DE102016205955B4 - Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffversorgungssystem umfassend eine Hochdruckleitung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung (2) ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper (4) verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei Öffnungen der Einspritzvorrichtung (2) zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einem Kraftstoffversorgungssystem (1) verbindet und damit freigibt, wozu eine Druckkammer (3) vorgesehen ist, die mit einer Hochdruckleitung (1a) des Kraftstoffversorgungssystems (1) zumindest verbindbar ist und die den beweglichen Verschlusskörper (4) druckbeaufschlagt und auf diese Weise der Zwangssteuerung dieses Verschlusskörpers (4) dient, und eine Ventileinheit (6) vorgesehen ist, die via Abführleitung (5) mit der Druckkammer (3) in Verbindung steht und der Kraftstoffentnahme und damit dem Druckabbau in der Druckkammer (3) dient, wobei der Verschlusskörper (4) Öffnungen der Einspritzvorrichtung (2) zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, falls der Druck pchamberin der Druckkammer (3) einen vorgebbaren Öffnungsdruck preleaseunterschreitet und die Ventileinheit (6) ein Ventil (6a) umfasst, welches über einen Steuerkolben (7) verfügt, der- in einer Schließstellung die Abführleitung (5) versperrt,- in einer ersten Offenstellung die Abführleitung (5) via einer ersten definierten Drosselstelle (9a) gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck pchamberin der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck preleasenicht unterschreitet, und- in einer zweiten Offenstellung die Abführleitung (5) freigibt, in der Art, dass der Druck pchamberin der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck preleaseunterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (7) in einem Ventilgehäuse (8) translatorisch entlang einer Längsachse verschiebbar gelagert ist und über eine an einem freien Ende eines Schafts (7b) angeordnete Ventilplatte (7a) und einen beabstandet zur Ventilplatte (7a) angeordneten und um den Schaft (7b) herum verlaufenden Kragen (7c) verfügt, wobei- die Ventilplatte (7a) zusammen mit dem Gehäuse (8) die Abführleitung (5) in der Schließstellung des Steuerkolbens (7) versperrt,- der Steuerkolben (7) in der ersten Offenstellung eine erste definierte Drosselstelle (9a) zwischen dem Kragen (7c) und dem Gehäuse (8) freigibt, in der Art, dass der Druck pchamberin der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck preleasenicht unterschreitet, und- der Steuerkolben (7) in der zweiten Offenstellung die Abführleitung (5) freigibt, in der Art, dass der Druck pchamberin der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck preleaseunterschreitet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wozu eine Druckkammer vorgesehen ist, die mit einer Hochdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems zumindest verbindbar ist und die den beweglichen Verschlusskörper druckbeaufschlagt und auf diese Weise der Zwangssteuerung dieses Verschlusskörpers dient, und eine Ventileinheit vorgesehen ist, die via Abführleitung mit der Druckkammer in Verbindung steht und der Kraftstoffentnahme und damit dem Druckabbau in der Druckkammer dient, wobei der Verschlusskörper Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, falls der Druck p_chamber in der Druckkammer einen vorgebbaren Öffnungsdruck p_release unterschreitet, wobei die Ventileinheit über mindestens einen Steuerkolben verfügt, der
• - in einer Schließstellung die Abführleitung versperrt,
• - in einer ersten Offenstellung die Abführleitung via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und in einer zweiten Offenstellung die Abführleitung freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
• Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
• Die gattungsgemäße DE 10 2012 204 252 B3 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem. Bei dem Verfahren wird über mindestens ein Einspritzventil des Einspritzsystems ein gewünschter Druckabbau im Druckspeicher durchgeführt. Dies wird durch Öffnen eines Servoventils im Einspritzventil erreicht, das während einer Druckabbauphase nur so weit geöffnet wird, dass das eigentliche Verschlusselement geschlossen bleibt und somit kein Einspritzvorgang stattfindet.
• Die GB 2 512 930 A beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem mindestens einen Injektor und ein Common Rail umfasst, wobei das Common Rail kein Druckregelventil aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte des Zuführens mindestens eines elektrischen Erregerstroms zu einem Einspritzmagneten, der das Öffnen eines Einspritzsteuerungsvolumens bewirkt und Kraftstoff aus dem Steuerungsvolumen in Richtung einer Einspritzleckageleitung abführt, was zu einer Druckreduzierung im Einspritzsteuerungsvolumen führt. Die Zufuhr des erregenden elektrischen Stroms wird nach einer vorbestimmten Zeitschwelle gestoppt, wenn der Druck im Einspritzdüsensteuervolumen sich einem Wert nähert, bei dem eine Einspritzdüsennadel beginnen würde, sich zu heben und die Kraftstoffeinspritzung beginnen würde. Ein Verbrennungsmotor, der das Verfahren anwendet, ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, ein Programmprodukt, das das Programm trägt, und ein Steuergerät, das mit dem Programm geladen ist, werden ebenfalls offenbart.
