als 4000 min^–1 und der Druck größer als 1600 bar ist. Die Wiederholungszahl ist dagegen vorzugsweise gleich 3, wenn die Motordrehzahl größer als 3000 min^–1 ist und der Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar liegt. Bei einer Motordrehzahl kleiner als 3000 min^–1 und einem Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar ist die Wiederholungszahl dagegen vorzugsweise gleich 4. Ferner ist die Wiederholungszahl vorzugsweise auch gleich 4, wenn die Motordrehzahl zwischen 3000 min^–1 und 4000 min^–1 liegt und der Druck kleiner als 1500 bar ist. Schließlich ist die Wiederholungszahl vorzugsweise gleich 5, wenn die Motordrehzahl kleiner als 3000 min^–1 und der Druck kleiner als 1500 bar ist.

In jedem Fall ist die Ansteuerdauer für den Druckabbau vorzugsweise kürzer als die normale Ansteuerdauer für eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung. Dies ist selbstverständlich, weil beim Druckabbau kein Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollte.

Darüber hinaus wird die Ansteuerdauer im Rahmen der Erfindung vorzugsweise so kurz gewählt, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer unabhängig von der Ansteuerstärke geschlossen bleibt.

Durch das erfindungsgemäße Druckabbauverfahren fällt der Druck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage vorzugsweise im Wesentlichen exponentiell mit einer bestimmten Zeitkonstanten ab, wobei die Zeitkonstante vorzugsweise zwischen 0,5 Sekunden und 10 Sekunden liegt.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,

2A und 2B Druckabbaukurven bei verschiedenen Drücken in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage und für verschiedene Wiederholungszahlen,

3 ein Kennfeld zur Festlegung der Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Druck in dem Hochdruckbereich sowie

4 eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.

Die schematisierte Darstellung in 1 zeigt eine weitgehend herkömmlich aufgebaute Einspritzpumpe 1 (DCP – Diesel Common Rail Pump) zur Kraftstoffversorgung eines Dieselmo tors, wobei der Dieselmotor zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.

Die Einspritzpumpe 1 weist eine Niederdruckpumpe 2 auf, die über eine Antriebswelle 3 von einem Motor 4 angetrieben wird und Kraftstoff über eine Ansaugleitung 5 aus einem Kraftstofftank ansaugt, wobei der Kraftstofftank zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.

Die Niederdruckpumpe 2 speist einen Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 mit Kraftstoff, wobei der Druck in dem Niederdruckbereich durch ein Niederdruckregelventil 6 auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird.

In dem Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 ist weiterhin ein Volumenstromregelventil 7 (VCV – Volumetric Control Valve) angeordnet, das sowohl den Kraftstoffvolumenstrom als auch den Druck einstellt, wie noch detailliert beschrieben wird.

Das Volumenstromregelventil 7 verbindet die Niederdruckpumpe 2 mit einer Hochdruckpumpe 8, die ebenfalls von der Antriebswelle 3 mechanisch angetrieben wird und den von der Niederdruckpumpe 2 zugeführten Kraftstoff unter Hochdruck in einen Druckspeicher 9 (Common Rail) pumpt.

Aus dem Druckspeicher 9 werden mehrere Injektoren 10–13 mit Kraftstoff versorgt, der den zur Einspritzung in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdruck aufweist.

Die Hochdruckpumpe 8 weist darüber hinaus eine Kraftstoffrückleitung 14 auf, über die leckagebedingter Kraftstoff in den Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 zurückgeführt wird. In der Kraftstoffrückleitung 14 ist eine Parallelschaltung eines Strömungswiderstands 15 mit einer Reihenschaltung aus einem Rückschlagventil 16 und einem weiteren Strömungswiderstand 17 angeordnet.

Darüber hinaus weisen die Injektoren 10–13 jeweils eine verschiebbar gelagerte Düsennadel auf, die in Abhängigkeit von ihrer Stellung eine Einspritzdüse freigibt oder versperrt. Der mechanische Antrieb der Düsennadel erfolgt hierbei jeweils durch den Kraftstoffdruck, der in einem Steuerraum herrscht, wobei der auf die Düsennadel wirkende und diese in den Ventilsitz drückende Kraftstoffdruck in dem Steuerraum durch ein Steuerventil in eine Rückleitung 18 abgelassen werden kann, wobei die Rückleitung 18 über ein Rückschlagventil 19 in den Kraftstofftank der Brennkraftmaschine mündet. Bei jedem Einspritzvorgang fließt also ein Teil des in dem Druckspeicher 9 befindlichen Kraftstoffs über die einzelnen Steuerventile in den Injektoren 10–13 in die Rückleitung 18 und von dort in den Kraftstofftank, wodurch der Kraftstoffdruck in den Druckspeicher 9 herabgesetzt wird. Die Steuerventile der einzelnen Injektoren 10–13 werden hierbei durch eine elektronische Motorsteuerung 20 (engl. ECU – Electronic Control Unit) angesteuert, wobei die Motorsteuerung 20 über einen Drucksensor 21 auch den Druck in dem Druckspeicher 9 misst und das Volumenstromregelventil 7 so ansteuert, dass sich in dem Druckspeicher 9 der gewünschte Einspritzdruck einstellt, wie im Folgenden beschrieben wird.

