DE19756986C1 - Speichereinspritzsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein gattungsgemäßes Speichereinspritzsystem ist aus der DE 196 12 738 A1 bekannt. Der Steuerkolben mit integriertem Ventil ist dabei in zwei Gehäuseteilen geführt und steht über einen Federraum mit der Rück­ seite der Düsennadel in Verbindung. Das Ventil ist durch eine vom Steuerkolben in einen Zwischenraum ra­ gende ringförmige Kegelsitzfläche mit einem angepaßten kegelförmigen Ventilsitz an einem Gehäuseteil gebil­ det.

In der US-PS 5 402 760 ist eine Einspritzsteuervor­ richtung beschrieben, wobei eine Einspritzung in ver­ schiedenen Formen mit unterschiedlichen Einspritzmen­ gen und mit verschiedenen Unterbrechungen in Form von Voreinspritzungen vorgeschlagen wird.

Aus der US-PS 5 526 791 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, wobei der in einem Gehäuseteil geführte Steu­ erkolben und die federbelastete Düsennadel räumlich voneinander getrennt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speichereinspritzsystem der gattungsgemäßen Art zu schaffen, durch das zum einen ein Einfluß auf den Ein­ spritzverlauf genommen und zum anderen eine Verbesse­ rung des gesamten Wirkungsgrades des Einspritzsystems erreicht werden soll, wobei der Verlauf der Einspritz­ dauer und des Einspritzendes unterschiedlich voneinan­ der regelbar sein sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die räumliche Trennung von Steuerkolben und Dü­ sennadel wird eine dauernde Leckage vom Hochdruckein­ laß zum Federraum vermieden, wodurch sich der Gesamt­ wirkungsgrad des Speichereinspritzsystems verbessern läßt.

Durch den Drosselzapfen an dem Steuerkolben läßt sich ein gewünschter Einspritzverlauf zu Beginn der Ein­ spritzung festlegen, womit zum Beispiel ein langsame­ rer Verbrennungsdruckanstieg im Motor erreicht werden kann, der damit auch zu einer Verringerung von Schad­ stoffemissionen führt.

Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung des Steuerkol­ bens mit der Pausendauer läßt sich der Verlauf der Einspritzdauer und des Einspritzendes darüber hinaus unterschiedlich regeln. Auf diese Weise wird der Ver­ lauf der Kraftstoffeinspritzung nochmals deutlich sanfter bzw. verläuft mit einem noch flacheren Ver­ brennungsdruckanstieg. Gleichzeitig wird von dieser Ansteuerung das Einspritzende selbst nicht negativ beeinflußt, da man dabei ja einen steilen Einspritz­ druckabfall bzw. eine möglichst schnelle Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung erreichen möchte.

Durch das erfindungsgemäße Speichereinspritzsystem wird auch ein verbessertes Schließen der Düsennadel erreicht.

Wenn die einzelnen Einspritzzeiten und die Pausendauer variierbar gemacht werden, so läßt sich der Einspritz­ verlauf in einem weiten Bereich beeinflussen bzw. re­ geln. Auf diese Weise wird es möglich, für jeden Be­ triebspunkt des Verbrennungsmotors eine individuelle Einspritzverlaufsformung darzustellen und somit opti­ male Betriebsbedingungen für geringste Schadstoffemis­ sionen und für einen günstigen Kraftstoffverbrauch zu erzielen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzip­ mäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzven­ til mit einem zweiteiligen Steuerkolben,

Fig. 2 den unteren Teil des Steuerkolbens mit dem erfindungsgemäßen Drosselzapfen in vergrößer­ ter Darstellung,

Fig. 3 einen Drosselzapfen in anderer Ausgestaltung,

Fig. 4 den Verlauf der Ansteuerung eines Einspritz­ ventiles nach dem Stand der Technik,

Fig. 5 den erfindungsgemäßen Verlauf einer Kraft­ stoffeinspritzung in einer ersten Ansteue­ rungsart, und

Fig. 6 den erfindungsgemäßen Verlauf einer Kraft­ stoffeinspritzung in einer zweiten Ansteue­ rungsart.

