DE19939418A1

DE19939418A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19939418A1
Application number: DE19939418A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mahr; Martin Kropp; Hans-Christoph Magel; Wolfgang Otterbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-01
Also published as: EP1125058A1; US6520152B1; DE50010227D1; EP1125058B1; ATE294925T1; WO2001014737A1; JP2003507656A

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlichen hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (10) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, mit einem zentralen ersten Druckspeicher (6) für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher (6) gespeisten zentralen zweiten Druckspeicher (7), in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr der tiefere Kraftstoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff ist die Ventileinheit (12) zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff lokal für jeden Injektor (10) vorgesehen. Mit diesem Einspritzsystem ist eine verbesserte Dosierung des tieferen Kraftstoffdruckes möglich.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentan spruchs 1.

Ein derartiges Einpritzsystem ist beispielsweise durch die EP 0 711 914 A1 bekanntgeworden.

Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beschreibung werden zunächst einige Begriffe näher erläutert: Bei einem druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilkörper (z. B. eine Düsennadel) gegen die Wirkung einer Schließkraft aufgesteuert und so die Einspritzöff nung für eine Einspritzung des Kraftstoffes freigegeben. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in den Zy linder austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet. Unter einem hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung eines Injektors mit Hilfe eines verschieblichen Ventilglieds aufgrund des hydrauli schen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsen raum und in einem Steuerraum erfolgen. Weiterhin ist im folgenden eine Anordnung als zentral bezeichnet, wenn sie gemeinsam für alle Zylinder vorgesehen ist, und als lokal, wenn sie für nur einen einzelnen Zylinder vorgesehen ist.

Bei dem aus der EP 0 711 914 A1 bekannten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird mit Hilfe einer Hochdruck pumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen Kraftstoffdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druck speicher gespeichert. Weiterhin wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspeicher gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzu fuhr mittels eines 2/2-Wegventils ein zweiter hoher Kraft stoffdruck von ca. 400 bar aufrechterhalten wird. Über ei ne zentrale Ventilsteuereinheit und eine zentrale Vertei lereinrichtung wird entweder der tiefere oder höhere Kraftstoffdruck in den Düsenraum eines Injektors geleitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus dem Düsenraum austreten kann.

Bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem wird der Kraftstoff für eine Einspritzung aus dem jeweiligen zen tralen Druckspeicher über die zentrale Ventileinheit und die zentrale Verteilereinrichtung auf die einzelnen Injek toren aufgeteilt. Das jeweils maximal mögliche Einspritz fenster ist damit durch die Ventileinheit und die Vertei lereinrichtung gemeinsam bestimmt.

Aus der WO 98/09068 ist weiterhin ein hubgesteuertes Ein spritzsystem bekannt, bei dem ebenfalls zwei Druckspeicher zur Lagerung der beiden Kraftstoffdrücke vorgesehen sind. Auch hier erfolgt die Zumessung des jeweiligen Kraftstoff druckes über zentrale Ventileinheiten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem weist zum Erreichen einer verbesserten Dosierung des tieferen Kraftstoffdruc kes die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteran sprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den tieferen Kraft stoffdruck nicht zentral, sondern für jeden Injektor je weils lokal über eine Ventileinheit zu steuern. Aufgrund der kurzen Leitung zwischen lokaler Ventileinheit und Dü senraum des Injektors sind Leitungsverluste auf ein Mini mum reduziert. Zusätzlich zur besseren Dosiermöglichkeit bestehen weitere Vorteile in der guten Reproduzierbarkeit der Vor- und Nacheinspritzung mit dem tieferen Kraftstoff druck sowie in einem verringerten Einfluß von Bauteiltole ranzen auf die Vor- und Nacheinspritzung.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge genstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich nung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen Kraftstoff mit zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken in zwei Druckspei chern gelagert und eingespritzt wird, sind in der Zeich nung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Be schreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer lokalen Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoffdruck;

Fig. 2 ein zweites Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer modifizierten lokalen Ven tileinheit;

Fig. 3 ein drittes Einspritzsystem mit hubgesteuerten Injektoren und der in Fig. 2 gezeigten lokalen Ventileinheit; und

Fig. 4 ein viertes Einspritzsystem mit modifizierten hubgesteuerten Injektoren und der in Fig. 2 ge zeigten lokalen Ventileinheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems 1 för dert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 mit einem Druck von ca. 300 bis 1800 bar aus einem Vor ratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen ersten zen tralen Druckspeicher 6 (Common-Rail) und in einen zweiten zentralen Druckspeicher 7 (Common-Rail), von denen jeweils mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 8 bzw. 9 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckge steuerten Injektoren 10 (Einspritzeinrichtung) abführen. In Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 10 näher dar gestellt.

Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird so ein erster höherer Kraftstoffdruck von bis zu 1800 bar erzeugt, der im ersten Druckspeicher 6 gelagert wird. Der unter diesem Druck ste hende Kraftstoff wird auch in den zweiten Druckspeicher 7 gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzu fuhr mittels eines 2/2-Wegventils 11 ein zweiter tieferer Kraftstoffdruck von ca. 300 bar aufrechterhalten wird. Für beide Druckspeicher 6, 7 ist jeweils ein Regelkreis mit einem Drucksensor vorgesehen. Das tiefere Druckniveau kann für eine Voreinspritzung und je nach Bedarf auch für eine Nacheinspritzung (HC-Anreicherung zur Abgasnachbehandlung) verwendet werden, während eine Haupteinspritzung mit dem höheren Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 erfolgt.

Die Umschaltung zwischen entweder dem tieferen oder dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt für jeden Zylinder bzw. Injektor 10 getrennt und zwar jeweils über eine lokale Ventilanordnung 12, die als Schaltelement für den höheren Kraftstoffdruck in der Druckleitung 8 ein 2/2-Wege-Ventil 13 aufweist. Dessen Ausgang ist von der Druckleitung 9 durch ein Rückschlagventil 14 abgekoppelt. Über ein 3/2- Wege-Ventil 15 wird dann der jeweils anstehende Druck über eine Druckleitung 16 in einen Düsenraum 17 des Injektors 10 geleitet. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 18 (Düsennadel), dessen koni sche Ventildichtfläche 19 mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse zusammenwirkt und so die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 20 verschließt. Innerhalb des Düsen raums 17 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 18 weisende Druckfläche des Ventilgliedes 18 dem dort herr schenden Druck ausgesetzt, wobei sich der Düsenraum 17 über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 18 und der Führungsbohrung bis an die Ventildichtfläche 19 des Injek tors 10 fortsetzt. Durch den im Düsenraum 17 herrschenden Druck wird das die Einspritzöffnungen 20 abdichtende Ven tilglied 18 gegen die Wirkung einer Schließkraft (Schließ feder 21) aufgesteuert, wobei der Federraum 22 mittels ei ner Leckageleitung 23 druckentlastet ist.

Die Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 13 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 15. Die Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt bei bestromtem 3/2-Wege-Ventil 15 durch Bestromen des 2/2-Wege-Ventils 13, wobei das Rück schlagventil 14 einen ungewollten Rücklauf in die Druck leitung 9 verhindert. Am Ende der Einspritzung wird bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 13 das 3/2-Wege-Ventil 15 auf Leckage 23 zurückgeschaltet. Dadurch werden die Drucklei tung 16 und der Düsenraum 17 druckentlastet, so daß das federbelastete Ventilglied 18 die Einspritzöffnungen 20 wieder verschließt.

Die in Fig. 1 insgesamt mit 24 bezeichnete Anordnung aus lokaler Ventilanordnung 12 und 3/2-Wege-Ventil 15 kann in nerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 1a) oder außerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 1b), z. B. im Bereich der Druckspei cher 6, 11, angeordnet sein. So läßt sich eine kleinere Baugröße des Injektorgehäuses und durch Ausnutzung von Wellenreflexionen in der nun längeren Druckleitung 16 ein erhöhter Einspritzdruck erreichen.

Nachfolgend werden in der Beschreibung zu den weiteren Figuren lediglich die Unterschiede zum Kraftstoffeinspritz system nach Fig. 1 behandelt. Identische bzw. funktions gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeich net und werden nicht näher erläutert.

Anders als beim Einspritzsystem 1 wird bei dem in Fig. 2 gezeigten Einspritzsystem 30 der höhere Kraftstoffdruck des ersten Druckspeichers 6 über eine Verteilereinrichtung 31 zentral auf die einzelnen Injektoren 10 aufgeteilt. Die Zumessung des im ersten Druckspeicher 6 gelagerten Kraft stoffs wird mit einem 3/2-Wege-Ventil 32 vor der Vertei lereinrichtung 31 zentral gesteuert. Die Umschaltung zwi schen den beiden Druckleitungen 8, 9 erfolgt für jeden In jektor 10 jeweils lokal über die insgesamt mit 33 bezeich nete Ventilanordnung, in der als Schaltelement ein 3/2-We ge-Ventil 34 vorgesehen ist. Die Einspritzung mit dem tie feren Kraftstoffdruck erfolgt bei stromlosem 3/2-Wege-Ven til 32 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 34, während die Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck bei best romtem 3/2-Wege-Ventil 32 und unbestromtem 3/2-Wege-Ventil 34 erfolgt. Am Ende dieser Einspritzung wird bei stromlo sem 3/2-Wege-Ventil 34 das 3/2-Wege-Ventil 32 auf Leckage 35 zurückgeschaltet, wodurch die Verteilereinrichtung 31 und der Injektor 10 druckentlastet werden. Die lokale Ven tileinheit 33 kann entweder innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 2a) oder außerhalb (Fig. 2b) angeordnet sein.