Falls die Motorsteuerung 20 über den Drucksensor 21 feststellt, dass der Druck in dem Druckspeicher 9 zu gering ist, so wird das Volumenstromregelventil 7 länger offen gehalten, so dass die Hochdruckpumpe 8 mehr Kraftstoff in den Druckspeicher 9 pumpt, wodurch der Druck in dem Druckspeicher 9 zunimmt.

Falls die Motorsteuerung 20 dagegen über den Drucksensor 21 feststellt, dass der Druck in dem Druckspeicher 9 zu groß ist, so steuert die Motorsteuerung 20 das Volumenstromregelventil 7 zu, so dass die Hochdruckpumpe 8 weniger Kraftstoff in den Druckspeicher 9 pumpt, was einer weiteren Drucksteigerung in dem Druckspeicher 9 entgegen wirkt.

Darüber hinaus ermöglicht die Motorsteuerung 20 durch eine geeignete Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10 einen schnellen Druckabbau in dem Druckspeicher 9, wie im Folgenden beschrieben wird.

Für einen schnellen Druckabbau in dem Druckspeicher 9 wird der Piezoaktor des Injektors 10 jeweils für kurze Ansteuerzeiten angesteuert, wobei die Ansteuerzeiten so kurz bemessen sind, dass sich die Düsennadel des Injektors 10 nicht anhebt, so dass auch kein Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Während dieser kurzzeitigen Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10 öffnet sich jedoch das zugehörige Steuerventil, wodurch Kraftstoff aus dem Druckspeicher 9 über die Rückleitung 18 abfließt, was zu einem relativ schnellen Druckabbau in dem Druckspeicher 9 führt.

Die Kurven in den 2A und 2B zeigen den zeitlichen Verlauf des Druckabbaus in dem Druckspeicher 9, wobei die Kurven in 2A von einem Anfangsdruck von ungefähr 1600 bar ausgehen, wohingegen die Kurven in 2B von einem Anfangsdruck von ungefähr 1000 bar ausgehen. Aus dem Vergleich der beiden Diagramme ist ersichtlich, dass der Druckabbau in dem Druckspeicher 9 bei einem hohen Anfangsdruck wesentlich schneller erfolgt, was auch plausibel ist.

Darüber hinaus zeigen die verschiedenen Kurven den zeitlichen Verlauf des Druckabbaus für verschiedene Wiederholungszahlen der Ansteuerung des Piezoaktors des zum Druckabbau dienenden Injektors 10. So wird der Piezoaktor bei den Kurven 22 pro Zyklus der Brennkraftmaschine nur einmal kurz angesteuert, was zu einem entsprechend langsamen Druckabfall in dem Druckspeicher 9 führt.

Die beiden Kurven 23 geben dagegen den zeitlichen Verlauf des Druckabbaus in dem Druckspeicher 9 für den Fall wieder, dass der Piezoaktor des zum Druckabbau dienenden Injektors 10 bei jedem Zyklus der Brennkraftmaschine zweimal kurz angesteuert ("getoggelt") werden. Dementsprechend zeigen die Kurven 23 einen deutlich schnelleren Druckabbau in dem Druckspeicher 9.

Die anderen Kurven 24, 25 bzw. 26 zeigen dagegen den wesentlich schnelleren Druckabfall für den Fall, dass in jedem Zyklus der Brennkraftmaschine dreimal, viermal bzw. fünfmal eine Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10 erfolgt.

Die Wiederholungszahl der Ansteuerungen des Piezoaktors des Injektors 10 bei jedem Zyklus wird hierbei in Abhängigkeit von dem Druck in dem Druckspeicher 9 und in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n bestimmt, wie aus dem Kennfeld hervorgeht, das in 3 dargestellt ist.

In einem Betriebsbereich 27 bei einem Druck p > 1600 bar erfolgt unabhängig von der Motordrehzahl in jedem Zyklus nur eine zweifache Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10, da aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks in dem Betriebsbereich 27 keine größeren Wiederholungszahlen erforderlich sind.

