DE60107794T2

DE60107794T2 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE60107794T2
Application number: DE60107794T
Authority: DE
Inventors: James Martin Anderton Lower Washwell Lane Askew; Peter Derek Cheltenham Bogle
Original assignee: Woodward Governor Co
Current assignee: Woodward Inc
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-10-17
Also published as: ATE285035T1; EP1199467A3; US20020078739A1; US7178510B2; EP1199467B1; EP1199467A2; DE60107794D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem zur Verwendung für das Zuführen von Kraftstoff zu einem Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine mit Verdichtungsentflammung. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Speichereinspritzsystem (Common Rail-Kraftstoffsystem), bei dem eine gemeinsame Druckleitung (Common Rail) wenigstens einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine mit Verdichtungsentflammung Kraftstoff unter hohem Druck zuführt.
Es ist bekannt, in Speichereinspritzsystemen die Einleitung und Beendigung der Einspritzung mithilfe einer Ventilanordnung zu steuern, die zum Regeln der Zuführung von Hochdruckkraftstoff an einem Zuführungspfad von der gemeinsamen Druckleitung zu den Einspritzvorrichtungen entlang, der Teil des Kraftstoffsystems bildet, angeordnet ist. Es ist auch bekannt, die Einleitung und Beendigung der Einspritzung mithilfe einer mit den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen assoziierten Steuerventilanordnung direkt zu steuern, zum Beispiel durch direktes Steuern der Bewegung der Ventilnadeln, die Teil der Einspritzvorrichtungen bilden. Die Steuerventilanordnung kann zum Steuern der Ventilnadelbewegung mit mechanischen Mitteln oder mit hydraulischen Mitteln angeordnet sein.
Zum Hintergrund der vorliegenden Erfindung beschreibt die DE 199 30 276 ein Speichereinspritzsystem (Common-Rail-System), bei dem ein Steuerventil im Hochdruckkraftstoffzuführungspfad angeordnet ist, um die Zufuhr von Kraftstoff zu den Einspritzvorrichtungen zu regeln.
In derartigen Systemen ist es erwünscht, dass die Einspritzrate und andere Kraftstoffeinspritzungseigenschaften variiert werden können. Die WO 96/41945 beschreibt ein Kraftstoffsystem, bei dem eine Vorrichtung zum Formen des Einspritzratenverlaufs zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff in den Motor vorgesehen ist. Die Vorrichtung zum Formen des Einspritzratenverlaufs hat die Form von einem oder mehreren den Einspritzratenverlauf formenden Übertragkanälen mit vorbestimmten Längen und Durchmessern, die speziell dafür ausgelegt sind, eine Auswahl gewünschter Einspritzdruckratenformen zu erzielen. Kraftstoff wird von einem Druckspeicher zu den den Einspritzratenverlauf formenden Übertragkanälen zugeführt und eine Ventilanordnung ist vorgesehen, um den zum Erhalten der gewünschten Einspritzungseigenschaft erforderlichen Übertragkanal auszuwählen. Ein Problem des Systems liegt darin, dass die Übertragkanäle eine relativ große Länge haben müssen. Außerdem muss am Auslass des Druckspeichers eine Druckdämpfungsvorrichtung vorhanden sein, um in den Übertragkanälen aufgebaute Druckwellen zu minimieren.
Die DE 199 10 589 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem ein Ventilelement unter dem Einfluss von hydraulischem Kraftstoffdruck, von einem solenoidbetätigten Ventil gesteuert, betrieben wird. Die Druck/Zeit-Kennlinien des Einspritzzyklus verlaufen in einer voreingestellten Weise, die vom Kraftstoffdruck und der Geometrie des Ventilelements bestimmt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kraftstoffsystem bereitzustellen, das das Variieren der Einspritzrate oder einer anderen Kraftstoffeinspritzungseigenschaft beim Gebrauch ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffsystem für die Verwendung in einem Motor mit innerer Verbrennung vorgesehen, das Folgendes umfasst: eine Quelle von Hochdruckkraftstoff zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Einspritzvorrichtung durch einen Kraftstoffzuführungspfad mit einer im Wesentlichen festen Strömungslänge; eine erste Ventilanordnung zum Steuern des Einleitens der Kraftstoffeinspritzung in einem Einspritzzyklus; eine zweite Ventilanordnung in dem Kraftstoffzuführungspfad, umfassend ein Ventilelement, das zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, um die Drosselung des Kraftstoffstroms durch die zweite Ventilanordnung zu variieren, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung zu variieren; und Betätigungsmittel, die so konfiguriert sind, dass sie die zweite Ventilanordnung nach dem Einleiten der Kraftstoffeinspritzung betätigen, so dass Kraftstoffeinspritzkenndaten während des Gebrauchs variiert werden können, wobei die Kenndaten die Variation der Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit zur Einspritzvorrichtung in dem Einspritzzyklus beinhalten.
Vorzugsweise hat die Quelle von Kraftstoff die Form einer gemeinsamen Druckleitung (Common Rail), die mit Kraftstoff unter hohem Druck beschickt wird.
Vorzugsweise hat die erste Ventilanordnung auch die Aufgabe, die Beendigung der Kraftstoffeinspritzung zu regeln.
Die erste Ventilanordnung kann in dem Kraftstoffzuführungspfad angeordnet sein oder sie kann angeordnet sein, um den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung direkt zu steuern.
Das Kraftstoffsystem kann so angeordnet sein, dass das Ventilelement zwischen einer ersten Position, in der der Strom von Kraftstoff gedrosselt ist, und einer zweiten Position, in der der Strom von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung im Wesentlichen ungedrosselt ist, bewegt werden, wobei mittels der Bewegung des Ventilelementes zwischen der ersten und der zweiten Position beim Gebrauch die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff, der der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, durch die zweite Ventilanordnung variiert werden kann.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Kraftstoffeinspritzungseigenschaften, wie die Kraftstoffeinspritzrate, variiert werden können. Insbesondere können relativ niedrige Kraftstoffeinspritzraten mit größerer Genauigkeit geregelt werden.
Das Ventilelement der zweiten Ventilanordnung ist vorzugsweise in einer in einem Ventilgehäuse vorgesehenen Bohrung beweglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Ventilanordnung die Form eines Kolbenschieberventils, umfassend ein Kolbenschieberelement, haben.
Die Bohrung in dem Ventilgehäuse und in dem Kolbenschieberelement kann so gestaltet sein, dass, wenn sich das Kolbenschieberelement in seiner ersten Position befindet, die Bohrung und das Kolbenschieberelement einen gedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff definieren, der der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, und wenn sich das Kolbenschieberelement in der zweiten Position befindet, die Bohrung und das Kolbenschieberelement einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad für die Zufuhr von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung definieren.
Das Kolbenschieberelement kann so gestaltet sein, dass es über seine axiale Länge einen variablen Durchmesser hat. Beispielsweise kann das Kolbenschieberelement eine erste Region mit reduziertem Durchmesser und eine zweite Region mit größerem Durchmesser haben, so dass dann, wenn sich das Kolbenschieberelement in der ersten Position befindet, die Region mit größerem Durchmesser, zusammen mit der Bohrung, den gedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff definiert, und wenn sich das Kolbenschieberelement in der zweiten Position befindet, die Region mit reduziertem Durchmesser, zusammen mit der Bohrung, den im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff definiert.
