DE69919567T2 - Brennstoffeinspritzung mit direkter nadelventilsteuerung - Google Patents

Brennstoffeinspritzung mit direkter nadelventilsteuerung Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung vom „HEUI"-Typ nach Anspruch 1 und auch auf ein Verfahren zum Definieren eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Kraftstoffdruckverstärker nach Anspruch 11.
  • Einschlägiger Stand der Technik
  • Aus der US 5,463,996 A ist ein verbessertes, hydraulisch betätigtes Fluideinspritzvorrichtungssystem bekannt, das ein hydraulisch betätigtes Kraftstoffunterdrucksetzungsbauteil, eine Fluidspeicherkammer und ein direkt betriebenes Rückschlagventil aufweist. Die Unterdrucksetzung des Fluids in der Speicherkammer beginnt vor dem Start der Fluideinspritzung. Die Fluideinspritzung beginnt damit, daß das Rückschlagventil hydraulisch aus dem Gleichgewicht gebracht wird. Die Fluideinspritzung endet damit, daß das Rückschlagventil ins Gleichgewicht gebracht wird, um einer Vorspannvorrichtung zu ermöglichen, das Rückschlagventil zu schließen. Bevorzugt wird ein Betätigungsfluid, das (zum Beenden der Kraftstoffeinspritzung) aus dem Kraftstoffunterdrucksetzungsbauteil ausgeschüttet wird, zu einem Hydraulikmotor befördert, der eine Quelle von einem unter Druck stehenden hydraulisch betätigten Fluid ansteuert.
  • Bei diesem bekannten hydraulisch betätigten Fluideinspritzvorrichtungssystem wird eine verbesserte Steuerung von mehreren Fluideinspritzparametern, einschließlich einer Fluideinspritzfähigkeit mit höheren Spitzenwerten und einem geringeren Fluideinspritzdruckabfall zum Ende der Einspritzung, realisiert, was eine verbesserte Motorleistung, geringere Schadstoffemissionen, weniger Lärm und Abnutzung zur Folge hat.
  • Eine hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte (HEUI-)Einspritzvorrichtung (HEUI = hydraulically activated, electronically-controlled unit injector) des Typs, der im US-Patent 5,181,494 und in der SAE Technical Paper Series 930270, HEUI – A New Direction for Diesel Engine Fuel Systems, S. F. Glassey u. a., 1.- 5. März 1993, beschrieben ist, wobei die Druckschriften hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, ist in der den Stand der Technik darstellenden 1 abgebildet.
  • Die bekannte HEUI 200 ist in 1 des Stands der Technik abgebildet. Die HEUI 200 besteht aus vier Hauptelementen: (1) einem Steuerventil 202, (2) einem Verstärker 204; (3) einer Düse 206; und (4) einem Einspritzvorrichtungsgehäuse 208.
  • Zweck des Steuerventils 202 ist es, den Einspritzablauf zu initiieren und zu beenden. Das Steuerventil 202 besteht aus einem Tellerventil 210 und einer elektronischen Steuerung 212 mit einem Anker und einer Magnetspule. Ein Hochdruck-Betätigungsöl wird dem unteren Sitz 214 des Ventils 210 durch einen Ölkanal 216 zugeführt. Um mit der Einspritzung zu beginnen, wird die Magnetspule der elektronischen Steuerung 212 mit Strom versorgt, wodurch das Tellerventil 210 vom unteren Sitz 214 nach oben zum oberen Sitz 218 bewegt wird. Durch diesen Vorgang kann ein Hochdrucköl zum Federraum 220 und dem Kanal 222 und zum Verstärker 204 gelangen. Die Einspritzung beginnt und dauert solange an, bis die Magnetspule der Steuerung 212 nicht mehr mit Strom versorgt wird und das Tellerventil 210 sich vom oberen Sitz 218 zum unteren Sitz 214 bewegt hat. Der Öl- und Kraftstoffdruck nimmt mit dem Ausstoßen des verwendeten Betätigungsöls aus der Einspritzvorrichtung 200 durch den offenen Ölaustritt 224 des oberen Sitzes in den (nicht gezeigten) Ventilabdeckungsbereich des Verbrennungsmotors ab.
  • Der mittlere Bereich der Einspritzvorrichtung 200 besteht aus dem hydraulischen Verstärkerkolben 236, dem Plunger 228, der Plungerkammer 230 und der Plunger-Rückstellfeder 232.
  • Die Verstärkung des Kraftstoffdrucks auf die gewünschten Einspritzdruckwerte wird durch das Flächenverhältnis zwischen der oberen Oberfläche 234 des Verstärkerkolbens 236 und der unteren Oberfläche 238 des Plungers 228 erreicht. Das Verstärkungsverhältnis kann auf gewünschte Einspritzeigenschaften individuell zugeschnitten werden. Die Einspritzung beginnt mit der Zuführung eines Hochdruck-Betätigungsöls zur oberen Oberfläche 234 des Verstärkerkolbens 236. Der Kraftstoff kann durch einen Kanal 240 am Druckventil 242 vorbei in die (teilweise durch die untere Oberfläche 238 ausgebildete) Plungerkammer 230 gelangen.
  • Während sich der Kolben 236 und der Plunger 228 nach unten bewegen, steigt der Druck des Kraftstoffs in der Plunger-Kammer 230 unterhalb der unteren Oberfläche 238 des Plungers 228 an. Ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff strömt in den Kanal 244 am Druckventil 246 vorbei, um in Aufwärtsrichtung auf das Nadelventil 250 einzuwirken. Die nach oben gerichtete Kraft öffnet das Nadelventil 250, und der Kraftstoff wird aus der Öffnung 252 abgegeben. Der Kolben 236 bewegt sich weiterhin nach unten, bis die Magnetspule der Steuerung 212 nicht mehr mit Strom versorgt wird, wodurch bewirkt wird, daß das Tellerventil 210 zum unteren Sitz 214 zurückkehrt, wodurch der Betätigungsölstrom blockiert wird. Der Öldruck über dem Verstärkerkolben wird nun durch einen Ableitkanal 224 nach außen entlastet. Die Plunger-Rückstellfeder 232 versetzt den Kolben 236 und den Plunger 228 wieder in ihre Ausgangspositionen zurück. Während der Plunger 288 zurückgesetzt wird, zieht er über das Kugelrückschlagventil 242 neuen Kraftstoff in die Plunger-Kammer 230.
  • Die Düse 206 ist typisch für Düsen anderer Dieselkraftstoffsysteme. Gezeigt ist der Typ mit einer durch das Ventil geschlossenen Öffnung, obwohl eine Mini-Sac-Version der Spitze ebenfalls erhältlich ist. Durch interne Kanäle wird der Kraftstoff der Düsenöffnung 252 zugeführt. Mit dem Anstieg des Kraftstoffdrucks wird das Düsennadelventil 250 vom unteren Sitz 254 angehoben (Kompressionsfeder 256), wodurch das Nadelventil 250 geöffnet und die Kraftstoffeinspritzung ablaufen kann. Mit dem Abfall des Kraftstoffdruckes gegen Ende der Einspritzung versetzt die Feder 256 das Nadelventil 250 zurück in seine geschlossene Stellung auf dem unteren Sitz 254.
  • Das HEUI-Verstärker-System
  • Für alle kombinierten Einspritzvorrichtungen, die heutzutage hergestellt werden, gibt es in jeder Einspritzvorrichtung nur ein aktives Steuerventil. Typischerweise handelt es sich bei den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen um Common-Rail- bzw. Verstärker-Einspritzvorrichtungen. Die Common-Rail-Einspritzvorrichtung (Typen der Lucas- und Boschsysteme) verfügt über eine unter hohem Druck stehende Kraftstoffleitung, die der Einspritzvorrichtung einen Kraftstoff mit einem für die Einspritzung bereiten Druck zuführt, wobei sich der Druck in der Größenordnung von 20.000 psi (pounds per square inch = Pfund pro Quadratzoll) bewegt. Die Verstärkereinspritzvorrichtung (HEUI-Typ) weist einen Verstärker-Plunger in der Einspritzvorrichtung an sich auf, um den niedrigen Versorgungskraftstoffdruck intern auf einen gewünschten Einspritzdruckwert zu bringen. Dieser Vorgang läuft wie oben beschrieben ab.
  • Eine der hoch erwünschten Charakteristika des HEUI-Verstärkersystems ist seine Ähnlichkeit im Leistungsverhalten zum Pumpen- und- Düsen-Einspritzsystem (Nockensystem) von Bosch, bei dem der Einspritzdruck während des Einspritzvorgangs langsam aufgebaut wird. Bei diesem Verfahren eines allmählichen Druckaufbaus wird ein einzelner bzw. ununterbrochener Einspritzvorgang mit einer allgemein dreieckigen Einspritzverlaufsform erzeugt, wobei der anfängliche Abschnitt der Einspritzdruckverlaufsspur im Gegensatz zu einem drastischen Anstieg allmählich ansteigt. Siehe 3, Fall 4. Diese Art von Einspritzverlaufsspur ist bei der Verringerung des NOx-Ausstoßes bei einem Motorbetrieb im oberen Drehzahlbereich von Vorteil. Es handelt sich dabei um ein ganz besonderes Merkmal des Verstärkersystems, das bei Common-Rail-Systemen nicht vorkommt.
  • Bei dem im US-Patent 5,460,329 gezeigten Konzept einer HEUI-Einspritzvorrichtung wird eine Piloteinspritzung durch eine Doppelwirkung eines digitalen Ein-Schieber-Steuerventils erzeugt. Dabei wird ein dem in 3, Fall 1 dargestellten Einspritzvorgang mit durchgehender Verlaufslinie ähnlicher Einspritzvorgang erzielt. Der gesamte Einspritzvorgang, bei dem ein Piloteinspritzvorgang einem Haupteinspritzvor gang vorangeht, wird als ein Vorgang aus zwei unabhängigen, pulsweitengesteuerten, einzelnen Einspritzvorgängen betrachtet, die sehr knapp aufeinander folgen. Bei dem Pilotabschnitt der Einspritzung handelt es sich um eine ununterbrochene Einspritzung, jedoch mit sehr kurzer Pulsweite. Dieser Theorie zufolge wird der Druck in der Verstärkerkammer entlastet, um die Piloteinspritzung gegen Ende des Piloteinspritzvorgangs abzuschließen, und wieder neu beaufschlagt, um mit der Haupteinspritzung zu beginnen.