• Die DE 101 32 248 A1 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Düsennadel. Diese ist im Injektorkörper zwischen einer Einspritzöffnungen freigebenden und diese verschließenden Stellung durch Druckaufbau/Druckabbau im Steuerraum bewegbar. Der Steuerraum ist leckölseitig über eine ein Ablaufdrosselelement enthaltende Entlastungsleitung und einen hochdruckseitigen Zulauf mit Zulaufdrossel beaufschlagbar, welcher gleichzeitig einen Düsenraum im Injektorkörper mit Kraftstoff beaufschlagt. Die Druckänderung im Steuerraum des Injektorkörpers erfolgt über ein erstes Schaltventil und ein weiteres Schaltventil, wobei das erste Schaltventil in Durchschaltrichtung einen Vorhub aufweist.
• Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
• Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Brennstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d. h. mittels Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Dies erklärt auch, weshalb sich die Quantitätsregelung gerade im Teillastbetrieb als nachteilig erweist, denn geringe Lasten erfordern eine hohe Drosselung und Druckabsenkung im Ansaugsystem, wodurch die Ladungswechselverluste mit abnehmender Last und zunehmender Drosselung steigen.
• Einen Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens bietet die Direkteinspritzung des Kraftstoffes. Die Einspritzung des Kraftstoffes direkt in den Brennraum des Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Die Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird dadurch realisiert, dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung zur Anwendung kommt.
• Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum lässt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorisches Arbeitsverfahren beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.
• Die Direkteinspritzung ist durch eine inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisiert ist, sondern regelmäßig sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist. Die Inhomogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist auch ein Grund dafür, dass die vom dieselmotorischen Verfahren her bekannten Partikelemissionen beim direkteinspritzenden Ottomotor ebenfalls von Relevanz sind, wohingegen diese Emissionen beim traditionellen Ottomotor nahezu keine Bedeutung haben.
• Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung des Kraftstoffes im Rahmen von Vorreaktionen einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.
• Die daraus resultierenden Anforderungen an die Gemischbildung betreffen nicht nur den direkteinspritzenden Ottomotor, sondern grundsätzlich jede direkteinspritzende Brennkraftmaschine und damit auch direkteinspritzende Dieselmotoren. Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist ganz allgemein eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine.
• Probleme bereitet unter anderem die vollständige Deaktivierung des für die Direkteinspritzung eingesetzten Kraftstoffversorgungssystems, die neben dem Abschalten der für den Druckaufbau im System erforderlichen Kraftstoffpumpe einen - möglichst schnellen - Abbau des Drucks in der Hochdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems erfordert. Für eine derartige Deaktivierung ergibt sich beispielsweise Bedarf beim Abschalten der Brennkraftmaschine bzw. Abstellen des Kraftfahrzeuges. Darüber hinaus gibt es weitere Anwendungsfälle, bei denen ein möglichst schneller Abbau des Drucks in der Hochdruckleitung erforderlich ist bzw. angestrebt wird, ohne dass Kraftstoff in den Zylinder gelangt, nämlich beispielsweise während des Motorbetriebs, wenn von einem Betriebspunkt zu einem anderen Betriebspunkt gewechselt wird und ein niedrigerer Druck in der Hochdruckleitung gewünscht ist. Selbst wenn das Kraftstoffversorgungssystem bzw. die Kammer eine Leckage infolge Undichtigkeit aufweist, eine sogenannte Konstantleckage, ist ein ausreichend schneller Druckabbau bei Abschalten der Kraftstoffpumpe regelmäßig nicht gewährleistet.
• Jede zylinderzugehörige Einspritzvorrichtung ist zum Zwecke des Einbringens von Kraftstoff in den zugehörigen Zylinder mit dem Kraftstoffversorgungssystem zumindest verbindbar. Vorliegend verfügt die Einspritzvorrichtung über eine Druckkammer, die mit der Hochdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems zumindest verbindbar ist und die einen beweglichen Verschlusskörper der Einspritzvorrichtung mit Druck beaufschlagt. Der Verschlusskörper gibt im Rahmen einer Einspritzung zwangsgesteuert infolge einer Bewegung Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Kraftstoffeinspritzung frei, falls der Druck p_chamber in der Druckkammer einen vorgebbaren Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Eine Ventileinheit, die via Abführleitung mit der Druckkammer in Verbindung steht, dient der Entnahme von Kraftstoff aus der Kammer und damit dem Abbau des Drucks in der Kammer.
