DE19938169A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents
KraftstoffeinspritzeinrichtungInfo
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Abstract
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) umfaßt einen Druckspeicherraum (6) und einen jedem Zylinder zugeordneten Injektor (8), der über eine ein Zumeßventil (9) enthaltende Druckleitung (7) an den Druckspeicherraum (6) anschließbar ist. Das Zumeßventil (9) ist durch ein 2/2-Wege-Ventil ausgebildet. Die Verwendung eines einzigen 2/2-Wege-Ventils als Zumeßventil pro Zylinder führt zu einer kostengünstigeren Fertigung einer Kraftstoffeinrichtung insbesondee für kleine Motoren. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt druckgesteuert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend
einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung ist
druckgesteuert ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer druckgesteuerten
Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, daß durch den im Düsenraum eines Injektors
herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilglied gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder)
bewegt wird, so daß die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem
Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem
Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck
bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem
Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist.
Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung
bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z. B. eine Führungsleckage), nicht zur
Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefördert wird. Das Druckniveau
dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das
Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird.
Bei Common Rail Systemen kann der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepaßt
werden. Zur Geräuschminderung wird hier oft eine Voreinspritzung durchgeführt. Zur
Reduzierung von Emissionen ist eine druckgesteuerte Einspritzung bekanntermaßen
günstig. Bei den bekannten druckgesteuerten Common Rail Systemen wird pro Injektor
jedoch ein aufwendig zu fertigendes 3/2-Wege-Ventil oder es werden zwei 2/2-Wege-Ventile
verwendet.
Zur Kostenersparnis bei der Fertigung einer Kraftstoffeinrichtung insbesondere für kleine
Motoren wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
Die Verwendung eines einzigen 2/2-Wege-Ventils als Zumeßventil pro Zylinder führt zu
einem kostengünstigeren System. Weiterbildungen der Erfindungen betreffen die
Patentansprüche 2 bis 6. Nach Beenden der Einspritzung ist eine Entlastung des
Düsenraums durch ein Druckentlastungsventil oder eine Druckentlastungsdrossel
notwendig, die in der Verbindung des Druckspeicherraums mit dem Injektor angeordnet
sind, um eine Nacheinspritzung zu vermeiden. Die Verwendung einer permanent offenen
und einer zusätzlichen zuschaltbaren Druckentlastungsdrossel erleichtert eine Auslegung
des Systems ohne "Nachspritzer". Eine zusätzliche hydraulische Schließkraft auf das
Ventilglied beschleunigt den Schließvorgang und verhindert auch ein ungewolltes Öffnen
des Ventilglieds durch Druckschwingungen im System. Wenn der Injektor an Stelle einer
Sitz- oder Sacklochdüse eine Vario- bzw. eine Vario-Register-Düse aufweist, läßt sich der
Einspritzverlauf noch besser an die Erfordernisse des Motors anpassen.
Acht Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der
schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
Fig. 2 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 1 mit einem anderen
Injektoraufbau;
Fig. 3 eine andere Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
Fig. 4 den Aufbau eines Injektor für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 3;
Fig. 5 einen anderen Aufbau eines Injektor für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach
Fig. 3;
Fig. 6 eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
Fig. 7 eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
Fig. 8 einen anderen Aufbau eines Injektors für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
nach Fig. 7.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer druckgesteuerten
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3
aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen zentralen Druckspeicherraum 6
(Common-Rail), von dem mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende
Druckleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden
Brennkraftmaschine ragenden Injektoren 8 (Einspritzvorrichtung) abführen. In der Fig. 1 ist
lediglich einer der Injektoren 8 näher dargestellt. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird ein
Systemdruck erzeugt und im Druckspeicherraum 6 mit einem Druck von 300 bis ca. 1800
bar gelagert.
Im Bereich des Druckspeicherraums 6 befinden sich Zumeßventile 9, die als 2/2-Wege-
Ventile ausgebildet sind. Das Zumeßventil 9 ist ein direkt betätigtes kraftausgeglichenes
Magnetventil. Es kann aber auch ein Piezoaktor mit entsprechendem Kopplerraum sein. Mit
Hilfe des Zumeßventils 9 wird die Einspritzung für jeden Zylinder druckgesteuert realisiert.