  • Das Leistungsverhalten der HEUI-B-Einspritzvorrichtung, die im US-Patent 5,682,858 beschrieben ist, wird durch Einsatz einer Direktsteuerung des Nadelventils verbessert. Der Verstärker wird durch das gleiche Steuerventil jedoch auch passiv gesteuert. Der Betätigungsvorgang ist dabei von der Zeitsteuerung der Nadel nicht vollkommen unabhängig. Bei dieser Art von Einspritzvorrichtung ist keine vollflexible Einspritzzeitsteuerung und Steuerung der Einspritzverlaufsformung für den gesamten Drehzahl- und Lastbereich möglich. Eventuell ist es für die Vorrichtung sogar schwierig, eine bestimmte Verweilzeit bzw. Schließzeit und eine bestimmte Piloteinspritzungsgröße herzustellen, wenn eine Fehlanpassung des Betätigungsdrucks vorliegt.
  • Eine weitere wünschenswerte Charakteristik des Verstärkersystems ist seine Produktsicherheit. In der Einspritzvorrichtung wird nur während einer sehr kurzen Zeitspanne im Motorzyklus ein hoher Einspritzdruck erzeugt, d. h. nur in dem Zeitfenster, in dem die Einspritzvorgänge stattfinden werden, worin sie sich von einem Hochdruck-Common-Rail-System unterscheidet. Die Einspritzvorrichtung befindet sich für den Rest des Motorzyklus in einer Niederdruckumgebung. Zudem sind keine zusätzlichen Leitungen notwendig, um den Kraftstoff wie beim Common-Rail-System von einer Hochdruckpumpe zur Einspritzvorrichtung zu transportieren. Das Verstärkersystem ist dem Common-Rail-System gegenüber nachweislich viel überlegener, was es für viele Motorhersteller sehr attraktiv macht.
  • Common-Rail-Systeme (Typen der Lucas- und Bosch-Systeme)
  • Das Common-Rail-Kraftstoffsystem unterscheidet sich sehr deutlich von den zuvor beschriebenen Einspritzvorrichtungen, die ein Verstärkersystem beinhalten. Bei dem Common-Rail-System ist die Einspritzvorrichtung nicht für den Einspritzdruckaufbauvorgang verantwortlich. Vielmehr wird der Hochdruckkraftstoff mit einem Druck in der Größenordnung von 20.000 psi von der Common-Rail an die Einspritzvorrichtung geliefert und kann sofort in den Verbrennungsraum eines Motors eingespritzt werden. Die Einspritzvorrichtung verfügt über eine direkte Zeitsteuerung für das Nadelventil der Einspritzvorrichtung mit einem relativ einfachen Zeitsteuerungsvorgang, um die gewünschte Piloteinspritzung und Schließzeit für den Einspritzvorgang (Zeitdauer) zu erzeugen. Einspritzsteuerzeitpunkt und -dauer unterliegen gänzlich der Zeitsteuerung. Bei jedem kombinierten Einspritzungssystem gilt die Geschwindigkeit der Steuerventilantwort als wichtigster Aspekt sowie als Begrenzungsfaktor zum Erreichen eine kurzen Piloteinspritzungs- und Verweil- bzw. Schließzeitgröße, insbesondere bei Betriebsbedingungen im oberen Drehzahlbereich und bei hohem Einspritzdruck. Die Verwendung von einem Steuerventil zur Handhabung von sowohl Druck als auch Zeitsteuerung wie beim Verstärkersystem kann eine große Herausforderung und auch Einschränkung darstellen. Daher bildet die Trennung des Druckaufbauvorgangs vom Zeitsteuerungsvorgang einen notwendigen Schritt, um das Leistungsverhalten des Einspritzsystems in Zukunft weiter zu verbessern. Das Common-Rail-System ist an sich separat ausgelegt und nur für die Zeitsteuerung verantwortlich. Im Vergleich zum Verstärkersystem liegt aus diesem Grund beim Comnon-Rail-System aufgrund seiner Direktnadelsteuerung und unabhängigen Kraftstoffdrucksteuerung außerhalb der Einspritzvorrichtung eine viel bessere Steuerung des Piloteinspritzungsbereichs und der Schließzeit vor.
  • Bei sowohl den Lucas- als auch Bosch-Einspritzvorrichtungen vom HEUI-Typ verfügt jede Einspritzvorrichtung über nur ein aktives Steuerventil. Bei beiden wird das einzelne Steuerventil zur direkten Zeitsteuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs des Nadelventils verwendet. Die einzige Funktion des Steuerventils in einem Common- Rail-System ist die Zeitsteuerung der Einspritzvorgänge (z. B. Starten, Beenden und Dauer der Einspritzung).
  • Die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in hohem Maße von der Ansprechzeit des Steuerventils abhängig. Aus diesem Grund verfügt das System des Lucas-Typs offenbar über ein besseres Ansprechvermögen als das System des Bosch-Typs, da dessen Steuerventil ein schnelleres Ansprechvermögen aufweist.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die Einspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 weist die Vorteile von sowohl dem Verstärkersystem als auch dem Common-Rail-System auf, wobei die Nachteile beider Systeme, wie nachstehend erörtert, im wesentlichen vermieden werden.
  • (1) Trennen der Einspritzdruckvorbereitung von der Zeitsteuerung ohne Hinzuziehung einer Hochdruck-Common-Rail
  • Dies wird erreicht, indem zwei aktive Steuerventile in einer Verstärker-Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ verwendet werden. Ein Steuerventil (das Drucksteuerventil) befindet sich auf der Betätigungsflüssigkeitsseite, und das andere Steuerventil (das Zeitsteuerventil) befindet sich auf der Hochdruckkraftstoffseite. Zur Beibehaltung der Vorteile des Verstärkersystems wird das Drucksteuerventil zur Steuerung des Druckbetätigungsvorgangs verwendet. Das Drucksteuerventil ist für das Öffnen des Einspritzzeitfensters verantwortlich. Das Zeitsteuerventil ist für das Steuern des Zeitpunkts und der Zeitdauer des Einspritzvorgangs innerhalb des Zeitfensters verantwortlich. Dieses Zwei-Steuerventil-System stellt die Vereinigung zwischen dem Verstärkersystem und dem Common-Rail-System dar. Die vorliegende Erfindung behält die Vorteile beider Systeme (Verstärker und Common-Rail) bei und bietet die Möglichkeit, die unerwünschten Charakteristika der jeweiligen einzelnen Systeme aufzuheben. Da die Einspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung zwei aktive Steuerventile aufweist, kön nen durch Koordination der Steuerzeitpläne zwischen zwei Ventilen deutlich andersartige und wünschenswerte Einspritzcharakteristika erzeugt werden. Insbesondere das Drucksteuerventil wird dazu verwendet, das Betriebsfenster zu definieren, in dem der Betätigungsdruck angewendet wird. Das Zeitsteuerventil ist innerhalb des Fensters für die präzise Steuerung der Einspritzzeitsteuerungs-Vorgänge und der Einspritzdauer, wie z. B. Beginn der Einspritzung, Ende der Einspritzung, Zeitsteuerung der Unterbrechung und Dauer der Unterbrechung, verantwortlich.
  • (2) Der Piloteinspritzprozeß der vorliegenden Erfindung wird durch gesteuerte Unterbrechung eines normalen Einspritzvorgangs erreicht
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Einspritzvorgang, der eine Piloteinspritzung und/oder Einspritzverlaufsformung umfaßt, als ein einzelner bzw. ununterbrochener Einspritzvorgang bezeichnet, jedoch mit einer bestimmten Unterbrechungsdauer. Die Unterbrechungsdauer (Schließzeit) wird durch das Zeitsteuerventil bewirkt und ist ein Resultat der Schließzeit. Ist die Unterbrechung (Schließzeit) kurz, führt dies zu einer Einspritzung mit Einspritzverlaufsformung. Siehe 3, Fall 5, und 4, Fall 5. Ist die Unterbrechung lang, bewirkt sie eine geteilte Einspritzung oder Piloteinspritzung. Siehe 3, Fall 1, und 4, Fall 3. Ohne jegliche Unterbrechung ist die Einspritzung eine normale ununterbrochene Einspritzung. Siehe 3, Fall 4 und 4, Fall 1. Mit Unterbrechung jedoch kann die Einspritzfließkurve, abhängig von der Dauer der Unterbrechung (Schließzeit), so geformt werden, daß sie eine Verlaufsformung, eine geteilte Einspritzung, eine Piloteinspritzung und nach Bedarf mehr Einspritzungssegmente ermöglichen kann. Diese gesteuerte Unterbrechung in bezug auf einen normalen Einspritzvorgang kann jederzeit während des Einspritzvorgangs eintreten, solange ein Betätigungsdruck oder Einspritzdruck vorliegt.
  • (3) Unabhängige Steuerung der Piloteinspritzung und Haupteinspritzung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs
  • Alle momentanen Einspritzsysteme mit Einspritzvorrichtungen vom HEUI-Typ müssen eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung durch Erzeugen von zwei unabhängigen ununterbrochenen Einspritzvorgängen erreichen. Das im US-Patent 5,460,329 beschriebene Einspritzsystem setzt den Rückgang des Betätigungsdrucks voraus, um zwischen dem Pilot- und dem Haupteinspritzvorgang zu unterscheiden. Im Stand der Technik kann dies durch Umkehrung der Bewegung des Verstärkers erreicht werden. Diese Umkehrung hat den Nachteil, daß der Einspritzdruck in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verringert wird. Sobald der Einspritzdruck während eines Einspritzvorgangs in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgebaut ist, sollte der Einspritzdruck nach Möglichkeit nicht für den Zweck des Piloteinspritzdrucks zerstört werden. Die für den Ablauf der Einspritzung zulässige Gesamtzeit ist zu kurz, und sollte nicht für die Senkung oder den Wiederaufbau des Einspritzdrucks verwendet werden. Daher konzentriert sich das Konzept der Erfindung darauf, keine Umkehrbewegung des Vestärkerkolbens und des Plunger während der Piloteinspritzung erfolgen zu lassen, wodurch der Einspritzdruck erhalten bleiben soll. Die Schließzeit bei der Piloteinspritzung wird durch Schließen des Nadelventils und nicht durch Reduzieren oder Beseitigen des Einspritzdrucks herbeigeführt. Das Zeitsteuerventil der vorliegenden Erfindung wird dazu verwendet, einen Teil des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zur hinteren Seite des Nadelventils gelangen zu lassen, um ein Schließen des Nadelventils herbeizuführen. Durch das Schließen werden getrennt voneinander ablaufende Pilot- und Haupteinspritzvorgänge bewirkt, während der Einspritzdruck in der Einspritzvorrichtung erhalten bleibt.
  • (4) Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das HEUI-Einspritzsystem mit digitalem Steuerventil (US-Patent 5,460,329) zu verbessern, um dessen Effizienz in bezug auf den Haupteinspritzdruck zu verbessern und eine kürzere Zeitdauer zu erreichen.