• Primär dient die Ventileinheit der Betätigung des Verschlusskörpers und damit der Einspritzvorrichtung. Im Rahmen einer Einspritzung wird die Ventileinheit angesteuert bzw. geschaltet und die Abführleitung freigegeben und zwar in der Weise, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet und der Verschlusskörper infolge einer Bewegung Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt.
• Die Ventileinheit kann darüber hinaus im Rahmen des Deaktivierens des Kraftstoffversorgungssystems oder bei Veränderung des Motorbetriebspunktes dazu verwendet werden, den Druck in der Hochdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems durch Freigabe der Abführleitung abzubauen.
• Hierzu wird die Ventileinheit in der Art angesteuert bzw. geschaltet, dass der Druck p_chamber in der Kammer vermindert wird, aber einen vorgebbaren Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet. 1a zeigt den Druckverlauf p_chamber (t) über der Zeit t. Die Ventileinheit wird für eine kurze Zeitspanne Δt_short geöffnet, in welcher sich ein Druckabbau vollzieht, und wieder geschlossen bevor der Druck p_chamber in der Druckkammer den Öffnungsdruck p_release erreicht und unterschreitet. Der Druckabbau in der Kammer ist mit der Entnahme von Kraftstoff aus der Kammer verbunden. Sollte der auf diese Weise erzielte Druckabbau nicht ausreichend sein, muss das vorstehend beschriebene Procedere wiederholt werden, gegebenenfalls mehrmals. Es erfolgt eine sogenannte gepulste Kraftstoffentnahme. Ein möglichst schneller Abbau des Drucks in der Kammer ist auf diese Weise nicht gewährleistet.
• Folglich sind Maßnahmen erforderlich, mit denen der Druck in der Kammer bzw. in der Hochdruckleitung schnell bzw. schneller abgebaut werden kann.
• Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der der Druck in der Kammer bzw. in der Hochdruckleitung schnell bzw. schneller abgebaut werden kann als nach dem Stand der Technik.
• Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11 zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
• Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wozu eine Druckkammer vorgesehen ist, die mit einer Hochdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems zumindest verbindbar ist und die den beweglichen Verschlusskörper druckbeaufschlagt und auf diese Weise der Zwangssteuerung dieses Verschlusskörpers dient, und eine Ventileinheit vorgesehen ist, die via Abführleitung mit der Druckkammer in Verbindung steht und der Kraftstoffentnahme und damit dem Druckabbau in der Druckkammer dient, wobei der Verschlusskörper Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, falls der Druck p_chamber in der Druckkammer einen vorgebbaren Öffnungsdruck p_release unterschreitet, und wobei die Ventileinheit über mindestens einen Steuerkolben verfügt, der
• - in einer Schließstellung die Abführleitung versperrt,
• - in einer ersten Offenstellung die Abführleitung via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und
• - in einer zweiten Offenstellung die Abführleitung freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet, wobei der Steuerkolben in einem Ventilgehäuse translatorisch entlang einer Längsachse verschiebbar gelagert ist und über eine an einem freien Ende eines Schafts angeordnete Ventilplatte und einen beabstandet zur Ventilplatte angeordneten und um den Schaft herum verlaufenden Kragen verfügt, wobei
• - die Ventilplatte zusammen mit dem Gehäuse die Abführleitung in der Schließstellung des Steuerkolbens versperrt,
• - der Steuerkolben in der ersten Offenstellung eine erste definierte Drosselstelle zwischen dem Kragen und dem Gehäuse freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und
• - der Steuerkolben in der zweiten Offenstellung die Abführleitung freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Ein schneller Druckabbau in der Kammer und der Hochdruckleitung, ohne dass Kraftstoff in den zugehörigen Zylinder gelangt, wird dadurch realisiert, dass die Abführleitung nicht uneingeschränkt, d. h. nicht vollständig, sondern nur gedrosselt freigeben wird, so dass der Druck p_chamber in der Kammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreiten kann und die Abführleitung zwecks Kraftstoffentnahme für eine längere Zeitspanne Δt_long geöffnet werden und geöffnet bleiben kann, um den Druck in dem erforderlichen Umfang nachhaltig abzubauen. 1b zeigt den Druckverlauf p_chamber (t) über der Zeit t für diese erfindungsgemäße Vorgehensweise.
