DE19921878A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in einen Hochdruckspeicher und mit mindestens einem über eine Zuführleitung an den Hochdruckspeicher angeschlossenen magnetventilgesteuerten Injektor, welcher mit der Zuführleitung verbundene Kraftstoffkanäle aufweist, von denen der eine Kraftstoffkanal zu einer Einspritzdüse und der andere Kraftstoffkanal zu einem Steuerraum führt, der von einem mit einer Düsennadel der Einspritzdüse zusammenwirkenden Steuerkolben begrenzt und durch ein den Injektor steuerndes Magnetventil mit einem niederdruckseitigen Rücklauf verbindbar ist, ferner mit einem im Strömungsweg des Kraftstoffs zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Injektor vorgesehenen und Durchlaßquerschnitte aufweisenden Drucksteuerventil zur Steuerung der Strömungsverbindung von dem Hochdruckspeicher zum Injektor, wobei zusätzlich zu dem den Injektor steuernden ersten Magnetventil ein gegenüber diesem unabhängig arbeitendes zweites Magnetventil zur Wegesteuerung des Drucksteuerventils vorgesehen ist und daß die Durchlaßquerschnitte dieses Drucksteuerventils derart angeordnet sind, daß sie in einer der Ausgangsstellung entsprechenden ersten Stellung des Drucksteuerventils in der Einspritzpause bei geschlossenem zweiten Magnetventil eine ungedrosselte Strömungsverbindung zur Einspritzdüse freigeben, in einer zweiten Stellung des Drucksteuerventils kurz vor dem Einspritzvorgang bei ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in einen Hochdruckspeicher und mit mindestens ei­ nem über eine Zuführungsleitung an den Hochdruckspeicher ange­ schlossenen magnetventilgesteuerten Injektor, welcher mit der Zuführungsleitung verbundene Kraftstoffkanäle aufweist, von de­ nen der eine Kraftstoffkanal zu einer Einspritzdüse und der an­ dere Kraftstoffkanal zu einem Steuerraum führt, der von einem mit einer Düsennadel der Einspritzdüse zusammenwirkenden Steu­ erkolben begrenzt und durch ein den Injektor steuerndes Magnet­ ventil mit einem niederdruckseitigen Rücklauf verbindbar ist, ferner mit einem im Strömungsweg des Kraftstoffs zwischen dem Hochdruckspeicher und der Einspritzdüse vorgesehenen und Durch­ laßquerschnitte aufweisenden Drucksteuerventil zur Steuerung der Strömungsverbindung von dem Hochdruckspeicher zur Ein­ spritzdüse.

Aus der DE 196 12 738 Al ist ein derartiges Kraftstoffein­ spritzsystem mit einem magnetventilgesteuerten Injektor be­ kannt. Der Injektor enthält ein mit dem Steuerkolben kombinier­ tes Drucksteuerventil, das in Abhängigkeit von dem Magnetventil die Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckspeicher und der Einspritzdüse steuert, derart, daß zwischen den Einspritzvor­ gängen die Strömungsverbindung unterbrochen, jedoch während ei­ nes jeden Einspritzvorganges freigegeben ist.

Bei dieser Ausführung ist der zum Druckraum der Düsennadel füh­ rende Zuführkanal mit einem eine Drosselstelle aufweisenden niederdruckseitigen Rücklauf ständig verbunden. Somit wirkt vor Beginn einer Einspritzung nur ein sehr geringer Druck am Nadel­ sitz der Einspritzdüse. Sobald die Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Nadelsitz hergestellt wird, steigt der Druck am Nadelsitz an. Nach Überschreiten des Öff­ nungsdrucks der Einspritzdüse beginnt die Einspritzung. Zum Be­ enden der Einspritzung wird die Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Nadelsitz wieder verschlossen und der Druck an der Düsennadel der Einspritzdüse rasch abgebaut und nach Unterschreiten des Öffnungsdrucks die Einspritzdüse geschlossen.

Bei einem derartigen Speichereinspritzsystem wird die Düsenna­ del in ihrer hubausführenden Bewegung vom angelegten Druck ge­ stedert. Nacheinspritzungen mit entsprechendem Speicherdruck, die zur Reduzierung der Rußbildung beitragen, sind somit nicht durchführbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an einem Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, die neben einer Nachein­ spritzung auch einen Einfluß auf das bedarfsgerechte Öffnen der Einspritzdüse bei unterschiedlichen Drücken ermöglichen.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die getroffenen Maßnahmen an dem Kraftstoffeinspritzsy­ stem bleibt nach dem Schließen des ersten Magnetventiles, das die Entlastungsverbindung zwischen dem Steuerraum und dem nie­ derseitigen Rücklauf steuert, der hohe Druck des Hochdruckspei­ chers weiterhin vor dem Nadelsitz wirksam, so daß eine nachfol­ gende Nacheinspritzung mit hohem Einspritzdruck realisierbar ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, daß das Öffnen der Düsennadel unabhängig vom jeweiligen Druckwert durch das Aktivieren des ersten Magnetventiles eingeleitet werden kann.