  • In Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Einspritzung mit einer kombinierten Einspritzvorrichtung (HEUI-Typ) wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
  • Verbesserte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ resultieren aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
  • In Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Definieren eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Kraftstoffdruckverstärker wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 11 gelöst.
  • Verbesserte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens resultieren aus den Unteransprüchen 12 bis 17.
  • Die erfindungsgemäße Verbesserung wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß die Haupteinspritzung bei maximalem Einspritzdruck stattfindet. Ein maximaler Einspritzdruck wird dadurch erreicht, daß der volle Betätigungsdruckwert während des Einspritzvorgangs durchgehend auf den Verstärkerkolben wirkt. Der Verstärkerkammerdruck wird bei maximalem Betätigungsdruck beibehalten, da das Drucksteuerventil während des gesamten Einspritzvorgangs durchgehend geöffnet bleibt, d. h. der Plungerkammer-Kraftstoffdruck wird dann auf einem maximal verstärkten Wert gehalten. Im Gegensatz zu früher liegt keine Doppelwirkung des Drucksteuerventils vor.
  • (5) Verbessertes Ansprechvermögen bei bedarfsmäßiger Formung des Einspritzvorgangs
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist das Drucksteuerventil (in bezug auf den Strömungsquerschnitt) viel größer als das Zeitsteuerventil und spricht daher weniger gut an als das Zeitsteuerventil. Dies ist darin begründet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Betätigungsflüssigkeit etwa siebenmal höher ist als die Kraftstoffeinspritzungs-Strömungsgeschwindigkeit. Daher wird gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung das große Drucksteuerventil nur einmal pro Einspritzvorgang betätigt, während das kleine Zeitsteuerventil während eines Einspritzvorgangs nach Bedarf mehrmals betätigt werden kann, um die gewünschte Einspritzverlaufsform zu bewirken. Dies wird bei genauerer Betrachtung der Ventilstellungen, die in den Fällen 1–5 von 4 dargestellt sind, deutlich erkennbar. Das relativ kleine Zeitsteuerventil verfügt über ein viel besseres Ansprechvermögen als das verhältnismäßig größere Drucksteuerventil.
  • (6) Mit den zwei aktiven Steuerventilen der vorliegenden Erfindung werden in einer Verstärker-Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ unterschiedlichere Einspritzcharakteristika erreicht als mit einem einzigen Steuerventil erreicht werden können.
  • Es gibt derzeit kein Kraftstoffeinspritzsystem, das all die genannten flexiblen Einspritzcharakteristika bieten kann, ohne von einem Einspritzvorgang zum nächsten erhebliche Schwankungen sowie eine Verschlechterung des Leistungsverhaltens mit sich zu bringen. Die meisten Einspritzvorrichtungen, die hergestellt werden, können nur einen Teil der Merkmale, die in 3 aufgeführt sind, erfüllen. Alle Merkmale von 3 sind durch die vorliegende Erfindung erreichbar. Es ist äußerst wünschenswert, daß eine Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ all diese Merkmale erfüllen kann, um die hohen Anforderungen an Schadstoffausstoß, Lärmreduktion und verbesserte Fahreigenschaften zu erfüllen.
  • Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 weist eine Nadelventilsteuerung zum Steuern des Öffnens und Schließens eines Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils auf, einschließlich eines selektiv betätigbaren Zeitsteuerventils, das in Strömungsverbindung mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Kraftstoffs und in Strömungsverbindung mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventiloberfläche steht, wobei das Ventil zwischen einer offenen und geschlossenen Anordnung verschiebbar ist. Eine Steuerung ist mit dem Zeitsteuerventil zum Steuern der Verschiebung des Zeitsteuerventils zwischen einer offenen und geschlossenen Anordnung, zum Öffnen des Zeitsteuerventils, das dazu dient, einen unter Druck stehenden Kraftstoff zur Kraftstoffeinspritzvorrichtungsnadelventil-Oberfläche zu leiten, wobei der Kraftstoff eine Kraft auf der Kraftstoffeinspritzvorrichtungsnadelventil-Oberfläche erzeugt, die dazu dient, das Kraftstoffeinspritzvorrichtungsnadelventil zu schließen, betrieblich verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Definieren eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11 mit einem Kraftstoffeinspritzverstärker, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: a) Vorbereiten eines Kraftstoffdrucks mit einem Kraftstoffeinspritzdruck-Steuerventil und b) Steuern der Steuerzeiten eines Kraftstoffeinspritzvorgangs mit einem Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil, wobei die Vorbereitung und die Steuerzeiten des Kraftstoffeinspritzvorgangs unabhängig voneinander steuerbar sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittansicht der bekannten HEUI-Einspritzvorrichtung;
  • 2 ist eine Querschnittansicht einer Einspritzvorrichtung des HEUI-Typs mit der Nadelventilsteuerung der vorliegenden Erfindung;
  • 2a ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs 2a von 2 in der geschlossenen Anordnung;
  • 2b ist eine vergrößerte Darstellung von 2a in der offenen Anordnung;
  • 3 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen von Einspritzungsmerkmalen, die durch die vorliegende Erfindung erreicht werden können;
  • 4 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen der Auswirkungen einer verschiedenartigen Koordination zwischen dem Einspritzsteuerventil und dem Zeitsteuerventil und dem resultierenden Einspritzverlauf;
  • 5 ist eine graphische Darstellung von Pilot- und Schließzeitsteuerparametern; und
  • 6 ist eine graphische Darstellung der Leistungskennlinie.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • 2 zeigt die Einspritzvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung. Die HEUI-Einspritzvorrichtung 200 wird als Basis-Einspritzvorrichtung verwendet, die in 1 als Stand der Technik dargestellt ist, und ist so modifiziert worden, um die vorliegende Erfindung darin aufzunehmen. Es können andere Einspritzvorrichtungen des Verstärkertyps verwendet werden, die die vorliegende Erfindung beinhalten. Die Einspritzvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung weist zwei aktive Steuerventile auf. Das erste Steuerventil (das Drucksteuerventil 12) befindet sich auf der Betätigungsflüssigkeitsseite, und das zweite Steuerventil (das Zeitsteuerventil 14) befindet sich auf der Hochdruckkraftstoffseite.
  • Der Einspritzvorrichtungskörper 16 enthält das Einspritzdruck-Steuerventil 12, einen Druckverstärker 18, das Zeitsteuerventil 14 und ein federbelastetes herkömmliches Nadelventil 20, das im Einspritzvorrichtungsspitzengehäuse 21 der Einspritzvorrichtung 10 angeordnet ist. Das Zeitsteuerventil 14 und die zugehörigen Fluidkanäle der vorliegenden Erfindung (die nachstehend erörtert werden) sind für eine direkte hydraulische Steuerung des Nadelventils 20 vorgesehen. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, ist es die Grundfunktion des Zeitsteuerventils 14, einen Hochdruckkraftstoff zur Nadelventil-Steueroberfläche 22 des Nadelventils 20 zu leiten. Dieser Kraftstoff wirkt auf die Nadelventil-Steueroberfläche 22 ein, um die Öffnungs- und Schließbewegungen des Nadelventils 20 nach Bedarf präzise, direkt und hydraulisch zu steuern, um die gewünschten Einspritzcharakteristika zu bewirken.
  • Vom Boden der Plungerkammer 24 zum Nadelventil 20 verlaufen zwei Strömungskanäle. Der Hochdruckkraftstoffkanal 26 ist auf herkömmliche Weise mit der Düsenkammer 28 verbunden, wobei die Nadelvorderfläche 30, die durch einen erweiterten Durchmesser des Nadelventils 20 ausgebildet ist, dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist. Der in der Kammer 28 erzeugte Kraftstoffdruck wirkt in Aufwärtsrichtung auf die Vorderfläche 30 ein, um das Nadelventil 20 zu öffnen, indem er der Schließvorspannung der Nadelventilfeder 32 entgegenwirkt.
  • Der erste Überströmkanal 34 ist mit dem Schieber 36 des Zeitsteuerventils 14 fluidisch verbunden. Ein zweiter Überströmkanal 38 ist mit dem Schieber 36 fluidisch verbunden und ist ferner mit der teilweise durch die Nadelventil-Steueroberfläche 22 des Nadelventils 20 definierten Kammer 40 fluidisch verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Oberfläche 22 um einen oberen Randbereich an der hinteren Seite des Nadelventils 20.
  • 2a und 2b zeigen das vergrößerte Zeitsteuerventil 14 und die Beziehung zum Hochdruckkraftstoffkanal 26. Das Zeitsteuerventil 14 weist eine Schraubenfeder 42, eine Endabdeckung 44, einen Ventilkörper 36 und das Ventilgehäuse 46 auf. Eine Leckströmung zwischen dem Zeitsteuerventilkörper 36 und dem Gehäuse 46 wird bevorzugt auf ein Minimum gesteuert. Auf dem Ventilkörper 36 befindet sich eine Schieberrille 52, die teilweise die Schieberkammer 53 definiert. Die Schieberkammer 53 sieht eine Strömungsverbindung zwischen der Verstärkerkammer 54 zur Kammer 40 an der hinteren Seite der Nadel vor, wenn sich das Steuerventil 14 in der offenen Stellung befindet. Ein abdichtender Abschnitt 41 des Ventilkörpers 36 ist unterhalb der Rille 52 angeordnet.
  • Bei dem Zeitsteuerventil 14 handelt es sich um ein einfaches Offen- (Ein-)/Geschlossen- (Aus-)Zweipositionsventil, wobei 2b eine Abbildung der offenen (Ein-) Anordnung des Zeitsteuerventils 14 und 2a eine Abbildung der geschlossenen (Aus-) Anordnung des Zeitsteuerventils 14 ist.
  • Befindet sich das Zeitsteuerventil 14 in seiner Aus-Stellung (2a), liegt die abgeschrägte Ventilfläche 56 am Ventilsitz 58 an, und die Kraftstoffströmung durch die Schieberkammer 53 vom ersten Überströmkanal 34 zum zweiten Überströmkanal 38 wird blockiert. Die Kraftstoffströmung über den zweiten Überströmkanal 38 zur Kammer 40 an der hinteren Seite des Nadelventils 20 ist dementsprechend ebenfalls blockiert. Die Kammer 40 wird durch die Ableitöffnung 60 an der hinteren Seite der Nadel und durch den Ableitkanal 62 zu einem extern angeordneten Niederdruck-Kraft stoffreservoir 63 (das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist) entlastet. Der Ableitkanal 62 befindet sich bevorzugt auf einer anderen Ebene als in der Querschnittszeichung und ist daher in den 2a und 2b im Phantom dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Ableitkanal 62 mit dem Hochdruckkraftstoffkanal 26 nicht fluidisch verbunden ist.
