DE102005029805A1

DE102005029805A1 - Kraftstoffinjektor mit Verzögerungseinrichtung zur Verlängerung der Druckverstärkungsphase

Info

Publication number: DE102005029805A1
Application number: DE200510029805
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor (11) und einem Hochdruckspeicher (12) sowie einem Druckverstärker (14), der einen Arbeitsraum (18), einen Differenzdruckraum (20) und einen Kompressionsraum (22) umfasst. Dieser ist mit einem Druckraum (26) des Kraftstoffinjektors (11) hydraulisch verbunden, wobei der Druckverstärker (14) mittels eines Befestigungsventils (8) ansteuerbar ist, indem der Differenzdruckraum (20) über eine Druckentlastungsleitung (58) druckentlastbar oder druckbeaufschlagbar ist. In einem Befüllpfad (48, 50) des Differenzdruckraumes (20) ist ein druckbeaufschlagbares Speicherelement (56, 92) aufgenommen, welches bei der Befüllung des Differenzdruckraumes (20) den Druckanstieg in diesem verzögert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor, insbesondere auf einen Kraftstoffinjektor mit Verzögerungsglied zur Verlängerung der Druckverstärkungsphase, zum Einsatz an selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen werden zur Zeit vermehrt hubgesteuerte Common-Rail System, d. h. Hochdruckspeichereinspritzsysteme, eingesetzt. Vorteilhaft ist dabei, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann. Zur Reduzierung der Emissionen und der Erzielung hoher spezifischer Leistungen ist ein sehr hoher Einspritzdruck erforderlich. Da das erreichbare Druckniveau in Hochdruck-Kraftstoffpumpen aus Festigkeitsgründen begrenzt ist, kann zur weiteren Drucksteigerung bei Hochdruckeinspritzsystemen (Common-Rail) ein Druckverstärker im Kraftstoffinjektor verwendet werden.

Bekannt sind druckgesteuerte Kraftstoffinjektoren mit Druckverstärker, hydraulischem Düsenöffnungsdruck und einer Steuerung über nur ein Steuerventil, wie sie zum Beispiel aus DE 102 18 904 A1 bekannt sind. Die dort offenbarte Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor mit einer Druckübersetzungseinrichtung. Bei dieser ragt ein Schließkolben des Kraftstoffinjektors in einen Schließdruckraum hinein, so dass ein Schließkolben mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in Schließrichtung auf den Schließkolben wirkenden Kraft. Der Schließdruckraum und der Rückraum der Druckübersetzungseinrichtung werden durch einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Schließdruck-Rückraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind. Damit lässt sich trotz einer relativ niedrigen Druckverstärkung durch die Druckübersetzungseinrichtung ein relativ niedriger Einspritzöffnungsdruck erreichen. Im geöffneten Zustand eines bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes ist die wirksame Fläche, auf die ein Dämpferraumdruck wirkt, genauso groß, wie die Fläche auf die der Einspritzdruck wirkt. Aufgrund dieses Umstandes beginnt das Einspritzventilglied erst dann mit dem Schließvorgang, sobald ein Druck p_DR in einem Düsenraum kleiner als ein Druck p_ST in einem Steuerraum ist. Da das Einspritzventilglied jedoch eine bestimmte Zeit t_S benötigt bis es wieder in seinem Sitz im Injektorkörper des Kraftstoffinjek tors angelangt ist und die unterhalb des Sitzes angeordneten Einspritzöffnungen verschließt, spritzt der Kraftstoffinjektor in der Schlussphase des Einspritzvorganges mit einem Einspritzdruck ein, der unterhalb des im Hochdruckspeicher herrschenden Druckes liegt. Aufgrund dessen ist die Einspritzrate eines derartigen Kraftstoffinjektors durch ein Plateau, d. h. eine Eindellung, gekennzeichnet. Aufgrund des in der Schlussphase der Einspritzung abnehmenden Einspritzdruckes verändert sich jedoch das Emissionsverhalten einer derartigen Verbrennungskraftmaschine negativ, d. h. im Abgas sind zu viele Schadstoffe enthalten.