Alternativ kann das Kolbenschieberelement mit Flachstellen, Nuten oder Aussparungen versehen sein, die zusammen mit der Bohrung entweder den gedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff oder den im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff je nach der Position des Kolbenschieberelementes definieren.
In einer Ausgestaltung ist das Ventilelement der zweiten Ventilanordnung mit einem axial verlaufenden Kanal versehen, der mit einem ersten radial verlaufenden Kanal mit einem relativ kleinen Strömungsbereich, zum Beispiel mit einem relativ kleinen Durchmesser, und einem zweiten radial verlaufenden Kanal mit einem größeren Strömungsbereich verbunden ist, wobei das Ventilelement so angeordnet ist, dass, wenn es sich in der ersten Position befindet, ein Kraftstoffdurchfluss durch den zweiten radial verlaufenden Kanal mit größerem Strömungsbereich im Wesentlichen verhindert wird und Kraftstoff durch den ersten radial verlaufenden Kanal in den axial verlaufenden Kanal strömen kann, und wenn sich das Ventilelement in der zweiten Position befindet, Kraftstoff durch den zweiten radial verlaufenden Kanal in den axial verlaufenden Kanal strömen kann, so dass die Strömungsrate von Kraftstoff durch das zweite Ventilelement beim Gebrauch je nach der Position des Ventilelementes variiert werden kann.
Vorzugsweise kann das Ventilelement von einer Feder, die in einer Federkammer zur Aufnahme von Kraftstoff untergebracht ist, in Richtung auf die erste Position gedrängt werden, wobei die Federkammer mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir durch einen zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal in Verbindung ist, so dass nach einer Bewegung des Ventilelementes von der ersten Position weg unter dem Einfluss von Hydraulikdruck Kraftstoff durch den zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir verdrängt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die zweite Ventilanordnung ein Ventilelement, das mit einem ersten Sitz in Eingriff gebracht werden kann, um die Strömungsgeschwindigkeit von der Einspritzvorrichtung zugeführtem Kraftstoff zu regeln.
Das Ventilelement ist praktisch angeordnet, so dass es, wenn es sich in der ersten Position befindet, an dem ersten Sitz anliegt, um den Strom von Kraftstoff daran entlang zu verhüten, und wenn es sich in der zweiten Position befindet, es von dem ersten Sitz beabstandet ist, so dass die Bohrung und das Ventilelement einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff definieren, durch den Hochdruckkraftstoff zur Einspritzvorrichtung strömt.
Die zweite Ventilanordnung umfasst vorzugsweise einen gedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff, so dass dann, wenn sich das Ventilelement in der ersten Position befindet, Kraftstoff durch den gedrosselten Strömungspfad zur Einspritzvorrichtung strömt.
Der gedrosselte Strömungspfad kann durch eine(n) in dem Ventilelement vorgesehene(n) Kanal oder Bohrung definiert werden. Alternativ kann der gedrosselte Strömungspfad durch eine(n) im Ventilgehäuse vorgesehene(n) Kanal oder Bohrung definiert werden. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann der Sitz für das Ventilelement und/oder die Fläche des Ventilelementes, die an dem ersten Sitz anliegt, so gestaltet sein, dass der gedrosselte Strömungspfad definiert wird.
Das Ventilelement der zweiten Ventilanordnung kann in einen zweiten Sitz eingreifen, wenn es sich in der zweiten Position befindet, wobei das Ventilelement einen axial verlaufenden Kanal mit einer Region mit relativ kleinem Strömungsbereich umfasst, so dass das Ventilelement dann, wenn es sich in der ersten Position befindet, an dem ersten Sitz anliegt, so dass Kraftstoff nicht an dem ersten Sitz vorbei strömen kann, sondern durch die Region mit eingeschränktem Durchmesser in den axial verlaufenden Kanal strömt, und wenn sich das Ventilelement in der zweiten Position befindet, er an dem ersten Sitz vorbei in einen weiteren Kanal in dem Ventilelement strömen kann, der mit dem axial verlaufenden Kanal stromabwärts von der Region mit reduziertem Durchmesser in Verbindung ist, um dadurch einen im Wesentlichen ungedrosselten Bypass-Strömungspfad für Kraftstoff durch die zweite Ventilanordnung zu definieren.
Das Betätigungsmittel kann so konfiguriert sein, dass es die zweite Ventilanordnung mit einer elektromagnetischen Betätigungsanordnung betätigt.
Alternativ kann das Betätigungsmittel so konfiguriert sein, dass es die zweite Ventilanordnung mit einem Hydraulikdruck betätigt, der auf eine Oberfläche wirkt, die mit einem Ventilelement der zweiten Ventilanordnung assoziiert ist, um das Ventilelement zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
In einer Ausgestaltung kann das Ventilelement von einer Feder, die in einer Federkammer zur Aufnahme von Kraftstoff untergebracht ist, in Richtung auf die erste Position gedrängt werden, wobei die Federkammer mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir durch einen zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal in Verbindung ist, so dass nach einer Bewegung des Ventilelementes von der ersten Position weg unter dem Einfluss von Hydraulikdruck Kraftstoff durch den zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir verdrängt wird.
In einer Ausgestaltung ist das Ventilelement der zweiten Ventilanordnung mit einem axial verlaufenden Kanal versehen, der mit einem ersten radial verlaufenden Kanal oder einer ersten radial verlaufenden Bohrung mit einem relativ kleinen Strömungsbereich und einem zweiten radial verlaufenden Kanal oder einer zweiten radial verlaufenden Bohrung mit einem größeren Strömungsbereich verbunden ist, wodurch, wenn das Ventilelement sich in der ersten Position befindet, ein Kraftstoffdurchfluss durch den zweiten radial verlaufenden Kanal mit größerem Strömungsbereich im Wesentlichen verhindert wird und Kraftstoff durch den ersten radial verlaufenden Kanal in den axial verlaufenden Kanal strömen kann, und wenn sich das Ventilelement in der zweiten Position befindet, Kraftstoff durch den zweiten radial verlaufenden Kanal in den axial verlaufenden Kanal strömen kann, so dass die Strömungsrate von Kraftstoff durch die zweite Ventilanordnung beim Gebrauch je nach der Position des Ventilelementes variiert werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung nun mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
2 und 3 jeweils eine Schnittansicht von einem einen Teil des Kraftstoffsystems in 1 bildenden Ventilelement, wenn es sich in der ersten bzw. der zweiten Position befindet,
4 eine Schnittansicht eines alternativen Ventilelements, das einen Teil des Kraftstoffsystems in 1 bilden kann,
5 und 6 Schnittansichten von alternativen Ventilelementen, die einen Teil des Kraftstoffsystems von 1 bilden können,
7 und 8 jeweils eine schematische Darstellung eines alternativen Kraftstoffsystems zu dem in 1 gezeigten, wenn im ersten bzw. im zweiten Einspritzzustand,
9 bis 14 Schnittansichten verschiedener alternativer Ventilelemente zur Verwendung in dem Kraftstoffsystem in den 7 und 8 und
15 eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems.