  • Der Ableitkanal 62 wird zum Kraftstoffreservoir 63 hin abgeleitet, das sich außerhalb der Einspritzvorrichtung 10 befindet. Das Kraftstoffreservoir 63 steht typischerweise unter dem durch die Motorkraftstoffpumpe erzeugten Druck (etwa 50 psig). Die Ableitöffnung 60 ist räumlich relativ beschränkt (bevorzugt zwischen 0,1 und 1,0 mm und noch bevorzugter weniger als 0,5 mm im Durchmesser) und verfügt über einen sehr kleinen Strömungsquerschnitt und kann bevorzugt eine Strömung in beide Richtungen (zum und vom Kraftstoffreservoir 63) aufnehmen.
  • Ein Einweg-Kugelrückschlagventil 66 ist in einem Wiederbefüllungskanal 67 angeordnet, der sich zwischen der Kammer 40 und dem Ableitkanal 62 zum Kraftstoffreservoir 63 erstreckt. Das Rückschlagventil 66 wird durch den Kraftstoffdruck gesteuert. Übersteigt der Druck in der Kammer 40 den Druck im Kanal 62, liegt das Rückschlagventil 66 an einem Ventilsitz 67 an. Dementsprechend wird die Kraftstoffströmung durch das Rückschlagventil 66 blockiert, wenn die Kammer 40 durch den durch das Zeitsteuerventil 14 eingelassenen Hochdruckkraftstoff unter Druck gesetzt ist, und außerdem während der Öffnungsbewegung des Nadelventils 20 blockiert. Das Rückschlagventil 66 ermöglicht eine hinreichende Wiederbefüllung von Kraftstoff (bei 50 psi) vom Kraftstoffreservoir 63 zur Kammer 40, um die Volumenänderung in der Kammer 40 aufzunehmen, die während der Schließbewegung des Nadelventil 20 eintritt.
  • Die Einspritzvorrichtung 10 funktioniert genauso wie die bekannte HEUI-Einspritzvorrichtung 200, wenn sich das Zeitsteuerventil 14 in der geschlossenen Anordnung befindet, die in 2a beschrieben ist. Diese Funktionsweise ist vorstehend im Abschnitt zum technischen Hintergrund erwähnt.
  • Das Öffnen des Zeitsteuerventils 14 wird durch eine Magnetspule 64 bewirkt. Wird der Magnetspule 64 Strom zugeführt, bewegt sich das Zeitsteuerventil 14 gegen die Federspannung der Zeitsteuerventilfeder 42 nach oben in die vollständig geöffnete Stellung des Zeitsteuerventils 14. Siehe 2b. In dieser offenen Stellung ist der Hochdruckkraftstoffkanal 26 mit dem zweiten Überströmkanal 38 durch die durch die Schieberrille 52 definierte Schieberkammer 53 fluidisch verbunden. Der Hochdruckkraftstoff strömt von der Plunger-Bodenkammer 54 zur Kammer 40 an der hinteren Seite des Nadelventils 20 über. In dieser offenen Stellung sind die Überströmkanäle 34, 38 vollständig offen, und die Kammer 40 wird unter Druck gesetzt. Der Druck wirkt zusammen mit der Feder 32 auf die Oberfläche 22 ein, um eine nach oben gerichtete Öffnungsbewegung des Nadelventils 20 zu verhindern oder das Nadelventil 20 zu schließen, wenn das Nadelventil 20 dann offen steht, wenn das Zeitsteuerventil 14 geöffnet wird. Somit befindet sich das Nadelventil 20 in der geschlossenen Stellung, wenn das Zeitsteuerventil 14 sich in der offenen Stellung befindet. Wenn das Zeitsteuerventil 14 während eines Einspritzvorgangs einige Zeit in der offenen Stellung verbleibt, erhält man dadurch eine durch Messung erfaßbare Zeitdauer des Nadelventils, das nach der Initiierung des Einspritzvorgangs geschlossen wird. Die Schließdauer des Nadelventils 20 kann gleich der Schließzeit des Piloteinspritzvorgangs sein.
  • Die Ableitöffnung 60 steht die ganze Zeit über offen, jedoch verfügt die Ableitöffnung 60 über einen sehr kleinen Strömungsquerschnitt, durch den die Kraftstoffströmung durch die Ableitöffnung 60 gedrosselt wird. Wenn somit ein Hochdruckkraftstoff in die Kammer 40 strömt, wird ein hinreichend großer Druck in der Kammer 40 festgehalten, der bewirkt, daß das Nadelventil 20 durch den Kraftstoffdruck geschlossen wird, wobei eine Kraft erzeugt wird, die auf die Oberfläche 22 des Nadelventils 20 (und die Feder 32) einwirkt. Ein konstanter Durchfluß findet an der Öffnung 60 statt, wenn sich das Zeitsteuerventil 14 in der offenen Stellung befindet (2b). (Hier besteht eine große Ähnlichkeit zum Common-Rail-System, bei dem eine konstante Leckströmung von Hochdruckkraftstoff während des gesamten Einspritzvorgangs stattfindet.) Während einer regulären ununterbrochenen Einspritzung kommt das Zeitsteuerventil 14 niemals zur Verwendung, und die Ableitöffnung 60 verlangsamt aufgrund der räumlichen Beschränkung der Ableitöffnung 60 geringfügig die Anhebung des Nadelventils 20, wenn sie Kraftstoff durch die Kammer 40 in das Kraftstoffreservoir entweichen läßt.
  • Durch das Überströmen des Hochdruckkraftstoffs zur Kammer 40 durch Öffnen des Zeitsteuerventils 14 wird bewirkt, daß sich das Nadelventil 20 schließt, wenn es sich im offenen Zustand befindet. Steht das Zeitsteuerventil 14 ganz zu Beginn des Einspritzvorgangs offen (in dem Zustand, wenn der Verstärker-Plunger 18 im Begriff ist, sich abwärts zu bewegen, um den Kraftstoffdruck zu erhöhen), verbleibt das Nadelventil 20 in einer geschlossenen Stellung, ungeachtet dessen, wie sich der Einspritzdruck aufgrund des Kraftstoffdrucks verändert, der die auf die Oberfläche 22 des Nadelventils 20 einwirkende Kraft erzeugt. Dies kann nach Bedarf zu einem verzögerte Start der Einspritzung in den Verbrennungsraum führen.
  • Mit dieser Vorgehensweise kann der Benutzer den Startzustand eines jeden Einspritzvorgangs gezielt auswählen, da der Öffnungsdruck des Nadelventils 20 durch das Zeitsteuerventil 14 gesteuert wird. Wenn das Zeitsteuerventil 14 geöffnet wird, nachdem die Einspritzung bereits begonnen hat, findet aufgrund eines plötzlichen Schließens des Nadelventils 20 ein unterbrochener Einspritzvorgang statt. Das plötzliche Schließen des Nadelventils 20 wird durch das Öffnen des Zeitsteuerventils 14 bewirkt, um den Hochdruckkraftstoff in die Kammer 40 zu leiten. Dabei handelt es sich um die Piloteinspritzung, und diese führt dazu, daß eine Schließzeit (eine genau abgegrenzte verstrichene Zeitdauer) zwischen der Piloteinspritzung und der Haupteinspritzung abläuft, während der keine Kraftstoffeinspritzung stattfindet. Wird das Zeitsteuerventil 14 gegen Ende des Einspritzvorgangs geöffnet, bewirkt es, daß das Nadelventil 20 sogar noch vor Abschalten des Drucksteuerventils 12 geschlossen wird. Dadurch wird der Einspritzvorgang nach Bedarf abrupt beendet.
  • Das Öffnen/Schließen des Nadelventils 20 wird durch das Zeitsteuerventil 14 direkt gesteuert. Daher verwendet man bei diesem Konzept die Bezeichnung direkt gesteuertes Nadelventil, wobei das Konzept in dieser Hinsicht einem Common-Rail-Sy stem ähnlich ist, bei dem das Nadelventil 20 schließt, um den Einspritzverlauf zu formen und zu steuern, um die Piloteinspritzung zu beenden und die Schließzeit trotz Einspritzdruck zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 erzeugt das Zeitsteuerventil 14 bei der Piloteinspritzung, wenn es für relativ lange Zeit in der offenen Stellung verbleibt, eine längere Schließzeit, wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn das Zeitsteuerventil 14 für relativ kurze Zeit in der offenen Stellung verbleibt, findet eine geschlossene Piloteinspritzung (keine Schließzeit) oder Einspritzverlaufsformung des Einspritzvorgangs statt, wodurch die Form des ansteigenden Abschnitts des Einspritzverlaufs des Einspritzvorgangs beeinflußt wird.
  • Während des Zeitraums, in dem das Zeitsteuerventil 14 offen steht, ist das Nadelventil 20 geschlossen, und der Verstärker-Plunger 18 kann sich aufgrund einer Leckströmung an der Ableitöffnung 60 von der Kammer 40 am Nadelventil 20 weiter nach unten bewegen. Die Ableitöffnung 60 ist zum Kraftstoffreservoir hin offen (etwa 50 psi). Da die Ableitöffnung 60 sehr klein ist, ist auch die Leckströmung von der Kammer 40 relativ gering. Der Einspritzdruck wird beibehalten, und die nach unten gerichtete Kompressionsbewegung des Verstärkers 18 hält sogar während einer vorübergehenden Abschaltung der Kraftstoffströmung der Düse vom Nadelventil 20 zum Verbrennungsraum an. Dies resultiert daraus, daß das Zeitsteuerventil 14 offen steht, um auf die Oberfläche 22 des Nadelventils 20 einen Druck auszuüben. Die Effizienz des Einspritzablaufs wird durch ein derartiges Verfahren zum Erzeugen einer Schließzeit verbessert, wobei der Kraftstoffeinspritzdruck während des gesamten Einspritzvorgangs auf einem hohen Wert beibehalten wird, anstatt den Druck infolge einer Umkehrung der Bewegung des Verstärkers 18 zu senken, um den Einspritzverlauf zu formen, wie dies bei einigen bekannten Einspritzvorrichtungen der Fall ist.