• Die gedrosselte Freigabe der Abführleitung erfordert eine definierte Drosselstelle, die im Bedarfsfall mit der erforderlichen Genauigkeit und beliebig oft angesteuert, d. h. realisiert werden kann. Erfindungsgemäß verfügt die Ventileinheit über mindestens einen Steuerkolben, der in einer ersten Offenstellung die Abführleitung via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet und nicht unterschreiten kann.
• Damit die Ventileinheit den Verschlusskörper und damit die Einspritzvorrichtung auch betätigen kann, lässt sich der Steuerkolben der Ventileinheit in eine zweite Offenstellung überführen, in der die Abführleitung in der Art freigegeben wird, dass der Druck p_chamber in der Kammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreiten kann und der Verschlusskörper zwecks Kraftstoffeinspritzung bewegt wird. In der Schließstellung versperrt der mindestens eine Steuerkolben die Abführleitung.
• Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, bei der der Druck in der Kammer bzw. in der Hochdruckleitung schnell bzw. schneller abgebaut werden kann als nach dem Stand der Technik.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die Hochdruckleitung des Kraftstoffversorgungssystems zum Bevorraten von Kraftstoff bei einem ersten Druck p₁ eingerichtet und mittels stromaufwärts vorgesehener Pumpe befüllbar ist, wobei gilt: p₁ > p_release.
• Vorliegend wird der Kraftstoff bei einem ausreichend hohen Druck p₁ bevorratet und bereitgestellt, um die Kraftstoffversorgung während des Betriebs der Brennkraftmaschine unter sämtlichen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Regelmäßig ist der Öffnungsdruck p_release eine Funktion des Drucks p₁ mit p_release = ƒ(p₁).
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen in der Hochdruckleitung stromaufwärts der Druckkammer ein Drosselelement angeordnet ist.
• Dann wird der Druck in dem aus der Hochdruckleitung stammenden Kraftstoff auf dem Weg in die Druckkammer abgesenkt und der Volumenstrom in die Kammer gedrosselt und begrenzt.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen in der Abführleitung zwischen der Druckkammer und der Ventileinheit ein zusätzliches Drosselelement angeordnet ist.
• Dann wird der Druck in dem aus der Druckkammer stammenden Kraftstoff auf dem Weg zur Ventileinheit abgesenkt und der Volumenstrom zur Ventileinheit gedrosselt und begrenzt.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die Ventileinheit ein Ventil umfasst, welches über einen Steuerkolben verfügt, der
• - in der Schließstellung die Abführleitung versperrt,
• - in der ersten Offenstellung die Abführleitung via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und
• - in der zweiten Offenstellung die Abführleitung freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Vorliegend bildet ein einzelnes Ventil die Ventileinheit. Dieses Ventil verfügt über einen Steuerkolben, der in die Schließstellung und in die erste und zweite Offenstellung überführt werden kann und mit dem sämtliche Funktion des Ventils erfüllt werden müssen. Ein einzelnes Ventil zeichnet sich durch den geringen Raumbedarf aus und damit auch durch ein dichtes Packaging.
• Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen der Steuerkolben die Abführleitung in der zweiten Offenstellung via einer zweiten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Vorliegend wird die Abführleitung in der zweiten Offenstellung des Steuerkolbens nicht uneingeschränkt, sondern nur gedrosselt freigeben, so dass der Volumenstrom durch das Ventil gedrosselt und begrenzt wird. Die gedrosselte Freigabe der Abführleitung erfordert eine zweite definierte Drosselstelle. Nichtsdestotrotz kann der Druck p_chamber in der Kammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreiten und der Verschlusskörper der Einspritzvorrichtung zwecks Kraftstoffeinspritzung bewegt werden.
• Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine sein, bei denen die Ventileinheit zwei Ventile umfasst, die jeweils über einen Steuerkolben verfügen, wobei
• - ein erster Steuerkolben eines ersten Ventils in der Schließstellung die Abführleitung versperrt,
• - ein zweiter Steuerkolben eines zweiten Ventils in der Schließstellung die Abführleitung versperrt,
• - der erste Steuerkolben in der ersten Offenstellung die Abführleitung via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und
• - der zweite Steuerkolben in der zweiten Offenstellung die Abführleitung freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Vorliegend bilden zwei Ventile die Ventileinheit, wobei die Aufgaben bzw. Funktionen der Ventileinheit von den beiden Ventilen gemeinsam übernommen werden. Jedes Ventil verfügt über einen Steuerkolben, der in die Schließstellung und in eine Offenstellung überführt werden kann. Sind die Steuerkolben beider Ventile in der Schließstellung, ist die Abführleitung versperrt.
• Befindet sich der Steuerkolben des ersten Ventils in seiner Offenstellung, d. h. in der ersten Offenstellung, wird die Abführleitung via einer ersten Drosselstelle gedrosselt freigegeben, so dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreiten kann. Der Steuerkolben des zweiten Ventils ist dabei in der Schließstellung.
