DE19732447A1 - Nadelgesteuertes Kraftstoffsystem mit zyklischer Druckerzeugung - Google Patents
Nadelgesteuertes Kraftstoffsystem mit zyklischer DruckerzeugungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für einen Innenverbren
nungsmotor und insbesondere ein Kraftstoffsystem für einen mehrzylindrigen Motor
mit Kompressionszündung, das zur zyklischen Erzeugung von Einspritzdruckperio
den bzw. -zeitspannen für eine optimale Steuerung des Einspritzdrucks und der Ein
spritzzeitpunkteinstellung imstande ist.
Ein Motorkraftstoffsystem bzw. Kraftstoffeinspritzsystem ist die Komponente eines
Innenverbrennungsmotors, die häufig die größte Auswirkung auf die Leistung und
die Kosten hat. Daher wurde den Kraftstoffsystemen für Innenverbrennungsmotoren
ein wesentlicher Teil der gesamten technischen Arbeit gewidmet, die bisher für die
Entwicklung von Innenverbrennungsmotoren aufgewendet wurde. Aus diesem
Grund steht heute dem Motorkonstrukteur eine außergewöhnliche Reihe von Wahl-
und Austauschmöglichkeiten von bekannten Kraftstoffsystemkonzepten und
-merkmalen zur Verfügung. Die Konstruktionsarbeit beinhaltet für gewöhnlich äu
ßerst komplexe und diffizile Kompromisse hinsichtlich verschiedener Punkte, wie Ko
sten, Größe, Zuverlässigkeit, Leistung, einfache Herstellung und Umbaufähigkeit be
stehender Motorkonstruktionen.
Die Herausforderung ist für gegenwärtige Konstrukteure durch die Notwendigkeit,
auf von Regierungen verordnete Standards zur Emissionsverringerung Rücksicht zu
nehmen und gleichzeitig die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, deutlich größer ge
worden. Angesichts der Ausreifung von Kraftstoffsystemkonstruktionen ist es be
sonders schwierig, bei weiteren Innovationen der Kraftstoftsystemtechnik sowohl
eine verbesserte Motorleistung als auch eine Emissionsverringerung zu erreichen.
Wirtschaftlich konkurrenzfähige Kraftstoffeinspritzsysteme der Zukunft müssen mit
großer Wahrscheinlichkeit nicht nur neue Merkmale enthalten, um verschiedene Ziel
setzungen einschließlich einer verbesserten Motorleistung und Emissionsverringe
rung zu erreichen, sondern auch geeignete Merkmale auf effektivste Weise kombinie
ren, um ein System zu bilden, das besonders effizient, effektiv und zuverlässig die
größte Anzahl von Zielsetzungen erfüllt.
Einige der wesentlichsten Merkmale zur Erfüllung von Zielsetzungen, wie der ver
besserten Motorleistung und Emissionsverringerung, umfassen eine hohe Einspritz
druckfähigkeit, eine verbesserte hydraulische und mechanische Effizienz, eine rasche
Druckübertragung und eine effektive und zuverlässige Gestaltungsmöglichkeit der
Einspritzrate bzw. -menge. Zu weiteren wesentlichen Merkmalen zählen die Schall
dämpfung beim Antrieb und ein flexibles Gehäuse, so daß ein Einbau bei verschie
denen Motoranordnungen möglich ist.
Die US-A-5,463,996 offenbart einen Versuch, zumindest einige dieser Zielsetzun
gen bei einem Kraftstoffeinspritzsystem zu erfüllen, das zyklisch Hochdruckkraftstoff
in vorbestimmten Perioden erzeugt, in welchen eine Einspritzung stattfinden kann,
die durch ein jeweiliges servobetätigtes Nadelventil gesteuert wird, das jedem einer
Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren zugeordnet ist, die an eine gemeinsame Sammellei
tung angeschlossen sind. Jeder Injektor enthält eine Verstärkeranordnung und ein
Magnetventil, das sich zur Senkung des Drucks in einem druckgesteuerten Volumen,
das über dem Nadelventilelement angeordnet ist, öffnet und sich zur Beendigung der
Einspritzung schließt. Diese Druckschrift offenbart auch ein Umlauf- oder Rückge
winnungsmittel für die hydraulische Energie zur Rückführung der Energie, die in dem
druckbeaufschlagten Betätigungsfluid gespeichert ist, zu einer Pumpquelle. Die zy
klische Druckerzeugung wird jedoch bei jedem Injektor durch Hochdruckkraftstoff
in der Sammelleitung erzeugt, der auf einen Injektorplungerkolben wirkt, während die
Sammelleitung auf einem hohen Drucklevel bleibt. Daher benötigt jeder Injektor in
diesem System ein Magnetsteuerventil stromauf der Verstärkeranordnung zur Auslö
sung einer Druckerzeugung zusätzlich zu zwei Einspritzsteuerventilen zur Steuerung
der Dosierung und der Zeitpunkteinstellung eines Einspritzvorgangs, wodurch zu
sätzlich unnötige Kosten entstehen und das System komplexer wird. Außerdem
benötigt das Rückgewinnungsmittel für hydraulische Energie gemäß US-A-
5,463,996 ein zusätzliches Steuerventil, einen Hydromotor und zugehörige Kraft
stoffkanäle, was ein unnötig teures System zur Folge hat.
Das SAE Technical Paper 961285 schlägt ein Kraftstoffsystem zur zyklischen Erzeu
gung von Hochdruckkraftstoffperioden für die Einspritzung vor, wobei eine gleich
mäßige Druckbeaufschlagung und Druckentlastung möglich ist, um eine Torsionsan
regung und mechanische Geräusche des Antriebs auf ein Minimum zu verringern.
Ähnliche Kraftstoffeinspritzsysteme sind in der GB-A-2 289 313 und der GB-A-2
291 936 offenbart. Diese Kraftstoffsysteme enthalten einen nockenbetätigten Plun
gerkolben, der jedem Injektor zugeordnet ist, um ein Speichervolumen von Kraftstoff
unter Druck zu setzen, so daß es an einen Nadelraum abgegeben wird, wobei die Ein
spritzung durch ein magnetgesteuertes Nadelsteuerventil gesteuert wird. In dem ge
nannten Artikel wird vorgeschlagen, daß dieses Konzept an "mechanisch betätigte
elektronische Injektoreinheits-, hydraulisch-elektronische Injektoreinheits-, elektroni
sche Pumpeneinheits- und Pumpen/Leitungs/Düsensysteme" anpassungsfähig ist.
Jede dieser Verweisstellen offenbart jedoch nur eine mechanisch betätigte Injektor
einheitsanwendung, die aus Injektoreinheiten besteht, die jeweils einen Plungerkol
ben aufweisen, der durch eine Kraftstoffeinspritznocke betätigt wird. Daher haben
alle diese Systeme die Nachteile von mechanisch betätigten Injektoreinheitssystemen,
wie eine von der Motordrehzahl abhängige Drucksteuerung, einen begrenzten Be
reich der Zeitpunkteinstellung für die Kraftstoffeinspritzung, eine kurze Zeitdauer der
Druckerzeugung in Zusammenhang mit dem Einspritzvorgang, hohe Drehmoment
schwankungen und ein stärkeres Geräusch des Antriebsstrangs, im Vergleich zu
Kraftstoffsystemen mit gemeinsamer Sammelleitung.
Die US-A-5,133,645 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem mit zwei gemeinsamen
Sammelleitungen, die jeweilige Gruppen bzw. Sätze von Injektoren versorgen. Jeder
Sammelleitung wird Kraftstoff durch eine jeweilige nockenbetätigte, hin- und herge
hende Plungerkolbenpumpe zugeführt. Jeder Injektor enthält ein Düsenelement, das
in einem Federraum angeordnet ist, der Hochdruckkraftstoff von einer gemeinsamen
Sammelleitung über ein Rückschlagventil aufnimmt. Der Federraum ist auch über eine
Öffnung mit einem Drucksteuervolumen verbunden, das über dem Düsenelement an
geordnet ist. Ein Magnetsteuerventil öffnet sich, um das Steuervolumen mit einem
Auslauf zu verbinden, wodurch die Einspritzung ausgelöst wird, wenn Kraftstoff aus
dem Düsenraum durch die Öffnung zum Auslauf strömt, und schließt sich zur Beendi
gung der Einspritzung. Die gemeinsame Sammelleitung wird jedoch auf einem ver
hältnismäßig konstanten hohen Drucklevel gehalten, und daher kann dieses System
nicht rasch und effizient den Druck in der gemeinsamen Sammelleitung ändern, um
einen gewünschten entsprechenden Einspritzdruck zu erhalten. Der Druck der Sam
melleitungen kann nur langsam im Laufe mehrerer Einspritzvorgänge gesenkt wer
den, wenn Kraftstoff aus der jeweiligen Sammelleitung zur Einspritzung entnommen
wird oder ineffizient durch Entleerung von Kraftstoff in einen Auslauf gesenkt wer
den.
Die US-A-5,176,120 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer nockenbetä
tigten Kraftstoffpumpe zur Versorgung einer gemeinsamen Sammelleitung, die einen
Injektor versorgt, mit Hochdruckkraftstoff. Der Injektor umfaßt ein Nadelventil, das
unter dem Einfluß von Kraftstoffdifferentialdrücken bewegbar ist, die durch ein Ma
gnetventil gesteuert werden. Die Kraftstoftpumpe wird zur Änderung des Drucks in
der gemeinsamen Sammelleitung in direktem Verhältnis zu der Niederdrückrate des
Beschleunigungspedals bzw. der Stellung des Gaspedals und der Motordrehzahl ge
steuert. Je größer die Niederdrückrate des Beschleunigungspedals bzw. je stärker das
Gaspedal gedrückt und je höher die Motordrehzahl ist, um so höher ist der Zieldruck.
Wenn jedoch ein geringerer Druck in der gemeinsamen Sammelleitung gewünscht
wird, wird der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Sammelleitung allmählich durch
die langsame schrittweise Kraftstoffentnahme zur Einspritzung ohne Zugabe von
Kraftstoff in die Sammelleitung gesenkt. Daher kann dieses System den Druck in der
gemeinsamen Sammelleitung nicht rasch ändern, um einen gewünschten entspre
chenden Einspritzdruck zu erhalten. Ferner sind das servogesteuerte Nadelventil und
die Betätigungsventilanordnung unnötig komplex. Außerdem besitzt dieses System
kein Mittel zur Wiedergewinnung von Energie, die in der gemeinsamen Sammellei
tung gespeichert ist.
Die US-A-4,249,497 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem, wobei die Kraftstoff
einspritzung durch Steuerung des Differentialdrucks über ein Düsenventilelement un
ter Verwendung eines einzigen Ventils gesteuert wird, das sich öffnet, um Kraftstoff
zu einem Auslauf zu leiten, so daß die Einspritzung beginnt, und sich zur Beendigung
der Einspritzung schließt. Dieses System erfordert jedoch zwei Steuerventile für jeden
Injektor, wodurch die Kosten des Systems unnötig erhöht werden. Ein Mittel zur Er
zielung eines weiten Bereichs von Kraftstoffeinspritzdrücken, raschen Druckände
rungen und einer Gestaltung der Einspritzrate wird nicht offenbart.
Folglich besteht ein Bedarf an einem Hochdruckkraftstoffsystem für einen Innenver
brennungsmotor, das imstande ist, zyklisch Einspritzdruckperioden zu erzeugen und
effektiv eine optimale Steuerung der Kraftstoffeinspritzung während der Einspritzpe
rioden zu bieten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der
Technik zu überwinden und ein insbesondere für hohe Kraftstoffdrücke geeignetes
Kraftstoffeinspritzsystem sowie eine insbesondere dafür einsetzbare Kraftstoffinjek
toreinheit bereitzustellen, die den Zeitpunkt und die Dosierung der Kraftstoffeinsprit
zung effektiv und vorhersagbar, insbesondere mit kurzer Reaktionszeit, steuern kön
nen.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftstoffeinspritzsystem
bzw. eine Kraftstoffinjektoreinheit nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Insbesondere umfaßt das vorschlagsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung
der Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume eines mehrzylindrigen Innenverbren
nungsmotors eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit einer Niederdruckkraftstoffversor
gung zur Zuleitung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste
gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluid
verbindung gebracht werden kann. Das System enthält auch eine erste Hochdruck
pumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von der Niederdruckkraftstoffver
sorgung und zum zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der Sam
melleitung, um aufeinanderfolgende Pumpvorgänge zu erzeugen. Jeder der
Pumpvorgänge beinhaltet eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Peri
ode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt. Die Sammelleitung steht mit der Niederdruck
kraftstoffversorgung zwischen den Pumpvorgängen in Fluidverbindung. Das Kraft
stoffeinspritzsystem enthält auch einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an
die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung
und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in entsprechende Brennräume
des Motors angeschlossen sind. Das System kann auch eine zweite Sammelleitung
enthalten, die an die Niederdruckkraftstoffversorgung angeschlossen ist, und eine
zweite Hochdruckpumpe zum zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks
in der zweiten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinanderfolgender Pumpvorgänge,
die sich mit den Pumpvorgängen der ersten Sammelleitung und der ersten Hoch
druckpumpe abwechseln. Die zweite Sammelleitung steht auch mit der Niederdruck
kraftstoffversorgung zwischen den Pumpvorgängen in Fluidverbindung. Ein zweiter
Satz von Injektoren ist an die zweite Sammelleitung zum Einspritzen von Kraftstoff in
entsprechende Brennräume angeschlossen. Jeder Injektor des ersten und zweiten
Satzes von Injektoren kann einen Injektorkörper enthalten, der einen Injektorraum,
einen Kraftstoffüberleitungskreis, eine Einspritzöffnung und einen Plungerkolben
enthält, der zur Hin- und Herbewegung in dem Injektorraum angeordnet ist. Jeder
Plungerkolben, der einem Injektor zugeordnet ist, kann sich bei jedem Pumpvorgang
abhängig von dem steigenden und sinkenden Kraftstoffdruck hin- und herbewegen,
so daß sich alle Injektorplungerkolben, die einer bestimmten Sammelleitung zugeord
net sind, bei jedem Pumpvorgang durch die Hochdruckpumpe, welche dieser Sammel
leitung zugeordnet ist, hin- und herbewegen. Jede Hochdruckpumpe enthält einen
hin- und herbewegbaren Pumpenplungerkolben und eine Pumpenkammer, die neben
einem Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist. Die Pumpenkammer jeder
Hochdruckpumpe steht bei jedem Pumpvorgang in kontinuierlicher Fluidverbindung
mit der entsprechenden Sammelleitung und dem Kraftstoffüberleitungskreis jedes In
jektors in der zugehörigen Sammelleitung. So enthält das vorliegende System ein
Druckenergierückgewinnungsmittel zur Nutzung des Drucks des Kraftstoffs in der
Sammelleitung, der eine Folge der in dem Kraftstoff aufgrund der elastischen Kom
primierbarkeit des Kraftstoffs gespeicherten Energie ist, um das Zurückziehen des
Hochdruckpumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu unterstützen.
Jeder Injektor kann auch eine Betätigungs- bzw. Stellkammer enthalten, die zwischen
dem Plungerkolben und der Sammelleitung und einer Hochdruckkammer ausgebildet
ist, die in dem Injektorraum zwischen dem Plungerkolben und der Einspritzöffnung
gebildet ist. Jede der Betätigungs- bzw. Stellkammern steht mit der entsprechenden
Sammelleitung bei jedem Pumpvorgang in Fluidverbindung. Diese Konstruktion bil
det einen weiteren Teil des Druckenergierückgewinnungsmittels, das den Druck des
Kraftstoffs in der Hochdruckkammer jedes Injektors nutzt, um das Zurückziehen des
Hochdruckpumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu unterstützen.
Jeder der Injektoren kann eine/ein Kraftstoffdruckverstärkungsanordnung/modul zur
Druckbeaufschlagung von Einspritzkraftstoff enthalten, einschließlich eines Betäti
gungsplungerkolbens und eines Hochdruckplungerkolbens, die zur Hin- und Herbe
wegung in den Injektorraum zwischen der Betätigungs- bzw. Stellkammer und der
Hochdruckkammer eingebaut sind. Der Betätigungs- bzw. Stellplungerkolben weist
eine Plungerkolbenquerschnittsfläche auf, die dem Kraftstoff in der Betätigungs-
bzw. Stellkammer ausgesetzt ist, während der Hochdruckplungerkolben eine Plun
gerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Hochdruckkammer
ausgesetzt ist. Die Betätigungsplungerkolbenquerschnittsfläche ist größer als die
Hochdruckplungerkolbenquerschnittsfläche, wodurch der Druck des Kraftstoffs in
der gemeinsamen Sammelleitung den Betätigungs- bzw. Stellplungerkolben während
eines Pumpvorganges bewegt, so daß der Kraftstoff in der Hochdruckkammer auf
einen Druckwert gebracht wird, der größer als der Druck in der Sammelleitung und
der Betätigungs- bzw. Stellkammer ist. Der Kraftstoffüberleitungskreis kann einen
Abgabekanal enthalten, der in dem Betätigungs- bzw. Stellplungerkolben und dem
Hochdruckplungerkolben ausgebildet ist, um Kraftstoff von der Betätigungs- bzw.
Stellkammer an die Hochdruckkammer abzugeben. Jeder Injektor kann auch ein
Plungerkolbenpositionserfassungsmittel aufweisen, d. h. einen linearen variablen Dif
ferentialtransformer, das in dem Injektorraum zum Erfassen der Verschiebung eines
der Injektorplungerkolben befestigt ist.