  • Von sehr großer Bedeutung ist die Abmessung der Nadelableitöffnung 60. Die Nadelableitöffnung 60 ist in bezug auf einen Niederdruck-Kraftstoffstoff durch den Kanal 62 zum Kraftstoffreservoir 63 ständig offen. Bei einer über die richtige Größe verfü genden Öffnung 60 kann in der Kammer 40 ausreichend Kraftstoffdruck einbehalten werden, der auf die Oberfläche des Nadelventils 20 einwirkt, wenn ein Hochdruckkraftstoff von der Plunger-Kammer 54 zur Kammer 40 infolge des Öffnens des Zeitsteuerventils 40 strömt. Die Ableitöffnung 60 macht es möglich, daß ein Gegendruck in der Kammer 40 langsam freigegeben werden kann, wenn eine Ableitströmung in die Kammer 40 gestoppt wird. Ein langsames Überströmen an der Ableitöffnung 60 trägt dazu bei, die Anhebungsgeschwindigkeit des Nadelventils 20 anzupassen und zu steuern, um im voraus gewählte Anforderungen zu erfüllen. Die Größe der Ableitöffnung 60 ist sehr entscheidend, wenn es darum geht, das Nadelventil 20 geschlossen zu halten, wenn das Zeitsteuerventil 14 offen steht, und um zu verhindern, daß eine überschüssige Menge an Hochdruckkraftstoff durch die Ableitöffnung 60 ausströmt, und um zu bewirken, daß eine langsame Ablaßströmung an der Öffnung 60 erfolgt, wenn das Nadelventil 20 erneut angehoben wird (nach dem Überströmen des Kraftstoffdrucks aus der Kammer 40 durch die Öffnung 60). Die Größe der Ableitöffnung 60 ist für die Bedürfnisse der speziellen Einspritzvorrichtung 10 optimiert, und der Durchmesser beträgt bevorzugt etwa 0,1 mm–1,0 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform mißt die Ableitöffnung 60 etwa 0,5 mm oder weniger. Das Volumen des auf die Oberfläche 22 des Nadelventils 14 einwirkenden Kraftstoffs wird teilweise in der Kammer 40 einbehalten, die ein Volumen aufweist, das durch die hintere Seite 22 der Nadel, das Nadelgehäuse 24 und die Kugelrückschlagplatte 68 definiert ist. Der hintere Oberflächenbereich 22 der Nadel weist zweckmäßige Abmessungen auf, so daß die durch den Kraftstoffdruck auf die hintere Seite des Nadelventils erzeugte Kraft sowie die Nadelfederkraft, die durch die Feder 32 ausgeübt wird, größer ist als die Gegenkraft, die durch den Hochdruckkraftstoff erzeugt wird, der auf die Vorderseite 30 der Nadel einwirkt. Diese Kraft an der Vorderseite 30 der Nadel wirkt der Kraft des Kraftstoffdrucks entgegen, der zusammen mit der Vorspannung der Feder 32 auf die Oberfläche 22 einwirkt. Die zweckmäßige Abmessung der Oberfläche 22 in bezug auf die Oberfläche der Nadelvorderseite 30 und die durch die Feder 32 ausgeübte Vorspannung stellen ein angemessenes Schließen des Nadelventils 20 sicher, wenn das Zeitsteuerventil 14 offen steht. Die Abmessung ist deshalb von Bedeutung, weil der Hochdruckkraftstoff gleichzeitig zum sowohl Öffnen als auch Schließen des Nadelventils 20 dient.
  • Da die zur Kammer 40 an der hinteren Seite der Nadel benötigte Gesamtströmung sehr gering ist, ist die für das Zeitsteuerventil 14 erforderliche Größe viel geringer als die des Drucksteuerventils 12. Ferner ist auch der Hubweg des Zeitsteuerventils 14 (Öffnung des Ventils insgesamt) ebenfalls viel kleiner als der Hubweg (Öffnung des Ventils insgesamt) des Drucksteuerventils 12. Daher ist das Ansprechvermögen des Zeitsteuerventils 14 viel schneller als das Ansprechvermögen des Drucksteuerventils 12.
  • Während der Schließzeit eines Piloteinspritzvorgangs erfolgt eine konstante Überströmung des Hochdruckkraftstoffs durch die Nadelableitöffnung 60. Somit kann der Verstärker-Plunger 18 langsam nach unten wandern, wodurch die Kammer 40 wieder mit Kraftstoff befüllt wird, der aus der Kammer 40 immer dann überströmt, wenn sich das Zeitsteuerventil in der offenen Konfiguration befindet. Stünde das Zeitsteuerventil 14 für sehr lange Zeit offen, könnte der Verstärker-Plunger 18 am unteren Ende auftreffen. Dieses Risiko wird vermieden, indem der Hub des Plungers 18 zweckmäßig dimensioniert wird und zudem die Ein- und Abschaltzeiten des Zeitsteuerventils 14 zweckmäßig koordiniert werden, um eine allzu lange Schließzeit zu vermeiden.
  • Betrieb
  • Ein flexibles Einspritzsystem sollte die Fähigkeit besitzen, im ununterbrochenen Einspritzmodus, im abgeteilten Piloteinspritzmodus, im angehängten Piloteinspritzmodus und im Einspritzverlaufsformungsmodus arbeiten zu können. Im nachstehenden Abschnitt wird die betriebliche Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung für jeden einzelnen Betriebsmodus beschrieben.
  • Ununterbrochene Einspritzung mit dreieckiger oder rampenförmiger Einspritzung (4, Fall 1; 3, Fall 4)
  • Während einer ununterbrochenen rampenförmigen Einspritzung bleibt das Zeitsteuerventil 14 in der geschlossenen Stellung und kommt während des gesamten Einspritzvorgangs nicht zur Verwendung. Somit kann ein Hochdruckkraftstoff nur zur vorderen oder unteren Seite des Nadelventils 20 strömen, während die Kammer 40 niemals unter Druck gesetzt und durch die Ableitöffnung 60 und den Kanal 62 zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir entlastet wird. Sowohl Zeitsteuerung als auch Einspritzdauer werden durch das Betätigungsdruck-Steuerventil 12 gesteuert. Wenn das Drucksteuerventil 12 geöffnet wird, baut sich im Hochdruckkraftstoffkanal 26 allmählich ein Einspritzdruck auf. Der Hochdruckkraftstoff wirkt auf die Nadelvorderseite 30 ein, wobei er die Vorspannung der Feder 32 überwindet und das Nadelventil 20 anhebt (öffnet). Wenn sich das Nadelventil 20 öffnet, beginnt die Einspritzung. Die resultierende ununterbrochene Einspritzung ist im wesentlichen mit dem Einspritzvorgang der normalen bekannten HEUI-Einspritzvorrichtung 200 identisch, die vorstehend in bezug auf die 1 des Stands der Technik beschrieben wurde.
  • Ununterbrochene Einspritzung mit viereckiger Kraftstoffdruckform (4, Fall 2; 3, Fall 3)
  • Es ist der Betrieb von beiden Steuerventilen 12, 14 zum Erreichen einer viereckigen Einspritzverlaufskennlinie erforderlich. Das Zeitsteuerventil 14 wird vor oder zeitgleich mit dem Betätigungsfluiddruck-Steuerventil 12 geöffnet. In diesem Fall kommt ein „Spill-und-Bypass-Konzept" (Überlauf-und-Umleitungskonzept) zur Anwendung, um den anfänglichen Teil des aufgebauten Kraftstoffdrucks überströmen zu lassen, der aus der Betätigung des Betätigungsdruck-Steuerventils 12 resultiert, um den Einspritzbeginn zu verzögern. Das Öffnen des Zeitsteuerventils 14 resultiert in einem Überlaufen und Umleiten durch die Kammer 40, die Ableitöffnung 60 und den Kanal 62 zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir 63. Der anfängliche Teil des Einspritzdrucks ist relativ niedrig, so daß die unter diesem anfänglichen Teil stattfindende Einspritzung eine rampenförmige Einspritzung (ähnlich einer rampenförmigen ununterbrochenen Einspritzung) bewirken würde, wenn das Zeitsteuerventil 14 geschlossen wäre. Das Zeitsteuerventil wird jedoch an dieser Stelle geöffnet, um diese unerwünschten Initialdruckbedingungen zu umgehen und dem Nadelventil 20 damit zu ermöglichen, mit dem Öffnen zu warten, bis ein wünschenswerter höherer Druckwert erreicht ist.
  • Der anfängliche Teil des unter Druck stehenden Kraftstoffs strömt in die Kammer 40 über. Da der Druck des Kraftstoffs in der Kammer 40 auf die Oberfläche 22 einwirkt, dient die durch den Kraftstoffdruck ausgeübte Kraft und die durch die Ventilfeder 32 ausgeübte Vorspannung dazu, das Nadelventil 20 geschlossen zu halten. Daher bleibt das Nadelventil 20 solange geschlossen, bis nach Deaktivierung der Magnetspule 64 das Zeitsteuerventil 14 durch die Feder 42 in die geschlossene Stellung zurückversetzt wird. Nach einem gewünschten Zeitraum findet die Deaktivierung der Magnetspule 64 statt, und das Ventil 14 kehrt in die geschlossene Stellung zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kraftstoffeinspritzdruck bereits einen sehr hohen Wert erreicht haben. Da das Drucksteuerventil 12 sich ein einer vollständig geöffneten Stellung befindet und die Abwärtsgeschwindigkeit des Verstärkers 18 angestiegen ist, erfolgt die unter dieser Bedingung stattfindende Einspritzung eruptiv und weist zu Beginn des Einspritzvorgangs einen sehr raschen Einspritzverlauf auf. Währenddessen wird durch den Verstärker 18 in der Plunger-Kammer 24 ein konstanter Einspritzdruck beibehalten. Dieser Druck ist gleich dem Leitungsdruck des Betätigungsfluids mal dem Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 18. Der Leitungsdruck des Betätigungsfluids kann etwa 3.000 psi betragen. Das Verstärkungsverhältnis kann sieben betragen, was zu einem Kraftstoffdruck von etwa 21.000 pis führt.
  • Zum Ende der Einspritzung wird das Zeitsteuerventil 14 durch Aktivieren der Magnetspule 64 zyklusmäßig wieder in die offene Stellung bewegt, um die Schließvorspannung der Zeitsteuerventilfeder 42 zu überwinden, bevor das Betätigungsfluiddruck-Steuerventil 12 geschlossen wird. Nach dem Öffnen des Zeitsteuerventils 14 wirkt der Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in der Kammer 40 erneut auf die Oberfläche 22 ein. Die durch den Kraftstoffdruck auf die Oberfläche 22 ausgeübte Kraft in Verbindung mit der durch die Ventilfeder 32 ausgeübten Vorspannung dient dazu, das Nadelventil 20 gewaltsam abrupt zu schließen. Die Einspritzströmung wird durch dieses gewaltsame Schließen des Nadelventils 20 nahezu unmittelbar auf null heruntergefahren, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo das Schließen des Nadelventils 20 eher allmählich abläuft und durch den Druckabfall der Betätigungsfluideinspritzung bewirkt wird. Somit erfolgt das Ende der Einspritzung ebenfalls sehr abrupt, was die erwünschte, allgemein viereckige Kraftstoffdruckform zur Folge hat.