Bezug nehmend auf 1, ein Speichereinspritzsystem hat eine gemeinsame Druckleitung 10 (Common Rail), die mittels einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) auf konventionelle Weise mit Kraftstoff unter hohem Druck beschickt wird. Die gemeinsame Druckleitung 10 fördert Kraftstoff zu einer Einspritzvorrichtung 12, die Teil des Kraftstoffsystems bildet. Kraftstoff aus der gemeinsamen Druckleitung 10 strömt durch einen Kraftstoffzuführungspfad 14, der für Kraftstoffdurchfluss durch ihn einen festen Strömungsbereich aufweist und der eine feste Strömungslänge hat, durch die Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 strömt. Eine erste Ventilanordnung 16 ist im Zuführungspfad 14 angeordnet, wobei die erste Ventilanordnung 16 die Form eines Hauptsteuerventils hat. Der Kraftstoffzuführungspfad 14 ist auch mit einer zweiten Ventilanordnung 18 versehen, die die Form eines Einspritzratensteuerventils hat. Der Kraftstoffzuführungspfad 14 hat eine Einlassregion 14a, die stromaufwärts vom Einspritzratensteuerventil 18 angeordnet ist, und eine Auslassregion 14b, die stromabwärts vom Einspritzratensteuerventil 18 angeordnet ist. Das Einspritzratensteuerventil 18 kann sich entweder in „Position 1" oder in „Position 2" im Zuführungspfad 14, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, befinden.
In der Praxis hat das Kraftstoffsystem eine Mehrzahl von Einspritzvorrichtungen, je nach der Anzahl von Motorzylindern in dem dazugehörigen Motor, wobei die gemeinsame Druckleitung 10 beim Gebrauch jeder der Einspritzvorrichtungen Kraftstoff unter hohem Druck zuführt. Das Hauptsteuerventil 16 kann betätigt werden, um die Zuführung von Kraftstoff von der gemeinsamen Druckleitung 10 zur Einspritzvorrichtung 12 konventionell zu regeln, und steuert so den Zeitpunkt der Einleitung und Beendigung der Kraftstoffeinspritzung. Die Einspritzvorrichtung 12 kann von der Art sein, bei der die Einspritzdüse eine Ventilnadel umfasst, die zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch wenigstens einen Kraftstoffeinspritzvorrichtungsauslass mit einem Ventilnadelsitz in Eingriff gebracht werden kann. Wenn der Druck des der Einspritzvorrichtung 12 zugeführten Kraftstoffs einen vorbestimmten Betrag überschreitet, wird eine Kraft auf die Ventilnadel ausgeübt, die ausreicht, um die Bewegung der Ventilnadel vom Sitz weg zu verursachen, so dass die Einspritzung eingeleitet wird. Die Kraftstoffeinspritzrate durch die Einspritzvorrichtung 12 hängt von den Abmessungen der Einspritzdüse und von dem Druck des der Einspritzdüse zugeführten Kraftstoffs ab.
Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, hat das Einspritzratensteuerventil 18 in einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Form eines Kolbenschieberventils, umfassend ein Kolbenschieberelement 20, das in einer Bohrung 22 in einem Ventilgehäuse 24 verschiebbar ist, um die Drosselung des Kraftstoffstroms durch das Einspritzratensteuerventil 18 zu variieren. Das Kolbenschieberelement 20 hat über seine axiale Länge einen variablen Durchmesser, so dass es eine erste Region 20a mit reduziertem Durchmesser und eine zweite Region 20b mit etwas größerem Durchmesser hat. Das Kolbenschieberelement 20 kann zwischen einer ersten Position (wie in 2 gezeigt), in der die Region 20b mit größerem Durchmesser des Kolbenschieberelements 20 und der angrenzende Teil der Bohrung 22 einen gedrosselten Strömungspfad 26 für Kraftstoff definieren, bewegt werden. Wenn das Kolbenschieberelement 20 in eine zweite Position bewegt wird (wie in 3 gezeigt), dann definiert die Region 20a mit reduziertem Durchmesser des Kolbenschieberelements 20 zusammen mit dem angrenzenden Teil der Bohrung 22 einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungskanal 28 für durch das Einspritzratensteuerventil 18 strömenden Kraftstoff.
Das Einspritzratensteuerventil 18 kann mithilfe einer elektromagnetischen Stellantriebsanordnung 30 gesteuert werden, indem ein variabler Strom zu einer Wicklung geleitet wird, um die auf das Kolbenschieberelement 20 ausgeübte Kraft zum Verursachen einer Bewegung davon in der Bohrung 22 zu regeln.
Der Betrieb der Hauptsteuerventilanordnung 16 wird durch eine elektromagnetische Stellantriebsanordnung (nicht gezeigt) bequem gesteuert. Der Betrieb der Hauptsteuerventilanordnung 16 kann direkt über den elektromagnetischen Stellantrieb erreicht werden oder durch eine hydraulische Verbindung, wie sie mit Bezug auf die Steuerung des Einspritzratensteuerventils 18 bereits beschrieben wurde, gesteuert werden.
Beim Gebrauch wird, wenn Kraftstoff mit einer relativ niedrigen Einspritzrate aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 eingespritzt werden soll, das Hauptsteuerventil 16 so betätigt, dass Kraftstoff aus der gemeinsamen Druckleitung 10 durch den Kraftstoffzuführungspfad 14 zur Einspritzvorrichtung 12 strömen kann. Auf das Öffnen des Hauptsteuerventils 16 hin steigt der Druck des der Einspritzvorrichtung 12 zugeführten Kraftstoffs, bis die Teil der Einspritzvorrichtung 12 bildende Ventilnadel aus ihrem Sitz gehoben wird, so dass Kraftstoff durch die Auslässe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung strömen kann.
Wenn sich das Kolbenschieberelement 20 in der ersten Position (wie in 2 gezeigt) befindet, so dass der Kraftstoffstrom von dem gedrosselten Strömungskanal 26 wesentlich gedrosselt wird, wird der Druck von dem der Einspritzvorrichtung 12 durch den Zuführungspfad 14 zugeführten Kraftstoff auf Grund der Drosselung 26 verringert. Da die Kraftstoffeinspritzrate vom Kraftstoffdruck innerhalb der Einspritzdüse abhängt, ist die Kraftstoffeinspritzrate relativ niedrig.
Wenn Kraftstoff mit einer höheren Einspritzrate eingespritzt werden soll, wird das Einspritzratensteuerventil 18 betätigt, so dass sich das Kolbenschieberelement 20 in die zweite Position bewegt, in der der Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 im Wesentlichen ungedrosselt ist. Der Druck des der Einspritzvorrichtung 12 durch den Strömungspfad 14 zugeführten Kraftstoffs wird daher auf einem relativ hohen Pegel gehalten, so dass eine relative hohe Kraftstoffeinspritzrate erreicht wird.
Durch Anordnen eines zusätzlichen Steuerventils in dem Zuführungspfad 14 zusätzlich zu dem Hauptsteuerventil 16 können relativ niedrige Einspritzraten erzielt und mit höherer Genauigkeit geregelt werden. Es ist bekannt, die Einspritzrate mithilfe eines Dreistellungs-Hauptsteuerventils zu regeln, bei dem die Bewegung des Ventils zwischen der offenen, geschlossenen und teilweise geschlossenen Position einen Grad an Einspritzratenregelung ermöglicht. Bei der Verwendung derartiger Systeme ist es aber schwierig, relativ niedrige Kraftstoffeinspritzraten genau zu regeln. Die vorliegende Erfindung bietet auch den Vorteil, dass nur ein einzelner Kraftstoffzuführungspfad 14 benötigt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs durch den Zuführungspfad 14 durch Variieren der Drosselung des Kraftstoffstroms durch das Einspritzratensteuerventil 18 geregelt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung (nicht gezeigt) zu der in den 2 und 3 gezeigten kann das Kolbenschieberelement 20 mit Flachstellen, Schlitzen, Nuten oder Aussparungen versehen sein, um die Drosselung des Kraftstoffstroms je nach der Position des Kolbenschieberelements 20 variieren zu können.