Jede Hochdruckpumpe kann auch ein Pumpensteuerventil zur Steuerung der effekti
ven Verschiebung des Betätigungs- bzw. Pumpenplungerkolbens enthalten. Jedes
Pumpensteuerventil kann ein Pumpensteuerventilelement enthalten, das in die Pum
penkammer reicht. Zusätzlich kann ein Pumpengehäuse vorgesehen sein, in dem
sowohl die erste als auch die zweite Hochdruckpumpe und eine Nocke zur Hin- und
Herbewegung der Pumpenplungerkolben enthalten sind. Die Pumpen können in dem
Gehäuse an gegenüberliegenden Seiten der Nocke angeordnet sein, um die Pumpen
plungerkolben entlang einer gemeinsamen Achse hin- und herzubewegen. Die Nocke
kann eine Exzenternocke sein, die eine Gleitlagerhülse enthält, die zwischen der
Nocke und dem Pumpenplungerkolben angeordnet ist.
Jeder Injektorkörper kann eine Injektoraufnahme, die einen Aufnahmeraum bildet,
und ein Düsenmodul umfassen, das in dem Aufnahmeraum mit einem inneren Düsen
gehäuse und einem einstückigen äußeren Düsengehäuse, das in Anlage mit dem inne
ren Düsengehäuse angeordnet ist, befestigt ist. Jeder Injektorkörper kann auch ein
Einspritzbetätigungs- bzw. -stellmodul enthalten, das in Anlage mit dem äußeren Dü
sengehäuse zur Halterung eines Einspritzsteuerventils angeordnet ist. Diese Kon
struktion schafft weniger als vier Hochdruckverbindungen, die in Längsrichtung
entlang dem Injektor zwischen dem Einspritzsteuerventil und der Einspritzöffnung
beabstandet erforderlich sind, um Kraftstoff in dem Kraftstoffüberleitungskreis zu hal
ten. In einem Ausführungsbeispiel enthält jeder Injektor nur zwei Hochdruckverbin
dungen: eine, die zwischen dem inneren Düsengehäuse und dem äußeren Düsenge
häuse ausgebildet ist, und eine zweite, die zwischen dem äußeren Düsengehäuse und
dem Betätigungsmodul ausgebildet ist.
Jeder Injektor des ersten und zweiten Satzes von Kraftstoffinjektoren kann auch eine
geschlossene Düsenanordnung mit einem Nadelventilelement enthalten, das zur Hin-
und Herbewegung zwischen einer geschlossenen Position, in welcher der Kraftstoff
fluß durch die Einspritzöffnung blockiert ist, und einer offenen Position, die einen
Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung ermöglicht, ausgebildet ist. Jeder Injektor
kann auch eine Nadelventilsteuereinrichtung zur Bewegung des Nadelventilelements
zwischen der offenen und der geschlossenen Position enthalten. Die Nadelventil
steuereinrichtung kann ein Steuervolumen, das neben einem äußeren Ende des Na
delventilelements angeordnet ist, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraftstoff aus
dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und das Einspritzsteuerventil um
fassen, das entlang dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraftstoffdurchflusses durch
den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß die Bewegung des Nadelventilelements zwi
schen der offenen und geschlossenen Position durch das Ventil steuerbar ist. Das Na
delventilsteuermittel kann ferner einen Steuervolumenbeschickungskreis zur Zulei
tung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis zu dem Steuervolumen ent
halten. Jeder Injektor kann ferner eine Durchflußbegrenzungseinrichtung enthalten,
welche den Kraftstofffluß von dem Steuervolumen zu dem Niederdruckauslauf be
grenzt, wenn sich das Nadelsteuerelement in der offenen Position befindet. Die
Durchflußbegrenzungsvorrichtung kann eine Steuervolumeneinlaßöffnung, welche
den Beschickungskreis und das Steuervolumen in Fluidverbindung bringt, eine Steu
ervolumenauslaßöffnung, welche das Steuervolumen und den Auslaufkreis in Fluid
verbindung bringt, und ein Durchflußbegrenzungsventil umfassen, das an dem äuße
ren Ende des Nadelventilelements ausgebildet ist, um zumindest teilweise die Steuer
volumeneinlaßöffnung und die Steuervolumenauslaßöffnung zu blockieren, so daß
der Kraftstofffluß zu dem Niederdruckauslauf begrenzt ist.
Das System kann auch einen Erfassungskanal enthalten, der die erste und die zweite
Sammelleitung verbindet, sowie einen Drucksensor, der an dem Erfassungskanal zum
Erfassen des Drucks sowohl in der ersten als auch der zweiten Sammelleitung ange
ordnet ist.
Insbesondere umfaßt die Kraftstoffinjektoreinheit zur Aufnahme von Niederdruck
kraftstoff von einer Kraftstoffversorgung und zum Einspritzen des Kraftstoffs bei
Hochdruck in einen Brennraum eines Motors einen Injektorkörper mit einem Injek
torraum, einem Kraftstoffüberleitungskreis und einer Einspritzöffnung, die in einem
Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, einen Plungerkolben, der in dem Injektor
raum angeordnet ist, und eine Hochdruckkammer, die zwischen dem Plungerkolben
und der Einspritzöffnung ausgebildet ist. Der Plungerkolben ist in die Hochdruck
kammer bewegbar, um den Druck des Kraftstoffs in der Kammer zu erhöhen. Der In
jektor enthält auch eine Schließdüsenanordnung mit einem Ventilelement, das zwi
schen einer offenen und geschlossenen Position bewegbar ist, und eine Nadelventil
steuereinrichtung zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen seinen Positio
nen. Die Nadelventilsteuereinrichtung kann ein Steuervolumen, das an einem Ende
des Nadelventilelements angeordnet ist, einen Steuervolumenbeschickungskreis zur
Zuleitung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis, einen Auslaufkreis zum
Ableiten von Kraftstoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf und ein
Einspritzsteuerventil umfassen, das an dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraft
stoffdurchflusses durch den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß die Bewegung des
Nadelventilelements steuerbar ist. Das Einspritzsteuerventil ist ein Zweiweg-Magnet
ventil, das in eine geschlossene Position bewegbar ist, um einen Kraftstofffluß aus
dem Steuervolumen zu blockieren, und in eine offene Position, so daß ein Kraftstoff
fluß aus dem Steuervolumenbeschickungskreis in das Steuervolumen und von dem
Steuervolumen zu dem Niederdruckauslauf möglich ist. Der Steuervolumenbeschic
kungskreis kann eine erste Endöffnung direkt in den Nadelraum enthalten, der in dem
Injektorkörper zur Aufnahme des Nadelventilelements ausgebildet ist. Das magne
tisch gesteuerte Einspritzsteuerventil kann eine Spulenanordnung enthalten, die ent
lang dem Injektorkörper zwischen der Hochdruckkammer und dem Steuervolumen
angeordnet ist. Der Injektor kann ferner ein magnetisch gesteuertes Drucksteuer
ventil zur Steuerung des Kraftstoffflusses zwischen der Hochdruckkammer und der
Kraftstoffversorgung enthalten. Das Drucksteuerventil enthält auch eine Spulenan
ordnung, die in dem Injektorkörper mit Abstand zu der Spritzverstellermagnetspulen
anordnung liegt.
Außerdem ist ein Kabelbaum zur elektrischen Verbindung einer oder mehrerer elek
trisch betriebener Vorrichtungen, die an eine Kraftstoffabgabevorrichtung gekoppelt
sind, die in einer Aufnahme- bzw. Befestigungsbohrung befestigt ist, die in einem
Motor ausgebildet ist, mit einer Stromquelle vorgesehen, wobei der Kabelbaum einen
Kabelbaumkörper mit einem leitenden Element, einen Isoliermantel, der zumindest
einen Teil des leitenden Elements umgibt, und einen ersten Verbinder zur Verbindung
mit der elektrische betriebenen Vorrichtung umfaßt. Der Kabelbaumkörper ist fest an
dem Motor in einer unveränderlichen vorbestimmten Position relativ zu der Befesti
gungsbohrung der Kraftstoffabgabeeinrichtung befestigt. Die Bewegung der Kraft
stoffabgabeeinrichtung in die Befestigungsbohrung verbindet gleichzeitig die elek
trisch betriebene Vorrichtung der Kraftstoffabgabeeinrichtung mit dem ersten Ver
binder. Die Kraftstoffabgabeeinrichtung kann ein Kraftstoffinjektor sein und die elek
trisch betriebene Vorrichtung kann ein magnetisch gesteuertes Kraftstoffdurchfluß
steuerventil sein. Der Kabelbaumkörper kann einen zweiten Verbinder für den Ein
griff mit einem Verschiebungssensorverbinder enthalten, der auf einer Verstärkungs
plungerkolbenanordnung befestigt ist, um eine elektrische Verbindung mit einem Ver
stärkungsplungerkolbenverschiebungssensor herzustellen, der an der Pumpenanord
nung befestigt ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffeinspritzsy
stems mit einer gemeinsamen Hochdrucksammelleitung, das den Druck unabhängig
von der Motordrehzahl steuern kann, während zyklisch ein optimaler Einspritzdruck
in der gemeinsamen Sammelleitung für jeden Einspritzvorgang abhängig von Be
triebsbedingungen bereitgestellt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffsystems mit
einer gemeinsamen Hochdrucksammelleitung, das den Kraftstoffdruck in der gemein
samen Sammelleitung zyklisch erhöhen und senken kann, um Einspritzperioden für
eine selektive Einspritzung durch ein Nadelsteuerdüsenventil, das an die Sammellei
tung angeschlossen ist, bereitzustellen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Hochdruckkraftstoff
einspritzsystems, das einen weiten Einspritzdruckbereich in der Sammelleitung bereit
stellen kann, der zum Einspritzen von einem Einspritzvorgang zum nächsten zur Ver
fügung steht.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines hocheffizienten
Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems, das zur Wiedergewinnung der Druckenergie
imstande ist, die in dem unter Druck stehenden Kraftstoff bei jedem Einspritzvorgang
gespeichert wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffeinspritzsy
stems mit einer gemeinsamen Hochdrucksammelleitung, das Plungerkolbenanordnun
gen in jedem an die Sammelleitung angeschlossenen Injektor effektiv zur Wiederge
winnung der Druckenergie nutzt, die in dem unter Druck stehenden Kraftstoff bei je
dem zyklischen Druckerzeugungsvorgang gespeichert wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Hochdruckkraftstoff
einspritzsystems, das zur Bereitstellung von extrem hohen Drücken imstande ist, wäh
rend Antriebsdrehmomentschwankungen in dem Kraftstoffpumpenantriebssystem
auf ein Minimum verringert werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffeinspritzsy
stems mit einer gemeinsamen Sammelleitung, das den Druck in der Sammelleitung bei
jedem Einspritzvorgang zyklisch erhöhen und senken kann, so daß eine optimale
Steuerung des Einspritzdrucks und -zeitpunkts möglich ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffeinspritzsy
stems mit einer gemeinsamen Sammelleitung, das Energie, die in dem unter Druck ste
henden Kraftstoff gespeichert ist, unter Verwendung der Plungerkolbenanordnungen
eines Injektorsatzes bei jedem Einspritzvorgang wiedergewinnt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffsystems mit
einer gemeinsamen Sammelleitung, das Injektoren mit einer Verstärkungsplungerkol
benanordnung und nur zwei Fluidverbindungsleitungen pro Injektor enthält.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Hochdruckkraftstoff
einspritzsystems, das Injektoren mit Verstärkungsplungerkolbenanordnungen umfaßt
und die Möglichkeit aufweist, die einzelnen Injektorleistungen durch Erfassen der
Bewegung des Verstärkerplungerkolbens zu überwachen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffeinspritzsy
stems, das zwei gemeinsame Sammelleitungen und entsprechende Sätze von Kraft
stoffinjektoren aufweist, wobei ein einziger Drucksensor zur Aufzeichnung des
Drucks in beiden gemeinsamen Sammelleitungen verwendet werden kann.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffsystems mit
einer gemeinsamen Hochdrucksammelleitung, wobei der Kraftstoffdruck in der Sam
melleitung zyklisch und allmählich erhöht wird, um einen unter Druck stehenden Ein
spritzkraftstoff an alle Injektoren zu liefern, die an die gemeinsame Sammelleitung an
geschlossen sind, und allmählich gesenkt wird, so daß die Injektoren die unver
brauchte Energie in dem unter Druck stehenden Kraftstoff auf das Motorantriebssy
stem rückübertragen können.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffsystems, das
zwei gemeinsame Sammelleitungen und entsprechende Hochdruckpumpen aufweist,
wobei jede Hochdruckpumpe einen Plungerkolben enthält, der sich mit einem Druck
hub von mindestens 100° Kurbelwinkel hin- und herbewegt, um den Druck in den
Sammelleitungen über einen weiten Bereich von Einspritzdrücken allmählich und
zyklisch zu erhöhen und zu senken.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kraftstoffsystems, das
eine geteilte Sammelleitung, wobei ein Satz Injektoren jeder Sammelleitung zugeord
net ist, und unabhängige Kraftstoffdruckbeaufschlagungssysteme, die jeder Sammel
leitung zugeordnet sind, aufweist, so daß eine Interferenz zwischen benachbarten
Dosiervorgängen und die Notwendigkeit, alle Injektoren im Falle eines Versagens
entlang einer Sammelleitung oder in einem Satz von Injektoren abzuschalten, elimi
niert werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Hochdruckkraftstoff
einspritzsystems mit einer Mehrzahl von Injektoren mit Nadelsteuereinspritzung, einer
Verstärkungsplungerkolbenanordnung und einer Hochdruckpumpenanordnung,
wobei jeder Injektor, jede Verstärkungsplungerkolbenanordnung und jede Hoch
druckpumpe an einer Vielzahl von Stellen an dem Motor angeordnet werden kann,
um eine optimale Nutzung des Motorraums, insbesondere im Bereich des Zylinder
kopfes, zu erreichen und gleichzeitig eine effiziente und effektive Kraftstoffeinsprit
zung zu bieten.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen Kraftstoff
einspritzsystems mit einer gemeinsamen Hochdrucksammelleitung, das syner-gistisch
eine Hochdrucktauglichkeit, eine rasche Druckumsetzung, eine hohe Pumpeffizienz,
eine Einspritzdruckflexiblität und ein verringertes Antriebsstranggeräusch erzeugen
kann.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer einfachen, kostengün
stigen Hochdruckinjektoreinheit, die ein hydraulisch gesteuertes Nadelventil, ein
Stellglied zur Steuerung des hydraulischen Flusses zur Regulierung der Einspritzung
und ein Pumpensteuerventil zur Auslösung eines Druckerzeugungsvorgangs umfaßt,
wobei das Einspritzstellventil und das Pumpensteuerventil zur Vereinfachung der In
jektorkonstruktion optimal positioniert und gesteuert sind und gleichzeitig für eine
optimale und effektive Steuerung der Einspritzung sorgen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines nadelgesteuerten
Kraftstoffinjektors, der die Kraftstoffmenge verringert, die bei jedem Einspritzvorgang
zu einem Niederdruckauslauf strömt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kabelbaums bzw. ei
ner Verdrahtung zur elektrischen Verbindung elektrisch betriebener Vorrichtungen
die einem Kraftstoffinjektor oder einer Pumpenanordnung zugeordnet sind, wie eines
Einspritzsteuerventils oder einer Plungerkolbenpositionserfassungseinrichtung, mit
einer Stromquelle durch einfache Befestigung des Injektors oder der Pumpenanord
nung an dem Zylinderkopf eines Motors ohne weitere Verbindungsschritte.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kabelbaums, der die
Verbindung einer elektrisch betriebenen Kraftstoffabgabevorrichtung mit einer
Stromquelle gleichzeitig mit der Befestigung der Kraftstoffabgabevorrrichtung an ei
nem Motor ermöglicht.