Es ist jedoch wünschenswert, dass der Kraftstoffinjektor bis zum Ende des Einspritzvorganges mit dem verstärkten Einspritzdruck einspritzt, der über den Druckübersetzer des Kraftstoffinjektors zur Verfügung gestellt wird.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckabfall während des Einspritzvorganges, insbesondere während dessen Schlussphase, deutlich zu verkürzen oder idealerweise ganz zu vermeiden.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird der verstärkte Einspritzdruck, d. h. der durch einen Druckübersetzer bereitgestellte, gegenüber dem im Hochdruckspeicher herrschenden Systemdruck, erhöhten Druck aufrechtzuerhalten, so dass der Druckabfall, der während der Schlussphase der Einspritzung der bisherigen eingesetzten Kraftstoffinjektoren beobachtet wird, vermieden werden kann. Dadurch lassen sich deutliche Verbesserungen der Abgasemissionen der Verbrennungskraftmaschine erzielen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist ein Verzögerungsglied in gestalt eines Speicherelementes zur Verlängerung der Druckverstärkungsphase des Druckübersetzers nachgeschaltet. Unmittelbar nach Beendigung der Bestromung eines Betätigungsventiles des Kraftstoffinjektors, so zum Beispiel eines Magnetventils, verschließt ein Servoventil die Verbindung zwischen einer Belastungsleitung eines Differenzdruckraumes des Druckverstärkers und des Steuerraumes des Einspritzventilgliedes und gibt eine Verbindung zwischen dem Servoventil, in welchem Systemdruck herrscht, und der Entlastungsleitung für Differenzdruckraum und Steuerraum frei. Dadurch wird in der Entlastungsleitung Druck aufgebaut, was dazu führt, dass der Kraftstoffabfluss über eine Ablaufdrossel in der Entlastungsleitung so weit reduziert wird, dass der Druck im Steuerraum des Kraftstoffinjektors durch den Zufluss über eine Zulaufdrossel ≥ des Druckes im Düsenraum des Kraftstoffinjektors liegt. Dadurch wird das düsennadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied geschlossen. Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Speicherelement einen Speicherkolben, der bei Drücken ≥ 50 bar in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt wird. So wird erreicht, dass sich der Druck im Differenzdruckraum des Druckverstärkers erst dann merklich aufbaut, sobald sich der Speicherkolben des Speicherelementes in seiner Ausgangsstellung befindet. Die durch das Speicherelement erreichbare Verzögerungszeit hängt vom Durchmesser des Speicherkolbens und vom Hub der Kolben, den der Speicherkolben zurücklegt, ab. Die Verzögerungszeit ist so bemessen, dass eine Rücksetzung des Druckverstärkers, d. h. eine Abnahme des verstärkten Systemdruckes durch einen Druckanstieg im Differenzdruckraum, erst dann einsetzt, wenn das Einspritzventilglied bereits in seinem Sitz angelangt ist. Mittels des als Verzögerungsglied dienenden Speicherelementes wird eine verzögerte Rücksetzung des Druckverstärkers in seine Ausgangslage erreicht, da der Druckaufbau im Differenzdruckraum, der zum Rücksetzen des Übersetzerkolbens dient, durch das Speicherelement verzögert wird. Durch die verlängerte Hochdruckphase kann ein Betrieb mit einer höheren Abgasrückführrate erreicht werden, wodurch der Rußanteil im Abgas gesenkt werden kann. Ferner lassen sich die Einspritzzeiten verkürzen, was insbesondere hinsichtlich des Volllastbetriebes günstig ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Speicherelement als ein leckagefreies Volumenelement ausgeführt. Dieses Volumenelement nimmt bei kleinen Drücken ein großes Volumen ein, so dass ein Speicherraum durch das leckagefreie Volumenelement ausgefüllt ist. Mit zunehmendem Druck verringert das leckagefreie Volumenelement sein Volumen, wobei die Volumenverringerung abhängig von der Kompressibilität des Materials, aus welchem das leckagefreie Volumenelement gefertigt wird, ist. Die Kompressibilität des Materials des Volumenelementes hängt vom Druckzustand ab, der sich im Zeitbereich zwischen dem Schließzeitpunkt des Servoventiles t_S,SV bis zum Schließzeitpunkt t_S,EVG im Bereich des Volumenelementes einstellt.

Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit Druckübersetzer mit als Verzögerungsglied dienendem Speicherelement,
2.1 und 2.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Speicherelementes im unbelasteten und im belasteten Zustand,
3 den Hub des Einspritzventilgliedes und den sich einstellenden Einspritzdruck aufgetragen über die Zeit und
4 die sich einstellende Einspritzrate aufgetragen über die Zeitachse an einem Kraftstoffinjektor gemäß des Standes der Technik und am erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor.