Die Druckleitung 7 verbindet den Druckspeicherraum 6 mit einem Düsenraum 10. Die
Einspritzung erfolgt mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren
kolbenförmigen Ventilglieds 11 mit einer konischen Ventildichtfläche 12 an seinem einen
Ende, mit der es mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse des Injektors 8
zusammenwirkt. An der Ventilsitzfläche des Injektorgehäuses sind Einspritzöffnungen
vorgesehen. Innerhalb des Düsenraums 10 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 11
weisende Druckfläche 13 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, welcher dem
Düsenraum 10 über die Druckleitung 7 zugeführt wird. Alle Druckleitungen 7 sind über
Rückschlagventile 14 an ein zentrales, d. h. für alle Druckleitungen 7 vorgesehenes
Druckentlastungsventil 15 angeschlossen, das eine Druckentlastung einer Druckleitung 7
nach der Einspritzung ermöglicht. Während des Einspritzvorgangs ist die jeweilige
Druckleitung 7 von der Leckageleitung 16 abgetrennt. Die Rückschlagventile 14 verhindern,
daß aus der zur Einspritzung benötigten Druckleitung 7 Kraftstoff in eine andere zeitweise
nicht benötigte Druckleitung 7 gelangen kann.
Die Voreinspritzung erfolgt bei geschlossenem Druckentlastungsventil 15 und bei
geöffnetem Zumeßventil 9, das zum Öffnen bestromt wird. Nach dem Öffnen des
Zumeßventils 9 läuft eine Kraftstoff-Hochdruckwelle in der Druckleitung 7 zum Düsenraum
10. Das Ventilglied 11 wird gegen eine Rückstellkraft von der Ventilsitzfläche abgehoben
und der Einspritzvorgang kann beginnen. Die Kraftstoff-Hochdruckwelle gelangt auch in eine
verschlossene Leckageleitung 17. Diese Verzweigung reduziert den Druck des in den
Düsenraum 10 einströmenden Kraftstoffs gegenüber dem Druck im Druckspeicherraum 6.
Die Voreinspritzung erfolgt daher mit einem geringeren Druck, als der welcher im
Druckspeicherraum 6 vorherrscht. Bei geeigneter Auslegung der Geometrien der
Druckleitungen 7, der Leckageleitungen 17 und des Düsenraums 10 ist die reduzierte
Kraftstoff-Druckwelle gerade so groß, daß nur die Voreinspritzung erfolgt und kein
Nachspritzen erfolgen kann. Reflektierte Kraftstoff-Druckwellen werden durch die
Verzweigung zur Leckageleitung 17 gedämpft.
Nach der Voreinspritzung herrscht in der Druckleitung 7 bei geschlossenem Zumeßventil 9
und bei geschlossenem Druckentlastungsventil 15 ein Druckniveau, das geringer ist als der
Öffnungsdruck zum Abheben des Ventilglieds 11. Wenn nun das Zumeßventil 9 erneut
geöffnet wird, erfolgt die Haupteinspritzung mit gegenüber der Voreinspritzung höherem
Druck, weil die Druckleitung 7 nicht druckentlastet ist und eine Erhöhung des Einspritzdrucks
durch Reflexion von Druckwellen erreicht wird. Zur Beendigung der Haupteinspritzung
werden das Zumeßventil 9 geschlossen und das Druckentlastungsventil 15 geöffnet. Die
Druckleitung 7 wird entlastet. Zur Einspritzung in den nächsten Zylinders wird das
Druckentlastungsventil 15 wieder geschlossen.
Die Druckleitungen 7 und Leckageleitungen 17 sollten hinsichtlich der Leitungslänge gleich
ausgebildet sein, um für alle Injektoren 8 die gleichen hydraulischen Verhältnisse zu
schaffen.
Der Injektor 8 gemäß Fig. 1 weist eine Sitz- oder Sacklochdüse auf Fig. 2 zeigt an Stelle
dieser Geometrie eine Vario- bzw. eine Vario-Register-Düse eines Injektors 18 eines zweiten
Ausführungsbeispiels. Der Einspritzverlauf läßt sich noch besser an die Erfordernisse des
Motors anpassen. Die Ansteuerung des Ventilglieds 21 bzw. eines hydraulischen
Hubanschlags des Ventilglieds 21 kann sowohl lokal innerhalb des Injektors als auch zentral
für alle Injektoren gleichzeitig erfolgen.