• Befindet sich der Steuerkolben des zweiten Ventils in seiner Offenstellung, d. h. in der zweiten Offenstellung, wird die Abführleitung freigegeben, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreiten kann. Der Steuerkolben des ersten Ventils ist dabei in der Schließstellung oder zur Erhöhung des Volumenstroms auch in seiner Offenstellung, nämlich der ersten Offenstellung.
• Umfasst die Ventileinheit zwei Ventile, kann jedes Ventil auf seine Aufgaben ausgelegt werden und diesbezüglich optimiert werden.
• Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Steuerkolben die Abführleitung in der zweiten Offenstellung via einer zweiten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Vorliegend wird die Abführleitung in der zweiten Offenstellung des zweiten Steuerkolbens nicht uneingeschränkt, sondern nur gedrosselt freigeben, so dass der Volumenstrom durch das zweite Ventil gedrosselt und begrenzt wird. Die gedrosselte Freigabe der Abführleitung erfordert eine zweite definierte Drosselstelle im zweiten Ventil. Der Druck p_chamber in der Kammer kann den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreiten und der Verschlusskörper der Einspritzvorrichtung somit zwecks Kraftstoffeinspritzung betätigt und bewegt werden.
• Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen die Ventileinheit ein Ventil umfasst, welches über einen Steuerkolben verfügt, ist, wie bereits oben erwähnt, erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Steuerkolben in einem Ventilgehäuse translatorisch entlang einer Längsachse verschiebbar gelagert ist und über eine an einem freien Ende eines Schafts angeordnete Ventilplatte und einen beabstandet zur Ventilplatte angeordneten und um den Schaft herum verlaufenden Kragen verfügt, wobei
• - die Ventilplatte zusammen mit dem Gehäuse die Abführleitung in der Schließstellung des Steuerkolbens versperrt,
• - der Steuerkolben in der ersten Offenstellung eine erste definierte Drosselstelle zwischen dem Kragen und dem Gehäuse freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und
• - der Steuerkolben in der zweiten Offenstellung die Abführleitung freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Das Ventil soll die Abführleitung in der Schließstellung des Steuerkolbens versperren, vorzugsweise leckagefrei verschließen. Vorliegend übernimmt diese Aufgabe eine Ventilplatte des Steuerkolbens im Zusammenwirken mit dem Gehäuse des Ventils. Dies ist völlig ausreichend, da weitergehende Anforderungen an das Ventil in der Schließstellung nicht gestellt werden.
• In der ersten Offenstellung des Steuerkolbens wird zwischen dem Kragen und dem Gehäuse eine definierte Drosselstelle ausgebildet und freigegeben, so dass ein begrenzter Kraftstoffstrom via Abführleitung aus der Kammer strömen kann. Dabei unterschreitet der Druck p_chamber in der Kammer nicht den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release.
• Die Ausbildung einer Drosselstelle unter Verwendung eines Kragens und des Gehäuses führt zu einer Drosselstelle, die im Bedarfsfall mit der erforderlichen Sicherheit und Genauigkeit angesteuert, d. h. angefahren werden kann, ohne dass eine Feinjustierung des Steuerkolbens im Ventilgehäuse entlang seines Verschiebeweges erforderlich ist bzw. notwendig wäre.
• In der zweiten Offenstellung des Steuerkolbens wird die Abführleitung dann in der Art freigegeben, dass der Druck p_chamber in der Kammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreiten kann.
• Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen der Kragen sich entlang des Schaftes in Richtung der Längsachse über eine vorgebbare Länge erstreckt, so dass der Steuerkolben in der ersten Offenstellung ohne eine Veränderung der ersten definierten Drosselstelle entlang einer vorgebbaren Wegstrecke translatorisch verschiebbar ist.
• Die Ausbildung des Kragens gemäß der vorstehenden Ausführungsform gewährleistet und unterstützt das problemlose und fehlerfreie Ansteuern bzw. Anfahren der ersten Drosselstelle durch Verschieben des Steuerkolbens in die erste Offenstellung. Dadurch, dass der Kragen sich in Richtung der Längsachse, d. h. entlang des Verschiebeweges des Steuerkolbens erstreckt, ist eine Feinjustierung des Steuerkolbens im Ventilgehäuse bzw. ein exaktes Ansteuern und Anfahren der Drosselstelle durch ein möglichst genaues Verschieben des Steuerkolbens nicht erforderlich. Dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release ungewollt unterschreitet, wird damit ebenfalls sicher verhindert.
• Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen der Steuerkolben in der zweiten Offenstellung eine zweite definierte Drosselstelle zwischen dem Schaft und dem Gehäuse freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Die Druckkammer bzw. das Kraftstoffversorgungssystem kann eine Leckage aufweisen. Eine Leckage, d. h. eine dauerhafte Undichtigkeit des Systems, unterstützt den Druckabbau.
• Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die Druckkammer keine Leckage aufweist. Handelt es sich um ein leckagefreies System, eignet dieses sich besonders für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, bei der ein Druckabbau gezielt eingeleitet und schnell durchgeführt werden kann. Es besteht ein erhöhter Bedarf für eine Vorgehensweise zum schnelleren Druckabbau bei Deaktivierung des Kraftstoffversorgungssystems oder bei Veränderung des Motorbetriebspunktes.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die einem Zylinder zugeordnete Einspritzvorrichtung eine Einspritzdüse ist, vorzugsweise eine servogesteuerte Einspritzdüse.
• Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der die Ventileinheit ein Ventil umfasst, welches über einen Steuerkolben verfügt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ausgehend von einem in der Schließstellung befindlichen Steuerkolben,
• - der Steuerkolben in die erste Offenstellung überführt wird, um den Druck p_chamber in der Druckkammer mittels Kraftstoffentnahme abzubauen, ohne dass der Verschlusskörper Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, wobei gilt: p_chamber > p_release.
• Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.
• Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen ausgehend von einem in der Schließstellung oder in der ersten Offenstellung befindlichen Steuerkolben,
• - der Steuerkolben in die zweite Offenstellung überführt wird, um den Druck p_chamber in der Druckkammer mittels Kraftstoffentnahme in der Weise zu vermindern, dass der Verschlusskörper Öffnungen der Einspritzvorrichtung zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, wobei gilt: p_chamber < p_release.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen und gemäß den 1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 2d, 3a, 3b und 3c näher erläutert. Hierbei zeigt:
• 1a den Druckverlauf p_chamber (t) über der Zeit t entsprechend einer Vorgehensweise nach dem Stand der Technik,
• 1b den Druckverlauf p_chamber (t) über der Zeit t entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise,
• 2a schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,
• 2b schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,
• 2c schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer dritten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,
• 2d schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems einer vierten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,
• 3a schematisch die Ventileinheit des Kraftstoffversorgungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Schließstellung,
• 3b schematisch die in 3a dargestellte Ventileinheit in der ersten Offenstellung, und
• 3c schematisch die in den 3a und 3b dargestellte Ventileinheit in der zweiten Offenstellung.
• Die 1a und 1b wurden bereits erörtert, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.
• 2a zeigt schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
• Das Kraftstoffversorgungssystem 1 dient der Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff. Jedem Zylinder ist eine als Einspritzvorrichtung 2 dienende Einspritzdüse 2a zugeordnet (nicht dargestellt). Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine wird die Einspritzdüse 2a eines Zylinders zwecks Kraftstoffeinspritzung mit aus einem Kraftstoffspeicher stammendem Kraftstoff versorgt. Hierzu verbindet eine Hochdruckleitung 1a die Einspritzdüse 2a mit dem Kraftstoffspeicher, der den Kraftstoff bevorratet, wobei die Hochdruckleitung 1a mittels Hochdruckpumpe befüllt und unter Druck gesetzt wird.
• Die Hochdruckleitung 1a des Kraftstoffversorgungssystems 1 mündet in eine Druckkammer 3 der Einspritzdüse 2a, wobei stromaufwärts der Druckkammer 3 ein Drosselelement 1b in der Hochdruckleitung 1a angeordnet ist, welches den Druck in dem aus der Hochdruckleitung 1a stammenden Kraftstoff auf dem Weg in die Druckkammer 3 absenkt und den Volumenstrom in die Kammer 3 drosselt und begrenzt.
• Die Druckkammer 3 dient der Betätigung eines beweglichen Verschlusskörpers 4 der Einspritzdüse 2a, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung die Öffnungen der Einspritzdüse 2a zwecks Einbringens von Kraftstoff in den Zylinder mit dem Hochdruckleitung 1a verbindet und freigibt. Der Verschlusskörper 4 wird von dem in der Druckkammer 3 befindlichen Kraftstoff druckbeaufschlagt, der auf den Verschlusskörper 4 eine Kraft F₃ ausübt, die im Zusammenwirken mit weiteren Kräften F₁ ein Verstellen, d. h. ein Verschieben des Verschlusskörpers 4 bewirkt oder eben nicht. Der Verschlusskörper 4 gibt die Öffnungen der Einspritzdüse 2a frei, falls der Druck p_chamber in der Kammer 3 einen vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
