DE60108454T2

DE60108454T2 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE60108454T2
Application number: DE2001608454
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Toyota-shi Watanabe; Kazuhiro Toyota-shi Omae
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: EP1186773B1; DE60108454D1; JP2002081358A; ES2231365T3; EP1186773A2; JP3804421B2; EP1186773A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und auch auf ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 8-334 072 offenbart eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Gehäuse mit einer Düse, einer Nadel, die beweglich in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Nadelunterbringungskammer untergebracht ist, und einem Steuerventil zum Steuern eines Versatzes bzw. einer Verschiebung der Nadel. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird das Steuerventil durch den Druck versetzt, der auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufgebracht wird, und wird auf eine Null-Versatz-Position versetzt, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, auf eine gänzlich versetzte Position versetzt, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, und auf eine Zwischenposition zwischen der Null-Versatz-Position und der gänzlich versetzten Position versetzt, wenn der Kraftstoffdruck in der Mitte ist.
Die Nadel kann gänzlich versetzt werden, wenn das Steuerventil auf die Null-Versatz-Position oder auf die gänzlich versetzte Position versetzt wird, und kann teilweise versetzt werden, wenn das Steuerventil auf die Zwischenposition versetzt wird.
Jedoch muss während des Versetzens des Steuerventils von der Null-Versatz-Position zu der gänzlich versetzten Position das Steuerventil die Zwischenposition passieren, bei der der Versatz der Nadel begrenzt ist. Dies kann ein schnelles Versetzen der Nadel zum gänzlichen Öffnen der Düse verhindern.
Die Druckschrift WO 99 15 779 A offenbart ein Einspritzventil. Zum Steuern einer Nadel werden zwei Bohrungen, die mit einer Niedrigdruckflüssigkeitsquelle verbunden sind, und eine Bohrung, die mit einer Hochdruckflüssigkeitsquelle verbunden ist, verwendet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff zu schaffen, um ein schnelles Versetzen der Nadel zu ermöglichen.
Die vorstehend dargelegte Aufgabe ist im Hinblick auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung durch die Merkmale von Anspruch 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 8 gelöst. Weitere Entwicklungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Gesamtansicht einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht von einem Teil A in 1.
3 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte Ansicht der Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht in ähnlicher Weise wie bei 2 zur Erläuterung eines Vorgangs bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die in 1 gezeigt ist.
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht in ähnlicher Weise wie bei 2 zur Erläuterung eines Vorgangs bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die in 1 gezeigt ist.
Die 6 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Kraftstoffeinspritzung.
12 zeigt eine vergrößerte Ansicht in ähnlicher Weiese wie bei 2, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 hat eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 ein Gehäuse 2 und eine Nadel 3. Das Gehäuse 2 hat einen Düsenhalter 2a mit einem Paar an Düsen 4, einem Gehäusekörper 2b, einem Betätigungsgliedgehäuse 2c und Elementen 2d, 2e, 2f, 2g und 2h, die eine Kammer definieren. Die Nadel 3 hat einen Nadelkörper 3a und eine Vielzahl an Kolbenelementen 3b und ist in einer Nadelunterbringungskammer 5, die in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist, beweglich entlang ihrer Längsachsen untergebracht. Die Nadel 3 wird versetzt, um die Düsen 4 zu öffnen und zu schließen.
Eine Kraftstofflieferleitung 6 ist in dem Gehäuse 2 von einem Kraftstoffeinlass 7, der in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist, zu den Düsen 4 ausgebildet. Der Kraftstoffeinlass 7 ist mit einer Hochdruckkraftstoffquelle, wie beispielsweise eine (nicht gezeigte) Common Rail mit einem konstanten Kraftstoffdruck verbunden.
Eine Drucksteuerkammer 8 ist zwischen dem oberen Ende der Nadel 3 und einer Innenwand der Nadelunterbringungskammer 5 definiert. In der Drucksteuerkammer 8 ist ein Versatzsteuerkolben 9 axial und beweglich untergebracht, um die Drucksteuerkammer 8 in eine erste und eine zweite Drucksteuerkammer 8a und 8b zu teilen. Die erste Drucksteuerkammer 8a ist zwischen dem Bodenende des Versatzsteuerkolbens 9 und dem oberen Ende der Nadel 3 definiert und die zweite Drucksteuerkammer 8b ist zwischen dem oberen Ende des Versatzsteuerkolbens 9 und der Innenwand der Nadelunterbringungskammer 5 definiert.