Alternativ und wie in 4 gezeigt kann das Einspritzratensteuerventil 18 durch eine hydraulische Verbindung zwischen einem elektromagnetisch betätigten Ventil 19 und dem Einspritzratensteuerventil 18 servobetätigt sein. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 19 regelt die Verbindung zwischen einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir 17 und einer ersten Kammer 21, die mit einem Ende des Kolbenschieberelements 20 assoziiert ist, wobei das Ventil 19 betätigt werden kann, um die auf dem Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 21 beruhende Kraft, die auf das Kolbenschieberelement 20 wirkt, zu regeln. Die auf dem Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 21 beruhende Kraft wirkt in Kombination mit einer auf einem federnden Vorspannungsmittel 23 beruhenden Kraft gegen die Kraft, die auf dem Kraftstoffdruck in einer zweiten Kammer 25 beruht, die von einer in dem Kolbenschieberelement 20 befindlichen Aussparung und einer Fläche eines feststehenden Stiftelements 29 definiert wird. Beim Gebrauch wird Kraftstoff durch eine in dem Kolbenschieberelement 20 befindliche Bohrung 27 der zweiten Kammer 25 zugeführt. Es versteht sich, dass die Position des Kolbenschieberelements 20 in der Bohrung 22 von dem Gleichgewicht von auf das Kolbenschieberelement 20 wirkenden hydraulischen Kräften bestimmt wird, das wiederum von dem Zustand des elektromagnetisch betätigten Ventils 19 bestimmt wird.
Bezug nehmend auf 5 wird eine weitere alternative Art von Einspritzratensteuerventil 18 zur Verwendung in dem in 1 gezeigten Kraftstoffsystem gezeigt. Das Einspritzratensteuerventil 18 umfasst ein Ventilelement 40, das mit einem Sitz 22a in Eingriff gebracht werden kann, der von der Bohrung 22 definiert wird, in der das Ventilelement 40 bewegt werden kann, um den Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 zu regeln. Das Ventilgehäuse 24 ist mit einer Bohrung versehen, die einen gedrosselten Strömungskanal 42 für Kraftstoff zwischen der Einlassregion 14a des Kraftstoffzuführungspfads 14 und einer von der Bohrung 22 definierten ringförmigen Kammer 44 definiert. Die ringförmige Kammer 44 ist mit der Auslassregion 14b des Kraftstoffzuführungspfads 14 so in Verbindung, dass, wenn sich das Ventilelement 40 in seiner am Sitz anliegenden Position (wie in 5 gezeigt) befindet, Kraftstoff durch den gedrosselten Strömungskanal 42 in die ringförmige Kammer 44 und in die Auslassregion 14b des Kraftstoffzuführungspfads 14 zur Einspritzvorrichtung strömt. Bei in der ersten Position befindlichem Ventilelement 40 ist der Druck des Kraftstoffs, der der Einspritzvorrichtung 12 zugeführt wird, verringert, so dass eine niedrigere Kraftstoffeinspritzrate erreicht wird, wie bereits beschrieben wurde.
Das Ventilelement 40 kann in eine zweite Position bewegt werden, in der es so von dem Sitz 22a beabstandet ist, dass zwischen dem Ventilelement 40 und dem Sitz 22a ein im Wesentlichen ungedrosselter Strömungskanal für Kraftstoff 22a definiert wird. Bei von dem Sitz 22a beabstandetem Ventilelement 40 umgeht der Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 daher den gedrosselten Strömungskanal 42 und kann an dem Sitz 22a vorbei und durch die Auslassregion 14b des Zuführungspfads 14 zur Einspritzvorrichtung 12 strömen. Wenn das Ventilelement 40 von dem Sitz 22a weg bewegt wird, dann wird der Druck des der Einspritzvorrichtung 12 zugeführten Kraftstoffs auf einem relativ hohen Wert gehalten, so dass eine höhere Einspritzrate erzielt wird. Es versteht sich, dass die Drosselung der Kraftstoffströmung über den Zuführungspfad 14 durch Steuern der Position des Ventilelements 40 relativ zum Sitz 22a variiert werden kann, so dass relativ niedrige Kraftstoffeinspritzraten erzielt und genau geregelt werden können.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung, wobei auf 6 Bezug genommen wird, hat das Einspritzratensteuerventil 18 ein Ventilelement 40, das mit einer Bohrung 50 versehen ist, die einen gedrosselten Strömungskanal für Kraftstoff definiert. Das Ventilelement 40 kann zwischen einer ersten Position, in der es am Sitz 22a anliegt, und einer zweiten Position, in der es von dem Sitz 22a beabstandet ist, bewegt werden, wie bereits beschrieben wurde. Wenn das Ventilelement 40 an dem Sitz 22a anliegt, strömt zu der Einlassregion 14a des Zuführungspfads 14 geförderter Kraftstoff durch die Bohrung 50, die in dem Ventilelement 40 bereitgestellt ist, so dass der Strom von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 gedrosselt wird. Dies führt zu einem relativ niedrigen Druck des zur Einspritzvorrichtung geförderten Kraftstoffs, so dass eine relativ niedrige Einspritzrate erzielt wird.
Zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzrate wird das Ventilelement 40 von dem Sitz 22a weg bewegt, so dass die Bohrung 50 umgangen wird und der Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 im Wesentlichen ungedrosselt ist. Der Druck des der Einspritzvorrichtung zugeführten Kraftstoffs ist daher relativ hoch, was eine höhere Einspritzrate zur Folge hat.
In einer alternativen Ausgestaltung zu denen, die in den 5 und 6 gezeigt sind, kann der Sitz 22a für das Ventilelement 40 so gestaltet sein, dass er einen gedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff definiert, wenn das Ventilelement 40 am Sitz anliegt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Fläche des Ventilelements 40, die mit dem Sitz 22a in Eingriff gebracht werden kann, so gestaltet sein, dass sie den gedrosselten Strömungspfad definiert.
Eine alternative Ausgestaltung des Kraftstoffsystems ist in 7 abgebildet; dabei hat das Einspritzratensteuerventil 18 die Form eines Kolbenschieberventils, das hydraulisch betätigt werden kann, anstatt von einer Stellantriebsanordnung betätigt zu werden. Das Einspritzratensteuerventil 18 hat ein Kolbenschieberelement 60 mit einer Region 60a mit reduziertem Durchmesser. Das Kolbenschieberelement 60 ist in einer Bohrung 62 mit einer Region mit vergrößertem Durchmesser verschiebbar, die mit der Einlassregion 14a des Kraftstoffzuführungspfads 14 in Verbindung ist, wobei die Bohrung ferner eine stromabwärts von der vergrößerten Region befindliche Fläche 62a definiert. Das Kolbenschieberelement 60 kann zwischen einer ersten Position (wie in 7 gezeigt), in der ein gedrosselter Strömungspfad 63 für Kraftstoff von der Außenfläche der Region 60a mit reduziertem Durchmesser des Kolbenschieberelements 60 und der Fläche 62a der Bohrung 62 definiert wird, und einer zweiten Position (wie in 8 gezeigt) bewegt werden, in der das Kolbenschieberelement 60 von der Fläche 62a weg beabstandet ist, um zusammen mit der vergrößerten Region der Bohrung 62 einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad 67 für Kraftstoff zu definieren. Das Kolbenschieberelement 60 wird von einer ersten Feder 64, die in einer Federkammer 66 angeordnet ist, die mit einem Ende des Kolbenschieberelements 60 assoziiert ist, in die erste Position gedrängt. Die Federkammer 66 ist durch einen mit einer Drosselung 70a versehenen Strömungskanal 70 mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir 68 in Verbindung. Eine weitere Kammer 65 wird von der Bohrung 62, die mit der Auslassregion 14b des Kraftstoffzuführungspfads 14 in Verbindung ist, definiert.