• Eine Ventileinheit 6, die via Abführleitung 5 mit der Druckkammer 3 in Verbindung steht, dient der Kraftstoffentnahme und damit dem Druckabbau in der Kammer 3. Die Ventileinheit 6 umfasst ein Ventil 6a, welches über einen Steuerkolben verfügt, der in einer Schließstellung A die Abführleitung 5 versperrt, in einer ersten Offenstellung B die Abführleitung 5 via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer 3 den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet bzw. nicht unterschreiten kann, und in einer zweiten Offenstellung C die Abführleitung 5 freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer 3 den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet bzw. unterschreiten kann. Die Einspritzdüse 2a verfügt zudem über eine Konstantleckage 10.
• 2b zeigt schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems 1 einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 2a dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2a. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
• Im Unterschied zu 2a ist bei der in 2b dargestellten Ausführungsform ein zusätzliches Drosselelement 5a in der Abführleitung 5 zwischen der Druckkammer 3 und der Ventileinheit 6 angeordnet, welches den Druck in dem aus der Druckkammer 3 stammenden Kraftstoff auf dem Weg zur Ventileinheit 6 absenkt und den Volumenstrom zur Ventileinheit 6 drosselt und begrenzt.
• 2c zeigt schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems 1 einer dritten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 2a dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2a. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
• Im Unterschied zu 2a gibt der Steuerkolben bei der in 2c dargestellten Ausführungsform die Abführleitung 5 in der zweiten Offenstellung C' via einer zweiten definierten Drosselstelle 9b nur gedrosselt frei, aber wieder in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer 3 den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet bzw. unterschreiten kann.
• 2d zeigt schematisch als Prinzipskizze ein Fragment des Kraftstoffversorgungssystems 1 einer vierten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 2a dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2a. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
• Im Unterschied zu 2a umfasst die Ventileinheit 6 bei der in 2d dargestellten Ausführungsform zwei Ventile 6a, 6b, die jeweils über einen Steuerkolben verfügen. Die Abführleitung 5 ist vorliegend versperrt, wenn sowohl der Steuerkolben des ersten Ventils 6a als auch der Steuerkolben des zweiten Ventils 6b sich in der Schließstellung A befindet.
• Der Steuerkolben des ersten Ventils 6a gibt in der ersten Offenstellung B die Abführleitung 5 via einer ersten definierten Drosselstelle gedrosselt frei, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer 3 den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet bzw. nicht unterschreiten kann. Der Steuerkolben des zweiten Ventils 6b gibt in der zweiten Offenstellung C die Abführleitung 5 frei, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer 3 den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet bzw. unterschreiten kann. Die zwei Ventile 6a, 6b der Ventileinheit 6 übernehmen die Aufgaben der Ventileinheit 6 gemeinsam.
• 3a zeigt schematisch die Ventileinheit 6 des Kraftstoffversorgungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Schließstellung A.
• Die Ventileinheit 6 umfasst ein Ventil 6a, welches über einen Steuerkolben 7 verfügt, der in einem Ventilgehäuse 8 translatorisch entlang seiner Längsachse verschiebbar gelagert ist. Der Steuerkolben 7 verfügt über eine am freien Ende eines Schafts 7b angeordnete Ventilplatte 7a und einen beabstandet zur Ventilplatte 7a angeordneten und um den Schaft 7b herum verlaufenden Kragen 7c.
• Die Ventilplatte 7a versperrt in der gezeigten Schließstellung A des Steuerkolbens 7 zusammen mit dem Gehäuse 8 die Abführleitung.
• In der ersten Offenstellung B, die in 3b dargestellt ist, gibt der Steuerkolben 7 eine erste definierte Drosselstelle 9a zwischen dem Kragen 7c und dem Gehäuse 8 frei und zwar in der Art, dass der Druck p_chamber in der Kammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet bzw. nicht unterschreiten kann.
• In der zweiten Offenstellung C', die in 3c dargestellt ist, gibt der Steuerkolben 7 die Abführleitung via einer zweiten definierten Drosselstelle 9b, die zwischen dem Schaft 7b und dem Gehäuse 8 ausgebildet wird, frei, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Kammer den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet bzw. unterschreiten kann.
• Der Kragen 7c erstreckt sich entlang des Schaftes 7b in Richtung der Längsachse über eine gewisse Länge, so dass der Steuerkolben 7 in der ersten Offenstellung B ohne eine Veränderung der ersten definierten Drosselstelle 9a entlang einer vorgebbaren Wegstrecke translatorisch verschiebbar ist. Dies erleichtert das Anfahren bzw. Ansteuern der ersten Offenstellung B beim Verschieben des Steuerkolbens 7 und macht eine Feinjustierung entbehrlich.
• Bezugszeichenliste