Nachfolgend wir die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung be
vorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ei
nes nadelgesteuerten Kraftstoffsystems mit gemeinsamer Sammelleitung
gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Injektors mit geschlossener Düse und einen Teil
schnitt einer Hochdruckpumpe, die in dem nadelgesteuerten Kraftstoffsy
stem mit gemeinsamer Sammelleitung von Fig. 1 verwendet wird,
Fig. 3 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Injektors mit
geschlossener Düse, der in dem Kraftstoffsystem von Fig. 1 verwendet
wird,
Fig. 4 ein Diagramm, das den variablen Hub und Druck, der zyklisch durch die
Hochdruckpumpe des vorliegenden Systems erzeugt werden kann, in Ab
hängigkeit vom Kurbelwinkel zeigt,
Fig. 5 ein Diagramm, das die zyklisch erzeugten Pumpvorgänge zeigt, die durch
die Hochdruckpumpe erzeugt werden, die einer Sammelleitung bzw. einem
Satz von Injektoren zugeordnet ist,
Fig. 6 ein Diagramm, das das Antriebsmoment, das für die zyklische Druckerzeu
gung/Pumpvorgänge benötigt wird, in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel,
unter der Annahme keiner Einspritzung und keiner Energieverluste zeigt,
Fig. 7 ein Diagramm, das einen Vergleich eines Antriebsmoments zeigt, das von
einer Injektoreinheit nach dem Stand der Technik, einem Kraftstoffsystem
mit einer gemeinsamen Sammelleitung nach dem Stand der Technik mit ei
nem Druckentlastungsventil und dem nadelgesteuerten Kraftstoffsystem
mit gemeinsamer Sammelleitung gemäß der vorliegenden Erfindung er
zeugt wird,
Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt des Injektors von Fig. 2 und 3, der das Dop
pelöffnungsverschlußmerkmal gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 einen vergrößerten Teilschnitt eines Injektors mit einem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel des Doppelöffnungsverschlußmerkmals gemäß der vorlie
genden Erfindung,
Fig. 10 ein Diagramm, das verschiedene Kraftstoffdrücke und -mengen während
eines Einspritzvorgangs eines herkömmlichen nadelgesteuerten Injektors
ohne Verschluß der Einlaß- und Auslaßöffnungen, die mit dem Steuervolu
men verbunden sind, zeigt,
Fig. 11 ein Diagramm verschiedener Kraftstoffdrücke und -mengen während eines
Einspritzvorgangs, die durch einen Injektor nach dem Stand der Technik
erzeugt werden, der nur die Nadelsteuervolumenauslaßöffnung schließt,
Fig. 12 ein Diagramm verschiedener Kraftstoffdrücke und -mengen während eines
Einspritzvorgangs, die durch einen Injektor gemäß der vorliegenden Erfin
dung mit der erfindungsgemäßen Durchflußbegrenzungseinrichtung zum
wesentlichen Verschließen sowohl der Einlaß- als auch der Auslaßöffnung
des Steuervolumens erzeugt werden,
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Systems und eine ver
änderte Gehäuseanordnung, wobei die Hochdruckpumpe an der Seite ei
nes Zylinderkopfs befestigt ist und durch eine Nocke, die in dem Kopf an
geordnet ist, betätigt wird,
Fig. 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine
weitere Gehäusevariation zeigt, wobei die Hochdruckpumpe senkrecht
bzw. vertikal in den Zylinderkopf eingebaut ist,
Fig. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einschließ
lich eines nadelgesteuerten Injektors und einer getrennten Verstärkungs
plungerkolbenanordnung, die in einer getrennten Befestigungsbohrung an
dem Zylinderkopf befestigt ist,
Fig. 16 ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem
nadelgesteuerten Injektor, einer getrennten Verstärkungsplungerkolben
anordnung und einem Kabelbaum, der eine gleichzeitige elektrische Ver
bindung des Injektors und der Verstärkungsplungerkolbenanordnung
während der Befestigung ermöglicht, und
Fig. 17 eine Schnittansicht einer Injektoreinheit eines anderen Ausführungsbei
spiels gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer Befestigungsboh
rung eines Zylinderkopfs angeordnet ist.
In dieser Anmeldung entsprechen die Begriffe "nach innen", "innerste", "nach außen"
und "äußerste" den Richtungen zu bzw. weg von dem Punkt, an dem Kraftstoff von
einem Injektor tatsächlich in den Brennraum eines Motors eingespritzt wird. Die Be
griffe "obere(r)" und "untere(r)" bezeichnen die Teile der Injektoranordnung, die je
weils am entferntesten und am nächsten zu dem Motorzylinder angeordnet sind,
wenn der Injektor betriebsbereit an dem Motor befestigt bzw. in diesen eingebaut ist.
In Fig. 1 ist ein nadelgesteuertes Kraftstoff(einspritz)system 10 mit gemeinsamer Sam
melleitung gemäß der vorliegenden Erfindung, das bei einem Sechszylindermotor
(nicht dargestellt) eingesetzt wird, dargestellt, wobei jedem Zylinder ein Injektor zu
geordnet ist. Das Kraftstoffsystem 10 umfaßt eine Niederdruckkraftstoffversorgung
12 zur Zuleitung von Niederdruckkraftstoff sowohl an eine erste Hochdruckpumpe
14 als auch an eine zweite Hochdruckpumpe 16. Die erste Hochdruckpumpe 14 gibt
zyklisch Hochdruckkraftstoff an einen entsprechenden ersten Satz von Injektoren 18
über eine erste gemeinsame Sammelleitung 20 ab. Die zweite Hochdruckpumpe 16
gibt ebenso zyklisch Hochdruckkraftstoff an einen entsprechenden zweiten Satz von
Injektoren 22 über eine zweite gemeinsame Sammelleitung 24 ab. Jeder Satz von
Kraftstoffinjektoren 18, 22 umfaßt einen Kraftstoffinjektor 26, der zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen entsprechenden Motorzylinder betätigbar ist, um einen Ein
spritzvorgang während eines Pumpvorgangs, der durch die zugehörige Hochdruck
pumpe erzeugt wird, zu definieren. Wie in der Folge ausführlich besprochen wird,
verwendet dieses System zyklische Druckerzeugungsprinzipien zur zyklischen und
allmählichen Erhöhung und Senkung des Kraftstoffdrucks in der ersten und zweiten
Sammelleitung 20, 24, wodurch in vorteilhafter Weise ein größerer Bereich verfügba
rer Einspritzdrücke für jeden Einspritzvorgang erhalten wird, während Antriebsmo
mentschwankungen minimiert werden. Ferner maximiert das vorliegende System die
Effizienz durch die Wiedergewinnung der Druckenergie im Hochdruckkraftstoff, der
in der gemeinsamen Sammelleitung und den Kraftstoffinjektoren bei jedem Pumpvor
gang durch die Hochdruckpumpen 14, 16 vorhanden ist, während sowohl das einge
schlossene Volumen als auch parasitäre Verluste aufgrund von Kraftstoffabfluß
minimiert werden. Daher weist das vorliegende System einen Großteil der Flexibilität
eines herkömmlichen Systems mit gemeinsamer Sammelleitung auf, während die Wahl
eines größeren Bereichs von Kraftstoffdrücken für jeden Einspritzvorgang möglich
ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt, können die erste und zweite Hochdruckpumpe 14, 16 in ei
nem gemeinsamen Pumpengehäuse 28 befestigt und einander gegenüberliegend an
beiden Seiten einer Nocke 30 angeordnet werden. Die Nocke 30 kann exzentrisch
sein und eine Gleitlagerhülse 32 aufweisen. Jede Hochdruckpumpe weist im wesent
lichen dieselbe Konstruktion auf und daher werden die Bauteile der Pumpen nur mit
Bezugnahme auf die erste Hochdruckpumpe 14 beschrieben. Die zweite Hochdruck
pumpe 16 unterscheidet sich von der ersten Hochdruckpumpe 14 nur darin, daß sie
mit der zweiten Sammelleitung 24 verbunden ist, die von der ersten gemeinsamen
Sammelleitung 20 strömungsmechanisch getrennt ist.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, umfaßt die erste Hochdruckpumpe 14 einen Pumpen
plungerkolben 34, der in einer Plungerkolbenbohrung 36 angeordnet ist, die in einem
Plungerkolbenzylinder 38 gebildet ist, der an einer Oberseite bzw. Außenseite des
Gehäuses 28 befestigt ist. Eine Schraubenfeder 40 spannt den Plungerkolben 34 in
Anlage mit der Gleitlagerhülse 32 vor. Wenn sich die Nocke 30 dreht, bewirkt die
Nocke, daß sich der Pumpenplungerkolben 34 um 180° phasenverschoben zu der
Hin- und Herbewegung des Pumpenplungerkolbens, welcher der zweiten Hoch
druckpumpe 16 zugeordnet ist, hin- und herbewegt.
Die erste Hochdruckpumpe 14 umfaßt auch eine Pumpenkammer 42, die zwischen
dem inneren Ende der Plungerkolbenbohrung 36 und dem Pumpenplungerkolben 34
ausgebildet ist, zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von der Kraftstoffversor
gung 12. Die Hochdruckpumpe 14 enthält ferner ein Pumpensteuerventil 44, das an
der Oberseite bzw. Außenseite des Pumpenzylinders 38 befestigt ist und ein Pumpen
steuerventilelement 46 umfaßt, das sich in die Pumpenkammer 42 erstreckt. Ein Nie
derdruckkraftstoffversorgungskreis 48, der in dem Pumpenzylinder 38 und dem
Pumpensteuerventil 44 ausgebildet ist, gibt Niederdruckkraftstoff an die Pumpen
kammer 42 über eine Ventilöffnung 50 ab. Das Pumpensteuerventil 44 kann ein ma
gnetisch gesteuertes Zweiwegventil sein, wobei die Erregung des Elektromagnets
das Steuerventilelement 46 in eine geschlossene Position bewegt, in welcher der
Durchfluß von der Pumpenkammer 42 durch die Ventilöffnung 50 blockiert ist, und
ein Abschalten die Bewegung des Steuerventilelements 46 in eine offene Position
ermöglicht, die einen Durchfluß zwischen der Pumpenkammer 42 und dem Nieder
druckkraftstoffversorgungskreis 48 bewirkt. Ein Auslaßkanal 52, der in dem Zylinder
38 ausgebildet ist, stellt eine Fluidverbindung zwischen der Pumpenkammer 42 und
der ersten gemeinsamen Sammelleitung 20 her.
Fig. 2 zeigt, daß jeder Kraftstoffinjektor 26 einen Injektorkörper 54 umfaßt, der aus
einem Druckverstärkeraufbau oder -modul 56, einem Betätigungsmodul 58 und ei
nem/einer Düsenmodul/anordnung 60 aufgebaut ist. Das Verstärkermodul 56 umfaßt
ein äußeres Gehäuse 62 mit einem Einlaßkanal 64, der an einem Ende mit der ersten
gemeinsamen Sammelleitung 20 und an einem gegenüberliegenden Ende mit einem
Plungerkolbenraum 66, der in dem Gehäuse 62 ausgebildet ist, verbunden ist. Das
Kraftstoffverstärkermodul 56 umfaßt auch ein inneres Gehäuse 68, das mit dem äuße
ren Gehäuse 62 zur Bildung eines größeren Raums 70 verschraubt 022ist. Das innere
Gehäuse 68 enthält eine Plungerkolbenbohrung 72, die sich nach innen durch das
Gehäuse 68 zur Verbindung mit einer Hochdruckkammer 74 erstreckt. Das Verstär
kermodul 56 umfaßt ferner einen Verstärkungsplungerkolbenaufbau 76 mit einem Be
tätigungsplungerkolben 78, der zur Hin- und Herbewegung im Plungerkolbenraum
66 angeordnet ist, und einen Hochdruckplungerkolben 80, der zur Hin- und Herbe
wegung in der Plungerkolbenbohrung 72 angeordnet ist und sich nach außen in den
größeren Raum 70 erstreckt und an dem inneren Ende des Betätigungsplungerkol
bens 78 anliegt. Eine Schraubenfeder 82 spannt den Hochdruckplungerkolben 80
nach außen in die Anlage mit dem Plungerkolben 78 vor. Die Anlagefläche zwischen
dem Betätigungsplungerkolben 78 und dem Hochdruckplungerkolben 80 kann eine
gekrümmte oder sphärische Form aufweisen, um eine gute Ausrichtung der Enden der
Plungerkolben 78 und 80 zu ermöglichen. Ein Ende der Schraubenfeder 82 liegt am
äußeren Ende des inneren Gehäuses 68 an, während das gegenüberliegende Ende an
einer Federsitzeinrichtung 84 anliegt, die mit dem äußeren Ende des Hochdruckplun
gerkolbens 80 durch einen Sicherungs- bzw. Sprengring 86 verbunden ist. Eine Be
tätigungskammer 88 ist in dem Modul 56 zwischen dem Betätigungsplungerkolben
78 und dem inneren Ende des Plungerkolbenraums 66 gebildet.
Jeder Injektor 26 enthält einen Kraftstoffüberleitungskreis 90 zur Überleitung von
Kraftstoff von der ersten Sammelleitung 20 zu dem Düsenmodul 60. Der Kraftstoff
überleitungskreis 90 umfaßt Einlaßkanäle 64 und einen Zuführkanal 92, der sich in
Längsrichtung durch den Betätigungsplungerkolben 78 und Hochdruckplungerkol
ben 80 zur Verbindung der Betätigungskammer 88 mit der Hochdruckkammer 74 er
streckt. Der Kraftstoffüberleitungskreis 90 enthält auch einen Kanal 94, der sich von
der Druckkammer 74 durch das innere Gehäuse 68 zur Abgabe von Hochdruckkraft
stoff an das Düsenmodul 60 über das Betätigungsmodul 58 erstreckt. Ein Federspan
nungsrückschlagventil 95, das in dem Hochdruckplungerkolben 80 in den Zuführ
kanal 92 eingebaut ist, dient einer Blockierung des Kraftstoffflusses von der Hoch
druckkammer 74 in den Zuführkanal 92, während ein Kraftstofffluß durch den Zu
führkanal 92 in die Hochdruckkammer 74 möglich ist, nachdem der Kraftstoff in der
Betätigungskammer 88 einen minimalen vorbestimmten Druck erreicht hat, welcher
der Spannkraft der Feder entspricht, die in dem Rückschlagventil 95 verwendet wird.
Das Einspritz-Betätigungsmodul 58 umfaßt ein Abstandsstück 96 und ein Einspritz
steuerventil 98 zur Erzeugung eines Einspritzvorgangs. Das Düsenmodul 60 umfaßt
ein inneres Düsengehäuse 100 mit Einspritzöffnungen 102 und ein einstückiges äu
ßeres Düsengehäuse 104, das zwischen dem inneren Düsengehäuse 100 und dem Ab
standsstück 96 angeordnet ist. Der Injektorkörper 54 umfaßt ferner eine Injektorauf
nahme 106, in der das Abstandsstück 96, das äußere Düsengehäuse 104 und das in
nere Düsengehäuse 100 zusammengepreßt und aneinander anliegend gehalten wer
den. Das äußere Ende der Aufnahme 106 weist ein Innengewinde zum Eingriff in ein
Außengewinde an dem inneren Ende des inneren Gehäuses 68 auf, so daß das Kraft
stoffverstärkermodul 56 mit dem Betätigungsmodul 58 und dem Düsenmodul 60
durch eine einfache relative Drehung der Aufnahme 106 in bezug auf das innere Ge
häuse 68 verbunden werden kann.
Das einstückige äußere Düsengehäuse 104 und das innere Düsengehäuse 100 weisen
gegenüberliegende Hohlräume auf, die einen Nadelraum 108 zur Aufnahme eines mit
einer geschlossenen Düse versehenen Ventilaufbaus 110 mit einem Nadelventilele
ment 112 und einer Spannfeder 114 bilden. Der Kraftstoffüberleitungskreis 90 umfaßt
ferner einen Kanal 116, der an einem Ende mit dem Kanal 94 in Verbindung steht und
durch das Abstandsstück 96 geht. Der Überleitungskreis 90 umfaßt auch einen Kanal
118, der an einem Ende mit einem Kanal 116 in Verbindung steht und durch das äuße
re Düsengehäuse 104 geht, um mit dem Nadelraum 108 in Verbindung zu treten. Es
sollte beachtet werden, daß diese Kombination von Injektorbauteilen eine Minimie
rung der Anzahl von Hochdruckverbindungen erzielen soll, die dem Hochdruckkraft
stoff ausgesetzt sind, wodurch die Kosten des Injektors und das Ausmaß von Kraft
stoffleckagen verringert werden. Eine erste Hochdruckverbindung 120 ist zwischen
dem inneren Düsengehäuse 100 und dem einstückigen äußeren Düsengehäuse 104
ausgebildet. Eine zweite Hochdruckverbindung 122 ist zwischen dem äußeren Dü
sengehäuse 104 und seiner Anlage am Betätigungsmodul 58 ausgebildet. Ebenso ist
eine dritte Hochdruckverbindung 124 zwischen dem Betätigungsmodul 58 und dem
inneren Gehäuse 68 ausgebildet. Somit begrenzt diese Konstruktion die Anzahl von
Hochdruckverbindungen auf nur drei, wodurch ein einfacher, kostengünstiger Injek
tor geschaffen wird, der ein Kraftstofflecken minimiert und somit eher eine effiziente
Abgabe von Hochdruckkraftstoff bei jedem Einspritzvorgang gewährleistet.
In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors 126 darge
stellt, das in Verbindung mit dem nadelgesteuerten Kraftstoffsystem mit gemeinsamer
Sammelleitung der vorliegenden Erfindung anstelle des Ausführungsbeispiels von
Fig. 2 verwendet werden kann. Der Kraftstoffinjektor 126 enthält dasselbe Einspritz
stellmodul 58 und Düsenmodul 60, wie zuvor in bezug auf das Ausführungsbeispiel
von Fig. 2 beschrieben. Der Kraftstoffinjektor 126 enthält jedoch kein Kraftstoffver
stärkermodul 56, sondern nur einen äußeren Zylinder 128 mit einem Einlaßkanal 130
und einem Verbindungskanal 132 zur Abgabe von Kraftstoff von der gemeinsamen
Sammelleitung an den Kanal 116, der in dem Abstandsstück 96 ausgebildet ist. Daher
ist der Injektor 126 besonders bei jenen Anwendungen vorteilhaft, bei welchen sehr
hohe, verstärkte Kraftstoffdrücke nicht notwendig sind oder wo in den gemeinsamen
Sammelleitungen ein sehr hoher Kraftstoffdruck durch die entsprechenden Hoch
druckpumpen erzeugt wird.