Der Darstellung gemäß 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem zu entnehmen, welches ein als Verzögerungsglied fungierendes Speicherelement umfasst.
Das Kraftstoffsystem 10 gemäß der Darstellung in 1 umfasst einen Hochdruckspeicher 12 (Common-Rail), der mittels einer nicht dargestellten Hochdruckquelle mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt wird.
Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstoffinjektor 11, der einen Druckverstärker 14 umfasst. Der Druckverstärker 14 enthält einen Verstärkerkolben 16, der einen Arbeitsraum 18 und einen Differenzdruckraum 20 voneinander trennt. Der Übersetzerkolben 16 ist über eine Feder beaufschlagt, die im Arbeitsraum 18 aufgenommen ist und die den Verstärkerkolben 16 wieder in seine Ausgangslage zurück bewegt. Ferner umfasst der Druckverstärker 14 einen Kompressionsraum 22, der über den Verstärkerkolben 16 mit entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 14 Höchstdruck beaufschlagt wird.
Der Kompressionsraum 22 ist über eine Überströmleitung 24 mit einem Düsenraum 26 des Kraftstoffinjektors 11 verbunden, ferner steht der Kompressionsraum 22 über eine eine Zulaufdrossel 42 enthaltende Leitung mit einem Steuerraum 38 des Kraftstoffinjektors 11 in Verbindung. Der Kraftstoffinjektor 11 enthält ein bevorzugt als Düsennadel ausgebildetes Einspritzventilglied 28, an welchem eine Druckstufe 30 ausgebildet ist, die vom Düsenraum 26 des Kraftstoffinjektors 11 umgeben ist. Vom Düsenraum 26 strömt unter Höchstdruck stehender Kraftstoff einem Sitz 32 des Einspritzventilgliedes 28 zu. Unterhalb des Sitzes 32 des Einspritzventilgliedes 28 befinden sich Einspritzöffnungen 34, über die bei geöffnetem Einspritzventilglied 28 Kraftstoff in einen Brennraum 36 der Verbrennungskraftmaschinen eingespritzt wird.
Der Kraftstoffinjektor 11 umfasst darüber hinaus eine Schließfeder 40, die im Steuerraum 38 aufgenommen ist. Der Steuerraum 38 ist über eine Ablaufdrossel 44 in einer Entlastungsleitung 46 druckentlastbar. Die Entlastungsleitung 46 erstreckt sich zu einem hydraulischen Raum 82 eines Servoventils 72. In die Entlastungsleitung 46 des Steuerraumes 38 mündet eine Entlastungsleitung 48 des Differenzdruckraumes 20. In der Entlastungsleitung 48 des Differenzdruckraumes 20 zweigt ein Abzweig 50 ab, der eine Fülldrossel 52 enthält. In der Entlastungsleitung 48 vom Differenzdruckraum 20 ist ein Rückschlagventil 54 aufgenommen. In dem Abzweig 50, welcher die Fülldrossel 52 zur Befüllung des Differenzdruckraumes 20 mit Kraftstoff umfasst, ist ein Speicherelement 56 integriert. Das Speicherelement 56 umfasst einen Speicherraum 58, der mit dem Abzweig 50 hydraulisch in Verbindung steht. Im Speicherraum 58 ist ein Speicherkolben 60 aufgenommen, der zwischen einem oberen Anschlag 62 und einem unteren Anschlag 64 bewegbar ist und über eine Speicherkolbenfeder 66 druckbeaufschlagt ist. Der Speicherraum 58 umfasst eine erste Leckageleitung 68.
Die Entlastungsleitung 46 des Steuerraumes 38 ist mit dem hydraulischen Raum 82 des Servoventils 72 hydraulisch verbunden, welches seinerseits über ein Betätigungsventil 88, welches zum Beispiel als Magnetventil ausgebildet sein kann, aktiviert wird. Das Servoventil 72 umfasst einen Servoventilkolben 74, der von einem Kanal 76 mit Drosselstelle durchzogen ist und welches auf seiner dem Arbeitsraum 18 des Druckverstärkers 14 zuweisenden Seite einen Schieber 78 umfasst. Der Schließsitz des Servoventils 72 ist mit Bezugszeichen 80 gekennzeichnet. Ein Steuerraum 84 des Servoventiles 72 steht über eine Verbindungsleitung 90 mit dem Betätigungsventil 88 in Verbindung. Bei Betätigung des Betätigungsventiles 88 wird der Steuerraum 84 des Servoventiles 72 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 86 des Kraftstoffeinspritzsystems 10 verbunden.