Aus der Fig. 3 ist der Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung ersichtlich.
Eine Kraftstoffpumpe 32 erzeugt einen Systemdruck, so daß Kraftstoff in einem
Druckspeicherraum 36 mit einem Druck von 300 bis 1600 bar gespeichert werden kann. Die
Zumessung von Kraftstoff aus dem Druckspeicherraum 36 zu jedem Zylinder wird mit Hilfe
von Druckleitungen 37 und Zumeßventilen 39 durchgeführt, von denen in der Figur lediglich
eines mit einer Bezugsziffer versehen ist. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert durch
einen Injektor 38 mit einem Ventilglied 31 gegen den Druck einer Rückstellkraft. Als Injektor
kann eine einfache Düse oder ein Zwei-Federdüsenhalter verwendet werden. Die
notwendige Entlastung der Druckleitung 37 und eines Düsenraums 30 nach der Einspritzung
erfolgt mittels einer Druckentlastungsdrossel 40, welche die Druckleitung 37 mit einer
Leckageleitung verbindet. Die Druckentlastungsdrossel 40 kann sich im Injektor 38 oder am
Zumeßventil 39 befinden, das durch ein 2/2-Wege-Ventil ausgebildet ist.
Gemäß Fig. 4 wird bei einer Bewegung eines Ventilglieds 41 eines Injektors 48 in
Öffnungsrichtung eine Zulauföffnung zwischen einer Druckentlastungsdrossel 50 und einem
Federraum 45 geschlossen. Während des Einspritzvorgangs ist daher die Verbindung
zwischen der Druckentlastungsdrossel 50 und einer Leckageleitung 46 unterbrochen und
nach Ende des Einspritzvorgangs wiederhergestellt.
Gemäß Fig. 5 ist ein Ventilglied 51 eines Injektors 58 mit einem Druckstück 52 verbunden,
dessen der Einspritzöffnung abgewandtes Ende 53 an einer Dichtfläche 54 anschlagen
kann. In Folge der Bewegung des Ventilglieds 51 und des Druckstücks 52 verschließt das
Ende 53 eine Ablaufbohrung 55, so daß die Verbindung einer Druckentlastungsdrossel 60
zu einer Leckageleitung 56 während des Einspritzvorgangs unterbrochen ist.
An Stelle einer Sitz- oder Sacklochdüse des Injektors 58 kann auch eine Vario- oder Vario-
Registerdüse eines Injektors 68 verwendet werden (Fig. 6).
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 7 weist einen Injektor 78 auf, der eine erste
Druckentlastungsdrossel 79 und eine zweite Druckentlastungsdrossel 80 besitzt. Über die
Druckentlastungsdrossel 79 besitzt die Druckleitung 77 eine permanente durchgängige
Verbindung zur Leckageleitung 76. Über die Druckentlastungsdrossel 80 und einen
Federraum 75 ist die Druckleitung 77 nur bei geschlossener Einspritzöffnung mit der
Leckageleitung 76 verbunden. Zusätzlich zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die
Ausführungsform gemäß Fig. 7 neben einer stets durchgängigen Druckentlastungsdrossel
79 daher eine weitere durch einen Hub des Ventilglieds verschließbare
Druckentlastungsdrossel 80 auf. Die kleinere Druckentlastungsdrossel 79 führt zu einer
während der Einspritzung geringeren Leckage. Bei Beendigung der Einspritzung sinkt der
Druck im Düsenraum zunächst nur über die Druckentlastungsdrossel 79 ab und das
Ventilglied beginnt mit dem Schließvorgang. Dadurch wird die noch verschlossene
Druckentlastungsdrossel 80 freigegeben, so daß der Schließvorgang des Ventilglieds stark
beschleunigt wird. Die Einspritzung an sich mittels der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach
Fig. 7 erfolgt analog zur der gemäß Fig. 3. Die zusätzliche Druckentlastungsdrossel 80 führt
zu einer Auslegung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ohne eine ungewollte
Nacheinspritzung.