Der Versatzsteuerkolben 9 hat einen ringartigen Absatz 9a, der eine nach unten gerichtete Verschiebung oder einen nach unten gerichteten Versatz des Kolbens 9 zusammen mit einem ringartigen Absatz 5a begrenzt, der an der Nadelunterbringungskammer 5 ausgebildet ist. Es ist hierbei zu beachten, dass eine nach oben gerichtete Verschiebung oder ein nach oben gerichteter Versatz des Kolbens 9 durch einen Kontakt zwischen dem oberen Ende des Kolbens 9 und der oberen Endwand der Nadelunterbringungskammer 5 begrenzt ist.
Eine Ventilkammer 10 ist außerdem in dem Gehäuse 2 ausgebildet, wobei sie mit der Drucksteuerkammer 8 über eine Abgabeleitung verbunden ist. Genauer gesagt ist die Ventilkammer 10 mit der ersten Drucksteuerkammer 8a über eine erste Abgabeleitung 11a verbunden, und sie ist mit der zweiten Drucksteuerkammer 8b über eine zweite Abgabeleitung 11b verbunden.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, sind die Drucksteuerkammern 8a und 8b und die Ventilkammer 10 mit Kraftstoff gefüllt.
Entlastungsleitungen 12, die in dem Gehäuse 2 ausgebildet sind, erstrecken sich von der Ventilkammer 10 zu einem Kraftstoffauslass 13, der in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist. Der Kraftstoffauslass 13 kann mit einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank verbunden sein.
Ein Drucksteuerventil 14 ist in der Ventilkammer 10 entlang ihrer Längsachse beweglich untergebracht. Das Drucksteuerventil 14 hat ein kugelförmiges Element 14a und ein stangenförmiges Element 14b, die miteinander einstückig sind.
Das Drucksteuerventil 14 wird durch ein Betätigungsglied 15 einer piezoelektronischen Art angetrieben, das in dem Gehäuse 2 untergebracht ist. Das Betätigungsglied 15 steuert einen axialen Versatz des Drucksteuerventils 14 über eine Steuerung eines Kraftstoffdrucks in einer mit Kraftstoff gefüllten Kammer 16 zwischen dem Betätigungsglied 15 und dem Drucksteuerventil 14. Genauer gesagt nimmt, wenn das Betätigungsglied sich entlang seiner Längsachse ausdehnt, ein Kraftstoffdruck in der Kammer 16 zu, und somit wird das Drucksteuerventil 14 nach unten versetzt. Wenn das Betätigungsglied entlang seiner Längsachse schrumpft, fällt der Druck in der Kammer 16 ab, und somit wird das Drucksteuerventil 14 nach oben versetzt.
Die Kraftstofflieferleitung 6 hat eine Kraftstoffsammelkammer 17, die darin ausgebildet ist, in der eine Druckaufnahmefläche 13c, die an der Nadel ausgebildet ist, angeordnet ist. Demgemäß wird die Nadel 3 durch den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffsammelkammer 17 in eine Richtung gedrängt, in der die Nadel 3 die Düsen 4 öffnet. Die Nadel 3 wird außerdem durch eine Druckfeder 18, die zwischen der Nadel 3 und der Innenwand der Nadelunterbringungskammer 5 angeordnet ist, in eine Richtung gedrängt, in der die Nadel 3 die Düsen 4 schließt.
Eine Kraftstoffhochdruckleitung 16 zweigt von der Kraftstofflieferleitung 6 ab und ist mit der ersten und der zweiten Drucksteuerkammer 8a und 8b über eines erste und eine zweite Einströmleitung 20a bzw. 20b verbunden. Der Kraftstoffhochdruckkanal oder die Kraftstoffhochdruckleitung 19 ist außerdem mit der Ventilkammer 10 über eine dritte Einströmleitung 20c verbunden.
Es ist hierbei zu beachten, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste und die zweite Abgabeleitung 11a und 11b und die erste, die zweite und die dritte Einströmleitung 20a, 20b, 20c in ihnen ausgebildete Drosseleinrichtungen haben.
Der Strömungswiderstand des zweiten Einströmkanals bzw. der zweiten Einströmleitung 20b ist kleiner als derjenige des ersten Einströmkanals 20a eingestellt und der Strömungswiderstand des zweiten Abgabekanals 11b ist größer als derjenige des ersten Abgabekanals 11a eingestellt. Des weiteren wird ein hydroerosives Schleifen lediglich in einer Richtung von der Ventilkammer 10 zu der Drucksteuerkammer 8b so angewendet, dass ein Abgabekoeffizient der zweiten Abgabeleitung 11b in einer Richtung von der zweiten Druckkammer 8b zu der Ventilkammer 10 kleiner als in einer Richtung von der Ventilkammer 10 zu der Drucksteuerkammer 8b eingestellt ist. Daher wird der Druck in der zweiten Drucksteuerkammer 8b mit Leichtigkeit erhöht, aber es ist schwierig, ihn in Bezug auf den Druck in der ersten Drucksteuerkammer 8a zu verringern.