Beide Injektorausführungsbeispiele von Fig. 2 und 3 umfassen ferner eine Nadel
ventilsteuereinrichtung 134 zur Bewegung des Nadelventilelements 112 zwischen
seiner offenen und geschlossenen Position. Wie in Fig. 2, 3 und 8 dargestellt ist, um
faßt die Nadelventilsteuereinrichtung 134 ein Steuervolumen oder einen Steuerraum
136, der in einem äußeren Düsengehäuse 104 neben dem äußeren Ende des Nadel
ventilelements 112 ausgebildet ist, und einen Steuervolumenbeschickungskreis 138,
der Kraftstoff von dem Nadelraum 108 in das Steuervolumen 136 leitet. Die Nadel
ventilsteuereinrichtung 134 enthält auch einen Auslaufkreis 140, der teilweise in dem
äußeren Düsengehäuse 104 ausgebildet ist, um Kraftstoff von dem Steuervolumen
136 abzuleiten, und das Einspritzsteuerventil 98, das in dem Auslaufkreis 140 ange
ordnet ist, um den Kraftstofffluß durch den Auslaufkreis 140 zu steuern, so daß die
Bewegung des Nadelventilelements 112 zwischen seiner offenen und geschlossenen
Position herbeigeführt wird. Eine Durchflußbegrenzungseinrichtung, die allgemein
mit 142 bezeichnet ist, ist zur Begrenzung des Kraftstoffflusses in das und aus dem
Steuervolumen 136 vorgesehen, wenn sich das Nadelventilelement 112 in seiner of
fenen Position befindet, wie in der Folge ausführlicher mit Bezugnahme auf Fig. 8-12
beschrieben wird.
Der Injektor 26 von Fig. 2 und der Injektor 126 von Fig. 3 enthalten auch jeweils
einen elektrischen Ventilverbinder 144, der an dem inneren Gehäuse 68 bzw. dem äu
ßeren Zylinder 128 befestigt ist. Der elektrische Ventilverbinder 144 liefert Strom zu
dem Einspritzsteuerventil 98. Der elektrische Ventilverbinder 144 wird zur Verbin
dung des Einspritzsteuerventils 98 mit einer Stromquelle ohne zusätzlichen erforder
lichen Verbindungsschritt verwendet. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben
wird, wird der elektrische Ventilverbinder 144 mit dem Injektor verbunden und so
angeordnet, daß er gleichzeitig mit dem Einsetzen des Injektors 26, 126 in eine ent
sprechende Aufnahmebohrung, die in dem Zylinderkopf eines Motors ausgebildet ist,
mit einem Kabelbaum bzw. einem elektrischen Anschluß in Verbindung gebracht
wird.
Der Injektor 26 kann eine Plungerkolbenpositionserfassungseinrichtung 146 enthal
ten, die in dem größeren Raum 70 des äußeren Gehäuses 62 neben dem Hochdruck
plungerkolben 80 angeordnet ist. Die Plungerkolbenpositionserfassungseinrichtung
146 kann ein linearer variabler Differentialtransformer zur Bestimmung der Verschie
bung des Hochdruckplungerkolbens 80 sein, so daß ein Signal erzeugt wird, das zur
Bestimmung des Anfangszeitpunkts der Einspritzung, der gesamten eingespritzten
Menge und der Einspritzrate bzw. -geschwindigkeit verwendet wird, wodurch we
sentliche diagnostische Informationen erhalten werden. In diesem Fall würde der
elektrische Ventilverbinder 144 auch die notwendige elektrische Verbindung für die
Erfassungseinrichtung 146 herstellen.
Im allgemeinen bewegt sich während des Betriebs der Plungerkolben 34 der ersten
Hochdruckpumpe 14 in einem Vor- und Rückwärtshub hin und her, was durch die
Nocke 30 bestimmt wird, während sich auch der zweite Plungerkolben 16 um 180°
phasenverschoben zu der ersten Hochdruckpumpe 14 bewegt. Der Hub des Plunger
kolbens 34 ist in Fig. 4 in der oberen Kurve dargestellt. Während des Rückwärtshubs
des Plungerkolbens 34 strömt Niederdruckkraftstoff aus dem Niederdruckkraftstoff
versorgungskreis 48 durch die Ventilöffnung 50 in die Pumpenkammer 42, während
sich das Pumpensteuerventilelement 46 in einer offenen Position befindet. Sobald
sich das Pumpensteuerventilelement 46 in der offenen Position befindet, wird die er
ste gemeinsame Sammelleitung 20 mit dem Niederdruckkraftstoffversorgungskreis 48
verbunden. An einem Punkt während des Vorwärtshubs des Pumpenplungerkolbens
34 wird das Pumpensteuerventil 44 erregt, wodurch das Pumpensteuerventilelement
46 in eine geschlossene Position bewegt wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Pumpen
plungerkolben 34 gibt während des Vorwärtshubs kontinuierlich komprimierten
Kraftstoff an die gemeinsame Sammelleitung 20 und den Injektor 26 ab. An einem
Punkt während des Vorwärtshubs wird das Pumpensteuerventil 44 abgeschaltet, wo
bei der Druck des Kraftstoffs in der Kammer 42 das Ventilelement 46 in der geschlos
senen Position hält. Während des Rückwärtshubs, wenn der Druck in der Kammer 42
einen vorbestimmten Minimalwert erreicht, wird das Ventilelement 46 in die offene
Position bewegt, wodurch Kraftstoff in die Kammer 42 geleitet werden kann. So ar
beiten die erste Hochdruckpumpe 14 und die zweite Hochdruckpumpe 16, um ab
wechselnd und zyklisch hohe Drücke in den entsprechenden Sammelleitungen wäh
rend jedes entsprechenden Pumpvorgangs durch allmähliches Erhöhen des Kraft
stoffdrucks in der jeweiligen Sammelleitung und anschließendes allmähliches Absen
ken des Drucks in der jeweiligen Sammelleitung zu erzeugen. Die Dauer des
Pumpvorgangs und der Druck, der in der jeweiligen Sammelleitung erzeugt wird,
werden durch den Zeitpunkt des Schließens des Pumpensteuerventils 44 während
des Vorwärtshubs des Pumpenplungerkolbens 34 bestimmt. Wie in Fig. 4 dargestellt,
kann ein sehr hoher Druckwert erreicht werden, indem das Pumpensteuerventil 44
nahe dem Beginn des Vorwärtshubs des Pumpenplungerkolbens 34 geschlossen
wird, d. h. beispielsweise 80° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt (OT). So ent
weicht sehr wenig Kraftstoff, der in der Pumpenkammer 42 vorhanden ist, durch die
Ventilöffnung 50. Somit wird eine große Kraftstoffmenge in die erste Sammelleitung
20 gepreßt, wodurch besonders hohe Drücke entstehen. Natürlich bewirkt ein spä
teres Schließen des Pumpensteuerventils 44, daß ein Teil des Kraftstoffs in der Pum
penkammer 42 von dem Pumpenplungerkolben 34 durch die Ventilöffnung 50 in den
Niederdruckkraftstoffversorgungskreis 48 gepumpt wird. Wie in Fig. 4 dargestellt,
kann das Pumpensteuerventil 44 zu verschiedenen Zeitpunkten während des Vor
wärtshubs des Pumpenplungerkolbens 34 geschlossen werden, um eine Reihe ge
wünschter Druckwerte, beispielsweise abhängig von Betriebsbedingungen des Mo
tors, zu erhalten.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann das Pumpensteuerventil 44 jeder Hochdruckpumpe 14,
16 betätigt werden, um in jedem Zyklus des Motorbetriebs eine gewünschte Druck
kurve für die Sammelleitung für jeden Einspritzvorgang in Verbindung mit einem ent
sprechenden Injektor 26 zu erhalten. Daher, wie in Fig. 5 dargestellt, kann das Pum
pensteuerventil 44 zeitig im Vorwärtshub des Pumpenplungerkolbens 34 für Zylinder
#1 geschlossen werden, um extrem hohe Drücke in der Sammelleitung zum Einsprit
zen in Zylinder #1 zu erzeugen, worauf ein späteres Schließen während des folgen
den Vorwärtshubs des nächsten Zyklus des Pumpenplungerkolbens 34 folgt, um
einen signifikant geringeren Druck in der gemeinsamen Sammelleitung 20 zu erzeu
gen. Somit bietet das vorliegende System eine optimale Kontrolle der Einspritz
druckwerte bei jedem Einspritzvorgang.
Fig. 1 zeigt, daß der Druck in den gemeinsamen Sammelleitungen 20, 24 durch ent
sprechende Drucksensoren 147, 149 erfaßt wird, die an die jeweiligen Sammelleitun
gen angeschlossen sind. Die Sensoren 147, 149 erzeugen Drucksignale, die zu einem
Motorsteuermodul (ECM - nicht dargestellt) zur Verwendung in der Steuerung und
Überwachung des Motors geleitet werden. Zum Beispiel können die Sensoren zur
Berechnung der Erregungsdauer für das Einspritzsteuerventil 98 verwendet werden.
Alternativ kann ein einziger Differenz- bzw. Differentialdrucksensor 151 verwendet
werden. Der Drucksensor 151 ist an einen Druckerfassungskanal 153 angeschlossen,
der sich zwischen der Sammelleitung 20 und der Sammelleitung 24 erstreckt.
Wie in Fig. 5 dargestellt, treten die Pumpvorgänge der Hochdruckpumpen 14 und 16
meist zu verschiedenen Zeitpunkten auf, so daß jeweils nur eine Sammelleitung unter
Druck steht, während die andere Sammelleitung sich bei dem konstanten Versor
gungsdruck befindet. Daher kann der Drucksensor 151 zum effektiven Erfassen des
Sammelleitungsdrucks verwendet werden, indem der Differenz- bzw. Differential
druck zwischen den Sammelleitungen erfaßt wird. Während der Perioden, in welchen
ein Pumpvorgang gleichzeitig in bei 37263 00070 552 001000280000000200012000285913715200040 0002019732447 00004 37144den Sammelleitungen 20, 24 auftritt, wird das
Signal vom Drucksensor 151 einfach nicht verwendet, bis einer der Pumpvorgänge
beendet und der Druck der entsprechenden Sammelleitung entlastet ist. Die Teil
druckabtastwerte, die vom Differentialdrucksensor 151 erzeugt werden, werden von
einem Steueralgorithmus auf Modellbasis verwendet, um die tatsächlichen Werte im
Vergleich zum Befehl zu verifizieren und Korrekturen in einer Druckkarte bzw. Ta
belle den Erfordernissen entsprechend durchzuführen, wodurch eine dynamische
Druckkarte erhalten wird.
Wie in Fig. 4 und 6 dargestellt, überspannt der Hub jedes Pumpenplungerkolbens 34
etwa 120° Kurbelwinkel. Daher erzeugt das vorliegende System in den entsprechen
den Sammelleitungen 20, 24 langsam und allmählich einen Kraftstoffdruck, wodurch
Antriebsmomentschwankungen in dem den Pumpenplungerkolben 34 antreibenden
Antriebssystem minimiert werden. Wie in Fig. 7 dargestellt, erzeugt eine Injektorein
heit mit einer nockenbetätigten Plungerkolbenanordnung hohe Antriebsmoment
schwankungen, die zu einer erhöhten Abnutzung und einem verstärkten Geräusch
des Antriebssystems führen. Im Vergleich dazu erfordert das vorliegende System ein
signifikant geringeres Maß an Antriebsmoment, um die notwendigen Einspritzdrücke
zu erreichen. Obwohl die Antriebsmomentanforderungen für ein herkömmliches
Drucksystem mit gemeinsamer Sammelleitung, in dem der Druck in der gemeinsamen
Sammelleitung verhältnismäßig konstant gehalten wird, etwas geringer als die An
triebsmomentschwankungen des vorliegenden Systems sein können, weisen solche
Sammelleitungssysteme Nachteile in der Drucksteuerung auf. Zum Beispiel kann ein
herkömmliches Sammelleitungssystem keine breite Variierung von Einspritzdrücken
von einem Einspritzvorgang zum nächsten effizient und effektiv ermöglichen. Zur
Erhöhung des Drucks in der Sammelleitung erfordert ein herkömmliches Sammellei
tungssystem eine große Zeitspanne, die sich gewöhnlich über einige oder viele Ein
spritzvorgänge erstreckt, bevor die Hochdruckpumpe, welche die Sammelleitung be
aufschlagt, den Druck auf den geforderten Wert erhöhen kann. Außerdem hängen
herkömmliche Sammelleitungssysteme gewöhnlich von den Einspritzvorgängen zur
Abführung von unter Druck stehendem Kraftstoff zur wunschgemäßen Verringerung
des Drucks in der Sammelleitung ab, wodurch eine rasche Druckumsetzung nicht
möglich ist. Andere herkömmliche Sammelleitungssysteme erreichen eine rasche Ver
ringerung des Drucks durch Ableiten von Kraftstoff aus der Sammelleitung, was
ebenfalls nachteilig ist. Das vorliegende System erzeugt hingegen nach Wunsch eine
spezifisch zugeschnittene Kraftstoffdruckkurve für jeden Pumpvorgang und somit
für jeden Einspritzvorgang. Das vorliegende System weist auch die Flexibilitäten
herkömmlicher Sammelleitungssysteme auf, da es den Druckerzeugungsvorgang von
dem Einspritzvorgang trennt, um Antriebsmomentschwankungen einzuschränken,
eine Drucksteuerung unabhängig von der Motordrehzahl ermöglicht, einen größeren
Einspritzzeitpunktbereich schafft, in dem die Einspritzung erfolgen kann, und eine
äußerst kurze Einspritzreaktionszeit liefert, indem für eine gleichzeitige Dosierung
und Einspritzung gesorgt wird.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des vorliegenden Kraftstoffsystems ist der Einbau
eines Druckenergierückgewinnungsmittels 150, welches das Zurückziehen des ent
sprechenden Pumpenplungerkolbens 34 während jedes Rückwärtshubs unterstützt.
Das Druckenergierückgewinnungsmittel 150 nutzt den Druck des Kraftstoffs in der
jeweiligen Sammelleitung, der ein Ergebnis der Energie ist, die in dem Kraftstoff auf
grund der elastischen Komprimierbarkeit des Kraftstoffs gespeichert ist, zum Rück
treiben des Pumpenplungerkolbens 34 bei seinen Rückwärtshub, wodurch die Druc
kenergie in dem Kraftstoff zurückgewonnen und ein effizienteres System erhalten
wird. Das Druckenergierückgewinnungsmittel 150 umfaßt im allgemeinen die Bereit
stellung einer anhaltenden Fluidverbindung zwischen der ersten und der zweiten
Sammelleitung 20, 24 und der entsprechenden Pumpenkammer 42 über den gesamten
Rückwärtshub des Pumpenplungerkolbens 34 umfaßt. Das Druckenergierückgewin
nungsmittel 150 wird durch Aufrechterhalten der Fluidverbindung zwischen dem
Kraftstoffüberleitungskreis 90 und einer entsprechenden Sammelleitung 20, 24 opti
miert. Das Druckenergierückgewinnungsmittel 150 umfaßt die Verwendung des Ver
stärkungsplungerkolbenaufbaus 76 und des Rückschlagventils 95, um den Druck
des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer 74 nutzen zu können, was auch das Zu
rückziehen des entsprechenden Pumpenplungerkolbens 34 unterstützt. Wenn der
Druck in der Sammelleitung 20, 24 bei einem bestimmten Pumpvorgang zunimmt, be
ginnen sich die Betätigungsplungerkolben 78 und der Hochdruckplungerkolben 80
nach innen zu der Hochdruckkammer 74 zu bewegen, wenn der Kraftstoffdruck z. B.