In einem Betriebsbereich 28 mit einem Druck in dem Druckspeicher 9 zwischen 1500 bar und 1600 bar und einer Motordrehzahl n > 3000 min^–1 erfolgt dagegen eine dreifache Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10, um den gewünschten Druckabbau zu bewerkstelligen, da eine zweifache Ansteuerung dann aufgrund des geringeren Kraftstoffdrucks nicht mehr ausreicht.

In zwei anderen Betriebsbereichen 29, 30 erfolgt dagegen sogar eine vierfache Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10, um den gewünschten Druckabbau zu bewirken, da der Druckabbau in den Betriebsbereichen 29, 30 aufgrund des verringerten Drucks bzw. der verringerten Motordrehzahl weniger effek tiv ist und demzufolge eine höhere Wiederholungszahl erforderlich ist. In dem Betriebsbereich 29 liegt der Druck in dem Druckspeicher 9 zwischen 1500 und 1600 bar, während die Motordrehzahl in dem Betriebsbereich 29 kleiner als 3000 min^–1 ist.

In dem Betriebsbereich 30 liegt die Motordrehzahl dagegen zwischen 3000 und 4000 min^–1, während der Druck in dem Druckspeicher 9 kleiner als 1500 bar ist.

In einem weiteren Betriebsbereich 31 muss dagegen aufgrund des relativ geringen Drucks und der relativ geringen Motordrehzahl eine fünffache Ansteuerung des Piezoaktors des Injektors 10 erfolgen, um den gewünschten Druckabbau auch aufgrund der geringen Druck- und Drehzahlwerte zu ermöglichen. Der Betriebsbereich 31 liegt bei Drehzahlwerten von weniger als 3000 min^–1 und einem Druck von weniger als 1500 bar.

Das in 4 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel einer erfindungemäßen Einspritzanlage stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass in dem Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 stromaufwärts vor der Hochdruckpumpe 8 kein separates Volumenstromregelventil 7 angeordnet ist. Die Hochdruckpumpe 8 arbeitet also mit einer Förderleistung, die allein durch die Drehzahl der Antriebswelle 3 vorgegeben ist, was eine schnelle Druckregelung des in dem Druckspeicher 9 herrschenden Drucks verhindert.