2 zeigt den Fall, bei dem das Drucksteuerventil 14 in der Null-Versatz-Position ist. Bei dieser Position verhindert das Drucksteuerventil 14 eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 10 und den Entlastungskanälen 12, und die Ventilkammer 10 ist mit der Kraftstoffhochdruckleitung 19 verbunden. In diesem Zustand strömt in der Kraftstoffhochdruckleitung 19 befindlicher Kraftstoff in die erste Drucksteuerkammer 8a über einen ersten Einströmkanal 20a und über den dritten Einströmkanal 20c, die Ventilkammer 10 und den ersten Abgabekanal 11a. Außerdem strömt Kraftstoff in die zweite Drucksteuerkammer 8b über den zweiten Einströmkanal 20b und über den dritten Einströmkanal 20c, das Ventilelement 10 und den zweiten Abgabekanal 11b.
Dadurch wird der Kraftstoffdruck in der zweiten Drucksteuerkammer 8b erhöht, und der Versatzsteuerkolben 9 wird bei der untersten Position gehalten, bei der sein Absatz 9a mit dem Absatz 5a der Nadelunterbringungskammer 5 in Kontakt steht. Außerdem wird dadurch der Kraftstoffdruck in der ersten Drucksteuereinrichtung 8a erhöht. Daher überschreitet eine nach unten gerichtete Kraft, die an der Nadel 3 zum Zwecke des Schließens der Düse 4 einwirkt, die durch den Kraftstoffdruck in den Drucksteuerkammern 8a und 8b und die Vorspannkraft der Feder 18 vorgesehen wird, eine nach oben gerichtete Kraft, die an der Nadel zum Zwecke des Öffnens der Düse 4 einwirkt, die durch den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffsammelkammer 17 vorgesehen wird. Demgemäß schließt die Nadel 3 die Düsen 4.
Es ist hierbei zu beachten, dass sich in diesem Zustand die Oberseite der Nadel 3 und der Boden des Versatzsteuerkolbens 9 voneinander um einen Abstand D1 beabstandet sind und die Oberseite des Kolbens 9 und die Oberseite der Innenwand der Nadelunterbringungskammer 5 voneinander um einen Abstand D2 beabstandet sind, wie dies in 3 gezeigt ist.
4 zeigt den Fall, bei dem das Drucksteuerventil 14 bei einer Zwischenposition ist oder um einen geringfügigen Versatz SD von der Null-Versatz-Position versetzt ist. Bei dieser Position verbindet das Drucksteuerventil 14 teilweise die Ventilkammer 10 mit den Entlastungskanälen 12, und es verbindet die Ventilkammer mit dem Kraftstoffhochdruckkanal 19. In diesem Zustand strömt Kraftstoff in die erste Drucksteuerkammer 8a über den ersten Einströmkanal 20a. Jedoch strömt in der ersten Drucksteuerkammer 8a befindliche Kraftstoff aus diesem heraus über den ersten Abgabekanal 11a und die Ventilkammer 10 zu den Entlastungskanälen 12. Daher fällt der Druck in der ersten Drucksteuerkammer 8a ab. Also überschreitet die an der Nadel 3 einwirkende nach oben gerichtete Kraft die nach unten gerichtet Kraft, die an der Nadel 3 einwirkt, und somit wird die Nadel 3 nach oben versetzt.
Andererseits strömt zu diesem Zeitpunkt Kraftstoff in die zweite Drucksteuerkammer 8b über den zweiten Einströmkanal 20b und den zweiten Abgabekanal 11b. Es ist hierbei zu beachten, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Größen der Öffnung, die zwischen der Ventilkammer 10 und den Entlastungskanälen 12 ausgebildet sind, und die Strömungswiderstände der Kanäle 11a, 11b, 20a und 20b so eingestellt sind, dass der Kraftstoff von der Ventilkammer 10 zu der zweiten Drucksteuerkammer 8b selbst dann strömt, wenn die Ventilkammer 10 mit den Entlastungskanälen 12 verbunden ist. Somit wird der Druck in der zweiten Drucksteuerkammer 8b hoch gehalten, und somit wird der Versatzsteuerkolben 9 an der untersten Position gehalten.