Die Funktionsweise des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzsystems 10 stellt sich wie folgt dar:
Der im Hochdruckspeicher 12 des Kraftstoffeinspritzsystems 10 herrschende Systemdruck steht über eine Druckzuleitung im Arbeitsraum 18 des Druckverstärkers 14 an. Systemdruck herrscht darüber hinaus aufgrund der hydraulischen Verbindung zwischen dem hydraulischen Raum 82 über die Entlastungsleitung 48 des Differenzdruckraumes 20 im Differenzdruckraum 20, so dass der Druckverstärker 14 druckausgeglichen ist. Wird das Betätigungsventil 88, welches als Magnetventil ausgebildet sein kann, geschaltet, öffnet das Servoventil 72 und fährt aus seinem Sitz 80 aus. Dadurch fährt der Schieber 78 des Servoventilkolbens 74 in den hydraulischen Raum 82 ein und trennt den Hochdruckbereich, d. h. den Arbeitsraum 18 von der Entlastungsleitung 46, die ihrerseits über den geöffneten Sitz 80 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 86 in Verbindung tritt. Dadurch nimmt der Druck im Steuerraum 38 des Kraftstoffinjektors 11 ab, Kraftstoff strömt über die Ablaufdrossel 44 und die Entlastungsleitung 46 des Steuerraumes 38 in den niederdruckseitigen Rücklauf 86 ab. Der im Differenzdruckraum 20 herrschende Druck baut sich über die Druckentlastungsleitung 48 des Differenzdruckraumes 20 im Wesentlichen über das Rückschlagventil 54 und ebenfalls über die Entlastungsleitung 46 des Steuerraumes 38 in den niederdruckseitigen Rücklauf 86 ab. Nunmehr beginnt die Einspritzung, da der Sitz 32 des Einspritzventilgliedes 28 aufgrund des gefallenen Druckes im Steuerraum 38 durch das aus seinem Sitz 32 herausgefahrene Einspritzventilglied 28 erfolgen kann. Vom Kompressionsraum 22 strömt unter Höchstdruck stehender Kraftstoff über die Überströmleitung 24 in den Düsenraum 26 und von dort über die geöffneten Einspritzöffnungen 34 in den Brennraum 36 der Verbrennungskraftmaschine. In diesem Zustand fährt der Speicherkolben 60 des Speicherelementes 56 in seinen unteren Anschlag 64, da er nur mit geringem Druck belastet ist. Das Speicherelement 56 ist so ausgelegt, dass der Speicherkolben 60 bei einem Druck von unterhalb etwa 50 bar in seine durch den unteren Anschlag 64 definierte Stellung ausfahren kann. In diesem Zustand wird die erste Leckageleitung 68, welche in den Bereich des Speicherraums 58 hinter dem Speicherkolben 60 mündet und im druckbelasteten Zustand des Speicherelementes 56 durch den Speicherkolben 60 verschlossen ist, freigegeben, so dass sich hinter dem Speicherkolben 60 kein Druck aufbaut.