Die Einspritzvorrichtung 12 ist in 7 detaillierter dargestellt und hat eine Ventilnadel 80, die von einer Düsenfeder 82 in Richtung auf einen Ventilnadelsitz gedrängt wird, wobei die Bewegung der Ventilnadel 80 von dem Ventilnadelsitz weg gegen die auf der Düsenfeder 82 beruhende Kraft zur Folge hat, dass zur Einspritzvorrichtung 12 geförderter Kraftstoff durch wenigstens eine Auslassöffnung 86 der Einspritzvorrichtung in den Motorzylinder oder einen anderen Verbrennungsraum strömt.
Beim Gebrauch wird, wenn Kraftstoff mit einer relativ niedrigen Einspritzrate aus der Einspritzvorrichtung 12 gespritzt werden soll, das Hauptsteuerventil 16 betätigt, so dass Kraftstoff aus der gemeinsamen Druckleitung 10 durch den Kraftstoffzuführungspfad 14 zur Einspritzvorrichtung 12 strömen kann. Nach dem Öffnen des Hauptsteuerventils 16 steigt der Druck des zur Einspritzvorrichtung 12 geförderten Kraftstoffs, bis die Ventilnadel 80 gegen die auf der Düsenfeder 82 beruhende Kraft aus ihrem Sitz gehoben wird, so dass Kraftstoff durch die Auslassöffnungen 86 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung strömen kann. Wenn das Kolbenschieberelement 60 in seiner ersten Position ist (wie in 7 gezeigt), so dass der Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 von dem gedrosselten Strömungspfad 63 gedrosselt wird, ist der Druck des durch den Zuführungspfad 14 zur Einspritzvorrichtung 12 geförderten Kraftstoffs relativ niedrig. Unter diesen Umständen ist, weil die Kraftstoffeinspritzrate von der Einspritzvorrichtung 12 von dem an die Einspritzdüse angelegten Kraftstoffdruck abhängt, die Kraftstoffeinspritzrate relativ niedrig.
Bei zunehmendem Druck des durch die Einlassregion 14a zu der weiteren Kammer 65 geförderten Kraftstoffs wird das Kolbenschieberelement 60 gegen die auf der ersten Feder 64 beruhende Kraft von der ersten Position weg in die zweite Position (wie in 8 gezeigt) gedrängt. Die Bewegung des Kolbenschieberelements 60 in die in 8 gezeigte Position wird verzögert, während Kraftstoff in der Federkammer 66 durch den gedrosselten Strömungskanal 70, 70a zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir 68 verdrängt wird. Wenn das Kolbenschieberelement 60 sich in seine zweite Position bewegt hat, ist die Strömungsrate von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 im Wesentlichen ungedrosselt, was zu einem Anstieg des an die Einspritzvorrichtung 12 angelegten Kraftstoffdrucks und daher zu einem Anstieg der Kraftstoffeinspritzrate durch die Auslassöffnungen 86 führt.
Wenn die Einspritzung beendet werden soll, wird das Hauptsteuerventil 16 geschlossen, so dass aus der gemeinsamen Druckleitung 10 kein Kraftstoff mehr zur Einlassregion 14a des Zuführungspfads 14 zugeführt werden kann. Der Kraftstoffdruck in der Einlass- und der Auslassregion 14a, 14b des Kraftstoffzuführungspfads 14 wird dadurch verringert und die Ventilnadel 80 wird von der Düsenfeder 82 gegen den Ventilnadelsitz gedrängt. Der Druck des Kraftstoffs in der Einlass- und der Auslassregion 14a, 14b des Kraftstoffzuführungspfads 14 und der Druck von Kraftstoff in der Einspritzvorrichtung 80 wird weiter reduziert, da Kraftstoff durch Ventilspiele in wenigstens einer der Ventilanordnungen 16, 18 und/oder der Einspritzvorrichtung 12 zur Niederdruckseite abgehen kann. Während der auf das Kolbenschieberelement 60 wirkende Kraftstoffdruck zum Wegdrängen des Kolbenschieberelements 60 von der Fläche 62a reduziert wird, kehrt das Kolbenschieberelement 60 unter der Wirkung der ersten Feder 64 und einer Kraft, die auf Kraftstoff beruht, der durch den gedrosselten Strömungskanal 70, 70a in die Federkammer 66 zurückfließt, in die erste Position (wie in 7 gezeigt) zurück. In der Praxis muss eventuell das Niederdruck-Reservoir 68 leicht unter Druck gesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Federkammer 66 in Bereitschaft für den nächsten Einspritzzyklus auf einen ausreichenden Pegel druckbeaufschlagt wird.
Die 9(a) und 9(b) zeigen verschiedene Querschnittansichten einer alternativen Art von Einspritzratensteuerventil 18 zur Verwendung in dem in 7 gezeigten Kraftstoffsystem. Wie in 9(b) am deutlichsten zu sehen ist, ist ein Ende des Kolbenschieberelements 60 mit einander seitlich gegenüber liegenden Flachstellen 90 versehen. Je nach der Position des Kolbenschieberelements 60 innerhalb der Bohrung 62 kooperieren entweder die abgeflachten Regionen 90 des Kolbenschieberelements 60 mit der Fläche 62a der Bohrung 62, so dass ein gedrosselter Strömungspfad für Kraftstoff zwischen der Einlassregion 14a und der Auslassregion 14b definiert wird, oder das Kolbenschieberelement 60 ist von der Fläche 62a beabstandet, so dass ein im Wesentlichen ungedrosselter Strömungspfad für Kraftstoff zwischen der Einlassregion 14a und der Auslassregion 14b definiert wird. Der Betrieb des Kraftstoffsystems ist dem mit Bezug auf die 7 und 8 bereits beschriebenen ähnlich und wird daher im Folgenden nicht ausführlicher beschrieben.
Die 10 bis 12 zeigen weitere alternative Formen des Einspritzratensteuerventils 18 zur Verwendung in dem Kraftstoffsystem von 7. In 10 ist das Ventilelement 160 mit einer Bohrung versehen, die einen ersten, axial verlaufenden Kanal 92 definiert, der an einem Ende mit der weiteren Kammer 65 in Verbindung ist. Das andere Ende des axial verlaufenden Kanals 92 ist mit einer weiteren Bohrung in Verbindung, die einen radial verlaufenden Kanal 94 mit eingeschränktem Durchmesser definiert. Das Ventilelement 160 ist an seinem untersten Ende zum Zusammenwirken mit der Fläche 62a gestaltet, so dass in einer ersten Position, in der das Ventilelement 160 neben der Fläche 62a ist, Kraftstoff im Wesentlichen daran gehindert wird, an der Fläche 62a vorbei in die weitere Kammer 65 zu strömen, aber durch den gedrosselten Kanal 94 in den axial verlaufenden Kanal 92 und von dort in die äußere Region 14b zum Fördern zur Einspritzvorrichtung 12 strömen kann. Unter diesen Umständen ist die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff durch den Zuführungspfad 14 zur Einspritzvorrichtung 12 relativ niedrig, so dass die Kraftstoffeinspritzrate durch die Auslassöffnungen 86 der Einspritzvorrichtung 12 relativ niedrig ist.