Der nach oben gerichtete Versatz der Nadel 3 ist durch eine Anlage der Nadel 3 an den Versatzsteuerkolben 9 begrenzt, wie dies in 5 gezeigt ist. In dieser Weise wird die Nadel 3 um den Versatz D1 versetzt oder öffnet teilweise die Düsen 4 um den geringen Versatz des Drucksteuerventils 14.
5 zeigt den Fall, bei dem das Drucksteuerventil 14 bei einer gänzlich versetzten Position ist oder um einen vollen Versatz FD von der Null-Versatz-Position versetzt worden ist. Bei dieser Position verbindet das Drucksteuerventil 14 die Ventilkammer 10 mit den Entlastungskanälen 12 und verhindert eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 10 und dem Kraftstoffhochdruckkanal 19. In diesem Zustand wird der Druck in der ersten Drucksteuerkammer 8a niedrig gehalten, da in der ersten Drucksteuerkammer 8a befindlicher Kraftstoff aus dieser heraus über den ersten Abgabekanal 11a und die Ventilkammer 10 zu den Entlastungskanälen 12 strömt.
Zu diesem Zeitpunkt strömt außerdem in der zweiten Drucksteuerkammer 8b befindlicher Kraftstoff aus dieser heraus über den zweiten Abgabekanal 11b und die Ventilkammer 10 zu den Entlastungskanälen 12. Daher fällt der Kraftstoffdruck in der zweiten Drucksteuerkammer 8b ebenfalls ab.
Als ein Ergebnis wird der Versatzsteuerkolben 9 nach oben versetzt, bis er mit der Innenwand der Nadelunterbringungskammer 5 in Kontakt gelangt, und er wird in seiner obersten Position gehalten. Die Nadel 3 wird außerdem nach oben versetzt, bis sie mit dem Versatzsteuerkolben 9 in Kontakt gelangt. Daher wird die Nadel durch den Versatz D2 aus dem in 4 gezeigten Zustand versetzt oder öffnet gänzlich die Düsen 4 durch den vollen Versatz des Drucksteuerventils 14.
Die 6–11 zeigen verschiede Ausführungsbeispiele des Einspritzens von Kraftstoff.
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Versatz VD des Drucksteuerventils 14 dem geringfügigen Versatz SD gleich gestaltet und wird vorübergehend bei diesem gehalten, und wird dann gleich dem vollen Versatz FD gestaltet und vorübergehend bei diesem gehalten. Dann kehrt der Ventilversatz VD zu Null zurück.
Als ein Ergebnis wird der Nadelversatz ND zunächst dem Versatz D1 gleichgestaltet und vorübergehend bei diesem gehalten und somit wird ein Einspritzen von Kraftstoff mit einer Kraftstoffeinspritzrate FIR, die eine niedrige Rate RL ist, ausgeführt. Der Nadelversatz ND wird dann auf D1 + D2 erhöht, und somit wird das Einspritzen von Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate FIR, die eine hohe Rate RH ist, ausgeführt.
Wenn das Einspritzen von Kraftstoff mit der hohen Einspritzrate RH gestartet wird, kann die Menge an NO_x, die erzeugt wird, zunehmen und ein Verbrennungsgeräusch kann zunehmen. Die in 6 gezeigt Kraftstoffeinspritzung wird mit der niedrigen Einspritzrate RL gestartet, und daher werden eine Erzeugung von NO_x und das Verbrennungsgeräusch unterdrückt.
Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Ventilversatz VD fortlaufend von der Null-Versatz-Position zu der gänzlich versetzten Position erhöht und wird bei dem vollen Versatz FD eine voreingestellte Zeitspanne lang gehalten. Dann kehrt der Ventilversatz VD zu Null zurück.
Eine Versatzrate des Drucksteuerventils 14 ist so eingestellt, dass der Nadelversatz ND zunächst gleich dem Versatz D1 gestaltet wird und vorübergehend bei diesem gehalten wird und dann der Nadelversatz ND auf D1 + D2 erhöht wird, wie dies bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Als ein Ergebnis wird zunächst ein Einspritzen von Kraftstoff mit einer Kraftstoffeinspritzrate FIR, die die niedrige Rate RL ist, ausgeführt, und dann wird ein Einspritzen von Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate FIR, die eine hohe Rate RH ist, ausgeführt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird der Druck in der zweiten Drucksteuerkammer 8b mit Leichtigkeit erhöht, aber es ist schwierig, ihn in Bezug auf den Druck in der ersten Drucksteuerkammer 8a zu verringern. Selbst wenn daher der Ventilversatz VD geringer als der geringfügige Versatz SD ist, beginnt die Nadel 3 mit einem Versatz in der nach oben weisenden Richtung, wenn die nach oben weisende Kraft, die auf die Nadel 3 einwirkt, die nach unten weisende Kraft überschreitet, die auf die Nadel 3 einwirkt. Des weiteren wird selbst dann, wenn der Ventilversatz VD größer als der geringfügige Versatz SD ist, der Nadelversatz ND bei dem Versatz D1 gehalten, so lange der Versatzsteuerkolben 9 bei seiner untersten Position gehalten wird. Dies bedeutet, dass keine genaue Steuerung der Versatzes von dem Drucksteuerventil 14 erforderlich ist, um die Nadel 3 um den Versatz D1 zu versetzen.