Wird die Bestromung des Betätigungsventiles 88 beendet, so verschließt der Servoventilkolben 74 des Servoventiles 72 die Verbindung zwischen der Entlastungsleitung 46 des Steuerraumes 38 und dem niederdruckseitigen Rücklauf 86 des Kraftstoffeinspritzsystems 10. Mit dem Verschließen des Sitzes 80 wird hingegen durch den Schieber 78 eine hydraulische Verbindung des Druckspeichers 12 und damit des Arbeitsraumes 18 über den hydraulischen Raum 82 und der Entlastungsleitung 46 des Steuerraumes 38 und damit auch der Entlastungsleitung 48 des Differenzdruckraumes 20 hergestellt. Demzufolge baut sich in der Entlastungsleitung 46 für den Steuerraum 38 und damit auch in der Entlastungsleitung 48 für den Differenzdruckraum 20 Druck auf. Der Druckaufbau führt dazu, dass der Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum 38 über die Ablaufdrossel 44 so weit reduziert wird, dass der Druck im Steuerraum 38 durch den Zufluss über die Zulaufdrossel 42 größer gleich dem Druck im Düsenraum 26 ist. Dadurch wird das nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 28 in seine Schließstellung in seinen Sitz 32 gedrückt. Aufgrund des Druckaufbaus in der Entlastungsleitung 46 des Düsenraumes 38 und in der Entlastungsleitung 48 des Differenzdruckraumes 20 befindet sich das Rückschlagventil 54 in seiner Schließstellung, so dass eine Befüllung des Differenzdruckraumes 20 nur über die Fülldrossel 52 des Abzweiges 50 möglich ist. Am Abzweig 50 ist das Speicherelement 56 angeschlossen. Aufgrund des ansteigenden Druckes im Abzweig 50 wird der Speicherraum 58 des Speicherelementes 56 mit Druck beaufschlagt. Dadurch verzögert sich die Druckbeaufschlagung des Differenzdruckraumes 20, so dass die Höchstdruckphase im Kompressionsraum 22 des Druckverstärkers 14 verlängert wird. Da sich der Speicherkolben 60 an seinem unteren Anschlag 64 befindet und erst ab Drücken von circa 50 bar wieder in seine Ausgangsstellung an den oberen Anschlag 62 zurückfährt, baut sich der Druck im Differenzdruckraum 20 erst dann vollständig auf, wenn sich der Speicherkolben 60 an seinem oberen Anschlag 66 befindet, an dem er die erste Leckageleitung 68 zum Rücklauf 86 umschließt.
Befindet sich der Speicherkolben 60 hingegen an seinem unteren Anschlag 64, wird die erste Leckageleitung 68 zum niederdruckseitigen Rücklauf 86 freigegeben, so dass sich hinter dem Speicherkolben 60 des Speicherelementes 56 kein Druck aufbauen kann.
Die mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Speicherelement 56 erzielbare Verzögerungszeit, mit welcher der Druckaufbau im Differenzdruckraum 20 verzögert werden kann, hängt in maßgeblichem Maße vom Durchmesser des Speicherkolbens 60 sowie vom Hubweg ab, welchen der Speicherkolben 60 innerhalb des Speicherraumes 58 zurücklegen muss. Im in 1 dargestellten Zustand des Speicherkolbens 60 des Speicherelementes 56 ist die erste Rücklaufleitung 68 zum Rücklauf 86 verschlossen, so dass keine Leckageverluste auftreten. Das Speicherelement 56 ist so ausgelegt, dass die Verzögerungszeit (vgl. 3) so lange bemessen ist, dass eine Rücksetzung des Druckverstärkers 14 in seiner Ausgangslage, welche durch einen Druckanstieg im Differenzdruckraum 20 bewirkt wird, erst dann einsetzt, wenn das Einspritzventilglied 28 in seinen Sitz 32 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 11 gestellt ist und demzufolge kein Kraftstoff mehr in den Brennraum 36 eingespritzt werden kann.
Den 2.1 und 2.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Speicherelementes im unbelasteten sowie im belasteten Zustand zu entnehmen.
Anstelle des in 1 dargestellten Speicherelementes 56, einen Speicherraum 58 und einen darin beweglichen Speicherkolben 60 umfassend, kann dieses auch als Volumenelement 92 ausgeführt werden. Das Volumenelement 92 nimmt bei kleinen Drücken innerhalb des Speicherraumes 58 ein großes Volumen ein und füllt den Speicherraum 58 nahezu vollständig aus. Der Speicherraum 58, in welchem das Volumenelement 92 aufgenommen ist, zweigt vom Abzweig 50, in dem die Fülldrossel 52 aufgenommen ist, ab (vgl. Ausführungsbeispiel gemäß 1). Das Volumenelement 92 umfasst eine verformbare Materialwand 98, deren Kompressibilität vom Druckzustand im Speicherraum 58 im Zeitbereich t_{schließ,
Servoventil} bis t_{schließ, Einspritzventilglied} im Speicherraum 58 einstellt.
2.2 zeigt das Volumenelement 92 im Gegensatz zum in 2.1 dargestellten unbelasteten Zustand 94 in einem belasteten Zustand 96. Im in 2.2 dargestellten Zustand ist der Speicherraum 58 über den Abzweig 50, der von der Entlastungsleitung 46 abzweigt, mit Kraftstoff beaufschlagt, wobei sich das Volumenelement 92 entsprechend der Druckzunahme im Speicherraum 58 verformt. Aufgrund der Druckzunahme im Speicherraum 58 unterbleibt je nach Auslegung des verformbaren Volumenelementes 92 ein Druckaufbau im Differenzdruckraum 20 über die Entlastungsleitung 48 entsprechend der Auslegung des Volumenelementes 92. Demzufolge stellt sich im Differenzdruckraum 20 des Druckverstärkers 14 ein verzögerter Druckaufbau ein, so dass der im Kompressionsraum 20 des Druckverstärkers 14 anstehende Höchstdruck bis zum Ende des Einspritzvorganges zur Verfügung steht.