Des weiteren ist es möglich, das magnetventilgesteuerte Druck­ steuerventil auch in der Funkton als Schadensverhinderer einzu­ setzen, da bei fehlerhaftem Injektor dieser Injektor von dem Hochdrucksystem durch Aktivieren des zweiten Magnetventiles ge­ trennt werden kann.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch eine gedrosselte Druckverbindung (Anspruch 5), nämlich eine Zwischenstellung zwischen der zweiten und der dritten Stellung des Drucksteuerkolbens, läßt sich auf einfache Weise eine Voreinspritzung durchführen.

Ein weiterer Vorteil ist auch die lagemäßige Wählbarkeit des magnetventilgesteuerten Drucksteuerventiles, daß entweder als integriertes Bauteil in den Injektor oder als ein in der frei­ liegenden Zuführungsleitung zwischengeschalteter Nachrüstsatz zum Einsatz kommt.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Kraftstoffspeichersy­ stem dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem in der Zufüh­ rungsleitung untergebrachten magnetventilgesteuerten Drucksteuerventil,

Fig. 2 das Drucksteuerventil in vergrößertem Maßstab in Schnittdarstellung,

Fig. 3a-d das Drucksteuerventil mit seinem Drucksteuerkolben in vier verschiedenen Stellungen in Schnittdarstellung,

Fig. 4 den in vier Phasen eingeteilten Druckverlauf über der Zeit.

Ein in Fig. 1 gezeigtes Kraftstoffeinspritzsystem 1 besteht aus einem Hochdruckspeicher 2, einer Zuführleitung 3 und einem ma­ gnetventilgesteuerten Injektor 4, der sich aus einer Einspritz­ düse 5, einem federbelasteten Steuerkolben 6 und einem am Kopf­ teil 4a des Injektors 4 befestigten Magnetventil 7 zusammen­ setzt.

Die Einspritzdüse 5 enthält eine Düsennadel 8, die über eine Druckstange 9 mit dem Steuerkolben 6 zusammenwirkt. Die Düsen­ nadel 8 ist von einer Druckkammer 10 umgeben, in die ein mit der Zuführleitung 3 verbundener Kraftstoffkanal 11 mündet. Ein weiterer Kraftstoffkanal 12, der ebenfalls von der Zuführlei­ tung 3 wegführt, verläuft zunächst im Injektorgehäuse 13 und dahn in der Druckstange 9 und mündet schließlich in einem von dem Steuerkolben 6 begrenzten Steuerraum 14. Der Kraftstoffka­ nal 12 weist steuerraumseitig eine Drossel 15 auf. Der tas­ senähnlich ausgebildete Steuerkolben 6 enthält eine koaxial zur Drossel 15 liegende Drosselbohrung 16.

In der Zuführleitung 3 zwischen dem Hochdruckspeicher 2 und dem Injektor 4 ist ein magnetventilgesteuertes Drucksteuerventil 17 zwischengeschaltet, dessen Ventilgehäuse 18 eine Aufnahmeboh­ rung 19 für einen längsverschiebbar geführten und druckgesteu­ erten Drucksteuerkolben 20 mit Durchlaßquerschnitten aufweist.

Der Drucksteuerkolben 20 ist stufig ausgebildet und hat einen durchmessermäßig größeren Kolbenteil 20a mit einem zentral lie­ genden Höcker 21, der einen Drucksteuerraum 22 begrenzt. Die Aufnahmebohrung 19 ist entsprechend stufig ausgebildet und dient mit ihrer Stufe 19a als Anschlag für den in seiner Aus­ gangsstellung befindlichen Drucksteuerkolben 20 (Fig. 2, 3a und 3d).

Im Ventilgehäuse 20 ist eine Radial- bzw. Querbohrung 23 ange­ ordnet, die einerseits mit der von dem Hochdruckspeicher 2 kom­ menden Zuführleitung 3 verbunden ist und andererseits in eine in die Wandung der Aufnahmebohrung 19 eingearbeitete Umfangsnut 24 mündet, die in ihrer Nutbreite etwa dem doppelten Durchmes­ ser der Querbohrung 23 entspricht. Von der Querbohrung 23 zweigt eine Leitung 25 ab, die in dem Bereich der Stufe 19a en­ det. An diese Leitung 25 schließt sich eine in dem größeren Kolbenteil 20a verlaufende und eine Zulaufdrossel 26 aufweisen­ de Verbindungsbohrung 27 an, welche neben dem Höcker 21 in den Drucksteuerraum 22 mündet.