Des weiteren unterstützt der Umstand, dass der Druck in der zweiten Drucksteuerkammer 8b mit Leichtigkeit erhöht wird, aber es schwierig ist, ihn zu verringern, ein schnelles Versetzen der Nadel 3 zum Zwecke des Schließens der Düse 4.
8 zeigt ein Einspritzen von Kraftstoff in einer niedrigen Rate, bei dem der Versatz VD des Drucksteuerventils 14 gleich dem geringfügigen Versatz SD gestaltet ist und vorübergehend bei diesem gehalten wird und dann zu Null zurückkehrt. Als ein Ergebnis wird der Nadelversatz ND gleich dem Versatz D1 gestaltet und vorübergehend bei diesem gehalten, und die Kraftstoffeinspritzung mit der niedrigen Rate RL wird ausgeführt. Das Einspritzen mit der niedrigen Rate schafft einen Kraftstoffstrahl, der eine geringe Durchdringungskraft hat.
Wie dies in 9 gezeigt ist, kann der Ventilversatz VD vorübergehend bei einem Versatz gehalten werden, der größer als der geringfügige Versatz SD ist, und dann kann er vorübergehend bei dem geringfügigen Versatz SD gehalten werden, wenn das Einspritzen des Kraftstoffs in niedriger Rate ausgeführt werden soll. Dadurch wird ein schnelles Versetzen der Nadel 3 zum Zwecke des Öffnens der Düsen 4 unterstützt.
10 zeigt ein Einspritzen von Kraftstoff in einer hohen Rate, bei dem der Versatz VD des Drucksteuerventils 14. gleich dem vollen Versatz FD gestaltet wird und vorübergehend bei diesem gehalten wird und dann zu Null zurückkehrt. Als ein Ergebnis ist der Nadelversatz ND gleich dem Versatz D1 + D2 gestaltet und wird vorübergehend bei diesem gehalten, und das Einspritzen von Kraftstoff mit der hohen Rate RH wird ausgeführt. Das Einspritzen schafft einen Kraftstoffstrahl mit einer hohen Durchdringungskraft.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Kraftstoffeinspritzungen, die bei einem Verbrennungszyklus eines Verbrennungsmotors ausgeführt werden, wobei eine Hauptkraftstoffeinspritzung und eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung umfasst sind, die zusätzlich zu der Hauptkraftstoffeinspritzung ausgeführt wird. Die Hauptkraftstoffeinspritzung M in der Form einer Einspritzung mit einer hohen Rate kann um den oberen Totpunkt des Einlasshubs beziehungsweise Einlasstaktes des Verbrennungsmotors ausgeführt werden.
Vor der Hauptkraftstoffeinspritzung M werden zwei zusätzliche Einspritzungen ausgeführt. Genauer gesagt wird eine erste zusätzliche Einspritzung A1 in der Form einer Einspritzung mit einer niedrigen Rate bei dem Einlasshub ausgeführt und eine zweite zusätzliche Einspritzung A2 in der Form einer Einspritzung mit einer hohen Rate wird dann am Ende des Kompressionshubes ausgeführt.
Die erste zusätzliche Einspritzung A1 in der Form der Einspritzung mit niedriger Rate dient dem Ausbilden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, das über die Verbrennungskammer verteilt wird, während ein Anhaften des zusätzlichen Kraftstoffs an der Zylinderwand verhindert wird. Die zweite zusätzliche Einspritzung A2 in der Form einer Einspritzung mit einer hohen Rate dient dem Positionieren des zusätzlichen Kraftstoffes in der Nähe des Kraftstoffes, der durch die Hauptkraftstoffeinspritzung M eingespritzt wird, um dadurch eine Erzeugung von Rauch zu unterdrücken.
Nach der Hauptkraftstoffeinspritzung M werden zwei zusätzliche Einspritzungen ausgeführt. Genauer gesagt wird eine dritte zusätzliche Einspritzung A3 in der Form einer Einspritzung mit hoher Rate bei der Oberseite des Antriebshubs ausgeführt, und eine vierte zusätzliche Einspritzung A4 in der Form einer Einspritzung mit geringer Rate wird dann bei dem Antriebshub oder Auslasshub ausgeführt.