Bei zunehmendem Kraftstoffdruck in der weiteren Kammer 65 wird das Ventilelement 160 auf Grund von größeren hydraulischen Kräften, die auf das Ventilelement 160 wirken, gegen die auf der ersten Feder 64 beruhende Kraft von der Fläche 62a weg gedrängt, wodurch Kraftstoff in der Federkammer 66 durch den gedrosselten Kanal 70, 70a und zu dem Niederdruck-Kraftstoffreservoir 68 verdrängt wird und Kraftstoff durch einen relativ ungedrosselten Strömungspfad strömen kann, der zwischen dem Ventilelement 160 und der Fläche 62a der Einspritzvorrichtung 12 definiert ist. Nach einer anfänglichen Zeitdauer, während der das Ventilelement 160 Kraftstoff in der Federkammer 66 zu dem Niederdruck-Kraftstoffreservoir 68 verdrängt, wird die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff durch den Strömungspfad 14 zur Einspritzvorrichtung 12 vergrößert, was zu einer höheren Kraftstoffeinspritzrate durch die Auslassöffnungen 86 der Einspritzvorrichtung 12 führt.
Das Einspritzratensteuerventil 18 in 11 funktioniert ähnlich wie das in 10 gezeigte Einspritzratensteuerventil, außer dass, wenn das Ventilelement 160 in seiner ersten Position ist, in der das Zusammenwirken zwischen dem Ventilelement 160 und der Fläche 62a das Strömen von Kraftstoff von der Einlassregion 14a zu der weiteren Kammer 65 im Wesentlichen verhindert, der gedrosselte Strömungspfad für Kraftstoff von einer Bohrung in einem Gehäuse definiert wird, die einen gedrosselten Strömungskanal 96 definiert.
12 zeigt ein weiteres alternatives Einspritzratensteuerventil 18 in der Form eines Kolbenschieberventils mit einem Kolbenschieberelement 260 mit größerer axialer Länge. Das Kolbenschieberelement 260 ist mit einer Bohrung, die einen axial verlaufenden Kanal 98 mit relativ großem Durchmesser definiert, durch den Kraftstoff mit einer relativ ungedrosselten Rate strömt, einer weiteren Bohrung, die einen ersten Querkanal 102 mit im Wesentlichen uneingeschränktem Durchmesser, durch den Kraftstoff mit einer relativ ungedrosselten Rate strömt, und einer zusätzlichen Bohrung versehen, die einen radial verlaufenden Kanal 100 mit einem relativ kleinen Durchmesser definiert, durch den Kraftstoff mit einer gedrosselten Rate strömt.
In der in 12 gezeigten Position kann zur Einlassregion 14a des Kraftstoffzuführungspfads 14 geförderter Kraftstoff durch einen gedrosselten Strömungspfad, der von dem radial verlaufenden Kanal 100 und dem axial verlaufenden Kanal 98 definiert wird, zur Auslassregion 14b des Zuführungspfads 14 und von dort zur Einspritzvorrichtung 12 strömen. Wenn das Kolbenschieberelement 260 gegen die auf der ersten Feder 64 beruhende Kraft in einer Aufwärtsrichtung (in der in 12 gezeigten Darstellung) gedrängt wird, wird das Kolbenschieberelement 260 auf Grund von auf das Ventilelement 260 wirkendem hydraulischem Druck in eine zweite Position bewegt, in der der Kraftstoff in der Einlassregion 14a des Zuführungspfads 14 durch den ersten Querkanal 102 mit uneingeschränktem Durchmesser in eine Region 14b des axial verlaufenden Kanals 98 stromabwärts von dem Punkt der Verbindung mit dem radial verlaufenden Kanal 100 und von dort in die Auslassregion 14b zur Förderung zur Einspritzvorrichtung 12 strömen kann. Wenn das Kolbenschieberelement 260 in der zweiten Position ist, ist der Strom von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 durch das Einspritzratensteuerventil 18 daher im Wesentlichen ungedrosselt, so dass eine größere Kraftstoffeinspritzrate durch die Auslassöffnungen 86 erreicht wird. Das Kolbenschieberelement 260 kann so gestaltet sein, dass der Strom von Kraftstoff durch den ersten radial verlaufenden Kanal 100 verhindert wird, wenn das Ventilelement 260 in der zweiten Position ist, wobei das aber nicht unbedingt erforderlich ist.
Bei jedem der in den 7 bis 12 gezeigten Einspritzratensteuerventile 18 kann der Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 in der umgekehrten Richtung erfolgen, so dass die „Auslassregion" 14b mit der gemeinsamen Druckleitung 10 in Verbindung ist und die „Einlassregion" 14a Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 fördert. Wenn der Druck von Kraftstoff, der zur Einlassseite des Einspritzratensteuerventils 18 (d. h. der Auslassregion 14b) gefördert wird, ansteigt, wird das Ventilelement 60 daher von einer ersten Position, in der ein gedrosselter Strömungspfad für Kraftstoff im Kraftstoffzuführungspfad 14 definiert wird, in eine zweite Position weg gedrängt, in der die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 wesentlich gedrosselt ist.
Die 13 und 14 zeigen noch eine weitere alternative Form des Einspritzratensteuerventils 18, bei der das Ventilelement 360 in einem axial verlaufenden Kraftstoffzuführungspfad 14 angeordnet ist. Der Zuführungspfad 14 ist so gestaltet, dass er eine erste bzw. eine zweite gestufte Fläche 103, 104 definiert, mit der das Ventilelement 360 in Eingriff gebracht werden kann, wenn es in seiner ersten bzw. zweiten Betriebsposition ist. Der Kraftstoffzuführungspfad 14 ist auch so gestaltet, dass er eine vergrößerte Region hat, die die Federkammer 66 definiert, in der die erste Feder 64 angeordnet ist, um das Ventilelement 360 in die erste Position zu drängen, in der es mit der ersten gestuften Fläche 103 in Eingriff ist. Das Ventilelement 360 ist mit einem axial verlaufenden Kanal 106 versehen, der an einem Ende mit der Auslassregion 14b des Zuführungskanals 14 in Verbindung ist und am anderen Ende eine Region 108 mit einem relativ kleinen Strömungsbereich hat, der mit der Einlassregion 14a des Zuführungskanals 14 in Verbindung ist. Das Ventilelement 360 ist auch mit einem radial verlaufenden Kanal 110 versehen, der einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungsbereich für Kraftstoff aufweist, wobei der radial verlaufende Kanal 110 mit dem axial verlaufenden Kanal 106 stromabwärts von der eingeschränkten Region 108 in Verbindung ist.
Wenn das Ventilelement 360 in seiner ersten Position ist (wie in 13 gezeigt), ist das obere Ende des Ventilelements 360 mit der ersten gestuften Fläche 103 in Eingriff, so dass Kraftstoff in der Einlassregion 14a nicht an der ersten gestuften Fläche 103 vorbei in den radial verlaufenden Kanal 110 strömen kann, sondern durch die gedrosselte Region 108 in den axial verlaufenden Kanal 106 und zur Auslassregion 14b zur Förderung zur Einspritzvorrichtung 12 strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 ist daher relativ niedrig, so dass eine relativ niedrige Kraftstoffeinspritzrate erzielt wird, wie bereits beschrieben wurde.