Vom dem Einspritzsystem 1 unterscheidet sich das Ein spritzsystem 40 durch die Verwendung der lokalen Ventilan ordnung 33 und die Verwendung hubgesteuerter Injektoren 41, von denen lediglich einer näher dargestellt ist. Aus gehend von dem druckgesteuerten Injektor 10 der Fig. 1 greift bei einem hubgesteuerten Injektor 41 an dem Ventil glied 18 koaxial zu der Ventilfeder 21 ein Druckstück 42 an, das mit seiner der Ventildichtfläche 19 abgewandten Stirnseite 43 einen Steuerraum 44 begrenzt. Der Steuerraum 44 hat von der Druckleitung 16 her einen Kraftstoffzulauf mit einer ersten Drossel 45 und einen Kraftstoffablauf zu einer Druckentlastungsleitung 46 mit einer zweiten Drossel 47, die durch ein 2/2-Wege-Ventil 48 auf Leckage 49 steu erbar ist. Über den Druck im Steuerraum 44 wird das Druck stück 42 in Schließrichtung druckbeaufschlagt. Unter dem ersten oder zweiten Kraftstoffdruck stehender Kraftstoff füllt ständig den Düsenraum 17 und den Steuerraum 44. Bei Betätigung (Öffnen) des 2/2-Wege-Ventils 48 kann der Druck im Steuerraum 44 abgebaut werden, so daß in der Folge die in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 18 wirkende Druck kraft im Düsenraum 17 die in Schließrichtung auf das Ven tilglied 18 wirkende Druckkraft übersteigt. Die Ventil dichtfläche 19 hebt von der Ventilsitzfläche ab, und Kraftstoff wird eingespritzt. Dabei lassen sich der Druck entlastungsvorgang des Steuerraums 44 und somit die Hub steuerung des Ventilglieds 18 über die Dimensionierung der beiden Drosseln 45 und 47 beeinflussen. Das Ende der Ein spritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) des 2/2-Wege-Ventils 48 eingeleitet, das den Steuerraum 44 wieder von der Leckageleitung 49 abkoppelt, so daß sich im Steuerraum 44 erneut ein Druck aufbaut, der das Druckstück 42 in Schließrichtung bewegen kann. Die Umschaltung auf hohes Druckniveau wird für jeden Injektor durch Bestromen der Ventilanordnung 33 realisiert. Nach Beendigung der Einspritzung kann sich der komprimierte Kraftstoff im In jektor über die Ventileinheit 33 in das Niederdruckrail entspannen, so daß die Ventileinheit 11 bei geeigneter Auslegung entfallen kann. Die Ventilanordnung 33 kann ent weder innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 3a) oder außer halb (Fig. 3b) angeordnet sein.

In den 3/2-Wege-Ventilen können Magnetaktoren oder auch Piezosteller mit entsprechendem Temperaturausgleich und der notwendigen Kraft- oder Wegübersetzung verwendet wer den. Piezosteller ermöglichen schnellere Ventilschaltzei ten und eine bessere Dosiermöglichkeit. Durch Verwendung eines Piezostellers kann außerdem auf eine bzw. auf beide Drosseln im hubgesteuerten Injektor verzichtet werden.

Das ansonsten dem in Fig. 3b entsprechende Einspritzsystem 50 (Fig. 4) weist modifizierte hubgesteuerte Injektoren 51 mit jeweils piezogesteuertem 3/2-Wege-Ventil 52 auf. Der Steuerraum 53 jedes Injektors 51 wird als ein Volumen, das über das 3/2-Wege-Ventil 52 geschaltet wird, mit nur einer Zuleitung von der Druckleitung 16 her befüllt bzw. über die Leckage 54 entlastet. Für eine Einspritzung mit dem in der Druckleitung 16 jeweils anstehenden Kraftstoffdruck wird der ebenfalls unter diesem Druck stehende Steuerraum 53 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 52 entlastet, und die Einspritzung erfolgt hubgesteuert.

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine Brennkraft maschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unter schiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, mit einem zentralen ersten Druckspeicher 6 für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher 6 gespeisten zentralen zweiten Druckspeicher 7, in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr der tiefere Kraft stoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventilein heit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff ist die Ventileinheit 12 zum Umschalten zwi schen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff lokal für jeden Injektor 10 vorgesehen. Mit diesem Einspritzsystem ist eine verbesserte Dosierung des tieferen Kraftstoff druckes möglich.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem (1; 30; 40; 50) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über In jektoren (10; 41; 51) in den Brennraum der Brenn kraftmaschine eingespritzt werden kann,
mit einem zentralen ersten Druckspeicher (6) für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druck speicher (6) gespeisten zentralen zweiten Druckspei cher (7), in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzu fuhr der tiefere Kraftstoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventileinheit zum Umschalten zwi schen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinheit (12; 33) zum Umschalten zwi schen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff lokal für jeden Injektor (10; 41; 51) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Ventileinheit (12) als Schaltelement für den höheren Kraftstoffdruck ein 2/2-Wege-Ventil (13) aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Ventileinheit (33) als Schaltelement zwischen dem höheren und tieferen Kraftstoffdruck ein 3/2-Wege-Ventil (34) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injek toren (10) für eine Drucksteuerung ausgebildet sind.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injek toren (41; 51) für eine Hubsteuerung ausgebildet sind.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ventileinheit (12, 33) der Düsenraum (17) und der Steuerraum (44) gemeinsam entweder mit niederem oder hohem Kraftstoffdruck beaufschlagbar sind.