  • Piloteinspritzung mit angemessener Schließzeitdauer (4, Fall 3; 3, Fall 1 durchgehende Verlaufslinie
  • Bei der vorliegenden Erfindung gilt die Piloteinspritzung als eine ununterbrochene Einspritzung, die für eine bestimmte Zeitdauer vor der Haupteinspritzung vollständig unterbrochen wird, wobei es sich dabei ebenfalls um eine von der Piloteinspritzung getrennte, ununterbrochene Einspritzung handelt. Diese Unterbrechung wird durch ein plötzliches Schließen des Nadelventils 20 durch das Zeitsteuerventil 14 kurze Zeit nach Beginn des Einspritzvorgangs bewirkt, der durch das Drucksteuerventil 12 initiiert wird. Ist die Schließdauer des Nadelventils 20 relativ lange, ist auch die Schließzeit zwischen der Piloteinspritzung und der Haupteinspritzung lang. Da beide Steuerventile 12, 14 unabhängig voneinander gesteuert werden, sind auch die Ein-/Aus-Steuerzeitpläne der beiden Ventile 12, 14 vollkommen flexibel, und es besteht weder eine Interaktion zwischen ihnen, noch beeinträchtigen sie einander. Wie im Fall des ununterbrochenen Einspritzvorgangs wird in diesem Fall das Drucksteuerventil 12 nur einmal betätigt, um das Druckfenster zum Verstärkersystem 18 zu öffnen. Das Zeitsteuerventil 14 wird anfänglich geschlossen, wenn das Drucksteuerventil 12 geöffnet wird. Nachdem das Drucksteuerventil 12 geöffnet worden ist, öffnet sich das Nadelventil 20, indem es nach oben angehoben wird, und die Einspritzung beginnt wie oben in bezug auf den Fall der ununterbrochenen Einspritzung erörtert wurde. Das Zeitsteuerventil 14 wird dann bald nachdem das Druckventil 12 durch Aktivierung der Magnetspule 64 geöffnet wurde in die offene Stellung bewegt. Das Nadelventil 20 schließt sich dann wiederum als Reaktion auf das offenstehende Zeitsteuerventil 14, was zu einer Beendigung der Einspritzung führt. Vor dem Schließen des Nadelventils 20 ist aus der Düsenöffnung 66 eine geringe Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Zylinders entwichen. Dadurch wird eine Piloteinspritzung erzeugt, also eine sehr geringe Menge eingespritzten Kraftstoffs über eine kurze Zeitdauer, die zeitlich getrennt vom Haupteinspritzvorgang erfolgt. Das unabhängige Drucksteuerventil 12 bleibt offen, und der Kraftstoffdruck wird auf einem hohen Wert gehalten.
  • Die Größe der Piloteinspritzung ist eindeutig von der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Öffnen der beiden Ventile 12, 14 abhängig. Je länger die Verzögerung, desto größer das Piloteinspritzungsvolumen. Da die beiden Ventile 12, 14 unabhängig von einander gesteuert werden, wird das Piloteinspritzungsvolumen auf sehr einfache und flexible Weise gesteuert. Das Zeitsteuerventil 14 kann für eine Zeitspanne offenstehen, die der Größe der Schließzeitdauer der Piloteinspritzung entspricht. Gegen Ende der Schließzeit wird das Zeitsteuerventil 14 erneut abgeschaltet. Dies führt zur Öffnung des Nadelventils 20, und der Einspritzvorgang wird wieder aufgenommen, vorausgesetzt, der Haupteinspritzvorgang ist vom Piloteinspritzvorgang zeitlich beabstandet. Der Verstärker 18 wandert weiterhin abwärts, um eine beständige Menge an Hochdruckkraftstoff bereitzustellen, um die Haupteinspritzung zu beenden. Das Ende der Einspritzung wird durch Abschalten des Drucksteuerventils 12 erreicht.
  • Das Ende der Einspritzung kann auch durch Öffnen des Zeitsteuerventils 14 erreicht werden, um eine gewaltsame Schließung des Nadelventils 20 vor dem Abschalten des Drucksteuerventils 20 zu erwirken. Dies bewirkt ein abruptes Ende der Einspritzung, wie vorstehend im Fall der ununterbrochenen Einspritzung mit einer viereckigen Kraftstoffdruckform beschrieben wurde. Somit schließt sich das Nadelventil 20 vor dem Abfall des Einspritzdrucks, der aus dem Schließen des Drucksteuerventils 12 resultiert.
  • Piloteinspritzung mit sehr langer Schließzeitdauer (4, Fall 4)
  • Wenn die Schließzeitdauer sehr lang ist, dann kann die Piloteinspritzung als zwei individuelle ununterbrochene Einspritzungen betrachtet werden, die durch zyklische Steuerbewegungen des Drucksteuerventils 12 durch die Öffnungs-/Schließzyklen erfolgen. Das Drucksteuerventil 12 wird zuerst eingeschaltet, um die Einspritzung zu starten. Da im Pilotabschnitt eine sehr geringe Gesamtfördermenge vorliegt, kann das Zeitsteu erventil 14 dazu verwendet werden, die durch das Drucksteuerventil 12 begonnene Einspritzung zu unterbrechen und zu verhindern, daß das Nadelventil 20 zu lange offen steht. Nachdem die Piloteinspritzung angehalten worden ist, kann das Drucksteuerventil 12 ausgeschaltet werden, um den ersten ununterbrochenen Einspritzvorgang zu beenden. Der Druck auf die Oberseite des Verstärkers 18 wird nach außen entlastet, und der Verstärker 18 kehrt in die obere geschlossene Stellung zurück, wo er auf den nächsten Einspritzvorgang wartet. Der Entlastungskanal (nicht gezeigt) befindet sich herkömmlicherweise oben auf dem Tellerventil, unmittelbar über der Tellerventilfeder. Um mit der Haupteinspritzung zu beginnen, wird das Drucksteuerventil 12 erneut geöffnet, und ein zweiter Einspritzvorgang wird gestartet. Abhängig von den Anforderungen des Motors kann eine Einspritzungsstrategie mit rampenförmiger, ununterbrochener Einspritzung oder viereckiger, ununterbrochener Einspritzung angewendet werden, um durch eine entsprechende Interaktion des Zeitsteuerventils 14 mit dem Druckventil 12 eine ununterbrochene Einspritzung als Haupteinspritzvorgang zu erzeugen.
  • Einspritzung mit Verlaufsformung (4, Fall 5; 3, Fall 5)
  • Die Betriebsstrategie für eine Einspritzung mit Verlaufsformung ist mit der für einen Pilotbetrieb (Fall mit angemessener Schließzeit), 4, Fall 3 nahezu identisch. Bei Vorgängen mit einer Einspritzung mit Verlaufsformung ist die Einschaltdauer des Zeitsteuerventils 14 sehr kurz und beträgt beispielsweise die minimal steuerbare Pulsweite des Zeitsteuerventils 14. Bei einer sehr kurzen Unterbrechung vom Zeitsteuerventil 14 kann das Nadelventil 20 während der Einschaltdauer des Zeitsteuerventils 14 nicht vollständig in die geschlossene Stellung zurückkehren. Der Einspritzdruck wird in diesem Fall für nur kurze Zeit unterbrochen. Daher ist die Einspritzverlaufsspur nicht wie in 4, Fall 3 in Segmente aufgeteilt, sondern fällt auf einen Einspritzverlaufszustand nicht auf null ab. Dies führt zu einer klassischen, plötzlich abfallenden Einspritzverlaufsformungsspur.
  • Abhängig vom Zeitplan des Zeitsteuerventils 14 kann man eine andersartige Einspritzverlaufsformungsspur erhalten. Siehe 3, Fall 5. Die Einspritzung mit Ein spritzverlaufsformung gilt als ununterbrochene Einspritzung mit einer sehr minimalen Unterbrechung in einem frühen Stadium der Einspritzung
  • Neuartige Merkmale:
  • Einige der neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in zwei Bereiche eingeteilt: (1) Entwurfsanordnung und (2) Einspritzbetrieb.
  • (1) Entwurfsanordnung
  • Zwei aktive, unabhängig voneinander gesteuerte Steuerventile 12, 14 werden in einer Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ 10 verwendet. Das Drucksteuerventil 12 befindet sich auf der Betätigungsfluidseite, um das Druckfenster für die Einspritzvorgänge zu öffnen. Ohne Einschalten des Drucksteuerventils 12 liegt kein Einspritzdruck vor, und es erfolgt somit keine Einspritzung ungeachtet dessen, was mit dem Zeitsteuerventil 14 passiert. Das Zeitsteuerventil 14 ist auf der Hochdruckkraftstoffseite angeordnet (die sich von der Betätigungsfluidseite unterscheidet), um eine direkte Steuerung des Nadelventils 20 zu erreichen, die im wesentlichen unabhängig vom Drucksteuerventil 12 erfolgt. Somit wird ein Einspritzvorgang gestoppt oder unterbrochen, wenn das Zeitsteuerventil 14 eingeschaltet wird, wobei das eingeschaltete Zeitsteuerventil 14 bewirkt, daß das Nadelventil 20 geschlossen wird. Da sich das Zeitsteuerventil 14 außerdem auf der Kraftstoffseite befindet, wird der Betrieb des Verstärker-Plungers 18 zudem unter der Steuerung des Drucksteuerventils 12 fortgesetzt, um das Fortbestehen einer Hochdruckkraftstoffquelle sicherzustellen.
  • (2) Einspritzbetrieb
  • Eine Einspritzvorrichtung 10 vom HEUI-Typ mit zwei aktiven Steuerventilen 12, 14 wird derzeit industriell nicht hergestellt. Daher ist die auf einem koordinierten Betriebszeitplan von beiden Steuerventilen 12, 14 basierende Strategie eine Neuheit in der Industrie.
  • Für eine Einspritzvorrichtung 10 vom HEUI-Typ mit einem einzelnen Steuerventil 12 ist es sehr schwierig, viele verschiedene Einspritzkennfelder (wie die in 3 gezeigten) zu erzeugen, während dabei gleichzeitig eine ausreichende Steuerbarkeit, Flexibilität und Einfacheit erhalten bleiben. Die Steuerstrategie der vorliegenden Erfindung, die sich im Abschnitt zum Betriebsverfahren darstellt, ist eine Veranschaulichung dessen, wie die Ein-/Aus-Zeitsteuerung und -dauer zweier Steuerventile 12, 14 miteinander koordiniert werden können, um viele, verschiedene Einspritzkennfelder zu erhalten, die in 3 dargestellt sind.
  • Da Kraftstoffeinspritzsysteme in bezug auf Betrieb und Steuerung immer anspruchsvoller werden, wäre die Konstruktion einer Einspritzvorrichtung von Bedeutung, die nicht nur ein hervorragendes Leistungsverhalten bietet, sondern auch benutzerfreundlich, einfach und robust in ihrer Steuerungsstrategie ist. 5 und 6 stellen die Beziehung zwischen den Steuerparametern und den Leistungsparametern der vorliegenden Erfindung dar. Das Einspritzsystem der vorliegenden Erfindung weist zwei aktive Steuerventile 12, 14 auf. Eine gegenseitige Störbeeinflussung zwischen den Ventilen 12, 14 liegt nicht vor, und die Zuständigkeiten eines jeden Ventils 12, 14 sind klar definiert.