1

Kraftstoffversorgungssystem, Kraftstoffversorgung

1a

Hochdruckleitung

1b

Drosselelement

2

Einspritzvorrichtung

2a

Einspritzdüse

3

Druckkammer

4

Verschlusskörper

5

Abführleitung

5a

zusätzliches Drosselelement

6

Ventileinheit

6a

Ventil, erstes Ventil

6b

Ventil, zweites Ventil

7

Steuerkolben

7a

Ventilplatte

7b

Schaft

7c

Kragen

8

Ventilgehäuse

9a

erste definierte Drosselstelle

9b

zweite definierte Drosselstelle

10

Konstantleckage

A

Schließstellung

B

erste Offenstellung, gedrosselt

C

zweite Offenstellung, ungedrosselt

C'

zweite Offenstellung, gedrosselt

p1

Druck in der Hochdruckleitung

p(t)

Druckverlauf über der Zeit

pchamber

Druck der Druckkammer der Einspritzvorrichtung

Δp

Druckabbau in der Kammer

prelease

Öffnungsdruck des Verschlusskörpers der Einspritzvorrichtung

t

Zeit

Claims (12)

1. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einer Einspritzvorrichtung (2) ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper (4) verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei Öffnungen der Einspritzvorrichtung (2) zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einem Kraftstoffversorgungssystem (1) verbindet und damit freigibt, wozu eine Druckkammer (3) vorgesehen ist, die mit einer Hochdruckleitung (1a) des Kraftstoffversorgungssystems (1) zumindest verbindbar ist und die den beweglichen Verschlusskörper (4) druckbeaufschlagt und auf diese Weise der Zwangssteuerung dieses Verschlusskörpers (4) dient, und eine Ventileinheit (6) vorgesehen ist, die via Abführleitung (5) mit der Druckkammer (3) in Verbindung steht und der Kraftstoffentnahme und damit dem Druckabbau in der Druckkammer (3) dient, wobei der Verschlusskörper (4) Öffnungen der Einspritzvorrichtung (2) zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, falls der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) einen vorgebbaren Öffnungsdruck p_release unterschreitet und die Ventileinheit (6) ein Ventil (6a) umfasst, welches über einen Steuerkolben (7) verfügt, der - in einer Schließstellung die Abführleitung (5) versperrt, - in einer ersten Offenstellung die Abführleitung (5) via einer ersten definierten Drosselstelle (9a) gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und - in einer zweiten Offenstellung die Abführleitung (5) freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (7) in einem Ventilgehäuse (8) translatorisch entlang einer Längsachse verschiebbar gelagert ist und über eine an einem freien Ende eines Schafts (7b) angeordnete Ventilplatte (7a) und einen beabstandet zur Ventilplatte (7a) angeordneten und um den Schaft (7b) herum verlaufenden Kragen (7c) verfügt, wobei - die Ventilplatte (7a) zusammen mit dem Gehäuse (8) die Abführleitung (5) in der Schließstellung des Steuerkolbens (7) versperrt, - der Steuerkolben (7) in der ersten Offenstellung eine erste definierte Drosselstelle (9a) zwischen dem Kragen (7c) und dem Gehäuse (8) freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und - der Steuerkolben (7) in der zweiten Offenstellung die Abführleitung (5) freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
2. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (1a) des Kraftstoffversorgungssystems (1) zum Bevorraten von Kraftstoff bei einem ersten Druck p₁ eingerichtet und mittels stromaufwärts vorgesehener Pumpe befüllbar ist, wobei gilt: p₁ > p_release.
3. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochdruckleitung (1a) stromaufwärts der Druckkammer (3) ein Drosselelement (1b) angeordnet ist.
4. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (5) zwischen der Druckkammer (3) und der Ventileinheit (6) ein zusätzliches Drosselelement (5a) angeordnet ist.
5. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (6) ein Ventil (6a) umfasst, welches über einen Steuerkolben (7) verfügt, der - in der Schließstellung die Abführleitung (5) versperrt, - in der ersten Offenstellung die Abführleitung (5) via einer ersten definierten Drosselstelle (9a) gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release nicht unterschreitet, und - in der zweiten Offenstellung die Abführleitung (5) freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
6. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (7) die Abführleitung (5) in der zweiten Offenstellung via einer zweiten definierten Drosselstelle (9b) gedrosselt freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
7. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (7c) sich entlang des Schaftes (7b) in Richtung der Längsachse über eine vorgebbare Länge erstreckt, so dass der Steuerkolben (7) in der ersten Offenstellung ohne eine Veränderung der ersten definierten Drosselstelle (9a) entlang einer vorgebbaren Wegstrecke translatorisch verschiebbar ist.
8. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (7) in der zweiten Offenstellung eine zweite definierte Drosselstelle (9b) zwischen dem Schaft (7b) und dem Gehäuse (8) freigibt, in der Art, dass der Druck p_chamber in der Druckkammer (3) den vorgegebenen Öffnungsdruck p_release unterschreitet.
9. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (3) eine Leckage (10) aufweist.
10. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (3) keine Leckage (10) aufweist.
11. Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem in der Schließstellung befindlichen Steuerkolben (7), - der Steuerkolben (7) in die erste Offenstellung überführt wird, um den Druck p_chamber in der Druckkammer (3) mittels Kraftstoffentnahme abzubauen, ohne dass der Verschlusskörper (4) Öffnungen der Einspritzvorrichtung (2) zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, wobei gilt: p_chamber > p_release.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem in der Schließstellung oder in der ersten Offenstellung befindlichen Steuerkolben (7), - der Steuerkolben (7) in die zweite Offenstellung überführt wird, um den Druck p_chamber in der Druckkammer (3) mittels Kraftstoffentnahme in der Weise zu vermindern, dass der Verschlusskörper (4) Öffnungen der Einspritzvorrichtung (2) zwecks Einbringen von Kraftstoff freigibt, wobei gilt: p_chamber < p_release.

Images