DE4325904C2 - Für eine Dieselbrennkraftmaschine vorgesehene Kraftstoffeinspritzanlage mit einer den Kraftstoff fördernden Hochdruckpumpe in eine gemeinsame Versorgungsleitung (Common-Rail) für alle Einspritzdüsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine für Dieselbrennkraftmaschinen vorgesehene Kraftstoffeinspritzanlage mit einer den Kraftstoff fördernden Hochdruckpumpe in eine gemeinsame Versorgungsleitung (Common-Rail) welche mit ventilgesteuerten Einspritzdüsen in Verbindung steht, nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruck­ pumpe und einer gemeinsamen Versorgungsleitung für alle Ein­ spritzdüsen sowie einem aktivierbaren Steuerelement für das Öffnen der Düsennadel ist aus der ATZ/MTZ Sonderheft Motor und Umwelt ′92 "Electronic Controlled Fuel Injection System for Clean Diesel Engine" S. 28-30 von Toshihiko Omori bekannt. Als Steuerelement ist ein Elektromagnet für die Betätigung eines 3- Wegeventiles vorgesehen, das in Ruhelage eine Hochdruckver­ bindung zwischen der Versorgungsleitung und der Düsennadel­ rückseite der als Lochdüse ausgebildeten Einspritzdüse, jedoch in Arbeitslage bei aktiviertem Steuerelement eine Druckentla­ stungsverbindung zwischen der Düsennadelrückseite und einem Entlastungskanal für das Öffnen der Düsennadel steuert.

Bei solchen nach dem sogenannten Common-Rail-System arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlagen wirkt sich die Höhe des frei wählbaren Einspritzdrucks direkt auf die Einspritzdauer aus. Hierbei führt ein zu hoher Einspritzdruck bei kleinen Ein­ spritzmengen zwangsläufig zu einer Verkürzung der Spritzdauer, die aber bei heutigen leistungsstarken und besonders bei hoch aufgeladenen direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen unerwünscht, sogar problematisch ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, an einer Kraftstoffeinspritzanlage der gattungsgemäßen Art Maßnahmen zu treffen, durch die im gesamten Motorkennfeld für jeden indivi­ duellen Lastpunkt die Einspritzdauer unabhängig von der Höhe des Einspritzdrucks gewählt werden kann.

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

In den Unteransprüchen sind förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch die Möglichkeit, den Spritzquerschnitt an der Kraft­ stoffdüse je nach Anforderung variabel zu regeln, ist im ge­ samten Motorkennfeld unabhängig vom Einspritzdruck eine bedarfsgerechte Einspritzdauer regelbar. Durch die besondere Anordnung eines Druckkompensationskolbens in der Schlitzdüse ist ein Öffnen der Düse unabhängig vom Kraftstoffdruck lediglich entgegen der Schließfederkraft möglich.

Aus der DE 40 06 488 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, bei der zwar auch die Düsennadel als Spritzlöcher ausgebildete Schlitze mit den Hub veränderbaren Öffnungs­ querschnitten aufweist, bei der aber die Düsennadel nicht druckausgeglichen und auch nicht durch elektrische Maßnahmen gesteuert bzw. geregelt wird, sondern lediglich von dem jeweiligen Einspritzdruck in der die Düsennadel umgebenden Druckkammer geöffnet wird.

Bei der Einspritzdüse nach der DE 42 28 359 A1 sind ebenfalls nadelhubabhängig steuerbare Spritzöffnungen im unteren Bereich der Düsennadel vorgesehen, deren Öffnungsquerschnitte unterschiedlich gestaltet sein können. Diese Einspritzdüse ist jedoch ebensowenig wie die vorerwähnte Ausführung geeignet, die Einspritzdauer unabhängig von der Höhe des Einspritzdrucks zu wählen.

Gemäß der Erfindung kann das Aufsteuern der Spritzquerschnitte in der Schlitzdüse durch einen aktivierten Piezoaktuator erfolgen, der spannungsgeregelt über ein hydraulisches Übersetzungselement gegen eine Druckfeder auf die Düsennadel wirkt. Ein mit dem Druckkompensationskolben zusammenwirkender Nadelhubgeber ermittelt die jeweilige Hubstellung der Düsennadel und entsprechende Signale werden in ein elektronisches Steuergerät eingegeben, das den Nadelhub-Istwert laufend mit einem in Kennfeldern abgelegten Sollwert vergleicht. Somit kann über eine Spannungsregelung des Piezoaktuators der gewünschte Spritzquerschnitt geregelt wer­ den.

Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz eines magnetostriktiven Aktuators zum Aufsteuern der Spritzquer­ schnitte, da er gegenüber dem Piezoaktuator deutlich niedrigere elektrische Spannungen erfordert.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 für eine Dieselbrennkraftma­ schine besteht aus einer nockenbetätigten Hochdruckpumpe 2 und einem Einspritzleitungssystem mit gemeinsamer Versorgungslei­ tung 3 für alle Düsen.

Jede Düse ist als Schlitzdüse 4 mit nach außen öffnender Dü­ sennadel 5 ausgebildet, die durch eine im Federraum 6 angeord­ nete Rückstellfeder 7 auf ihren Ventilsitz 8 am Düsenkörper 9 gedrückt wird.