  • 5 zeigt die Definition einer zeitlichen Verzögerung und einer Zeitsteuerungsventil-Pulsweite (PW). Bei der zeitlichen Verzögerung handelt es sich um die Zeitdauer zwischen dem Start der Drucksteuerventil-Pulsweite zum Öffnen des Ventils und dem Start des Öffnens des Zeitsteuerventils. Die zeitliche Verzögerung ist ein Hinweis darauf, um wieviel später das Zeitsteuerventil 14 betätigt werden kann, um den Einspritzvorgang zu unterbrechen, der durch das Drucksteuerventil 12 initiiert wurde. Die zeitliche Verzögerung ist auch ein Hinweis auf die Piloteinspritzmenge, die aus der Düse entweicht, bevor das Nadelventil gezwungen wird, sich zu schließen. Daher steht die Piloteinspritzmenge in linearer Beziehung zum Parameter der zeitlichen Verzögerung, wie in 6 gezeigt ist. Die Dauer der Pulsweite des Zeitsteuerventils 14 weist darauf hin, wie lange das Zeitsteuerventil 14 in der offenen Stellung verbleibt. Da das Öffnen des Zeitsteuerventils 14 direkt bewirkt, daß sich das Nadelventil 20 schließt, ist die Pulsweite des Zeitsteuerventils 14 linear proportional zu der Zeitdauer, während der das Nadelventil 20 geschlossen bleibt. Daher steht die Schließzeit bei der Piloteinspritzung in linearer Beziehung zur Pulsweite des Zeitsteuerventils 14, wie in 6 gezeigt ist.
  • Vorteile
  • Ein Hauptvorteil des Kraftstoffsystems der vorliegenden Erfindung ist, daß es die Vorteile von sowohl dem Verstärkereinspritzsystem als auch dem Common-Rail-Einspritzsystem beinhaltet. Es stellt eine Vereinigung beider Systeme dar, während gleichzeitig ein Teil der Nachteile der jeweiligen Systeme vermieden wurden.
    • (1) Bei der Einspritzvorrichtung 10 ist vorteilhafterweise keine Beförderung von Hochdruckkraftstoff erforderlich, wie dies beim Common-Rail-System der Fall ist. Innerhalb der Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ liegt ein hoher Einspritzdruck vor. Die Einspritzvorrichtung 10 vom HEUI-Typ ist nur während des Einspritzvorgangs einem Hochdruckbetrieb ausgesetzt, was der Vorteil des Verstärkersystems ist.
    • (2) Bei der Einspritzvorrichtung 10 kann das Nadelventil 20 direkt gesteuert werden. Dieses Merkmal ist beim Piloteinspritzbetrieb von großer Bedeutung. Ohne direkte Steuerung des Nadelventils 20 kann keine geringe Piloteinspritzung und keine kurze Schließzeit erreicht werden. Die direkte Steuerung des Nadelventils 20 ist im Unterschied zum Verstärkersystem der Vorteil des Common-Rail-Systems. Bei der vorliegenden Erfindung bleibt dieser Vorteil ebenfalls erhalten.
    • (3) Die Abkopplung des Betätigungsfluid-Drucksteuerungsvorgangs vom Nadelzeitsteuerungsvorgang, wie es bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, sorgt insgesamt für einen stark vereinfachten, flexibleren und besser steuerbaren Einspritzvorgang. Jedes Steuerventil 12, 14 verfügt über seine eigene, im wesentlichen unabhängige Zuständigkeit. Die beiden Steuerventile 12, 14 in teragieren nicht miteinander und können unabhängig voneinander gesteuert werden. Dies zeigt die Einfachheit der Steuerungsstrategie hin. Die Ergebnisse können problemlos interpoliert und extrapoliert werden.
    • (4) Bei der vorliegenden Erfindung können ohne weiteres viele verschiedene gewünschte Einspritzkennfelder erreicht werden. Keine der heutzutage hergestellten Einspritzvorrichtungen kann all diese Merkmale in sich vereinen. Das Common-Rail-System kann keine Rampen-Einspritzung und Einspritzverlaufsformung erreichen. Das HEUI-Verstärkersystem kann keine viereckige Einspritzung erreichen. Die Größe der Piloteinspritzungsgröße und der Schließzeit sind im Stand der Technik ebenfalls begrenzt.
    • (5) Die Philosophie hinter dieser Erfindung unterscheidet sich stark vom herkömmlichen Lösungsansatz. Bei diesem Konzept gelten die Pilot- und Einspritzverlaufsformungs-Einspritzungen als ununterbrochene Einspritzung, die für kurze Zeit unterbrochen wird. Auf Grundlage dieser Philosophie wird jedem Steuerventil 12, 14 eine einzelne Zuständigkeit zugewiesen, die mit dem anderen Steuerventil 12, 14 koordiniert wird. Das mit einem höheren Druck arbeitende Steuerventil 12 wird nur einmal betrieben, um die ununterbrochenen Einspritzung auszuführen. Das kleinere und schnellere Zeitsteuerventil 14 kann viele Male verwendet werden, um das Öffnen und Schließen der Nadel während eines einzelnen Öffnungszyklus des Drucksteuerventils 12 zu steuern.
    • (6) Diese Einspritzvorrichtung 10 weist einen Verstärker auf. Die Einspritzvorrichtung 10 benötigt jedoch keine Umkehrung der Bewegung des Verstärkers 18, um die Piloteinspritzung zu stoppen. Darin unterscheidet sie sich von Einspritzkonzepten der HEUI-S und der Digitalventil-HEUI. Durch Vermeiden einer Bewegungsumkehrung des Verstärkers 18 wird die hydraulische Effizienz der Einspritzung beträchtlich verbessert, indem nämlich während eines gesamten Einspritzvorgangs ein hoher Druck beibehalten wird, selbst während eines Einspritzvorgangs, bei dem eine Piloteinspritzung von der Haupteinspritzung zeitlich beabstandet ist.
  • Somit wird bei der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Kraftstoffdruckverstärker versehen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: ein Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil zur Vorbereitung eines Kraftstoffdrucks und ein Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil zur Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs, wobei das Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil und das Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil unabhängig voneinander steuerbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung öffnet das Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil ein Einspritzzeitfenster, und das Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet. Das Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil öffnet ein Einspritzzeitfenster, während dem ein Betätigungsdruck verfügbar gemacht wird, um einen Kraftstoffdruck zu intensivieren.
  • Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung eine Einspritzvorrichtung geschaffen, bei der das Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs steuert, der innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet, um Kraftstoffeinspritzparameter zu definieren. Die Kraftstoffeinspritzparameter, die sich innerhalb eines Einspritzvorgangs ereignen, umfassen zumindest einen der Parameter, bei denen es sich um Einspritzbeginn, Einspritzende, Unterbrechung der Einspritzung, Zeitsteuerung der Unterbrechung der Einspritzung und Dauer der Unterbrechung der Einspritzung handelt.
  • Zudem ermöglicht das Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil eine selektive unabhängige Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs. Die Vorbereitung eines Kraftstoffeinspritzdrucks und die Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerung werden intern festgelegt und erfolgen getrennt voneinander.
  • Ferner weist das Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil einen verhältnismäßig kleineren Strömungsquerschnitt in bezug auf das Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil auf, wobei der geringere Strömungsquerschnitt die Ansprechzeit des Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventils verbessert, wodurch die Formung des Einspritzvorgangs nach Wunsch verbessert werden kann.
  • Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung stellt das Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil für die Dauer eines Einspritzvorgangs einen vollen Betätigungsdruck zur Verfügung, wodurch während des gesamten Einspritzvorgangs ungeachtet der gewünschten Formung des Einspritzvorgangs ein maximaler Einspritzdruck bereitgestellt wird.
  • Ferner wird das Kraftstoffeinspritz-Drucksteuerventil zur Vorbereitung eines Kraftstoffdrucks während eines jeden Einspritzvorgangs zyklusmäßig ein einziges Mal geöffnet und geschlossen, und das Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil kann über mehrere Zyklen während eines einzigen Mals bei jedem Einspritzvorgang zyklusmäßig unabhängig geöffnet und geschlossen werden, um eine gewünschte Formung des Einspritzvorgangs zu bewirken.
  • Die Nadelventilsteuerung steuert das Öffnen und Schließen eines Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils und weist folgende Merkmale auf ein selektiv betätigbares Zeitsteuerventil, das mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Kraftstoffs in Strömungsverbindung steht und mit einer Oberfläche eines Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils in Strömungsverbindung steht, wobei das Ventil zwischen einer offenen und geschlossenen Anordnung verschiebbar ist, eine Steuerung, die mit dem Zeitsteuerventil zum Steuern der Verschiebung des Zeitsteuerventils zwischen der offenen und geschlossenen Anordnung des Ventils, zum Öffnen des Zeitsteuerventils, das dazu dient, einen unter Druck stehenden Kraftstoff zur Oberfläche des Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils zu leiten, wobei der Kraftstoff auf der Oberfläche des Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils eine Kraft erzeugt, die dazu dient, das Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventil zu schließen, betrieblich verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Nadelventilsteuerung weist eine Magnetspule auf, wobei die Aktivierung der Magnetspule dazu dient, das Zeitsteuerventil in die offene Anordnung zu verschieben. Ferner weist die Steuerung eine Zeitsteuerventilfeder auf, wobei die Feder eine Schließvorspannung auf das Steuerventil in die geschlossene Anordnung ausübt.
  • Bei diesem Nadelsteuerventil wird die Strömungsverbindung mit der Oberfläche des Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils über einen Überströmkanal realisiert, der in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung definiert ist, wobei der Überströmkanal an einem ersten Ende mit dem Zeitsteuerventil fluidisch verbunden ist und an einem zweiten Ende mit einer Kammer fluidisch verbunden ist, wobei die Kammer teilweise durch die Oberfläche des Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventils definiert ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Nadelventilsteuerungskonstruktion ist eine Ableitöffnung mit der Kammer fluidisch verbunden und ferner mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir fluidisch verbunden. Die Ableitöffnung ist zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir stets offen und ist so bemessen, daß sie eine Kraftstoffströmung von der Kammer drosselt. Der Durchmesser der Ableitöffnung beträgt zwischen 0,1 und 1,0 mm. Außerdem beträgt der Durchmesser der Ableitöffnung im wesentlichen 0,5 mm.