Der Darstellung gemäß 3 ist der Hub des Einspritzventilgliedes und der sich einstellende Einspritzdruck aufgetragen über die Zeit dargestellt.
Der Darstellung gemäß 3 ist entnehmbar, dass das Einspritzventilglied 28 eine trapezförmig verlaufende Hubbewegung 100 ausführt. Der Hubweg s erstreckt sich von 0 mm bis etwa 250 mm. Ist das Einspritzventilglied 28 in seinen Sitz 32 gestellt, herrscht ein Druck von etwa 800 bar, ist das Einspritzventilglied 28 geöffnet, steht Höchstdruck von z. B. 1100 bar an, mit welchem der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 34 in den Brennraum 36 eingespritzt wird. Mit Bezugszeichen 104 ist der Druckverlauf im Düsenraum 26 eines Kraftstoffinjektors gemäß des Standes der Technik bezeichnet. Der Druck im Düsenraum fällt während der zweiten Hälfte der Öffnungsphase des Einspritzventilgliedes stark ab. Mit Bezugszeichen 106 gemäß des gestrichelten, in 3 wiedergegebenen Linienzuges ist der optimierte Druckverlauf gekennzeichnet, der sich mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Speicherelement 56 bzw. mit dem verformbaren Volumenelement 92 erreichen lässt. Mit dem Speicherelement 56 bzw. dem verformbaren Volumenelement 92 kann der Druckabfall um eine Verzögerungszeit 108 verzögert werden, so dass das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 36 der Verbrennungskraftmaschine über die ge öffneten Einspritzöffnungen 34 über eine längere Zeit und mit einem wesentlich höheren Druck insbesondere gegen Ende der Öffnungsphase des Einspritzventilgliedes 28 erfolgen kann. Mit dem Speicherelement 56 bzw. dem verformbaren Volumenelement 92 wird erreicht – wie oben dargelegt – dass der Druckaufbau im Differenzdruckraum 20 des Druckverstärkers 14 um die Verzögerungszeit 108 verzögert wird, so dass Kraftstoff aus dem Düsenraum 26 in den Brennraum 36 mit dem im Kompressionsraum des Druckverstärkers 14 erhöhten Druckniveau – hier etwa 1000 bar – eingespritzt wird.
4 zeigt die sich einstellende Einspritzrate, aufgetragen über die Zeitachse an einem Kraftstoffinjektor gemäß des Standes der Technik und am erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor mit Speicherelement bzw. Volumenelement.
Aufgetragen über die Zeit t sind der mit Bezugszeichen 112 gekennzeichnete Verlauf der Einspritzrate eines Kraftstoffinjektors gemäß des Standes der Technik sowie mit Bezugszeichen 114 der Verlauf einer optimierten Einspritzrate, welcher sich durch den Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Speicherelementes 56 bzw. des verformbaren Volumenelementes 92 erreichen lässt. Der Verlauf der Einspritzrate 112 ist durch ein Plateau 116 gegen Ende der Öffnungsphase des Einspritzventilgliedes 28 gekennzeichnet. Das Plateau 116 rührt daher, dass aufgrund einer Druckzunahme im Differenzdruckraum 20 der Druckverstärker 14 wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt wird, wodurch das erste Druckniveau im Kompressionsraum 22 noch vor Ende der Einspritzphase reduziert wird, was zu einer Reduktion der Einspritzrate in den Brennraum 36 der Verbrennungskraftmaschine führt.
Durch Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich proportional zur Verzögerungszeit 108 ein optimierter Verlauf 114 der Einspritzrate gemäß des gestrichelten Linienzuges 114 erreichen. Die schraffiert dargestellte Fläche entspricht der Menge von Kraftstoff, die zusätzlich bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung durch eine Verzögerung der Rückstellung des Druckverstärkers 14 in den Brennraum 36 der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann, wobei dies auf dem Druckniveau erfolgt, durch welches der Druckverstärker 14 ausgelegt ist.