Die dritte zusätzliche Einspritzung A3 in der Form der Einspritzung mit hoher Rate dient dazu, das Mischen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer zu verbessern. Die vierte zusätzliche Einspritzung A4 in der Form einer Einspritzung mit niedriger Rate dient dazu, ein Reduktionsmittel zu einem Katalysator, der in dem Abgaskanal zum Verringern von NO_x vorgesehen ist, zuzuführen, während ein Anhaften von zusätzlichem Kraftstoff an der Zylinderwand verhindert wird.
Es ist hierbei zu beachten, dass bei der zweiten und bei der dritten zusätzlichen Einspritzung A2 bzw. A3, wie dies in 11 gezeigt ist, das Drucksteuerventil 14 bei der gänzlich versetzten Position eine sehr kurze Zeitspanne lang gehalten wird. Daher erreicht der Nadelversatz ND nicht D1 + D2, und die Kraftstoffeinspritzrate erreicht nicht die hohe Rate RH.
12 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Einspritzens von Kraftstoff, bei dem der erste Einströmkanal 20a weggelassen ist. In diesem Fall strömt der Kraftstoff in die erste Drucksteuerkammer 8a über den ersten Abgabekanal 11a.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nimmt der Nadelversatz dann zu, wenn der Ventilversatz zunimmt. Anders ausgedrückt wird, wenn das Drucksteuerventil 14 von der Null-Versatz-Position zu der gänzlich versetzten Position versetzt wird, verhindert, dass die Düse zunächst zu ihrer gänzlich versetzten Position und dann zu ihrer Zwischenposition versetzt wird. Daher wird ein schnelles Versetzen der Nadel 3 sichergestellt.
Des weiteren ist es bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum Steuern eines Versatzes der Nadel 3 oder einer Kraftstoffeinspritzrate lediglich erforderlich, die Drücke in der ersten und zweiten Drucksteuerkammer 8a und 8b zu steuern, und es ist nicht erforderlich, die Nadel 3 direkt anzutreiben oder den Druck zu steuern, der zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 zugeführt wird. Außerdem ist das Betätigungsglied 15 mit dem Drucksteuerventil 14 über die mit Kraftstoff gefüllte Kammer verbunden, und daher ist keine genaue Steuerung eines Versatzes des Betätigungsgliedes 15 erforderlich. Selbst wenn sich das Betätigungsglied in unerwünschter Weise gemäß seiner Temperatur ausdehnt oder schrumpft, wird eine unerwünschte Änderung der Drücke in der ersten und zweiten Drucksteuerkammer 8a und 8b verhindert.
Des weiteren wird bei den vorstehend dargelegten Ausführungsbeispielen der Kraftstoff zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 bei einem konstanten Kraftstoffdruck zugeführt. Wenn jedoch eine Kraftstoffpumpe, die den Kraftstoff zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 zuführt, von einer durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Art ist, kann der Druck des zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 gelieferten Kraftstoffes sich gemäß dem Verbrennungsmotorbetriebszustand ändern. Wenn in diesem Fall der Kraftstoffdruck hoch wird, wird die Menge an tatsächlich eingespritztem Kraftstoff groß, und wenn der Kraftstoffdruck niedrig wird, wird die Menge des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffs gering.
Um dies zu vermeiden, kann die Einspritzung mit niedriger Rate dann ausgeführt werden, wenn der Kraftstoffdruck höher als ein oberer Grenzwert ist, und die Einspritzung mit der hohen Rate wird dann ausgeführt, wenn der Kraftstoffdruck niedriger als ein unterer Grenzwert ist. Dadurch wird ein Übermaß oder ein Mangel an Kraftstoff, der zu dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, vermieden. Des weiteren ist es, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, nicht erforderlich, einen Teil des Kraftstoffs in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 von dieser abzugeben, um die Menge des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffs zu verringern.
Um zu beurteilen, ob der Kraftstoffdruck höher als der obere Grenzwert ist oder ob er niedriger als der untere Grenzwert ist, kann ein Drucksensor in der Common-Rail vorgesehen sein. Alternativ kann dies auf der Grundlage des Verbrennungsmotorbetriebszustandes beurteilt werden. Genauer gesagt wird der Kraftstoffdruck während einer schnellen Verzögerung unmittelbar nach einem Schwerlastbetrieb des Verbrennungsmotors hoch.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen schließt die Nadel 3 die Düsen 4, wenn das Drucksteuerventil 14 bei der Null-Versatz-Position ist, öffnet sie teilweise die Düsen 4, wenn das Ventil 14 in der Zwischenposition ist, und öffnet sie gänzlich die Düsen 4, wenn das Ventil 4 in der völlig versetzten Position ist. Alternativ schließt die Nadel 3 die Düsen 4, wenn das Ventil 14 in der gänzlich versetzten Position ist, öffnet sie teilweise die Düsen 4, wenn das Ventil 14 bei der Zwischenposition ist, und öffnet sie gänzlich die Düsen 4, wenn das Ventil 14 in der Null-Versatz-Position ist.