In dem durchmessermäßig kleineren Kolbenteil 20b befindet sich eine Ringnut 28 mit einer Nutbreite, die wesentlich größer als die Nutbreite der Umfangsnut 24 ist, da sie in einer Druckent­ lastungsstellung des Drucksteuerkolbens 20 gemäß Fig. 3b sowohl einen Ausgang 29 zum Injektor 4 als auch einen mit Abstand über dem Ausgang 29 liegenden Rücklauf 30 zu einem nicht näher dar­ gestellten Tank überdeckt und somit eine Strömungsverbindung von dem Injektor 4 über den Rücklauf 30 zum Tank herstellt.

Im Kolbenteil 20b ist eine weitere Ringnut 31 vorgesehen, die in Ausgangsstellung des Drucksteuerkolbens 20 die untere Hälfte der Umfangsnut 24 überdeckt, während die große Ringnut 28 den obersten Bereich der Umfangsnut 24 zu einem geringen Teil über­ deckt. Eine Diagonalbohrung 32 im Drucksteuerkolben 20 verbin­ det die mit Abstand auseinanderliegenden Ringnuten 28 und 31. Die Diagonalbohrung 32 wirkt als Steuerdrossel für den Druck­ aufbau in Phase III gemäß Fig. 3c.

Das Drucksteuerventil 17 ist mit einem Magnetventil 33 ausge­ stattet, das über eine in einem Zwischenstück 34 angeordnete Bohrung 35 mit Ablaufdrossel 36 eine Abströmverbindung von dem Drucksteuerraum 22 zu einem niederdruckseitigen Rücklauf 37 steuert.

Die Wirkungsweise des Drucksteuerventiles 20 wird anhand des Ausführungsbeispieles gemäß den Fig. 3a bis 3d erläutert:

In Fig. 3a ist die der Einspritzpause entsprechende Stellung des Drucksteuerventiles 20 gezeigt. Das Magnetventil 33 ist de­ aktiviert und befindet sich in Schließlage. Es liegt eine unge­ drosselte Druckverbindung vor, das heißt, daß in Phase I das Drucksteuerventil 20 einen großen Strömungsquerschnitt für die Verbindung von dem Hochdruckspeicher 2 zum Injektor 3 zur Ver­ fügung stellt. Die Verbindung von dem injektorseitigen Steuer­ raum 14 über die Ablaufdrossel 16 zum niederdruckseitigen Rück­ lauf ist durch das kopfseitg am Injektor 4 befestigte Magnet­ ventil 7 verschlossen.

Der Hochdruckspeicher 2 ist als Common Rail ausgebildet, der über Zuführleitungen mit allen Injektoren verbunden ist.

In Phase II gemäß Fig. 3b, nämlich vor dem eigentlichen Ein­ spritzvorgang, wird bei Aktivieren des Magnetventiles 33 des Drucksteuerkolbens 20 eine Verbindung von dem Drucksteuerraum 22 über die Ablaufdrossel 36 zum Rücklauf 37 freigegeben und infolge dieser Abströmverbindung der Drucksteuerraum 22 entla­ stet. Durch die neue Stellung des Drucksteuerkolbens 20 ergibt sich eine Strömungsverbindung zwischen dem Injektor 4 und dem zum Tank führenden Rücklauf 30 über die große Ringnut 28 am Drucksteuerkolben 20 und gleichzeitig eine Unterbrechung der Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckspeicher 2 und dem Injektor 4. Dadurch wird der Druck im Bereich zwischen dem Drucksteuerventil 20 und dem Nadelsitz des Injektors 4 auf Rücklaufdruckniveau reduziert.

Vor dem gewünschten Beginn des Einspritzvorganges in Phase III gemäß Fig. 3c wird die freie Strömungsverbindung zwischen dem Injektor 4 und dem Rücklauf 30 wieder verschlossen und gleich­ zeitig mit einem zunächst kleinen Querschnitt die Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher 2 und dem Injektor 4 wieder ge­ öffnet. Der enge Durchlaßquerschnitt ergibt sich durch die als Drossel wirkende Diagonalbohrung 32 und die kleine Überdeckung zwischen der Radial- bzw. Querbohrung 23 und der kleinen Ring­ nut 31 im Drucksteuerkolben 20. Durch die gedrosselte Druckver­ bindung steigt der Druck am Nadelsitz der Einspritzdüse 5 lang­ sam an (Fig. 4).

Zu einem beliebigen Zeitpunkt und damit Druckwert p kann durch Aktivieren des Magnetventiles 7 am Injektor 4 der Einspritzbe­ ginn eingeleitet werden. Nach einer gewissen Zeitspanne wird dann vom Drucksteuerventil 20 eine ungedrosselte Druckverbin­ dung zwischen dem Hochdruckspeicher 2 und dem Injektor wieder hergestellt (in Phase IV gemäß Fig. 3d). Der Druck am Nadelsitz steigt auf Raildruckniveau an. Das Ende der Einspritzung er­ folgt durch Deaktivieren des injektorseitigen Magnetventiles 7. Nach dem Ende der Einspritzung bleibt der hohe Raildruck wei­ terhin am Nadelsitz wirksam, so daß eine Nacheinspritzung mit hohem Druck realisiert werden kann.