Der Druck in dem Druckspeicher 9 und damit der Einspritzdruck wird hierbei allein durch den Schaltleckagestrom des Injek tors 10 geregelt. Hierzu weist der Injektor 10 einen Schaltleckagestrom auf, der größer ist als bei den anderen Injektoren 11–13, die nicht zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage dienen. Der Schaltleckagestrom des Injektors 10 ist hierbei so bemessen, dass der gesamte Förderstrom der Hochdruckpumpe 8 über die Rückleitung 18 in den Niederdruckbereich der Einspritzanlage abgeführt werden kann, um beispielsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine einen weiteren Druckanstieg in dem Druckspeicher 9 zu verhindern, wenn kein Kraftstoff von den Injektoren 10–13 in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Einspritzanlage, wobei die Einspritzanlage umfasst: – mehrere Injektoren (10–13) mit einer Einspritzdüse zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, – einen Hochdruckbereich (9), der die Injektoren (10–13) mit dem einzuspritzenden Kraftstoff versorgt, – einen Kraftstoffrücklauf (18), der von den einzelnen Injektoren (10–13) ausgeht, wobei die einzelnen Injektoren (10–13) jeweils einen Schaltleckagestrom aufweisen, der bei einem Schaltvorgang über den Kraftstoffrücklauf (18) aus dem Hochdruckbereich (9) abfließt und dadurch den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich (9) senkt, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger Injektor (10) oder ein Teil der Injektoren (10–13) zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich (9) dient, wobei der zum Druckabbau dienende Injektor (10) konstruktiv anders ausgelegt ist als die übrigen Injektoren (11–13), indem der zum Druckabbau dienende Injektor (10) bei geschlossener Einspritzdüse einen größeren Schaltleckagestrom aufweist als die übrigen Injektoren (11–13) und deshalb mehr Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich (9) abführen kann.
Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Injektoren (10–13) bei einer Aktoransteuerung eine zeitliche Schaltverzögerung zwischen dem Öffnen des Kraftstoffrücklaufs (18) und dem anschließenden Öffnen der Einspritzdüse aufweisen, wobei die Schaltverzögerung bei dem zum Druckabbau dienenden Injektor größer ist als bei den übrigen Injektoren (10–13).
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Druckabbau dienende Injektor bei einer Aktoransteuerung bis zu einer bestimmten Ansteuerstärke die Einspritzdüse geschlossen hält, während der Kraftstoffrücklauf (18) bereits geöffnet ist.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hochdruckbereich (9) der Einspritzanlage kein separates Hochdruckregelventil angeordnet ist, so dass der Druckabbau in dem Hochdruckbereich (9) über den Schaltleckagestrom des Injektors (10) erfolgt.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Niederdruckbereich der Einspritzanlage kein separates Volumenstromregelventil (7) angeordnet ist, so dass die Druckregelung in dem Hochdruckbereich (9) über den Schaltleckagestrom des Injektors (10) erfolgt.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltleckagestrom des zum Druckabbau dienenden Injektors (10) im Bereich zwischen 1 cm³/s und 100 cm³/s liegt.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffrücklauf (18) einen Durchmesser oder eine Breite von mindestens 0,8 mm aufweist.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Schaltleckagestrom des zum Druckabbau dienenden Injektors (10) größer ist als der Volumenstrom einer Hochdruckpumpe (8), die den Hochdruckbereich (9) mit Kraftstoff speist.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoren (10–13) jeweils Piezoaktoren aufweisen.
Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Druckspeicher (9), der alle Injektoren (10–13) mit dem einzuspritzenden Kraftstoff versorgt.
Verfahren zum Druckabbau im Hochdruckbereich (9) einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit mehreren Injektoren (10–13) mit jeweils einer Einspritzdüse, wobei die Injektoren (10–13) aus dem Hochdruckbereich (9) mit Kraftstoff versorgt werden und jeweils einen Schaltleckagestrom aufweisen, der über einen Kraftstoffrücklauf (18) aus dem Hochdruckbereich (9) abfließt, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger Injektor (10) oder nur ein Teil der Injektoren (10–13) zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich (9) dient und dazu so angesteuert wird, dass der Kraftstoffrücklauf (18) des jeweiligen Injektors geöffnet wird, während die Einspritzdüse des jeweiligen Injektors geschlossen bleibt, wobei der zum Druckabbau dienende Injektor (10) konstruktiv anders ausgelegt ist als die übrigen Injektoren (11–13), indem der zum Druckabbau dienende Injektor (10) bei geschlossener Einspritzdüse einen größeren Schaltleckagestrom aufweist als die übrigen Injektoren (11–13) und deshalb mehr Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich (9) abführen kann.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Druckabbau dienende Injektor (10) mit einer bestimmten Ansteuerstärke angesteuert wird, wobei die Ansteuerstärke so gering ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerung geschlossen bleibt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Druckabbau dienende Injektor (10) mit einer bestimmten Ansteuerdauer angesteuert wird, wobei die Ansteuerdauer so kurz ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer geschlossen bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Druckabbau dienende Injektor (10) wiederholt mit einer bestimmten Wiederholungszahl angesteuert wird, um den Druck in dem Hochdruckbereich (9) zu senken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermittlung mindestens einer Betriebsgröße der Einspritzanlage, – Festlegung der Ansteuerdauer und/oder der Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsgröße der Einspritzanlage.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgröße folgende Größe ist: – die Motordrehzahl und/oder – der Druck in dem Hochdruckbereich (9) der Einspritzanlage und/oder – die in dem Injektor herrschende Injektortemperatur und/oder – die bisherige Betriebsdauer des Injektors.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer mit dem in dem Hochdruckbereich (9) herrschenden Druck abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer mit der Motordrehzahl abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl zwischen 2 und 6 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl 2 ist, wenn die Motordrehzahl größer als 4000 min^–1 und der Druck größer als 1600 bar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl 3 ist, wenn die Motordrehzahl größer als 3000 min^–1 ist und der Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl 4 ist, wenn die Motordrehzahl kleiner als 3000 min^–1 ist und der Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl 4 ist, wenn die Motordrehzahl zwischen 3000 min^–1 und 4000 min^–1 liegt und der Druck kleiner als 1500 bar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungszahl 5 ist, wenn die Motordrehzahl kleiner als 3000 min^–1 und der Druck kleiner als 1500 bar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerdauer für den Druckabbau kürzer ist als die Ansteuerdauer für eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor beim Druckabbau mit einer bestimmten Ansteuerstärke angesteuert wird, wobei die Ansteuerdauer so kurz ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer unabhängig von der Ansteuerstärke geschlossen bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Piezoaktor ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während des Druckabbaus im Wesentlichen exponentiell mit einer bestimmten Zeitkonstanten abfällt.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante zwischen 0,5 s und 10 s liegt.