Des weiteren haben die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele den Versatzsteuerkolben 9, der in der Drucksteuerkammer 8 angeordnet ist. Alternativ kann der Kolben 9 weggelassen werden, um eine einzelne Drucksteuerkammer, eine einzelne Einströmleitung oder ein einzelner Einströmkanal und eine einzelne Abgabeleitung oder einen einzelnen Abgabekanal vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorzusehen, die dazu in der Lage ist, schnell die Nadel zu versetzen.
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung hat ein Gehäuse mit einer Düse, einer Nadel, die beweglich in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Nadelunterbringungskammer zum Zwecke des Öffnens oder Schließens der Düse untergebracht ist, eine Drucksteuerkammer, die zwischen der Nadel und einer Innenwand der Nadelunterbringungskammer definiert ist und mit Kraftstoff gefüllt ist, wobei ein Versetzen der Nadel von dem Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer abhängig ist, ein Drucksteuerventil, das beweglich in dem Gehäuse vorgesehen ist, um den Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer zu steuern, und ein Betätigungsglied für ein Steuern eines Versatzes des Drucksteuerventils. Die Nadel wird zu einer Position versetzt, bei der sie die Düse schließt, wenn das Drucksteuerventil zu der Null-Versatz-Position versetzt ist, sie wird einer Position versetzt, bei der sie teilweise die Düse öffnet, wenn das Drucksteuerventil zu einer Zwischenposition versetzt ist, und sie wird zu einer Position versetzt, bei der sie gänzlich die Düse öffnet, wenn das Drucksteuerventil zu einer gänzlich versetzten Position versetzt ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) mit: einem Gehäuse (2) mit einer Düse (4); einer Nadel (3), die beweglich in einer in dem Gehäuse (2) ausgebildeten Nadelunterbringungskammer (5) zum Zwecke des Öffnens oder Schließens der Düse (4) untergebracht ist; einer Drucksteuerkammer (8), die zwischen der Nadel (3) und einer Innenwand der Nadelunterbringungskammer (5) definiert ist und mit Kraftstoff gefüllt ist, wobei ein Versetzen der Nadel (3) von dem Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer (8) abhängig ist; einem Drucksteuerventil (14), das beweglich in dem Gehäuse (2) vorgesehen ist, um den Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer (8) zu steuern; und einem Betätigungsglied (15) für ein Steuern eines Versatzes des Drucksteuerventils (14); wobei die Nadel (3) durch ein erstes Versetzen versetzt wird, wenn das Drucksteuerventil (14) zu der Null-Versatz-Position versetzt wird, wobei die Nadel (3) durch ein zweites Versetzen versetzt wird, wenn das Drucksteuerventil (14) zu der gänzlich versetzten Position versetzt ist, wobei die Nadel (3) durch ein drittes Versetzen versetzt wird, wenn das Drucksteuerventil (14) zu einer Zwischenposition zwischen der Null-Versatz-Position und der gänzlich versetzten Position versetzt ist, und wobei das dritte Versetzen zwischen dem ersten Versetzen und dem zweiten Versetzen liegt, wobei die Nadel (3) die Düse (4) dann schließt, wenn sie durch das erste Versetzen versetzt ist, wobei die Nadel (3) teilweise die Düse (4) dann öffnet, wenn sie durch das dritte Versetzen versetzt ist, und wobei die Nadel (3) gänzlich die Düse (4) dann öffnet, wenn sie durch das zweite Versetzen versetzt ist, wobei ein Versatzsteuerkolben (9) beweglich in der Drucksteuerkammer (8) untergebracht ist, wobei der Versatzsteuerkolben (9) die Drucksteuerkammer (8) in eine erste und in eine zweite Drucksteuerkammer (8a, 8b) teilt, wobei die erste Drucksteuerkammer (8a) zwischen dem Versatzsteuerkolben (9) und der Nadel (3) definiert ist und wobei die zweite Drucksteuerkammer (8b) zwischen dem Versatzsteuerkolben (9) und der Innenwand der Nadelunterbringungskammer (5) definiert ist, wobei eine Ventilkammer (10), die mit Kraftstoff gefüllt ist, in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, um in ihr das Drucksteuerventil (14) unterzubringen, wobei eine Kraftstoffhochdruckquelle mit der zweiten Drucksteuerkammer (8b) und der Ventilkammer (10) über einen zweiten bzw. einen dritten Einströmkanal (20b, 20c) jeweils verbunden ist, und wobei die erste und die zweite Drucksteuerkammer (8a, 8b) mit der Ventilkammer (10) über einen ersten bzw. einen zweiten Abgabekanal (20a, 20b) jeweils verbunden sind, und wobei das Drucksteuerventil (14) eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (10) und einem Entlastungskanal (12) und eine Verbindung (19) zwischen der Ventilkammer (10) und der Kraftstoffhochdruckquelle steuert.