In Phase III gemäß Fig. 3c kann durch Taktung des Magnetventiles 33 die Zeitdauer der gedrosselten Strömungsverbindung variiert und damit Einfluß auf die Form des Einspritzdruckverlaufes ge­ nommen werden. Ebenso kann dies durch eine variable Ablaufdros­ sel in der Bohrung 35 aufgrund einer gestuften Magnetbewegung oder gar eines Piezostellers (nicht dargestellt) erreicht wer­ den.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in einen Hochdruckspeicher und mit mindestens einem über eine Zuführlei­ tung an den Hochdruckspeicher angeschlossenen magnetventilge­ steuerten Injektor, welcher mit der Zuführleitung verbundene Kraftstoffkanäle aufweist, von denen der eine Kraftstoffkanal zu einer Einspritzdüse und der andere Kraftstoffkanal zu einem Steuerraum führt, der von einem mit einer Düsennadel der Ein­ spritzdüse zusammenwirkenden Steuerkolben begrenzt und durch ein den Injektor steuerndes Magnetventil mit einem niederdruck­ seitigen Rücklauf verbindbar ist, ferner mit einem im Strö­ mungsweg des Kraftstoffs zwischen dem Hochdruckspeicher und der Einspritzdüse vorgesehenen und Durchlaßquerschnitte aufweisen­ den Drucksteuerventil zur Steuerung der Strömungsverbindung von dem Hochdruckspeicher zur Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem den Injektor (4) steuernden ersten Ma­ gnetventil (7) ein gegenüber diesem unabhängig arbeitendes zweites Magnetventil (33) zur Wegesteuerung des Drucksteuerven­ tiles (17) vorgesehen ist und daß die Durchlaßquerschnitte die­ ses Drucksteuerventiles derart angeordnet sind, daß sie in ei­ ner der Ausgangsstellung entsprechenden ersten Stellung des Drucksteuerventiles (17) in der Einspritzpause bei geschlosse­ nem zweitem Magnetventil (33) eine Strömungsverbindung zum In­ jektor (4) freigeben, in einer zweiten Stellung des Drucksteu­ erventiles (17) kurz vor dem Einspritzvorgang bei geöffnetem zweitem Magnetventil (33) eine Strömungsverbindung lediglich von dem Injektor (4) zur Niederdruckseite und in einer dritten Stellung bei geschlossenem zweitem Magnetventil (33) eine Strö­ mungsverbindung nach Öffnen des ersten Magnetventiles (7) wie­ der freigeben.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (17) aus einem im Ventilgehäuse (18) längsverschiebbar geführten druckgesteuerten Drucksteuerkolben (20) besteht, der eine Verbindungsbohrung (27) mit einer Zu­ laufdrossel (26) enthält, die den Hochdruckspeicher (2) über die Zuführleitung (3) mit einem von dem Drucksteuerkolben (20) begrenzten Drucksteuerraum (22) stets verbindet.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksteuerkolben (20) an seinem Außenumfang mit Ab­ stand voneinanderliegende Ringnuten (28; 31) aufweist, die durch eine im Drucksteuerkolben (20) verlaufende und als Steuerdros­ sel wirkende Diagonalbohrung (32) stets miteinander verbunden sind und bei geöffnetem zweitem Magnetventil (33) eine Strö­ mungsverbindung zwischen der Einspritzdüse (5) und der Nieder­ druckseite herstellen.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksteuerkolben (20) und die Aufnahmebohrung (19) im Ventilgehäuse (18) gleichermaßen stufig ausgebildet sind, wobei die Stufe der Aufnahmebohrung (19) als Anschlag für den Druck­ steuerkolben (20) in seiner Ausgangsstellung vorgesehen ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebohrung (19) an ihrer Wandung eine mit der hochdruckpumpenseitigen Zuführleitung (3) verbundene Umfangsnut (24) aufweist, durch die zur Vorbereitung des Einspritzbeginns zunächst eine teilweise Überdeckung mit der kleineren Ringnut (31) im Drucksteuerkolben (20) und dann eine vollständige Über­ deckung mit der kleineren Ringnut (31) und zusätzlich eine schmale Überdeckung mit der größeren Ringnut (28) in Ausgangs­ stellung des Drucksteuerkolbens (20) vorgesehen ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (17) in der freiliegenden Zuführlei­ tung (3) zwischen dem Hochdruckspeicher (2) und dem Injektor (4) angeordnet ist.