Bei zunehmendem Kraftstoffdruck innerhalb der Einlassregion 14a des Zuführungspfads 14 wird das Ventilelement 360 gegen die auf der ersten Feder 64 beruhende Kraft und auch gegen angestiegenen Kraftstoffdruck in der Kammer 66 auf Grund der größeren hydraulischen Kraft, die auf die obere Endfläche des Ventilelements 360 ausgeübt wird, von der ersten gestuften Fläche 103 weg gedrängt. Das Ventilelement 360 wird mit der zweiten gestuften Fläche 104 in Eingriff gedrängt (wie in 14 gezeigt), so dass Kraftstoff in der Einlassregion 14a an der ersten gestuften Fläche 103 vorbei, die gedrosselte Region 108 umgehend in den Querkanal 110 mit im Wesentlichen nicht eingeschränkten Durchmesser strömen kann. Unter derartigen Umständen ist die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff durch den Zuführungspfad 14 im Wesentlichen ungedrosselt, so dass die Kraftstoffeinspritzrate durch die Auslassöffnungen 86 der Einspritzvorrichtung 12 relativ hoch ist, wie bereits beschrieben wurde. Die Bewegung des Ventilelements 360 in die in 14 gezeigte Position ist etwas verzögert, wie bei bereits beschriebenen Ausgestaltungen, während Kraftstoff in der Federkammer 66 durch den gedrosselten Strömungskanal 70, 70a zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir 68 verdrängt wird.
Der Strom von Kraftstoff durch das Einspritzratensteuerventil 18 kann in den Ausgestaltungen, die in den 13 und 14 gezeigt werden, auch umgekehrt erfolgen, wie bereits besprochen wurde.
15 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung, in der das Einspritzratensteuerventil 18 in dem Kraftstoffzuführungspfad 14 angeordnet ist, in der aber die Einleitung und Beendigung der Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzvorrichtung 12 mithilfe eines Steuerventils 16a direkt gesteuert werden. Das Einspritzratensteuerventil 18 in 15 kann die Form von einer beliebigen der in den 2 bis 6 gezeigten Ventilanordnungen haben. Im typischen Fall kann das Hauptsteuerventil 16a die Form einer elektromagnetischen Stellantriebsanordnung haben, um die Bewegung einer Ventilnadel der Einspritzvorrichtung 12 direkt oder mit hydraulischen Mitteln auf eine Weise zu steuern, die einer fachkundigen Person vertraut wäre. Wie bereits beschrieben, werden Einleitung und Beendigung der Einspritzung durch Betätigen des Steuerventils 16a gesteuert und die Einspritzrate wird durch Steuern des Betriebs des Einspritzratensteuerventils 18 geregelt.
Die Erfindung sieht ein Mittel zum Steuern der Einleitung und Dauer des Teils der Kraftstoffeinspritzung mit relativ niedriger Einspritzrate entweder mit einem Solenoid (wie in den 2 bis 6 gezeigt) oder voreingestellt (wie in den 7 bis 14 gezeigt) vor. Unter einigen Umständen, zum Beispiel für einige Kombinationen von Motordrehzahl, Last und Zündeinstellung, kann es erwünscht sein, die Einspritzung mit relativ niedrigen Einspritzraten zu vermeiden. Unter derartigen Umständen kann das Ventilelement des Einspritzratensteuerventils 18, wenn solenoidgesteuert, in einer Position gehalten werden, in der der Strom von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 im Wesentlichen ungedrosselt ist. Alternativ kann es erwünscht sein, eine niedrigere Einspritzrate mit relativ langer Dauer zu haben, und dies kann erreicht werden, indem das Ventilelement in der Position gehalten wird, die den Fluss von Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 für eine relativ lange Zeit drosselt. Für die in den 7 bis 14 gezeigten Ausgestaltungen, in denen das Einspritzratensteuerventil 18 hydraulisch gesteuert wird, sind die Abmessungen des Ventilelements 60, 160, 260, 360 und der Drosselung 70a und die Größe der ersten Feder 64 so ausgewählt, dass das Erzielen der gewünschten Einspritzungskennlinien gewährleistet ist.
Es ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass der Kraftstoffzuführungspfad 14 eine feste Strömungslänge hat, durch die Kraftstoff von der gemeinsamen Druckleitung 10 zur Einspritzvorrichtung 12 strömt. Es versteht sich, dass die Bewegung des Ventilelements 20, 40, 60, 160, 260, 360 zwar den tatsächlichen Pfad ändern kann, durch den Kraftstoff strömt (zum Beispiel durch die Bohrung 96 oder an der Fläche 62a vorbei, siehe 11), dies aber die Strömungslänge des Zuführungspfads nicht wesentlich ändert und derartiges „Umlenken" des Stroms nur die Geschwindigkeit ändert, mit der Kraftstoff zur Einspritzvorrichtung 12 strömt, indem die Drosselung der Kraftstoffströmung variiert wird. Außerdem versteht es sich, dass der Kraftstoffzuführungspfad 14 sich in zwei oder mehr separate Pfade verzweigen kann, während eine feste Strömungslänge zwischen der gemeinsamen Druckleitung 10 und der Einspritzvorrichtung 12 doch noch aufrecht erhalten wird.
Die Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind zwar als Speichereinspritzsystem (Common Rail-Kraftstoffsystem) beschrieben, es versteht sich aber, dass die Kraftstoffquelle 10 auch eine alternative Form haben kann.

Claims

Kraftstoffsystem für die Verwendung in einem Motor mit innerer Verbrennung, das Folgendes umfasst: eine Quelle von Hochdruckkraftstoff (10) zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Einspritzdüse (12) durch einen Kraftstoffzuführungspfad (14) mit einer im Wesentlichen festen Strömungslänge; eine erste Ventilanordnung (16) zum Steuern des Einleitens der Kraftstoffeinspritzung in einem Einspritzzyklus; gekennzeichnet durch eine zweite Ventilanordnung (18) in dem Kraftstoffzuführungspfad, umfassend ein Ventilelement (20), das zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, um die Drosselung des Kraftstoffstroms durch die zweite Ventilanordnung zu variieren, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff zur Einspritzdüse (12) zu variieren; und Betätigungsmittel, die so konfiguriert sind, dass sie die zweite Ventilanordnung nach dem Einleiten der Kraftstoffeinspritzung betätigen, so dass Kraftstoffeinspritzkenndaten während des Gebrauchs variiert werden können, wobei die Kenndaten die Variation der Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit zur Einspritzdüse in dem Einspritzzyklus beinhalten.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffquelle die Form einer gemeinsamen Druckleitung (10) hat, die mit Kraftstoff unter hohem Druck beschickt wird.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Ventilanordnung (16) auch die Aufgabe hat, die Beendigung der Kraftstoffeinspritzung zu regeln.
Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Ventilanordnung (16) in dem Kraftstoffzuführungspfad (14) angeordnet ist.
Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Ventilanordnung (18) so angeordnet ist, dass dann, wenn sich das Ventilelement (20) in der ersten Position befindet, der Strom von Kraftstoff durch die zweite Ventilanordnung (18) gedrosselt wird, und wenn sich das Ventilelement (20) in der zweiten Position befindet, der Strom von Kraftstoff durch die zweite Ventilanordnung (18) im Wesentlichen ungedrosselt ist, wobei mittels der Bewegung des Ventilelementes (20) zwischen der ersten und der zweiten Position beim Gebrauch die Strömungsgeschwindigkeit des zur Einspritzdüse (12) zugeführten Kraftstoffs variiert werden kann.
Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ventilelement (20) der zweiten Ventilanordnung (18) in einer in einem Ventilgehäuse (24) vorgesehenen Bohrung (22) beweglich ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 6, wobei die zweite Ventilanordnung (18) ein Kolbenschieberelement (20) umfasst, wobei die Bohrung (22) in dem Ventilgehäuse (24) und das Kolbenschieberelement (20) so gestaltet sind, dass, wenn sich das Kolbenschieberelement (20) in seiner ersten Position befindet, die Bohrung (22) und das Kolbenschieberelement (20) einen gedrosselten Strömungspfad (26) für Kraftstoff definieren, der der Einspritzdüse (12) zugeführt wird, und wenn sich das Kolbenschieberelement (20) in der zweiten Position befindet, die Bohrung (22) und das Kolbenschieberelement (20) einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad (28) für Kraftstoff definieren, der der Einspritzdüse (12) zugeführt wird.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 7, wobei das Kolbenschieberelement (20) über seine axiale Länge einen variablen Durchmesser hat, wobei das Kolbenschieberelement (20) eine erste Region (20a) mit reduziertem Durchmesser und eine zweite Region (20b) mit größerem Durchmesser hat, so dass dann, wenn sich das Kolbenschieberelement (20) in der ersten Position befindet, die Region (20b) mit größerem Durchmesser, zusammen mit der Bohrung (22), den ungedrosselten Strömungspfad (26) für Kraftstoff definiert, und wenn sich das Kolbenschieberelement (20) in der zweiten Position befindet, die Region (20a) mit reduziertem Durchmesser, zusammen mit der Bohrung (22), den im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad (28) für Kraftstoff definiert.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 7, wobei das Kolbenschieberventil (20) mit Flachstellen versehen ist, die zusammen mit der Bohrung (22) entweder den ungedrosselten Strömungspfad (26) für Kraftstoff oder den im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad (28) für Kraftstoff je nach der Position des Kolbenschieberelementes (20) definieren.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 6, wobei das Ventilelement (260) mit einem axial verlaufenden Kanal (98) versehen ist, der mit einem ersten radial verlaufenden Kanal (100) mit einem relativ kleinen Strömungsbereich und einem zweiten radial verlaufenden Kanal (102) mit einem größeren Strömungsbereich verbunden ist, wobei das Ventilelement (260) so angeordnet ist, dass, wenn es sich in der ersten Position befindet, ein Kraftstoffdurchfluss durch den zweiten radial verlaufenden Kanal (102) mit größerem Strömungsbereich im Wesentlichen verhindert wird und Kraftstoff durch den ersten radial verlaufenden Kanal (100) in den axial verlaufenden Kanal (98) strömen kann, und wenn sich das Ventilelement (260) in der zweiten Position befindet, Kraftstoff durch den zweiten radial verlaufenden Kanal (102) in den axial verlaufenden Kanal (98) strömen kann, so dass die Strömungsrate von Kraftstoff durch die zweite Ventilanordnung (18) beim Gebrauch je nach der Position des Ventilelementes (260) variiert werden kann.
Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ventilelement (20, 260) der zweiten Ventilanordnung (18) von einer Feder (64), die in einer Federkammer (66) zur Aufnahme von Kraftstoff untergebracht ist, in Richtung auf die erste Position gedrängt wird, wobei die Federkammer (66) mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir (68) durch einen zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal (70) in Verbindung ist, so dass nach einer Bewegung des Ventilelementes (20, 260) von der ersten Position weg unter dem Einfluss von Hydraulikkraft Kraftstoff durch den zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal (70) zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir (68) verdrängt wird.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 6, wobei das Ventilelement (40) mit einem ersten Sitz (22a) in Eingriff gebracht werden kann, um die Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff durch den einzelnen Kraftstoffzuführungspfad und somit die Strömungsrate von Kraftstoff zur Einspritzdüse (12) zu regeln.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 12, wobei die zweite Ventilanordnung (18) so angeordnet ist, dass das Ventilelement (40), wenn es sich in der ersten Position befindet, an dem ersten Sitz (22a) anliegt, um den Strom von Kraftstoff daran entlang zu verhüten, und wenn sich das Ventilelement (40) in der zweiten Position befindet, es von dem ersten Sitz (22a) beabstandet ist, so dass die Bohrung (22) und das Ventilelement (40) einen im Wesentlichen ungedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff definieren, durch den Hochdruckkraftstoff zur Einspritzdüse (12) strömt.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 13, wobei die zweite Ventilanordnung (18) einen gedrosselten Strömungspfad für Kraftstoff umfasst, so dass dann, wenn das Ventilelement (40) in der ersten Position an dem ersten Sitz (22a) anliegt, Kraftstoff durch den gedrosselten Strömungspfad strömt.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 14, wobei der gedrosselte Strömungspfad durch einen in dem Ventilelement (40) vorgesehenen Kanal (50) definiert wird.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 14, wobei der gedrosselte Strömungspfad durch einen im Ventilgehäuse (24) vorgesehenen Kanal (42) definiert wird.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 14, wobei der erste Sitz (22a) für das Ventilelement und/oder eine Fläche des Ventilelementes (40), die in den ersten Sitz (22a) eingreifen kann, so gestaltet ist/sind, dass der gedrosselte Strömungspfad definiert wird.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 12, wobei das Ventilelement (360) in einen zweiten Sitz (104) eingreifen kann, wenn es sich in der zweiten Position befindet, wobei das Ventilelement einen axial verlaufenden Kanal (106) mit einer Region (108) mit relativ kleinem Strömungsbereich umfasst, so dass das Ventilelement (360) dann, wenn es sich in der ersten Position befindet, an dem ersten Sitz (103) anliegt, so dass Kraftstoff nicht an dem ersten Sitz (103) vorbei strömen kann, sondern durch die Region (108) mit relativ kleinem Strömungsbereich in den axial verlaufenden Kanal (106) strömt, und wenn sich das Ventilelement (360) in der zweiten Position befindet, er an dem ersten Sitz (103) vorbei in einen weiteren Kanal (110) in dem Ventilelement (360) strömen kann, der mit dem axial verlaufenden Kanal (106) in Verbindung ist, um dadurch einen im Wesentlichen ungedrosselten Bypass-Strömungspfad für Kraftstoff durch die zweite Ventilanordnung (18) zu definieren.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 18, wobei der weitere Kanal (110) mit einem Teil des axial verlaufenden Kanals (106) stromabwärts von der Region (108) mit relativ kleinem Strömungsbereich in Verbindung ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei das Ventilelement (360) mit Hilfe einer Feder (64), die sich in einer Federkammer (66) zur Aufnahme von Kraftstoff befindet, in Richtung auf die erste Position gedrängt wird, wobei die Federkammer (66) mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir (68) durch einen zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal (70) in Verbindung ist, so dass nach einer Bewegung des Ventilelementes (360) von der ersten Position weg unter dem Einfluss von Hydraulikdruck Kraftstoff durch den zusätzlichen gedrosselten Strömungskanal (70) zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir (68) verdrängt wird.
Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Betätigungsmittel so konfiguriert ist, dass es die zweite Ventilanordnung (18) mit einer elektromagnetischen Betätigungsanordnung betätigt.
Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Betätigungsmittel so konfiguriert ist, dass es die zweite Ventilanordnung (18) mit einem Hydraulikdruck betätigt, der auf eine Oberfläche wirkt, die mit einem Ventilelement der zweiten Ventilanordnung assoziiert ist, um das Ventilelement zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.