Die Düsennadel 5 weist einen Druckkompensationskolben 10 auf, der gemeinsam mit der Nadelspitze 11 einen mit der Versor­ gungsleitung 3 über eine Zuführleitung 12 verbundenen Druckraum 13 begrenzt.

Die Nadelspitze 11 besteht aus einem Grundkörper als Schlitz­ körper 14 und einer mit diesem verbundenen und die Bewegung des Schlitzkörpers 14 gleichermaßen mitausführenden Führungshülse 15 sowie einem aus dem Düsenkörper 9 herausragenden Bund 16, dessen rückseitige Flanke 17 zugleich Ventilsitzfläche ist. Der Schlitzkörper 14 ist umfangsseitig mit mindestens zwei Schlitzen 18 versehen, die sich vom Druckraum 13 zunächst par­ allel zur Nadellängsachse und dann im unteren Bereich mit ab­ geknicktem Verlauf bis zum Außenumfang des Schlitzkörpers 14 erstrecken. Der Öffnungsquerschnitt 18a ist rechteckförmig ausgestaltet. Der Grundkörper kann aber auch schlitzfrei, dafür die Führungshülse 15 geschlitzt ausgeführt sein.

Der Druckkompensationskolben 10 ist von einem die Stellung der Düsennadel 5 kontinuierlich ermittelten Nadelhubgeber 19 umge­ ben, dessen Signale in ein elektronisches Steuergerät 20 ein­ gegeben werden.

Auf der Düsennadelrückseite befindet sich ein von dem Steuer­ gerät 20 angesteuerter magnetostriktiver Aktuator 21, der über ein hydraulisch wirkendes Übersetzungselement 22 (nicht näher dargestellt) die Düsennadel 5 betätigt. Anstelle des magneto­ striktiven Aktuators kann auch ein Piezoaktuator verwendet werben. Ferner ist als Übersetzungselement auch solches mit elastomerer Übersetzung oder mechanischer Übersetzung einsetz­ bar.

Das elektronische Steuergerät 20, in dem momentan vorliegende Werte, z. B. von Drehzahl, Last, Ladelufttemperatur u. a. ein­ gegeben werden, vergleicht den Nadelhub-Istwert ständig mit einem in Kennfeldern abgelegten Sollwert. Über eine Spannungs­ regelung des Aktuators 21 wird ein bedarfsgerechter Spritz­ querschnitt bzw. Öffnungsquerschnitt 18a der Schlitze 18 gere­ gelt. Bei Einspritzende wird die Ansteuerung bzw. Bestromung des Aktuators 21 unterbrochen und die Düsennadel 5 durch die Rückstellfeder 7 auf ihren Ventilsitz 8 rückgeführt.

Claims (6)

1. Für eine Dieselbrennkraftmaschine vorgesehene Kraftstoffeinspritzanlage mit einer den Kraftstoffördernden Hochdruckpumpe in eine gemeinsame Versorgungsleitung (Common- Rail), an der jeweils eine ventilgesteuerte Einspritzdüse über eine Verbindungsleitung angeschlossen ist, wobei jede Einspritzdüse eine in Ruhelage auf ihrem Ventilsitz federkraftunterstützt aufliegende Düsennadel aufweist, die durch ein von einem elektronischen Steuergerät aktiviertes Steuer­ element in eine Öffnungslage überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse einen im Düsenkörper (9) geführten Druckkompensationskolben (10) als Teil der Düsennadel (5) aufweist, deren Nadelspitze (11) gemeinsam mit dem Druckkompensationskolben (10) einen für den Druckausgleich der Düsennadel (5) vorgesehenen Druckraum (13) begrenzt, in den die Verbindungsleitung (12) mündet, daß der Hub der Düsennadel durch ein separates, vom Einspritzdruck unabhängiges Steuerelement (21) einstellbar ist, und daß die Einspritzdüse nach außen öffnende Schlitzdüsen aufweist, deren Öffnungsquerschnitt durch den Hub der Düsennadel veränderbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelspitze (11) der Einspritzdüse (4) einen Schlitzkörper (14) sowie eine diese umgebende, die Bewegung des Schlitzkörpers mitausführende und im Düsenkörper (9) längsverschiebbar geführte Führungshülse (15) umfaßt, und daß der Schlitzkörper (14) mit mindestens zwei umfangsseitig verlaufenden Schlitzen (18a) versehen ist, die sich vom Druckraum (13) zunächst parallel zur Nadellängsachse und dann im weiteren Verlauf nach einer Knickstelle bis zum Öffnungsquer­ schnitt am Außenumfang des Schlitzkörpers (14) erstrecken.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement (21) ein Piezoaktuator vorgesehen ist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement (21) ein magnetostriktiver Aktuator vorgesehen ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerelement (21) und der Düsennadel (5) ein hydraulisch wirkendes Übersetzungselement (22) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkompensationskolben (10) von einem die Stellung der Düsennadel (5) kontinuierlich ermittelnden Nadelhubgeber (19) umgeben ist.