10: Kraftstoffeinspritzsystem
11: Kraftstoffinjektor
12: Hochdruckspeicher
13: Druckhalteventil
14: Druckverstärker
16: Verstärkerkolben
18: Arbeitsraum
20: Differenzdruckraum
22: Kompressionsraum
24: Überströmleitung
26: Düsenraum
28: Einspritzventilglied
30: Druckseite
32: Sitz
34: Einspritzöffnungen
36: Brennraum
38: Steuerraum
40: Schließfeder
42: Zulaufdrossel
44: Ablaufdrossel
46: Entlastungsleitung
48: Entlastungsleitung
50: Abzweig
52: Fülldrossel
54: Rückschlagventil
56: Speicherelement
58: Speicherraum
60: Speicherkolben
62: oberer Anschlag
64: unterer Anschlag
66: Anschlag
68: 1. Leckageleitung
72: Servoventil
74: Servoventilkolben
76: Kanal
78: Schieber
80: Sitz
82: hydraulischer Raum
84: Steuerraum
86: Rücklauf
88: Magnetventil
90: Verbindungsleitung SV-MV
92: Volumenelement
94: unbelasteter Zustand
96: belasteter Zustand
98: Materialwand
100: Hub Einspritzventilglied
102: Zeitachse
104: Druckverlauf Düsenraum
: (Stand der Technik)
106: optimierter Druckverlauf
108: Verzögerungszeit
110: Einspritzrate
112: Verlauf Einspritzrate (Stand
: der Technik)
114: Verlauf optimierte Einspritz
: rate
116: Plateau

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor (11), einem Hochdruckspeicher (12) und mit einem Druckverstärker (14), der einen Arbeitsraum (18), einen Differenzdruckraum (20) und einen Kompressionsraum (22) umfasst, der mit einem Druckraum (26) des Kraftstoffinjektors hydraulisch verbunden ist und wobei der Druckverstärker (14) mittels eines Betätigungsventiles (88) ansteuerbar ist, indem der Differenzdruckraum (20) über eine Druckentlastungsleitung (48) druckentlastbar oder druckbeaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Befüllpfad (48, 50) des Differenzdruckraumes (20) ein druckbeaufschlagbares Speicherelement (56) enthalten ist, welches bei der Befüllung des Differenzdruckraumes (20) den Druckanstieg in diesem verzögert.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befüllpfad einen Abzweig (50) mit einer Fülldrossel (52) und einer Druckentlastungsleitung (58) mit einem darin enthaltenen Rückschlagventil (54) aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastungsleitung (48) des Differenzdruckraumes (20) und der Abzweig (50) in eine Druckentlastungsleitung (46) eines Steuerraumes (38) des Kraftstoffinjektors (11) münden.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (56) über den Abzweig (50) druckbeaufschlagt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastungsleitung (48) des Differenzdruckraumes (20), die Druckentlastungsleitung (46) des Steuerraumes (38) und der Abzweig (50) bei geöffnetem Servoventil (72) mit einem niederdruckseitigen Rücklauf (86) verbunden sind.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Servoventil (72) ein Druckaufbau in der Entlastungsleitung (46) des Steuerraumes (38), im Abzweig (50) und im Speicherelement (56) erfolgt, während das Rückschlagventil (54) in der Druckentlastungsleitung (48) des Differenzdruckraumes (20) geschlossen ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (56) einen Speicherkolben (60) umfasst, der zwischen einem unteren ersten An schlag (64) und einem oberen zweiten Anschlag (66) innerhalb eines Speicherraums (58) bewegbar ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau im Differenzdruckraum (20) des Druckverstärkers (14) durch den Druckaufbau im Speicherelement (56), abhängig vom Durchmesser und Hubweg des Speicherkolbens (60) im Speicherraum (58), um eine Verzögerungszeit (108) verzögert ist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement ein kompressibles Volumenelement (92) umfasst, welches in dem Speicherraum (58) aufgenommen ist, der mit dem Abzweig (50) hydraulisch verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (60) bei einem Druckniveau zwischen 40 und 100 bar in seinen unteren, ersten Anschlag (64) fährt.
Verwendung des Kraftstoffeinspritzsystemes gemäß eines oder mehrerer der vorhergehenden Patentansprüche an einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine in Personenkraftwagen oder in Nutzkraftfahrzeugen.