Zusätzlich zu einer mechanischen Rückstellkraft wirkt bei einem Injektor 88, wie in Fig. 8
gezeigt, auch eine hydraulische Schließkraft auf ein Ventilglied 81, um die Einspritzöffnung
des Injektors 88 zu verschließen. Beim Bewegen des Ventilglieds 81 in Öffnungsrichtung
wird Kraftstoff aus einem Federraum 89 herausgedrängt und an der Drossel 91 gestaut. Das
Ventilglied 81 muß gegen einen hydraulischen Druck bewegt werden. Eine separate Leitung
92 verbindet einen Düsenraum 100 mit dem Federraum 89 und enthält die
Druckentlastungsdrossel 90. Eine weitere Druckentlastungsdrossel 99 ist mit einer
Druckleitung 107 verbunden, die den Düsenraum 100 mit einem Druckspeicherraum
verbindet. Es können unterschiedliche Druckflächen im Düsenraum und Federraum
verwendet werden.
1
Kraftstoffeinspritzeinrichtung
2
Kraftstoffpumpe
3
Kraftstoff
4
Kraftstofftank
5
Förderleitung
6
Druckspeicherraum
7
Druckleitung
8
Injektor
9
Zumeßventil
10
Düsenraum
11
Ventilglied
12
Ventildichtfläche
13
Druckfläche
14
Rückschlagventil
15
Druckentlastungsventil
16
Leckageleitung
17
Leckageleitung
18
Injektor
21
Ventilglied
30
Düsenraum
31
Ventilglied
36
Druckspeicherraum
37
Druckleitung
38
Injektor
39
Zumeßventil
40
Druckentlastungsdrossel
41
Ventilglied
45
Federraum
46
Leckageleitung
48
Injektor
50
Druckentlastungsdrossel
51
Ventilglied
52
Druckstück
53
Ende
54
Dichtfläche
55
Ablaufbohrung
56
Leckageleitung
58
Injektor
60
Druckentlastungsdrossel
68
Injektor
75
Federraum
76
Leckageleitung
77
Druckleitung
78
Injektor
79
Druckentlastungsdrossel
80
Druckentlastungsdrossel
81
Ventilglied
88
Injektor
89
Federraum
90
Druckentlastungsdrossel
91
Drossel
92
Leitung
99
Druckentlastungsdrossel
100
Düsenraum
107
Druckleitung
Claims (8)
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckspeicherraum (6; 36) und mit einem jedem
Zylinder zugeordneten Injektor (8; 18; 38; 58; 68; 78; 88), der über eine ein Zumeßventil
(9; 39) enthaltende Druckleitung (7; 37; 77; 107) an den Druckspeicherraum (6; 36)
anschließbar ist, gekennzeichnet, daß das Zumeßventil (9; 39) durch ein 2/2-Wege-
Ventil ausgebildet ist, und daß die Kraftstoffeinspritzung druckgesteuert erfolgt.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckleitungen (7) mit Rückschlagventile (14) enthaltenden Leckageleitungen (17)
verbunden sind, die an ein oder mehrere, vorzugsweise ein oder mehrere gemeinsame,
Druckentlastungsventile (15) angeschlossen sind.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils
eine Druckleitung (37) über mindestens eine Druckentlastungsdrossel (40) mit einer
Leckageleitung verbunden ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindung zur Leckageleitung (46; 56) während des Einspritzvorgangs durch die in
Öffnungsrichtung erfolgende Bewegung eines verschieblichen, eine Einspritzöffnung
abdichtenden Ventilglieds (41; 51) des Injektors (48; 58) unterbrochen wird.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckleitung (77; 107) zusätzlich mit einer weiteren eine Druckentlastungsdrossel (79; 99)
enthaltenden Leckageleitung verbunden ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Injektor (8) eine Sitz- oder Sacklochdüse als Einspritzöffnung
aufweist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Injektor (18) eine Vario- oder Vario-Register-Düse als
Einspritzöffnung aufweist.
8. Druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Düsenraum (100) des Injektors (88) über
eine eine Druckentlastungsdrossel (90) enthaltende Verbindungsleitung (92) mit einem
Federraum (89) des Injektors (88) verbunden ist.
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