Ein direkt einspritzendes und magnetventilgesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 1 für Speichereinspritz­ systeme von mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen, die nach dem Common-Rail-Prinzip arbeiten, weist eine fe­ derbelastete Düsennadel 2 und einen räumlich von die­ ser getrennten Steuerkolben 3 mit integriertem Ventil 4 auf.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist der Steuerkolben 3 zweiteilig ausgebildet und in einem Gehäuseteil 5 des Ventilgehäuses 6 längsverschiebbar geführt. Der Steu­ erkolben 3 weist somit ein oberes Kolbenteil 7 und ein unteres Kolbenteil 8 auf. Der obere Kolbenteil 7 ist in seinem Durchmesser größer als der untere Kolbenteil 8. Der untere Kolbenteil 8 ist an seinem ventilseiti­ gen Kolbenende mit einem aus einer Zulaufbohrung 9 austauchbaren Drosselzapfen 10 versehen. Der untere Kolbenteil 8 weist in seinem unteren Bereich, in dem er als Ventil 4 wirkt, eine Durchmesserreduzierung 11 auf, an dessen unteren Ende der Drosselzapfen 10 ange­ ordnet ist. Die Durchmesserreduzierung 11 weist einen kegelförmigen Ventilsitz 12 auf, der an eine kegelför­ mige Sitzfläche 13 in dem Gehäuseteil 5 angepaßt ist. Die Durchmesserreduzierung 11 des Kolbenteils 8 be­ grenzt einen zwischen dem Ventilsitz 12 und dem durch die Durchmesserreduzierung 11 gebildeten Ringraum 14, von dem eine zu der Düsennadel 2 führende Zuführlei­ tung 15 wegführt.

Die mit einem nicht dargestellten Hochdruckspeicher (Common-Rail) in Verbindung stehende Zulaufbohrung 9 ist über eine Rückleitung 16 und eine Drossel 17 mit einem Steuerraum 18 auf der Rückseite des Steuerkol­ bens 3 verbunden. Der Steuerkolben 3 steht auf seiner Rückseite in dem Steuerraum 18 unter Systemdruck, so­ lange ein Magnetventil 19 eine Entlastungsleitung 20 verschlossen hält. Dies wird durch eine Drosselleitung 21 mit einem Absperrglied 22 erreicht, wobei das Ab­ sperrglied 22 im nicht aktivierten Zustand des Magnet­ ventiles 19 durch einen mit einem Anker 23 des Magnet­ ventiles 19 verbundenen Stift 24 auf eine Auslaßöff­ nung der Drosselleitung 21 drückt. Erst bei einer Ak­ tivierung des Magnetventiles 19 kann das Absperrglied 22 von seinem Sitz abheben und damit eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 18 und der Entlastungsleitung 20 herstellen.

Der zweiteilig ausgebildete Steuerkolben 3 drückt mit seinem oberen Kolbenteil 7 den unteren Kolbenteil 8 auf seinen Ventilsitz 12 und unterbricht die Hoch­ druckverbindung von der Zulaufbohrung 9 über die Zu­ führleitung 15 zur Düsennadel 2.

Der Ringraum 14 ist durch eine im Inneren des unteren Kolbenteiles 8 verlaufende und eine Drossel 25 aufwei­ sende Rücklaufbohrung 26 druckentlastet. Die Rücklauf­ bohrung 26 steht über eine Leitung 27 mit der Entla­ stungsleitung 20 in Verbindung.

Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Dros­ selzapfen 10 mit den daran angrenzenden Teilen. Wie ersichtlich, weist der Drosselzapfen 10 eine zylindri­ sche Gestalt auf, die in die kreisförmige Zulaufboh­ rung 9 ragt. Der Drosselzapfen 10 besitzt einen gerin­ geren Durchmesser als die Zulaufbohrung 9, womit ein Ringraum 28 gebildet wird, der den Durchlaß von Kraft­ stoff bestimmt.

In der Fig. 3 ist eine andere Ausgestaltung des Dros­ selzapfens 10 dargestellt. Wie ersichtlich, ist dieser dabei kegelförmig bzw. sich verjüngend zum Zapfenende hin ausgebildet, wodurch der Ringraum 28 in Abhängig­ keit von der Stellung des Drosselzapfens 10 eine un­ terschiedliche Durchlaßbreite für den zufließenden Kraftstoff ergibt.

Sobald das Magnetventil 19 bestromt wird, erfolgt eine Druckabsenkung über dem Steuerkolben 3 in dem Steuer­ raum 18, worauf aufgrund der Druckkräfte am Ventilsitz 12 das Ventil 4 sich öffnet und damit eine Verbindung von der Zulaufbohrung 9 über die Zuführleitung 15 zu der Düsennadel 2 hergestellt wird. Die Düsennadel 2 hebt entgegen der Federkraft einer Schließfeder 29 von ihrem Ventilsitz 30 ab.