in der Sammelleitung 20 einen derartigen Wert erreicht, daß die Kraftstoffdruckkräfte,
die auf den Betätigungsplungerkolben 78 und das Rückschlagventil 95 wirken, die
Spannkraft der Feder 82 überwinden. Das Rückschlagventil 95 wird durch eine Fe
der mit ausreichender Spannkraft vorgespannt, so daß ein Kraftstoffversorgungsstrom
in die Hochdruckkammer 74 möglich ist. Wenn der Druck in der Sammelleitung 20
weiter steigt, bewegen sich der Betätigungsplungerkolben 78 und der Hochdruck
plungerkolben 80 weiter nach innen, wodurch ein starker Anstieg des Drucks des
Kraftstoffs in der Hochdruckkammer 74 herbeigeführt wird. Wie in der Folge aus
führlicher erklärt wird, wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt im Pumpvorgang das
Einspritzsteuerventil 98 in eine offene Position erregt, so daß die Bewegung des Na
delventilelements 112 aus der geschlossenen Position in eine offene Position herbei
geführt wird. Der Hochdruckkraftstoff in dem Nadelraum 108 strömt durch die Ein
spritzöffnungen 102 auswärts in einen Motorzylinder (nicht dargestellt), während der
Hochdruckplungerkolben 80 weiterhin den Kraftstoff in der Hochdruckkammer 74
und dem Nadelraum 108 nach unten preßt. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer wird
das Einspritzsteuerventil 98 abgeschaltet und in eine geschlossene Position bewegt,
wodurch das Nadelventilelement 112 in eine geschlossene Position bewegt wird, in
welcher der Fluß durch die Einspritzöffnungen 102 blockiert ist und somit der Ein
spritzvorgang beendet ist. Für gewöhnlich erfolgt ein Einspritzvorgang während des
Vorwärtshubs des Plungerkolbens 34 der Hochdruckpumpe 14, wie in Fig. 5 darge
stellt ist. Folglich beendet der Pumpenplungerkolben 34 nach dem Einspritzvorgang
seinen Vorwärtshub und beginnt dann mit dem Rückwärtshub. Während der Plun
gerkolben 34 mit einem Rückwärtshub beginnt, dehnt sich der Hochdruckkraftstoff
in der ersten Sammelleitung 20, der Betätigungskammer 88 und dem Kraftstoffüber
leitungskreis 90 oberhalb des Rückschlagventils 95 wieder in die Pumpenkammer 42
aus. Der sich ausbreitende Kraftstoff übt Druckkräfte auf den oberen Teil des Pum
penplungerkolbens 34 aus, wodurch die Bewegung des Plungerkolbens 34 in seinem
Rückwärtshub unterstützt wird. Diese Kräfte werden dann auf die Nocken 30 und
das zu- bzw. vorgeordnete Antriebssystem übertragen, wodurch zuvor erzeugte
Druckenergie zurückgegeben oder wiedergewonnen wird, um eine effizientere Pum
panordnung zu erhalten. Zusätzlich erzeugt der Hochdruckkraftstoff im Nadelraum
108, im Kraftstoffüberleitungskreis 90 stromab des Rückschlagventils 95 und in der
Hochdruckkammer 74 Druckkräfte auf den Hochdruckplungerkolben 80, die den
Plungerkolben 80 und den Betätigungsplungerkolben 78 nach außen pressen, wo
durch der Kraftstoff in der Betätigungskammer 88 und der ersten Sammelleitung 20
in die Pumpkammer 42 gepreßt wird. Daher wird die Druckenergie des Kraftstoffs
stromab des Rückschlagventils 95 zur Unterstützung des Zurückziehens des Pum
penplungerkolbens 34 genutzt. Somit wird die Druckenergie, die in dem druckbeauf
schlagten Kraftstoff in dem System von der Pumpenkammer 42 durch die entspre
chende Sammelleitung 20, 24 und im Kraftstoffüberleitungskreis über den gesamten
Weg bis zum Nadelraum 108 gespeichert ist, bei jedem Pumpvorgang wiedergewon
nen. Ferner werden bei jedem Pumpvorgang alle Injektoren, die der entsprechenden
Hochdruckpumpe zugeordnet sind, unter Druck gesetzt und jeder Verstärkungsplun
gerkolbenaufbau 76 in der zuvor beschriebenen Weise hin- und herbewegt. Somit
wird bei jedem Pumpvorgang der gesamte Satz von Injektoren, der einer bestimmten
Sammelleitung und Hochdruckpumpe zugeordnet ist, zur Wiedergewinnung der
Druckenergie in dem Kraftstoff verwendet, indem der druckbeaufschlagte Kraftstoff
effektiv durch jeden Injektor, die gemeinsame Sammelleitung und die Hochdruck
pumpe ausgedehnt wird, um das Zurückziehen des Pumpenplungerkolbens 34 zu un
terstützen. Schließlich werden die wiedergewonnenen Druckkräfte, die auf den Pum
penplungerkolben 34 und die Nocke 30 wirken, dazu verwendet, die Drehung der
Nocke 30 zu unterstützen und somit die Bewegung des anderen Hochdruckpum
penplungerkolbens 34 bei seinen Vorwärtshub und/oder den Betrieb anderer Vor
richtungen, die von der Nocke 30 angetrieben werden, zu unterstützen.
Fig. 6 zeigt das Antriebsmoment der Nocke 30 bzw. einer Nockenantriebseinrich
tung, das sich aus der kumulativen Wirkung der ersten Hochdruckpumpe 14 und der
zweiten Hochdruckpumpe 16 ergibt. Das negative Antriebsmoment stellt das Mo
ment dar, das sich aus der Wiedergewinnung der gespeicherten Kraftstoffdruckener
gie ergibt, die auf die Nocke 30 wirkt. Obwohl in Fig. 6 ein Idealfall dargestellt ist, bei
dem keine Energieverluste angenommen werden, ist eine realistischere Antriebsmo
mentkurve in Fig. 7 dargestellt, bei der das negative Antriebsmoment, d. h. die wieder
gewonnene Energie, geringer als das durch die Nocke 30 erzeugte Antriebsmoment
ist. Eine Antriebsmomentkurve für ein einziges Pumpelement hätte eine ähnliche
Form wie die in Fig. 7 dargestellte, nur daß die Sinuskurve mit der halben Frequenz
aufträte. Somit gewinnt das vorliegende System effektiv eine wesentliche Menge der
ansonsten ungenutzten Druckenergie aus dem Kraftstoff bei jedem Pumpvorgang zu
rück, um das Zurückziehen des Pumpenplungerkolbens 34 zu unterstützen. Wie in
Fig. 7 dargestellt, erfordert das vorliegende nadelgesteuerte System mit gemeinsamer
Sammelleitung im Vergleich zu einer Injektoreinheit ein signifikant geringeres An
triebsmoment und gewinnt im Gegensatz zu einer herkömmlichen Injektoreinheit eine
wesentliche Menge der ansonsten ungenutzten Energie zurück.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wurde das Antriebssystem mit der Nocke 30 so konstruiert,
daß sich der Pumpenplungerkolben 34 in bezug auf die Hin- und Herbewegung des
Motorkolbens hin- und herbewegt, so daß der OT des Pumpenplungerkolbens 34 40°
Kurbelwinkel nach dem OT des Motorkolbens liegt. Da ein Einspritzvorgang für ge
wöhnlich um den oberen Totpunkt des Motorkolbens oder gleich danach erfolgt,
findet der Einspritzvorgang während des Pumpvorgangs statt, wobei der Druck in
der gemeinsamen Sammelleitung zunimmt, wie in Fig. 5 dargestellt. Daher kann das
Antriebssystem während des anfänglichen Einbaus abgestimmt werden, so daß die
Hin- und Herbewegung des Pumpenplungerkolbens 34 auf einen gewünschten Zeit
punkt in bezug auf den oberen Totpunkt des Motorkolbens abgestimmt wird, so daß
eine spezifische Gestaltung der Einspritzrate bzw. -geschwindigkeit erreicht wird.
Zum Beispiel kann die erste Hochdruckpumpe 14 so abgestimmt werden, daß der
obere Totpunkt des Pumpenplungerkolbens 34 etwa gleichzeitig oder vielleicht vor
dem oberen Totpunkt des Kolbens erreicht wird. Für jede andere Phaseneinstellung
wird eine andere Änderung der Kraftstoffeinspritzdruckrate erreicht, was zu einer
einzigartigen Einspritzströmungsrate führt.
Fig. 2, 8 und 9 zeigen als ein weiteres wesentliches Merkmal des vorliegenden Kraft
stoffsystems die verbesserte Durchflußbegrenzungseinrichtung 142, die eine Minimie
rung des Durchflusses von Hochdruckkraftstoff zum Auslauf während eines Ein
spritzvorgangs bewirkt, wobei eine optimale Steuerung des Nadelventilelements 112
möglich ist. Die Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 umfaßt eine Steuervolumen
einlaßöffnung 152, die in dem Ende des Nadelventilelements 112 ausgebildet ist, um
eine Fluidverbindung zwischen dem Steuervolumenbeschickungskreis 138 mit dem
Steuervolumen 136 herzustellen. Der Steuervolumenbeschickungskreis 138 umfaßt
einen Längskanal 154, der sich in Längsrichtung durch das Nadelventilelement 112
von der Steuervolumeneinlaßöffnung 152 aus erstreckt, und eine Öffnung 158, die
sich quer zu dem Längskanal 154 erstreckt, für eine Verbindung mit dem Nadelraum
108. Die Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 umfaßt auch eine Steuervolumenaus
laßöffnung 160, die in dem äußeren Düsengehäuse 104 ausgebildet ist und mit dem
Steuervolumen 136 und dem Auslaufkreis 140 in Verbindung steht. Der Auslaufkreis
140 enthält einen Auslaufdurchlaß, der von der Steuervolumenauslaßöffnung 160
ausgeht und sich an einem gegenüberliegenden Ende unmittelbar neben dem Ein
spritzsteuerventil 98 öffnet. Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält das Einspritzsteuerventil
98 ein Steuerventilelement 164. Vorzugsweise ist das Einspritzsteuerventil 98 vom
magnetisch gesteuerten Zweiwegtyp mit einer Spulenanordnung 166, die das Ventil
element 164 zwischen einer geschlossenen Position, in welcher ein Fluß durch einen
Auslaufdurchlaß 162 blockiert ist, und einer offenen Position, in der ein Abfluß durch
einen Auslaufdurchlaß 162 möglich ist, bewegen kann. Der Kraftstoffstrom aus dem
Auslaufdurchlaß 162 wird zur Abgabe an einen Niederdruckauslauf zu einem Auslaß
168 geleitet. Die Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 umfaßt ferner ein Durchfluß
begrenzungsventil, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements 112 ausgebil
det ist, um den Durchfluß sowohl durch die Steuervolumeneinlaßöffnung 152 als
auch die Steuervolumenauslaßöffnung 160 wesentlich zu verringern.
Während des Betriebs wird vor einem Einspritzvorgang das Einspritzsteuerventil 98
abgeschaltet und das Ventilelement 164 in die geschlossene Position gebracht, wie in
Fig. 2 dargestellt. Der Kraftstoffdruckwert, der in der Hochdruckkammer 74 auftritt,
herrscht auch im Nadelraum 108, dem Steuervolumenbeschickungskreis 138 und dem
Steuervolumen 136. Daher halten die Kraftstoffdruckkräfte, die nach innen auf das
Nadelventilelement 112 wirken, gemeinsam mit der Spannkraft der Feder 114 das Na
delventilelement 112 in seiner geschlossenen Position, wodurch ein Fluß durch die
Einspritzöffnungen 102 blockiert ist, wie in Fig. 8 dargestellt. Zu einem vorbestimm
ten Zeitpunkt bei einem bestimmten Pumpvorgang der entsprechenden Hochdruck
pumpe 14, 16 wird das Einspritzsteuerventil 98 erregt, um das Ventilelement 164 in
eine offene Position zu bewegen, so daß Kraftstoff aus dem Steuervolumen 136 durch
den Auslaufdurchlaß 162 zu dem Niederdruckauslauf fließt. Gleichzeitig fließt Hoch
druckkraftstoff von dem Nadelraum 108 durch die Öffnung 158 und den Längskanal
154 des Beschickungskreises 138 über die Steuervolumeneinlaßöffnung 152 in das
Steuervolumen 136. Die Öffnung 158 ist jedoch mit einer kleineren Querschnittsströ
mungsfläche konstruiert als der Auslaufkreis 140 und somit wird eine größere Kraft
stoffmenge von dem Steuervolumen 136 abgeleitet als über den Steuervolumenbe
schickungskreis 138 nachgefüllt wird. Daher sinkt der Druck im Steuervolumen 136
sofort. Kraftstoffdruckkräfte, die auf das Nadelventilelement 112 aufgrund des Hoch
druckkraftstoffs im Nadelraum 108 wirken, beginnen das Ventilelement 112 gegen die
Spannkraft der Feder 114 nach außen zu bewegen, also zu öffnen. Wenn sich das äu
ßere Ende des Nadelventilelements 112 einer Ventilfläche 172 nähert, die das Steuer
volumen 136 bildet, beginnt das Durchflußbegrenzungsventil 170 gleichzeitig mit der
Blockierung sowohl der Steuervolumenauslaßöffnung 160 als auch der Steuervolu
meneinlaßöffnung 152, wodurch der Durchfluß in das und aus dem Steuervolumen
136 begrenzt wird.
Aus Fig. 10-12 ist ersichtlich, daß die Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 vorteil
haft die Kraftstoffmenge bei jedem Einspritzvorgang verringert. Fig. 10 zeigt einen
nadelgesteuerten Injektor, der ein Steuervolumen ohne Einrichtung zur Begrenzung
des Durchflusses durch die Einlaß- und Auslaßöffnung enthält, während Fig. 11 einen
ähnlichen Einspritzvorgang bei einem nadelgesteuerten Injektor zeigt, der nur zur
Verringerung des Flusses durch die Auslaßöffnung des Steuervolumens, die zum
Auslauf führt, imstande ist. Wie aus einem Vergleich von Fig. 10 und 11 hervorgeht,
verringert ein Injektor mit der Fähigkeit, zumindest teilweise die Steuervolumenaus
laßöffnung zu blockieren, den Abfluß und die Auslaufmenge an Kraftstoff während
eines Einspritzvorgangs im Vergleich zu einem Injektor ohne die Fähigkeit, eine Na
delsteuervolumenöffnung zu verschließen. Außerdem ist der Injektor zum Verschlie
ßen einer einzigen Öffnung von Fig. 11 imstande, den Steuerdruck zu erhöhen, d. h.
den Kraftstoffdruck im Steuervolumen 136, so daß ein rascherer Verschluß des Steu
erventilelements möglich ist. Die Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 der vorlie
genden Erfindung senkt jedoch den Kraftstoffabfluß und die Auslaufmenge während
des Einspritzvorgangs wesentlich stärker, wobei im Vergleich zu einem Injektor ohne
Verschluß der Steuervolumenöffnung ein rascherer Nadelventilverschluß erreicht
wird. Außerdem ist ersichtlich, daß der Injektor von Fig. 11 zwar den Steuerdruck im
Steuervolumen 136 relativ hoch hält, um ein rasches Verschließen des Ventils zu errei
chen, der Steuerdruck aber schwankt, so daß während des Einspritzvorgangs Impulse
entstehen. Diese hohen Impulse können zu instabilen Druckausgleichsbedingungen
führen, die dazu neigen, das Nadelsteuerventilelement 112 in seine geschlossene Po
sition zu bewegen, wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge nachteilig beeinflußt
oder die Einspritzung unterbrochen wird. Wie in Fig. 12 dargestellt, dämpft oder ver
ringert die Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 der vorliegenden Erfindung die
Druckimpulse im Steuervolumen 136, indem der Fluß durch die Steuervolumeneinlaß
öffnung 152 im wesentlichen blockiert wird, so daß gewährleistet ist, daß der Steuer
druck deutlich unter dem entgegengesetzten Sackdruck gehalten wird, der auf das
gegenüberliegende Ende des Nadelventilelements wirkt. Somit stabilisiert die vorlie
gende Durchflußbegrenzungseinrichtung 142 vorteilhaft den Steuerdruck im Steuer
volumen 136 während eines Einspritzvorgangs, so daß dafür gesorgt wird, daß das
Nadelventilelement 112 während des Einspritzvorgangs verläßlich in einer optimalen
offenen Position gehalten wird.
Fig. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Durchflußbegrenzungseinrichtung
188 der vorliegenden Erfindung, wobei ein Steuervolumen 176 zwischen einem Dü
sengehäuse 178 und einem Betätigungsgehäuse oder Abstandsstück 180 ausgebildet
ist. Ein Steuervolumenbeschickungskanal 182 ist in einer unteren Oberfläche des Ab
standsstücks 180 gegenüber dem Düsengehäuse 178 ausgebildet, so daß er an einem
Ende mit dem Steuervolumen 176 und an einem gegenüberliegenden Ende mit einem
Kraftstoffzuführkanal 184 in Verbindung steht. Daher wird anstelle der Ausbildung
eines Beschickungskreises bei dem Nadelventilelement 186 bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel der Kraftstoff vom Kraftstoffzuführkanal 184 anstatt vom Na
delraum 108 zu dem Steuervolumen 176 über den Beschickungskanal 182, der in dem
Abstandsstück 180 ausgebildet ist, geleitet. Alternativ kann der Steuervolumenbe
schickungskreis 182 in der äußeren Oberfläche des Düsengehäuses 178 gegenüber
dem Abstandsstück 180 ausgebildet sein. Die Durchflußbegrenzungseinrichtung 188
dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich jener des vorangehenden Ausführungsbei
spiels, indem sie eine Steuervolumeneinlaßöffnung 190, eine Steuervolumenauslaß
öffnung 192 und ein Durchflußbegrenzungsventil 194 umfaßt, das an dem Ende des
Nadelventilelements 186 ausgebildet ist. Wenn sich das Nadelventilelement 186 in
seine offene Position für den Beginn der Einspritzung bewegt, blockiert das Durch
flußbegrenzungsventil 194 den Durchfluß durch die Steuervolumenauslaßöffnung
192 und die Steuervolumeneinlaßöffnung 190 wesentlich, was zu den zuvor mit Be
zugnahme auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 8 besprochenen Vorteilen führt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen von Fig. 8 und 9 wird während des Betriebs am
Ende eines Einspritzvorgangs das Einspritzsteuerventil 98 abgeschaltet und das
Ventilelement 164 in eine geschlossene Position bewegt, wodurch der Fluß durch den
Auslaufkreis 140 blockiert wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Daher steigt der Kraftstoff
druck in dem Steuervolumen 136, 176 sofort, da Hochdruckkraftstoff über den Steu
ervolumenbeschickungskreis 138, 182 in das Steuervolumen 136 bzw. 176 fließt.
Folglich wirkt der Hochdruckkraftstoff, der in dem Steuervolumen 136 bzw. 176 und
dem Nadelraum 108 vorhanden ist, auf das Nadelventilelement 112 bzw. 186, um
Kraftstoffdruckkräfte zu erzeugen, die gemeinsam mit der Spannkraft der Feder 114
die Kraftstoffdruckkräfte an dem Nadelventilelement 112 bzw. 186 überwinden, die
in die entgegengesetzte Richtung wirken, wodurch das Nadelventilelement 112 bzw.