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Drucksteuerventil (14) eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (10) und dem Entlastungskanal (12) verhindert und die Ventilkammer (10) mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbindet, wenn es zu der Null-Versatz-Position versetzt ist, wobei das Drucksteuerventil (14) teilweise die Ventilkammer (10) mit dem Entlastungskanal (12) verbindet und die Ventilkammer (10) mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbindet, wenn es zu der Zwischenposition versetzt ist, und wobei das Drucksteuerventil (14) die Ventilkammer (10) mit dem Entlastungskanal (12) verbindet und eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (10) und der Kraftstoffhochdruckquelle verhindert, wenn es zu der gänzlich versetzten Position versetzt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Drucksteuerkammer (8a) mit der Kraftstoffhochdruckquelle über einen ersten Einströmkanal (20a) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Strömungswiderstand des zweiten Einströmkanals (20a) geringer als jener des ersten Einströmkanals (20a) eingestellt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Strömungswiderstand des zweiten Abgabekanals (11b) größer als derjenige des ersten Abgabekanals (11a) eingestellt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Abgabekoeffizient des zweiten Abgabekanals (11b) in einer Richtung von der zweiten Drucksteuerkammer (8b) zu der Ventilkammer (10) geringer als jener in einer Richtung von der Ventilkammer (10) zu der zweiten Druckstrahlkammer (8b) eingestellt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kraftstoffhochdruckquelle einen Kraftstofflieferkanal (6) aufweist, der sich von dem Gehäuse (2) zu der Düse (4) erstreckt.
Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei das Drucksteuerventil (14) zu der Zwischenposition versetzt wird und vorübergehend bei dieser gehalten wird, so dass die Nadel (3) vorübergehend teilweise die Düse (4) öffnet, und dann zu der gänzlich versetzten Position versetzt wird, so dass die Nadel (2) die Düse (4) gänzlich öffnet, und dann zu der Null-Versatz-Position zurückkehrt, so dass die Nadel (3) die Düse (4) schließt.
Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei das Drucksteuerventil (14) von der Null-Versatz-Position zu der gänzlich versetzten Position fortlaufend versetzt wird, wobei eine Versatzrate des Drucksteuerventils (14) so eingestellt ist, dass die Nadel (3) vorübergehend die Düse (4) teilweise öffnet und dann die Düse (4) gänzlich öffnet.
Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung wahlweise entweder eine Kraftstoffeinspritzung mit geringer Rate, bei der das Drucksteuerventil (14) zu der Zwischenposition versetzt wird und dann zu der Null-Versatz-Position zurückkehrt, oder eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer hohen Rate, bei der das Drucksteuerventil (14) zu der gänzlich versetzten Position versetzt wird und dann zu der Null-Versatz-Position zurückkehrt, ausführt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei vor einem Hauptkraftstoffeinspritzen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung zusätzlich die Kraftstoffeinspritzung mit einer geringen Rate und wiederum die Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer hohen Rate ausführt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei nach einem Hauptkraftstoffeinspritzen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) zusätzlich die Kraftstoffeinspritzung mit der hohen Rate und wiederum die Kraftstoffeinspritzung mit der niedrigen Rate ausführt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei wenn die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) die Kraftstoffeinspritzung mit der niedrigen Rate ausführen soll, das Drucksteuerventil (14) vorübergehend um einen Versatz versetzt wird, der größer als ein Versatz ist, der für die Zwischenposition erforderlich ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei wenn der Druck des Kraftstoffes, der zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) geliefert wird, höher als ein oberer Grenzwert ist, die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) die Kraftstoffeinspritzung mit der niedrigen Rate ausführt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei wenn der Druck des Kraftstoffes, der zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) geliefert wird, niedriger als ein unterer Grenzwert ist, die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) die Kraftstoffeinspritzung mit der hohen Rate ausführt.