Der mit h gekennzeichnete Ventilhub des Steuerkolbens 3 ist größer als der Nadelhub der Düsennadel 2 ge­ wählt. Durch diesen langen Ventilhub h ist es möglich, während der Öffnungsphase aufgrund der Ausgestaltung des unteren Kolbenteiles 8 mit der Durchmesserreduzie­ rung 11 und dem Drosselzapfen 10 einen progressiv an­ steigenden Durchlaßquerschnitt herzustellen. Der an­ fänglich durchlaßbestimmende Öffnungsquerschnitt wird je nach Bedarf entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 oder Fig. 3 mit der darin dargestellten Form des Drosselzapfens 10 erzielt. Durch den ge­ wünschten Querschnittsverlauf wird zunächst ein ring­ förmiger Düsenraum 31, der die Düsennadel 2 umgibt und der sich an der Zuführleitung 15 anschließt, langsam befüllt, wobei die Einspritzrate zu Beginn der Ein­ spritzung langsam ansteigt. Sobald der Drosselzapfen 10 aus der Zulaufbohrung 9 austaucht, wird der gesamte Bohrungsquerschnitt freigegeben.

Fig. 4 zeigt die Ansteuerung des Einspritzventiles, während einer üblichen Bestromung des Magnetventiles 19. Wie ersichtlich, beschreibt die Kurve a ein einzi­ ges elektrisches Ansteuersignal mit der Dauer t₀. Aus dieser Ansteuerung ergibt sich eine Kurve b, welche die Bewegung des Steuerkolbens 3 während einer Ein­ spritzung darstellt. Die Kurve c gibt den dazugehöri­ gen Einspritzverlauf wieder. Die Vorderflanke des Ein­ spritzverlaufes wird durch die Hubgeschwindigkeit des Steuerkolbens 3 sowie den Querschnittsverhältnissen im Bereich des Drosselzapfens 10 bestimmt.

Fig. 5 zeigt nun eine unterbrochene elektrische An­ steuerung des Magnetventiles 19. Dabei besitzt der erste Bestromungsimpuls eine Dauer t₁ und nach einer Bestromungspausendauer t₂ folgt der Hauptimpuls mit der Dauer t₃. Wie aus der Kurve b hervorgeht, die die Bewegung des Steuerkolbens 2 darstellt, führt die Im­ pulspause zu einer kurzzeitigen rückläufigen Bewegung des Steuerkolbens 3, womit der in der Kurve c darge­ stellte Einspritzverlauf mit einem deutlich flacheren Anstieg in der Anfangsphase bewirkt wird. Wie ersicht­ lich, wird das Einspritzende durch diese Maßnahme je­ doch nicht beeinflußt.

Fig. 6 zeigt grundsätzlich den gleichen Ansteue­ rungsverlauf, wobei lediglich die Pausendauer t₂ ver­ längert worden ist. Wie ersichtlich, läßt sich durch eine individuelle Steuerung der Impulsdauer t₁ und insbesondere der Pausendauer t₂ die Einspritzdauer mit reduzierter Einspritzmenge in einem weiten Bereich variieren. In der Regel wird man dabei die Impulsdauer t₁ kürzer wählen als die Hauptimpulsdauer t₃.

Im allgemeinen wird man auch die Ventilkontur bzw. die Kontur des Drosselzapfens so ausbilden, daß die erste gedrosselte Hubphase sehr kurz gewählt wird, da sonst eventuell keine kompakten Einspritzverläufe darge­ stellt werden könnten.

Claims (3)

1. Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten di­ rekteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbe­ lasteten Düsennadel führenden und durch einen Steuerkolben mit integriertem Ventil absperrbaren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich abstützenden und die Düsennadel auf ihren Nadel­ sitz drückenden Düsennadelfeder, ferner mit einem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum, sowie einem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung aufhebbar ist, welche über eine gedrosselte Leitungsverbindung ebenfalls mit der Entlastungsleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Gehäuseteil (5) geführte, die Zuführ­ leitung (15) aufsteuerbare Steuerkolben (3) und die federbelastete Düsennadel (2) räumlich vonein­ ander getrennt sind, daß der Steuerkolben (3) an seinem ventilseitigen Kolbenende einen Drosselzap­ fen (10) aufweist, der aus einer Zulaufbohrung (9) bei von seinem Ventilsitz (12) abhebenden Steuer­ kolben (3) austaucht, und daß die Ansteuerung des Steuerkolbens (3) durch das Magnetventil (19) nach einer ersten Impulsdauer t₁ für eine Pausendauer t₂ unterbrochen und anschließend für einen Hauptim­ puls mit einer Dauer t₃ weiter erfolgt.

2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer t₁, die Pausendauer t₂ und die Hauptimpulsdauer t₃ variierbar sind.

3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer t₁ kürzer als die Hauptimpulsdauer t₃ gewählt wird.