186 geschlossen und die Einspritzung beendet wird.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Kraftstoffsystems mit
einem Kraftstoffinjektor 26 des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels, der in ei
nen Zylinderkopf 200 eines Motors eingebaut ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
eine Hochdruckpumpe 202 der Hochdruckpumpe 14 von Fig. 2 sehr ähnlich, außer
daß die Pumpe durch eine dreilappige Nocke 204 betätigt wird, die sich mit halber
Motordrehzahl dreht. Die Nocke 204 ist in einer Nockenbohrung 206 eingebaut, die
in dem Zylinderkopf 200 in Verbindung mit einem Pumpenraum 208 ausgebildet ist,
der sich durch eine Seite des Zylinderkopfs 200 erstreckt. Diese Anordnung ermög
licht die Befestigung der Hochdruckpumpe 202 an einer Seite des Zylinderkopfs
200. Diese Befestigungsanordnung kann in bestimmten Anwendungen vorteilhaft
sein, wenn die Gesamthöhe des Motors auf ein Minimum verringert werden muß oder
an der Seite des Kopfs 200 viel Raum zur Verfügung steht.
Fig. 14 offenbart eine weitere Anordnung für den Einbau des vorliegenden Kraft
stoffsystems, wobei eine dreilappige Nocke 210 in dem Motor unter einem Zylinder
kopf 212 angeordnet ist, der eine Hochdruckpumpe 214 enthält. Die Hochdruck
pumpe 214 ist an der Oberseite des Kopfs 212 befestigt und erstreckt sich durch eine
Pumpenbefestigungsbohrung 216, die in dem Kopf 212 ausgebildet ist, für den Ein
griff mit der Nocke 210.
Fig. 15 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des vorliegenden Kraftstoffsystems,
wobei eine Kraftstoffverstärkungsplungerkolbenaufbau 220 getrennt von einem In
jektor 222 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Kraftstoffverstärkungsplunger
kolbenanordnung 220 an einer anderen, entfernten Stelle im Motor befestigt sein,
zum Beispiel an einer Seite des Motorzylinderkopfs 224, während der Injektor wei
terhin in einer Injektorbefestigungsbohrung 226 angeordnet ist, die sich senkrecht
von oben nach unten durch den Kopf 224 erstreckt. Der Zylinderkopf 224 enthält
eine Bohrung 228 mit einem länglichen Abschnitt 230, der sich in einen größeren Ab
schnitt 232 öffnet. Der Kraftstoffverstärkungsplungerkolbenaufbau 220 enthält ein
inneres Gehäuse 234, das sich in den größeren Abschnitt 232 und in den länglichen
Abschnitte 230 erstreckt. Das innere Ende des länglichen Abschnitts 230 weist eine
konische Oberfläche für den Eingriff mit einer komplementären Ausnehmung auf, die
in dem Injektorkörper des Injektors 222 ausgebildet ist, um eine fluiddichte Verbin
dung zu erhalten. Ein Hochdruckzuführkanal 236 erstreckt sich von der Hochdruck
kammer 74 durch den länglichen Abschnitt 230 zur Verbindung mit einem ringförmi
gen Raum 238, der in dem Injektorkörper ausgebildet ist. Der ringförmige Raum 238
steht an einem Ende mit einem Nadelraum 240 und an einem gegenüberliegenden
Ende mit einem Steuervolumenbeschickungskreis 138 in Verbindung. Der Betrieb
dieses Ausführungsbeispiels entspricht demjenigen, der zuvor mit Bezugnahme auf
die primären Ausführungsbeispiele von Fig. 1, 2 und 8 beschrieben wurde. Das Aus
führungsbeispiel von Fig. 15 ist besonders bei jenen Anwendungen vorteilhaft, in
welchen der verfügbare Raum über dem Motor begrenzt ist. Durch Trennen des
Kraftstoffverstärkungsplungerkolbenaufbaus von dem Injektor ermöglicht dieses
Ausführungsbeispiel die Verwendung eines kürzeren Injektors, so daß dieses Kraft
stoffsystem bei Anwendungen mit eingeschränktem Gehäuse verwendet werden
kann, indem die Höhe des Motors verringert wird.
Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Kraftstoffsystems,
das ähnlich dem Ausführungsbeispiel von Fig. 15 ist, mit der Ausnahme, daß der
Kraftstoffinjektor 242 deutlich kürzer als der in Fig. 15 dargestellte ist, und überdies
ein Kraftstoffverstärkungsplungerkolbenaufbau 244 in einem Winkel zu dem Kraft
stoffinjektor 242 angeordnet ist. Durch Verwendung eines kürzeren Injektors verrin
gert dieses Ausführungsbeispiel den erforderlichen Kopfraum des Motors, wodurch
die Größe des Motors verringert und/oder die Verwendung des vorliegenden Systems
bei einer größeren Vielzahl von Motoren möglich ist. Durch Anordnung der Kraft
stoffverstärkungsplungerkolbenanordnung 244 in einem relativen Winkel zu dem
Kraftstoffinjektor 242, so daß die Kraft des inneren Gehäuses 234 gegen den Injek
torkörper dazu neigt, den Injektorkörper nach innen in seine Einbaubohrung 246 zu
bewegen, wird eine sichere und dichte Befestigung des Kraftstoffinjektors 242 in
seiner Bohrung 246 unterstützt.
Fig. 16 zeigt auch einen weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung
durch die Bereitstellung einer verbesserten elektrischen Verbindungsvorrichtung für
den Anschluß der Stellgliedanordnung, d. h. der Elektromagnet/Spulenanordnung 166
des Einspritzsteuerventils 98 an eine Stromquelle. Die elektrische Verbindungsein
richtung umfaßt einen Kabelbaum, der allgemein mit 250 bezeichnet ist, mit einem
Kabelbaumkörper 252, der aus einem Isoliermantel gebildet ist, der die leitenden Ele
mente, die durch gestrichelte Linien 253 dargestellt sind, bedeckt. Der Kabelbaum
körper 252 umfaßt ferner einen ersten Verbinder 254, der an einem Ende zur Verbin
dung mit dem Ventilverbinder 144 ausgebildet ist, der vom Einspritzsteuerventil 98
absteht. Der Kabelbaumkörper 252 ist fest mit/an der oberen Oberfläche des Zylin
derkopfs in einer unveränderlichen vorbestimmten Position relativ zu der Injektorbe
festigungsbohrung 246 verbunden oder befestigt, so daß ein Einsetzen des Kraft
stoffinjektors 242 in seine Einbaubohrung 246 gleichzeitig eine Verbindung zwi
schen dem Ventilverbinder 144 und dem ersten Verbinder 254 des Kabelbaumkörpers
252 bewirkt. Eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Ventilverbinder 144
und dem ersten Verbinder 254 ist hergestellt, wenn der Kraftstoffinjektor 242 voll
ständig in seiner innersten Position in der Injektorbefestigungsbohrung 246 befestigt
ist. Daher vereinfacht der Kabelbaum 252 das Verfahren des Einbaus und Anschlus
ses des Kraftstoffinjektors 242, da nur ein einziger Schritt zum Einsetzen und Befe
stigen des Kraftstoffinjektors 242 in seiner Befestigungsbohrung 246 erforderlich ist
und kein weiterer Schritt zur Verbindung des Einspritzsteuerventils 98 mit einer
Stromquelle notwendig ist. Der herkömmliche Einbau von Kraftstoffinjektoren nach
dem Stand der Technik erfordert bei jedem Entfernen und Wiedereinbauen des Kraft
stoffinjektors 242 Montagearbeit zur Lösung und Wiederverbindung des Ventilver
binders 144 von/mit einem elektrischen Stecker. Daher vereinfacht der vorliegende
Kabelbaum 250 den Einbau- und Aufbauvorgang des Kraftstoffinjektors 242 in vor
teilhafter Weise. Außerdem kann der Kabelbaum 252 auch einen zweiten Verbinder
256 enthalten, der für den Eingriff mit einem Verschiebungssensorverbinder 258 an
geordnet ist, der von dem Kraftstoffverstärkungsplungerkolbenaufbau 244 ausgeht.
Der Verschiebungssensorverbinder 258 enthält auch einen äußeren Isoliermantel, der
das leitende Element umgibt. Das leitende Element ist an die Plungerkolbenpositions
erfassungseinrichtung 146 angeschlossen, um eine diagnostische Information wie zu
vor besprochen zu liefern. Der zweite Verbinder 256 ist relativ zu der Bohrung 228
so angeordnet, daß die Bewegung des Kraftstoffverstärkungsplungerkolbenaufbaus
244 in eine befestigte Position in der Bohrung 228, wie in Fig. 16 dargestellt, bewirkt,
daß der Verschiebungssensorverbinder 258 gleichzeitig mit dem zweiten Verbinder
256 in Eingriff gelangt, so daß eine sichere elektrische Verbindung erhalten wird. Der
Ventilverbinder 144, der Kabelbaumkörper 252 und der Verschiebungssensorverbin
der 258 sind vorzugsweise jeweils aus einem Material mit ausreichender Steifigkeit
gebildet, so daß feste Verbindungen ohne weitere Stützung durch andere Bauteile
oder Personal während der Verbindung möglich sind. Ebenso ist offensichtlich, daß
der Kabelbaum 250 bei allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
oder jeder anderen Kraftstoffabgabevorrichtung mit einer elektrisch betriebenen Vor
richtung zur Befestigung an einem Motor verwendet werden kann.
Fig. 17 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel mit einer Injektoreinheit 260 mit
demselben Einspritzbetätigungsmodul 58, Düsenmodul 60 und derselben Aufnahme
106 des in Fig. 2 dargestellten primären Ausführungsbeispiels. Die Injektoreinheit
260 enthält jedoch einen Injektorplungerkolben 262, der durch eine Nocke (nicht
dargestellt) über eine herkömmliche Stößelstange 264, einen Kipphebelaufbau 266
und einen Verbindungsaufbau 268 angetrieben wird. Der Injektorplungerkolben 262
ist in einer Plungerkolbenbohrung 270 angeordnet, die in einer Injektorbüchse 272
ausgebildet ist, die anliegend an dem Einspritzbetätigungsmodul 58 befestigt ist. Eine
Hochdruckkammer 274, die in dem inneren Ende der Bohrung 270 ausgebildet ist,
wird mit Niederdruckkraftstoff über einen Versorgungskanal 276 versorgt, der in der
Büchse 272 ausgebildet ist. Ein magnetisch betätigtes Drucksteuerventil 278 mit ei
ner Elektromagnetspulenanordnung 280 ist zur Steuerung des Flusses des Versor
gungskraftstoffs durch den Versorgungskanal 276 angeordnet, so daß ein Hoch
druckpumpvorgang definiert wird.
Bei Verwendung in einem Sechszylindermotor bewirkt die Nocke (nicht dargestellt),
daß sich der Injektorplungerkolben 262 über einen Druckhub von etwa 120° Kur
belwinkel ähnlich dem Hub des Pumpenplungerkolbens 34 des in Fig. 1 und 2 darge
stellten Ausführungsbeispiels hin- und herbewegt. Ebenso arbeitet das Einspritzsteu
erventil 98 bei jedem Pumpvorgang, um einen Einspritzvorgang wie zuvor beschrie
ben zu erzeugen. Dieses Ausführungsbeispiel einer Injektoreinheit ist durch die Be
reitstellung einer vereinfachten, nadelgesteuerten Injektoreinheit mit einer kompakten
Konstruktion, die effektiv druckbeaufschlagte Pumpvorgänge unabhängig von der
Erzeugung von Einspritzvorgängen erzeugen kann, besonders vorteilhaft. Durch
Verwendung der Spulenanordnung 280 für das Drucksteuerventil 278, die von der
Betätigungsspule des Einspritzsteuerventils 98 getrennt ist, ermöglicht die Injektor
einheit 260 den Betrieb des Einspritzsteuerventils 98 zu jedem Zeitpunkt während
des Pumpvorgangs, der durch das Drucksteuerventil 278 erzeugt wird, ohne die Er
regung der Spulenanordnung 280 zu berücksichtigen. Dieses Merkmal stellt eine
Verbesserung gegenüber nadelgesteuerten Injektoreinheiten nach dem Stand der
Technik dar, welche dieselbe Betätigungs- oder Spulenanordnung zum Betreiben
sowohl des Drucksteuerventils als auch des Einspritzsteuerventils verwenden.
Während das nadelgesteuerte Kraftstoffsystem der vorliegenden Erfindung beson
ders zweckdienlich bei einem Innenverbrennungsmotor mit Kompressionszündung
ist, kann es bei jedem Verbrennungsmotor für Fahrzeuge oder industrielle Ausrü
stungsgegenstände verwendet werden, bei dem eine exakte, effiziente und verläßli
che Druckerzeugung, Zeitpunkteinstellung der Einspritzung und Einspritzdosierung
wesentlich ist.
Claims (50)
1. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, umfassend:
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdrückpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken dem Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinan derfolgender Pumpvorgänge, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode stei genden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, umfaßt, wobei die erste Sammelleitung zwischen den Pumpvorgängen mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung steht; und
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck während entsprechender Pumpvorgänge in zu geordnete Brennräume des Motors zur Definition entsprechender Einspritzvor gänge angeschlossen sind.
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdrückpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken dem Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinan derfolgender Pumpvorgänge, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode stei genden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, umfaßt, wobei die erste Sammelleitung zwischen den Pumpvorgängen mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung steht; und
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck während entsprechender Pumpvorgänge in zu geordnete Brennräume des Motors zur Definition entsprechender Einspritzvor gänge angeschlossen sind.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite ge
meinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluid
verbindung bringbar ist, eine zweite Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Nie
derdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum
zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der zweiten Sammellei
tung zur Erzeugung aufeinanderfolgender Pumpvorgänge, wobei jeder der
Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode
sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, umfaßt, wobei die zweite Sammelleitung mit
der Niederdruckkraftstoffversorgung zwischen den Pumpvorgängen in Fluid
verbindung steht, und einen zweiten Satz von Injektoren, die an die zweite
Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der zweiten Sammelleitung und
zum Einspritzen von Kraftstoff in zugeordnete Brennräume des Motors ange
schlossen sind.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraft
stoffüberleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die an einem Ende des Injektor
körpers ausgebildet ist, und einen in den Injektorraum eingebauten, eine ge
schlossene Düse bildenden Aufbau umfaßt, wobei der Düsenaufbau ein Nadel
ventilelement umfaßt, das zur Bewegung zwischen einer geschlossenen Positi
on, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung blockiert ist, und einer
offenen Position, in der ein Kraftstoffdurchfluß durch die Einspritzöffnung mög
lich ist, eingebaut ist, wobei jeder Injektor ferner ein Nadelventilsteuermittel zur
Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen
Position umfaßt.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Na
delventilsteuermittel ein Steuervolumen, das neben einem äußeren Ende des Na
delventilelements angeordnet ist, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraft
stoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Einspritz
steuerventil umfaßt, das im Auslaufkreis zur Steuerung des Kraftstofflusses
durch den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß das Nadelventilelement zwischen
der offenen und geschlossenen Position bewegbar ist.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Nadelventilsteuermittel ferner einen Steuervolumenbeschickungskreis zur Zulei
tung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis zu dem Steuervolumen
umfaßt, wobei jeder Satz von Kraftstoffinjektoren bzw. Injektor ferner ein
Durchflußbegrenzungsmittel umfaßt, welches den Kraftstofffluß von dem Steu
ervolumen zu dem Auslauf begrenzt, wenn sich das Nadelventilelement in der
offenen Position befindet, wobei das Durchflußbegrenzungsmittel eine Steuer
volumeneinlaßöffnung, die den Beschickungskreis und das Steuervolumen in
Fluidverbindung bringt, eine Steuervolumenauslaßöffnung, die das Steuervolu
men und den Auslaufkreis in Fluidverbindung bringt, und ein Durchflußbegren
zungsventil umfaßt, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements ausge
bildet ist, um zumindest teilweise die Steuervolumeneinlaßöffnung und die Steu
ervolumenauslaßöffnung zu blockieren, so daß der Kraftstofffluß zu dem Nie
derdruckauslauf begrenzbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2 und optional nach einem der voran
stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritzsy
stem einen Erfassungskanal, der die erste und zweite gemeinsame Sammelleitung
verbindet, sowie einen Drucksensor umfaßt, der an dem Erfassungskanal zum
Erfassen des Drucks sowohl in der ersten als auch in der zweiten Sammelleitung,
insbesondere des Differenzdrucks zwischen beiden Sammelleitungen, angeord
net ist.
7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Injektor ein Kraftstoffdruckverstärkungsmittel zur
Druckbeaufschlagung von Einspritzkraftstoff umfaßt, wobei das Kraftstoff
druckverstärkungsmittel einen Betätigungsplungerkolben und einen Hoch
druckplungerkolben, die zur Hin- und Herbewegung in einem Injektorraum ein
gebaut sind, eine Betätigungskammer, die in dem Injektorraum zur Aufnahme
von Kraftstoff aus der zugeordneten Sammelleitung ausgebildet ist, und eine
Hochdruckkammer umfaßt, die in dem Injektorraum zwischen dem Hochdruck
plungerkolben und der Einspritzöffnung ausgebildet ist, wobei der Betätigungs
plungerkolben eine Betätigungsplungerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die
dem Kraftstoff in der Betätigungskammer ausgesetzt ist, und der Hochdruck
plungerkolben eine Hochdruckplungerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die
dem Kraftstoff in der Hochdruckkammer ausgesetzt ist, wobei die Betätigungs
plungerkolbenquerschnittsfläche größer als die Hochdruckplungerkolbenquer
schnittsfläche ist, wobei der Betätigungsplungerkolben abhängig von dem
Druck des Kraftstoffs in der zugeordneten Sammelleitung derart bewegbar ist,
daß eine Bewegung des Hochdruckplungerkolbens zur Druckbeaufschlagung
des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer auf einen höheren Druckwert als den
Betätigungsfluiddruckwert hervorgerufen wird.
8. Kraftstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Kraftstoffüberleitungskreis einen Zuführkanal umfaßt, der in dem
Betätigungsplungerkolben und dem Hochdruckplungerkolben ausgebildet ist,
um Kraftstoff von der Betätigungskammer an die Hochdruckkammer abzuge
ben.
9. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Injektor ein Plungerkolbenmittel umfaßt, das zur Hin-
und Herbewegung in einem Injektorraum angeordnet ist, wobei das Plungerkol
benmittel sich bei jedem der Pumpvorgänge abhängig von der Erhöhung und
Senkung des Kraftstoffdrucks in der zugeordneten Sammelleitung hin- und her
bewegt.
10. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Hochdruckpumpe einen hin- und herbewegbaren
Pumpenplungerkolben, eine Pumpenkammer, die neben einem ersten Ende des
Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist, und vorzugsweise ein Pumpensteuer
ventil zur Steuerung der effektiven Verschiebung des Pumpenplungerkolbens
umfaßt.
11. Kraftstoffeinspritzsystem nach den Ansprüchen 2 und 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Pumpengehäuse vorgesehen ist, das sowohl die erste als auch
die zweite Hochdruckpumpe und ein Nockenmittel zur Hin- und Herbewegung
des Pumpenplungerkolbens der ersten und zweiten Hochdruckpumpe umgibt,
wobei der erste und zweite Pumpenplungerkolben in dem Gehäuse an gegen
überliegenden Seiten des Nockenmittels zur Hin- und Herbewegung auf einer
gemeinsamen Achse angeordnet sind.
12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Nockenmittel als eine Exzenternocke mit einer Gleitlagerhülse, die zwischen der
Exzenternocke und dem Pumpenplungerkolben angeordnet ist, ausgebildet ist.
13. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Pumpensteuerventil ein Pumpensteuerventilelement umfaßt,
das in die Pumpenkammer reicht.
14. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4 und optional nach einem der voran
stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Injektorkörper eine
Injektoraufnahme, die einen Aufnahmeraum bildet, ein in den Aufnahmeraum
eingebautes Düsenmodul mit einem inneren Düsengehäuse und einem einstüc
kigen äußeren Düsengehäuse, das an dem inneren Düsengehäuse anliegend an
geordnet ist, ein das Einspritzsteuerventil tragendes Einspritzbetätigungsmodul,
das an dem äußeren Düsengehäuse anliegend angeordnet ist, und weniger als
vier Hochdruckverbindungen umfaßt, die in Längsrichtung entlang dem Injek
tor zwischen dem Einspritzsteuerventil und der Einspritzöffnung beabstandet
angeordnet sind, um Kraftstoff in dem Kraftstoffüberleitungskreis zu halten.
15. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
weniger als vier Hochdruckverbindungen nur eine erste Hochdruckverbindung,
die zwischen dem inneren Düsengehäuse und dem äußeren Düsengehäuse aus
gebildet ist, und eine zweite Hochdruckverbindung, die zwischen dem äußeren
Düsengehäuse und dem Betätigungsmodul ausgebildet ist, umfassen.
16. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10 und optional nach einem der vor
anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Pumpenkammer mit
der zugeordneten Sammelleitung und dem Kraftstoffüberleitungskreis bei jedem
Pumpvorgang in anhaltender Fluidverbindung steht.
17. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10 und optional nach einem der vor
anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritz
system ein Druckenergierückgewinnungsmittel zur Nutzung des Drucks des
Kraftstoffs in der Sammelleitung, der eine Folge der Energie ist, die in dem Kraft
stoff aufgrund der elastischen Komprimierbarkeit des Kraftstoffs nach jedem
Pumpvorgang gespeichert wird, umfaßt, um das Zurückziehen des Pumpenplun
gerkolbens zu unterstützen.
18. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoff
überleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers
ausgebildet ist, ein Plungerkolbenmittel, das zur Hin- und Herbewegung in dem
Injektorraum angeordnet ist, um den Einspritzkraftstoff unter Druck zu setzen,
und eine Hochdruckpumpe umfaßt, die in dem Injektorraum zwischen dem
Plungerkolbenmittel und der Einspritzöffnung gebildet ist, wobei das Druck
energierückgewinnungsmittel ferner den Druck des Kraftstoffs in der Hoch
druckkammer von mindestens einem Injektor nutzt, um das Zurückziehen des
Pumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu unterstützen.
19. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das
Druckenergierückgewinnungsmittel den Druck des Kraftstoffs in den Hoch
druckkammern aller Injektoren eines Satzes von Injektoren nutzt, um das Zu
rückziehen des Pumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu unterstüt
zen.
20. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, insbesondere nach ei
nem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken des Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraft stoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, umfaßt; und
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume angeschlossen sind, wobei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis, und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt, und wobei jeder Injektor ein Plun gerkolbenmittel umfaßt, das zur Hin- und Herbewegung in dem Injektorraum angeordnet ist, wobei jedes Plungerkolbenmittel bei jedem Pumpvorgang ab hängig von dem steigenden und sinkenden Kraftstoffdruck in der zugeordneten Sammelleitung hin- und herbewegbar ist.
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken des Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraft stoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, umfaßt; und
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume angeschlossen sind, wobei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis, und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt, und wobei jeder Injektor ein Plun gerkolbenmittel umfaßt, das zur Hin- und Herbewegung in dem Injektorraum angeordnet ist, wobei jedes Plungerkolbenmittel bei jedem Pumpvorgang ab hängig von dem steigenden und sinkenden Kraftstoffdruck in der zugeordneten Sammelleitung hin- und herbewegbar ist.
21. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kraftstoffeinspritzsystem eine zweite gemeinsame Sammelleitung, die mit der
Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist, eine zweite
Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Nieder
druckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Senken des
Kraftstoffdrucks in der zweiten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinanderfol
gender Pumpvorgänge, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden
Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhal
tet, und einen zweiten Satz von Kraftstoffinjektoren umfaßt, der an die zweite
Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der zweiten Sammelleitung und
zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume
des Motors angeschlossen ist.
22. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, insbesondere nach ei
nem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken des Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraft stoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhaltet, wobei die erste Hochdruckpumpe einen Pumpenplungerkolben, der zur Hin- und Herbewegung eingebaut ist, und eine Pumpenkammer umfaßt, die neben ei nem ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist;
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume des Motors zur Definition entsprechender Einspritzvorgänge angeschlossen sind; und
ein Druckenergierückgewinnungsmittel zur Nutzung des Drucks des Kraftstoffs in der ersten Sammelleitung, der eine Folge der Energie ist, die in dem Kraftstoff aufgrund der elastischen Komprimierbarkeit des Kraftstoffs gespeichert ist, um das Zurückziehen des Pumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu un terstützen.
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken des Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraft stoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhaltet, wobei die erste Hochdruckpumpe einen Pumpenplungerkolben, der zur Hin- und Herbewegung eingebaut ist, und eine Pumpenkammer umfaßt, die neben ei nem ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist;
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume des Motors zur Definition entsprechender Einspritzvorgänge angeschlossen sind; und
ein Druckenergierückgewinnungsmittel zur Nutzung des Drucks des Kraftstoffs in der ersten Sammelleitung, der eine Folge der Energie ist, die in dem Kraftstoff aufgrund der elastischen Komprimierbarkeit des Kraftstoffs gespeichert ist, um das Zurückziehen des Pumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu un terstützen.
23. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoff
überleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die an einem Ende des Injektorkörpers
gebildet ist, ein Plungerkolbenmittel, das zur Hin- und Herbewegung in dem In
jektorraum eingebaut ist, um Einspritzkraftstoff mit Druck zu beaufschlagen,
und eine Hochdruckkammer umfaßt, die in dem Injektorraum zwischen dem
Plungerkolbenmittel und der Einspritzöffnung gebildet ist, wobei das Druck
energierückgewinnungsmittel ferner den Druck des Kraftstoffs in der Hoch
druckkammer von mindestens einem Injektor nutzt, um das Zurückziehen des
Pumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu unterstützen.
24. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das
Druckenergierückgewinnungsmittel den Druck des Kraftstoffs in den Hoch
druckkammern aller Injektoren eines Satzes von Injektoren nutzt, um das Zu
rückziehen des Pumpenplungerkolbens bei jedem Pumpvorgang zu unterstüt
zen.
25. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritzsystem eine zweite gemeinsame Sam
melleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung
bringbar ist, eine zweite Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruck
kraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen
Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der zweiten Sammelleitung zur Er
zeugung aufeinanderfolgender Pumpvorgänge, wobei jeder der Pumpvorgänge
eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraft
stoffdrucks folgt, beinhaltet, und einen zweiten Satz von Injektoren umfaßt, die
an die zweite Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der zweiten
Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff in zugeordnete Brennräume
des Motors zur Definition entsprechender Einspritzvorgänge anschlossen sind,
wobei das Druckenergierückgewinnungsmittel ferner den Druck des Kraftstoffs
in der Hochdruckkammer von mindestens einem Injektor bei jedem Pumpvor
gang jeder der ersten und zweiten Hochdruckpumpen nutzt, um das Zurückzie
hen des entsprechenden Pumpenplungerkolbens zu unterstützen.
26. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das
Druckenergierückgewinnungsmittel den Druck des Kraftstoffs in den Hoch
druckkammern aller Injektoren jeweils eines Satzes von Injektoren bei jedem
Pumpvorgang nutzt, um das Zurückziehen des zugeordneten Pumpenplunger
kolbens zu unterstützen.
27. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 25 und optional nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hochdruckpumpe
einen hin- und herbewegbaren Pumpenplungerkolben, eine Pumpenkammer, die
neben einem ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist, und ein
Pumpensteuerventil zur Steuerung der effektiven Verschiebung des Pumpen
plungerkolbens bzw. der effektiven Pumpleistung umfaßt, wobei das Kraftstoff
einspritzsystem ein Pumpengehäuse, das die ersten und zweiten Hochdruck
pumpen umgibt, und ein Nockenmittel umfaßt, das in dem Pumpengehäuse zur
Hin- und Herbewegung der Pumpenplungerkolben der Hochdruckpumpen an
geordnet ist, wobei die beiden Pumpenplungerkolben in dem Pumpengehäuse
an gegenüberliegenden Seiten des Nockenmittels zur Hin- und Herbewegung
entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
28. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 25 und optional nach einem der vor
anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hochdruckpumpe
einen hin- und herbewegbaren Pumpenplungerkolben, eine Pumpenkammer, die
neben einem ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist, und ein
Pumpensteuerventil zur Steuerung der effektiven Verschiebung des Pumpen
plungerkolbens bzw. der effektiven Pumpleistung umfaßt, wobei das Pumpen
steuerventil ein Pumpensteuerventilelement enthält, das in die Pumpenkammer
reicht.
29. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die
Pumpenkammer in anhaltender Fluidverbindung mit der zugeordneten Sammel
leitung und dem Kraftstoffüberleitungskreis bei jedem der Pumpvorgänge steht.
30. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, insbesondere nach ei
nem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zuleilei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine gemeinsame Sam melleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Nie derdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhaltet; und
eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, die an die Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume des Motors angeschlossen sind, wo bei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injek torkörpers gebildet ist, ein Plungerkolbenmittel, das zur Hin- und Herbewegung in den Injektorraum eingebaut ist, und eine Betätigungskammer umfaßt, die zwi schen dem Plungerkolbenmittel und der gemeinsamen Sammelleitung ausgebil det ist, wobei jede Betätigungskammer mit der Sammelleitung bei jedem der Pumpvorgänge in Fluidverbindung steht.
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zuleilei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine gemeinsame Sam melleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Nie derdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhaltet; und
eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, die an die Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume des Motors angeschlossen sind, wo bei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injek torkörpers gebildet ist, ein Plungerkolbenmittel, das zur Hin- und Herbewegung in den Injektorraum eingebaut ist, und eine Betätigungskammer umfaßt, die zwi schen dem Plungerkolbenmittel und der gemeinsamen Sammelleitung ausgebil det ist, wobei jede Betätigungskammer mit der Sammelleitung bei jedem der Pumpvorgänge in Fluidverbindung steht.
31. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, insbesondere nach ei
nem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zuleitung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken des Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinan derfolgender Pumpvorgänge, wobei die erste Hochdruckpumpe einen hin- und herbewegbaren Pumpenplungerkolben und eine Pumpenkammer umfaßt, die neben einem ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist; und
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume angeschlossen sind, wobei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis, und eine Einspritzöffnung, die an einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt, wobei die Pumpenkammer bei jedem der Pumpvorgänge in anhaltender Fluidverbindung mit der Sammelleitung und dem Kraftstoffüberleitungskreis steht.
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zuleitung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine erste gemeinsame Sammelleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine erste Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Sen ken des Kraftstoffdrucks in der ersten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinan derfolgender Pumpvorgänge, wobei die erste Hochdruckpumpe einen hin- und herbewegbaren Pumpenplungerkolben und eine Pumpenkammer umfaßt, die neben einem ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist; und
einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die erste Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der ersten Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in zugeordnete Brennräume angeschlossen sind, wobei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis, und eine Einspritzöffnung, die an einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt, wobei die Pumpenkammer bei jedem der Pumpvorgänge in anhaltender Fluidverbindung mit der Sammelleitung und dem Kraftstoffüberleitungskreis steht.
32. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kraftstoffeinspritzsystem eine zweite gemeinsame Sammelleitung, die mit der
Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist, eine zweite
Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von dem Nieder
druckkraftstoffversorgungsmittel und zum zyklischen Erhöhen und Senken des
Kraftstoffdrucks in der zweiten Sammelleitung zur Erzeugung aufeinanderfol
gender Pumpvorgänge umfaßt, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode
steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks
folgt, beinhaltet, wobei die zweite Hochdruckpumpe einen hin- und herbeweg
baren Pumpenplungerkolben und eine Pumpenkammer umfaßt, die neben einem
ersten Ende des Pumpenplungerkolbens ausgebildet ist, wobei das Kraftstoff
einspritzsystem einen zweiten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die zweite
Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der zweiten Sammelleitung und
zum Einspritzen von Kraftstoff in zugeordnete Brennräume des Motors ange
schlossen sind, wobei die Pumpenkammer der zweiten Hochdruckpumpe bei je
dem der Pumpvorgänge mit der zweiten Sammelleitung und dem Kraftstoffüber
leitungskreis des zweiten Injektorsatzes in anhaltender Fluidverbindung steht.
33. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Plungerkolbenmittel jedes Injektors ein Kraftstoff
druckverstärkungsmittel zur Druckbeaufschlagung von Einspritzkraftstoff um
faßt, wobei das Kraftstoffdruckverstärkungsmittel einen Betätigungsplunger
kolben und einen Hochdruckplungerkolben, die zur Hin- und Herbewegung in
den Injektorraum eingebaut sind, eine Betätigungskammer, die in dem Injektor
raum zur Aufnahme von Kraftstoff aus der zugeordneten Sammelleitung aus
gebildet ist, und eine Hochdruckkammer umfaßt, die in dem Injektorraum zwi
schen dem Hochdruckplungerkolben und der Einspritzöffnung ausgebildet ist,
wobei der Betätigungsplungerkolben eine Betätigungsplungerkolbenquer
schnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Betätigungskammer ausgesetzt
ist, und der Hochdruckplungerkolben eine Hochdruckplungerkolbenquer
schnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Hochdruckkammer ausgesetzt
ist, wobei die Betätigungsplungerkolbenquerschnittsfläche größer als die Hoch
druckplungerkolbenquerschnittsfläche ist, wobei der Betätigungsplungerkol
ben abhängig von dem Druck des Kraftstoffs in der zugeordneten Sammellei
tung bewegbar ist, um die Bewegung des Hochdruckplungerkolbens herbeizu
führen, so daß der Kraftstoff in der Hochdruckkammer auf einen Druckwert
bringbar ist, der größer als der Betätigungskraftstoffdruckwert ist.
34. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kraftstoffüberleitungskreis einen Zuführkanal umfaßt,
der in dem Betätigungsplungerkolben und dem Hochdruckplungerkolben zur
Zuführung von Kraftstoff aus der Betätigungskammer in die Hochdruckkammer
ausgebildet ist.
35. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 34, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Injektor ein Plungerkolbenpositionserfassungsmittel auf
weist, das in dem Injektorraum zum Erfassen der Verschiebung des Plungerkol
benmittels befestigt ist.
36. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das
Plungerkolbenpositionserfassungsmittel einen linearen variablen Differential
transformer umfaßt.
37. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 32 und optional nach einem der vor
anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Hochdruck
pumpen ein Pumpensteuerventil zur Steuerung der effektiven Verschiebung des
Pumpenplungerkolbens bzw. der effektiven Pumpleistung umfaßt, wobei das
Pumpensteuerventil ein Pumpensteuerventilelement umfaßt, das in die Pumpen
kammer reicht.
38. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 31 und optional nach einem der voran
stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pumpenkammern
bei jedem der Pumpvorgänge in anhaltender Fluidverbindung mit der zugeord
neten Sammelleitung und dem Kraftstoffüberleitungskreis der Injektoren steht,
die an die entsprechende Sammelleitung angeschlossen sind.
39. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 33 und optional nach einem der vor
anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes der Plunger
kolbenmittel, das jedem Injektor zugeordnet ist, bei jedem der Pumpvorgänge
abhängig von dem steigenden und sinkenden Kraftstoffdruck hin- und herbe
wegt.
40. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, insbesondere nach ei
nem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine gemeinsame Sam melleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von der Nie derdruckkraftstoffversorgung und zum zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhaltet; und
eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, die an die Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in entsprechende Brennräume des Motors angeschlossen sind, wobei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffdruckverstärkungsmittel zur Druckbeaufschlagung von Einspritz kraftstoff umfaßt, wobei das Kraftstoffdruckverstärkungsmittel einen Betäti gungsplungerkolben und einen Hochdruckplungerkolben umfaßt, die zur Hin- und Herbewegung in den Injektorraum eingebaut sind, sowie eine Betätigungs kammer, die in dem Injektorraum zur Aufnahme von Kraftstoff von der gemein samen Sammelleitung ausgebildet ist, und eine Hochdruckkammer umfaßt, die in dem Injektorraum zwischen dem Hochdruckplungerkolben und der Einspritz öffnung ausgebildet ist, wobei der Betätigungsplungerkolben eine Betäti gungsplungerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Betä tigungskammer ausgesetzt ist, und der Hochdruckplungerkolben eine Hoch druckplungerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Do sierkammer ausgesetzt ist, wobei die Betätigungsplungerkolbenquerschnittsflä che größer als die Hochdruckplungerkolbenquerschnittsfläche ist, wobei der Betätigungsplungerkolben abhängig von dem Druck des Kraftstoffs in der Sammelleitung bewegbar ist, um die Bewegung des Hochdruckplungerkolbens herbeizuführen, so daß der Kraftstoff in der Hochdruckkammer auf einen Druckwert bringbar ist, der größer als der Betätigungsfluiddruckwert ist, wobei der Kraftstoffüberleitungskreis einen Zuführkanal umfaßt, der in dem Betäti gungsplungerkolben und dem Hochdruckplungerkolben zur Zuführung von Kraftstoff aus der Betätigungskammer in die Hochdruckkammer ausgebildet ist.
ein Kraftstoffzuführmittel mit einer Niederdruckkraftstoffversorgung zur Zulei tung von Kraftstoff bei niederem Versorgungsdruck und eine gemeinsame Sam melleitung, die mit der Niederdruckkraftstoffversorgung in Fluidverbindung bringbar ist;
eine Hochdruckpumpe zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von der Nie derdruckkraftstoffversorgung und zum zyklischen Erhöhen und Senken des Kraftstoffdrucks in der Sammelleitung zur Erzeugung von Pumpvorgängen, wobei jeder der Pumpvorgänge eine Periode steigenden Kraftstoffdrucks, auf die eine Periode sinkenden Kraftstoffdrucks folgt, beinhaltet; und
eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren, die an die Sammelleitung zur Aufnahme von Kraftstoff aus der Sammelleitung und zum Einspritzen von Kraftstoff bei hohem Druck in entsprechende Brennräume des Motors angeschlossen sind, wobei jeder Injektor einen Injektorkörper umfaßt, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffdruckverstärkungsmittel zur Druckbeaufschlagung von Einspritz kraftstoff umfaßt, wobei das Kraftstoffdruckverstärkungsmittel einen Betäti gungsplungerkolben und einen Hochdruckplungerkolben umfaßt, die zur Hin- und Herbewegung in den Injektorraum eingebaut sind, sowie eine Betätigungs kammer, die in dem Injektorraum zur Aufnahme von Kraftstoff von der gemein samen Sammelleitung ausgebildet ist, und eine Hochdruckkammer umfaßt, die in dem Injektorraum zwischen dem Hochdruckplungerkolben und der Einspritz öffnung ausgebildet ist, wobei der Betätigungsplungerkolben eine Betäti gungsplungerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Betä tigungskammer ausgesetzt ist, und der Hochdruckplungerkolben eine Hoch druckplungerkolbenquerschnittsfläche aufweist, die dem Kraftstoff in der Do sierkammer ausgesetzt ist, wobei die Betätigungsplungerkolbenquerschnittsflä che größer als die Hochdruckplungerkolbenquerschnittsfläche ist, wobei der Betätigungsplungerkolben abhängig von dem Druck des Kraftstoffs in der Sammelleitung bewegbar ist, um die Bewegung des Hochdruckplungerkolbens herbeizuführen, so daß der Kraftstoff in der Hochdruckkammer auf einen Druckwert bringbar ist, der größer als der Betätigungsfluiddruckwert ist, wobei der Kraftstoffüberleitungskreis einen Zuführkanal umfaßt, der in dem Betäti gungsplungerkolben und dem Hochdruckplungerkolben zur Zuführung von Kraftstoff aus der Betätigungskammer in die Hochdruckkammer ausgebildet ist.
41. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß sich
der Zuführkanal in Längsrichtung durch den Hochdruckplungerkolben und
den Betätigungsplungerkolben erstreckt und ein erstes Ende umfaßt, das in dem
Betätigungsplungerkolben ausgebildet ist und sich in die Betätigungskammer
öffnet, und ein zweites Ende umfaßt, das in dem Hochdruckplungerkolben aus
gebildet ist und sich in die Hochdruckkammer öffnet.
42. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Injektor einen eine geschlossene Düse bildenden
Aufbau, der in einen Injektorraum eingebaut ist, umfaßt, wobei der Aufbau ein
Nadelventilelement umfaßt, das zur Hin- und Herbewegung zwischen einer ge
schlossenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung bloc
kiert ist, und einer offenen Position, in der ein Kraftstoffdurchfluß durch die Ein
spritzöffnung möglich ist, eingebaut ist, wobei jeder Injektor ferner ein Nadel
ventilsteuermittel zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen
und geschlossenen Position umfaßt.
43. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das
Nadelventilsteuermittel ein Steuervolumen, das neben einem äußeren Ende des
Nadelventilelements angeordnet ist, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraft
stoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Einspritz
steuerventil umfaßt, das entlang dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraft
stofflusses durch den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß das Nadelventilele
ment zwischen der offenen und geschlossenen Position bewegbar ist.
44. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das
Nadelventilsteuermittel ferner einen Steuervolumenbeschickungskreis zur Zulei
tung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis zu dem Steuervolumen
umfaßt, wobei jeder Satz von Kraftstoffinjektoren bzw. jeder Injektor ferner ein
Durchflußbegrenzungsmittel umfaßt, das den Kraftstoffdurchfluß von dem Steu
ervolumen zu dem Auslauf begrenzt, wenn sich das Nadelventilelement in der
offenen Position befindet, wobei das Durchflußbegrenzungsmittel eine Steuer
volumeneinlaßöffnung, welche den Beschickungskreis und das Steuervolumen
in Fluidverbindung bringt, eine Steuervolumenauslaßöffnung, welche das Steu
ervolumen und den Auslaufkreis in Fluidverbindung bringt, und ein Durchfluß
begrenzungsventil umfaßt, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements
ausgebildet ist, um zumindest teilweise die Steuervolumeneinlaßöffnung und die
Steuervolumenauslaßöffnung zu blockieren, so daß der Kraftstofffluß zu dem
Niederdruckauslauf begrenzbar ist.
45. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Injektor einen Nadelraum und ein Nadelventilelement
umfaßt, das in dem Nadelraum angeordnet und in dem Injektorkörper zur Hin-
und Herbewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der ein Kraftstoff
fluß durch die Einspritzöffnung blockiert ist, und einer offenen Position, in der
ein Kraftstoffdurchfluß durch die Einspritzöffnung möglich ist, eingebaut ist,
wobei sich der Kraftstoffdruck bei jedem der Pumpvorgänge bei jedem zugeord
neten Nadelraum zyklisch erhöht und senkt.
46. Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Brenn
räume eines mehrzylindrigen Innenverbrennungsmotors, inbesondere nach ei
nem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
ein Hochdruckversorgungsmittel zur Zuleitung von Kraftstoff bei hohem Druck;
einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren zur Aufnahme des Hochdruckkraft stoffs und umfassend einen Injektorkörper, der einen Injektorraum, einen Kraft stoffüberleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die an einem Ende des Injektor körpers ausgebildet ist, und einen eine geschlossene Düse bildenden Aufbau umfaßt, der in den Injektorraum eingebaut ist, wobei der Aufbau ein Nadelven tilelement umfaßt, das zur Hin- und Herbewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung blockiert ist, und einer offenen Position, in der ein Kraftstoffdurchfluß durch die Einspritzöffnung möglich ist, eingebaut ist, wobei jeder Kraftstoffinjektor ferner ein Nadelventil steuermittel zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen Position umfaßt, wobei das Nadelventilsteuermittel ein Steuervo lumen, das neben einem äußeren Ende des Nadelventilelements angeordnet ist, einen Steuervolumenbeschickungskreis, zur Zuleitung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis zu dem Steuervolumen, einen Auslaufkreis zum Ab leiten von Kraftstoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Einspritzsteuerventil umfaßt, das entlang dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraftstoffflusses durch den Auslaufkreis angeordnet ist, um eine Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und der geschlossenen Position zu bewirken, wobei jeder Kraftstoffinjektor ferner ein Durchflußbegrenzungs mittel umfaßt, das den Kraftstoffdurchfluß von dem Steuervolumen zu dem Auslauf begrenzt, wenn sich das Nadelventilelement in der offenen Position be findet, wobei das Durchflußbegrenzungsmittel eine Steuervolumeneinlaßöff nung, welche den Beschickungskreis und das Steuervolumen in Fluidverbin dung bringt, eine Steuervolumenauslaßöffnung, welche das Steuervolumen und den Auslaufkreis in Fluidverbindung bringt, und ein Durchflußbegrenzungs ventil umfaßt, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements ausgebildet ist, um zumindest teilweise die Steuervolumeneinlaßöffnung und die Steuervolu menauslaßöffnung zu blockieren, so daß der Kraftstoffdurchfluß zu dem Nieder druckauslauf begrenzbar ist.
ein Hochdruckversorgungsmittel zur Zuleitung von Kraftstoff bei hohem Druck;
einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren zur Aufnahme des Hochdruckkraft stoffs und umfassend einen Injektorkörper, der einen Injektorraum, einen Kraft stoffüberleitungskreis, eine Einspritzöffnung, die an einem Ende des Injektor körpers ausgebildet ist, und einen eine geschlossene Düse bildenden Aufbau umfaßt, der in den Injektorraum eingebaut ist, wobei der Aufbau ein Nadelven tilelement umfaßt, das zur Hin- und Herbewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung blockiert ist, und einer offenen Position, in der ein Kraftstoffdurchfluß durch die Einspritzöffnung möglich ist, eingebaut ist, wobei jeder Kraftstoffinjektor ferner ein Nadelventil steuermittel zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen Position umfaßt, wobei das Nadelventilsteuermittel ein Steuervo lumen, das neben einem äußeren Ende des Nadelventilelements angeordnet ist, einen Steuervolumenbeschickungskreis, zur Zuleitung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis zu dem Steuervolumen, einen Auslaufkreis zum Ab leiten von Kraftstoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Einspritzsteuerventil umfaßt, das entlang dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraftstoffflusses durch den Auslaufkreis angeordnet ist, um eine Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und der geschlossenen Position zu bewirken, wobei jeder Kraftstoffinjektor ferner ein Durchflußbegrenzungs mittel umfaßt, das den Kraftstoffdurchfluß von dem Steuervolumen zu dem Auslauf begrenzt, wenn sich das Nadelventilelement in der offenen Position be findet, wobei das Durchflußbegrenzungsmittel eine Steuervolumeneinlaßöff nung, welche den Beschickungskreis und das Steuervolumen in Fluidverbin dung bringt, eine Steuervolumenauslaßöffnung, welche das Steuervolumen und den Auslaufkreis in Fluidverbindung bringt, und ein Durchflußbegrenzungs ventil umfaßt, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements ausgebildet ist, um zumindest teilweise die Steuervolumeneinlaßöffnung und die Steuervolu menauslaßöffnung zu blockieren, so daß der Kraftstoffdurchfluß zu dem Nieder druckauslauf begrenzbar ist.
47. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der
Auslaufkreis einen Auslaufdurchlaß umfaßt, der in dem Nadelventilelement inte
griert ausgebildet ist.
48. Kraftstoffinjektoreinheit zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff aus einer
Kraftstoffversorgung und zum Einspritzen des Kraftstoffs bei hohem Druck in
einen Brennraum eines Motors, insbesondere zur Verwendung in einem Kraft
stoffeinspritzsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend:
einen Injektorkörper, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt;
einen Plungerkolben, der zur Hin- und Herbewegung in dem Injektorraum an geordnet ist, und eine Hochdruckkammer, die zwischen dem Plungerkolben und der Einspritzöffnung ausgebildet ist, wobei der Plungerkolben in die Hoch druckkammer bewegbar ist, um den Druck des Kraftstoffs in der Hochdruck kammer zu erhöhen;
einen eine geschlossene Düse bildenden Aufbau, der in den Injektorraum einge baut ist, mit einem Nadelventilelement, das zur Hin- und Herbewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöff nung blockiert ist, und einer offenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung möglich ist, eingebaut ist; und
ein Nadelventilsteuermittel zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen Position, wobei das Nadelventilsteuermittel ein Steuervolumen, das neben einem äußeren Ende des Nadelventilelements ange ordnet ist, einen Steuervolumenbeschickungskreis zur Zuleitung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraftstoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Ein spritzsteuerventil umfaßt, das entlang dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraft stoffflusses durch den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß die Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen Position bewirk bar ist, wobei das Einspritzsteuerventil ein magnetisch gesteuertes Zweiweg ventil ist, das in eine geschlossene Position zur Blockierung des Kraftstoffflusses aus dem Steuervolumen und in eine offene Position zur Ermöglichung des Kraftstoffflusses aus dem Steuervolumenbeschickungskreis in das Steuervolu men und von dem Steuervolumen zu dem Niederdruckauslauf bewegbar ist.
einen Injektorkörper, der einen Injektorraum, einen Kraftstoffüberleitungskreis und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, umfaßt;
einen Plungerkolben, der zur Hin- und Herbewegung in dem Injektorraum an geordnet ist, und eine Hochdruckkammer, die zwischen dem Plungerkolben und der Einspritzöffnung ausgebildet ist, wobei der Plungerkolben in die Hoch druckkammer bewegbar ist, um den Druck des Kraftstoffs in der Hochdruck kammer zu erhöhen;
einen eine geschlossene Düse bildenden Aufbau, der in den Injektorraum einge baut ist, mit einem Nadelventilelement, das zur Hin- und Herbewegung zwischen einer geschlossenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöff nung blockiert ist, und einer offenen Position, in der ein Kraftstofffluß durch die Einspritzöffnung möglich ist, eingebaut ist; und
ein Nadelventilsteuermittel zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen Position, wobei das Nadelventilsteuermittel ein Steuervolumen, das neben einem äußeren Ende des Nadelventilelements ange ordnet ist, einen Steuervolumenbeschickungskreis zur Zuleitung von Kraftstoff von dem Kraftstoffüberleitungskreis, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraftstoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Ein spritzsteuerventil umfaßt, das entlang dem Auslaufkreis zur Steuerung des Kraft stoffflusses durch den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß die Bewegung des Nadelventilelements zwischen der offenen und geschlossenen Position bewirk bar ist, wobei das Einspritzsteuerventil ein magnetisch gesteuertes Zweiweg ventil ist, das in eine geschlossene Position zur Blockierung des Kraftstoffflusses aus dem Steuervolumen und in eine offene Position zur Ermöglichung des Kraftstoffflusses aus dem Steuervolumenbeschickungskreis in das Steuervolu men und von dem Steuervolumen zu dem Niederdruckauslauf bewegbar ist.
49. Kraftstoffinjektoreinheit nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kraftstoffüberleitungskreis einen Nadelraum, der in dem Injektorkörper ausge
bildet ist, zur Aufnahme des Nadelventilelements umfaßt, wobei der Steuervolu
menbeschickungskreis ein erstes Ende aufweist, das sich in den Nadelraum öff
net.
50. Kraftstoffinjektoreinheit nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet,
daß das magnetisch gesteuerte Zweiweg-Einspritzsteuerventil eine Einspritz
steuer-Elektromagnetspulenanordnung umfaßt, die entlang dem Injektorkörper
zwischen der Hochdruckkammer und dem Steuervolumen angeordnet ist, wobei
das Kraftstoffeinspritzsystem ferner ein magnetisch gesteuertes Drucksteuer
ventil zur Steuerung des Kraftstoffflusses zwischen der Hochdruckkammer und
der Kraftstoffversorgung umfaßt, wobei das magnetisch gesteuerte Drucksteu
erventil eine Drucksteuer-Elektromagnetspulenanordnung umfaßt, die in dem
Injektorkörper mit Abstand zu der Einspritzsteuer-Elektromagnetspulenanord
nung angeordnet ist.
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Owner name: CUMMINS INC., COLUMBUS, IND., US |
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Effective date: 20150203 |