  • Bei dieser Nadelventilsteuerung stellt ein Wiederbefüllungskanal eine fluidische Verbindung zwischen der Kammer und einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir her, wobei der Kraftstoff in dem Niederdruck-Kraftstoffreservoir in den Wiederbefüllungskanal strömt, um die Kammer wiederzubefüllen. Zudem ist im Wiederbefüllungskanal ein Rückschlagventil angeordnet, wobei das Rückschlagventil dem Kraftstoffdruck im Niederdruck-Kraftstoffreservoir und in der Kammer ausgesetzt ist, wobei das Öffnen und Schließen des Rückschlagventils durch den Kraftstoffdruck gesteuert wird, der darauf einwirkt.
  • Die hydraulisch betätigte Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ weist folgende Merkmale auf: eine erste und eine zweite Steuereinrichtung zum kooperativen, unabhängigen Steuern eines Einspritzvorgangs, wobei die erste Steuereinrichtung durch ein Kraftstoffbetätigungsfluid betätigt wird und mit einer Kraftstoffmenge in einer Kammer in Verbindung steht, wobei die erste Steuereinrichtung den Kraftstoffdruck in der Kammer bewirkt und die zweite Steuereinrichtung mit der Kraftstoffkammer in fluidischer Verbindung steht und in selektiver fluidischer Verbindung mit einem Einspritznadelventil steht, wobei das Nadelventil zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist, wobei die zweite Steuereinrichtung zum Steuern der Öffnungs- und Schließverschiebung des Nadelventils dient.
  • Bei dieser hydraulisch betätigten Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ öffnet die erste Steuereinrichtung ein Einspritzzeitfenster, und die zweite Steuereinrichtung steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet.
  • Die erste Steuereinrichtung öffnet ein Einspritzzeitfenster, während dem ein Betätigungsdruck zum Verstärken eines Kraftstoffdrucks verfügbar gemacht wird. Die zweite Steuereinrichtung steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet, um die Kraftstoffeinspritzparameter zu definieren. Die Kraftstoffeinspritzparameter umfassen zumindest einen der Parameter, die aus Einspritzbeginn, Einspritzende, Einspritzunterbrechung, Zeitsteuerung der Einspritzunterbrechung und Dauer der Einspritzunterbrechung bestehen.
  • Zudem ermöglicht die zweite Steuereinrichtung eine selektive unabhängige Steuerung von Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs. Die Vorbereitung des Kraftstoffeinspritzdrucks und die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung werden intern festgelegt und erfolgen getrennt voneinander.
  • Die erfindungsgemäße, hydraulisch betätigte Einspritzvorrichtung des HEUI-Typs weist ein Nadelventil auf, wobei das Nadelventil zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist, um eine Einspritzung von Hochdruckkraftstoff während eines Kraftstoffeinspritzvorgangs zu ermöglichen, wenn es sich in der offenen Stellung befindet, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine erste Steuereinrichtung zum Steuern eines Kraftstoffeinspritz-Kraftstoffdruckprozesses, und eine zweite Steuereinrichtung, die das Öffnen und Schließen des Nadelventils direkt steuert, wobei die erste Steuereinrichtung und die zweite Steuereinrichtung unabhängig voneinander betätigt werden, um in Zusammenarbeit gewünschte Einspritzkennfelder des Kraftstoffeinspritzvorgangs zu definieren.
  • Die erste Steuereinrichtung öffnet ein Einspritzzeitfenster, und die zweite Steuereinrichtung steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet. Die erste Steuereinrichtung öffnet zudem ein Einspritzzeitfenster, während dem ein Betätigungsdruck zur Verstärkung eines Kraftstoffdrucks verfügbar gemacht wird.
  • Die zweite Steuereinrichtung steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb eines Einspritzzeitfensters stattfindet, um Kraftstoffeinspritzparameter zu definieren.
  • Die Kraftstoffeinspritzparameter umfassen zumindest einen der Parameter, bei denen es sich um Einspritzbeginn, Einspritzende, Einspritzunterbrechung, Zeitsteuerung der Unterbrechung der Einspritzung und Dauer der Einspritzunterbrechung handelt.
  • Die zweite Steuereinrichtung ermöglicht eine selektive unabhängige Steuerung von Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs.
  • Die Vorbereitung eines Kraftstoffeinspritzdrucks und einer Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerung werden intern festgelegt und erfolgen getrennt voneinander.
  • Die hydraulisch betätigte Einspritzvorrichtung vom HEUI-Typ weist ein Nadelventil auf, wobei das Nadelventil zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist, ein betätigbares Betätigungsfluid-Steuerventil zum Steuern eines Kraftstoffdruckverstärkers, wobei der Verstärker mit dem Nadelventil in fluidischer Verbindung steht, um dasselbe mit einem Hochdruckkraftstoff zu versorgen, wobei das Nadelventil eine Kraftstoffmenge während eines Kraftstoffeinspritzvorgangs einspritzt, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Nadelventil-Steuereinrichtung, die vom Betätigungsfluid-Steuerventil getrennt ist, wobei die Steuereinrichtung in fluidischer Verbindung mit dem Nadelventil steht, um eine Verschiebung des Nadelventils zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu steuern.
  • Das Betätigungsfluid-Steuerventil öffnet ein Einspritzzeitfenster, und die Nadelventil-Steuereinrichtung steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb eines Einspritzzeitfensters stattfindet.
  • Zudem öffnet die Betätigungsfluid-Steuereinrichtung ein Einspritzzeitfenster, während dem ein Betätigungsdruck zur Verstärkung eines Kraftstoffdrucks verfügbar gemacht wird.
  • Die Nadelventileinrichtung steuert die Zeitsteuerung und Dauer eines Einspritzvorgangs, der innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet, um Kraftstoffeinspritzparameter zu definieren.
  • Die Kraftstoffeinspritzparameter umfassen zumindest einen der Parameter, bei denen es sich um Einspritzbeginn, Einspritzende, Einspritzunterbrechung, Zeitsteuerung der Unterbrechung der Einspritzung und Dauer der Einspritzunterbrechung handelt.
  • Die Nadelventileinrichtung ermöglicht eine selektive unabhängige Steuerung von Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und der Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs. Die Vorbereitung eines Kraftstoffeinspritzdrucks und einer Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerung werden intern festgelegt und erfolgen getrennt voneinander.
  • Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Definieren eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11, die einen Kraftstoffdruckverstärker aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorbereiten eines Kraftstoffdrucks für einen Kraftstoffeinspritzvorgang mit einem Kraftstoffeinspritzdruck-Steuerventil und Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs mit einem Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventil, wobei die Kraftstoffdruckvorbereitung und die Zeitsteuerung des Kraftstoffeinspritzvorgangs unabhängig voneinander steuerbar sind.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt die Vorbereitung des Kraftstoffdrucks ein Öffnen eines Einspritzzeitfensters, und die Zeitsteuerung findet innerhalb des Einspritzzeitfensters statt. Ferner umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Betätigungsdrucks, der zum Verstärken eines Kraftstoffdrucks verfügbar gemacht wird. Das Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs umfaßt den Schritt des Definierens von Kraftstoffeinspritzparametern, die innerhalb eines einzelnen Einspritzvorgangs stattfinden. Ferner umfaßt der Schritt des Definierens von Kraftstoffeinspritzparametern das Definieren von zumindest einem der Parameter, bei denen es sich um Einspritzbeginn, Einspritzende, Einspritzunterbrechung, Zeitsteuerung der Unterbrechung der Einspritzung und Dauer der Einspritzunterbrechung handelt.
  • Das Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs ermöglicht eine selektive unabhängige Steuerung von Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist ferner den Schritt des Zuführens des Kraftstoffdrucks vom Krafstoffeinspritzdruck-Steuerventil während des gesamten Einspritzvorgangs auf. Ferner umfaßt das Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffein spritzvorgangs den Schritt des Definierens von Kraftstoffeinspritzparametern, die innerhalb eines einzelnen Einspritzvorgangs stattfinden. Der Schritt des Definierens von Kraftstoffeinspritzparametern umfaßt auch das Definieren von zumindest einem der Parameter, bei denen es sich um Einspritzbeginn, Einspritzende, Einspritzunterbrechung, Zeitsteuerung der Unterbrechung der Einspritzung und Dauer der Einspritzunterbrechung handelt. Das Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs ermöglicht eine selektive unabhängige Steuerung von Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs. Die Vorbereitung eines Kraftstoffeinspritzdrucks und das Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs werden intern festgelegt und erfolgen getrennt voneinander.
  • Das Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch betätigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann eine Piloteinspritzung während eines einzelnen Einspritzvorgangs erreichen, wobei die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil aufweist, das die Stellung eines Plunger steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und nachdem der Kraftstoffdruck einen vorbestimmten Wert überschritten hat, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil für eine vorbestimmte Zeitdauer öffnet, wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil offen bleibt und die Bewegung des Plunger nicht umgekehrt wird, Schließen des Nadelventils, nach einer vorbestimmten Schließzeitdauer, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil öffnet, Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils.
  • Vor dem Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des Schließens des Nadelventils.
  • Ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch betätigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann während eines einzelnen Einspritzvorgangs eine viereckige Kraftstoffdruck-Einspritzverlaufsform erreichen, wobei die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil aufweist, das die Stellung eines Plunger steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende aufeinanderfolgende Schritte umfaßt: Halten der Nadel in einer geschlossenen Stellung, Öffnen und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, nach einer vorbestimmten Zeitdauer, Öffnen des Nadelventils, um eine Einspritzung zu ermöglichen, Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer, Schließen des Nadelventils und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils.
  • Vor dem Öffnen des Nadelventils umfaßt das Verfahren ferner auch die Schritte des Überströmens eines anfänglichen Teils der Kraftstoffmenge und des Beendens des Überströmens nach einem vorbestimmten Hubweg des Plunger.
  • Ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch betätigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann eine Piloteinspritzung mit einer langen Schließzeitdauer während eines einzelnen Einspritzvorgangs erreichen, wobei die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil aufweist, das die Stellung eines Plungers steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und, nachdem der Kraftstoffdruck eine vorbestimmten Wert überschritten hat, Ermöglichen, daß das Nadelventil sich für eine vorbestimmte Zeitdauer öffnet, Schließen des Nadelventils, Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils innerhalb desselben Einspritzvorgangs, nach einer vorbestimmten Schließzeitdauer, erneutes Öffnen des Kraftstoffdruck-Steu erventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, wodurch sich das Nadelventil öffnen kann, Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer und erneutes Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils.
  • Vor dem erneuten Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils weist das Verfahren ferner auch das Schließen des Nadelventils auf.
  • Ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch betätigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann eine Einspritzung mit Einspritzverlaufsformung während eines einzelnen Einspritzvorgangs erreichen, wobei die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil aufweist, das die Stellung eines Plunger steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und nachdem der Kraftstoffdruck einen vorbestimmten Wert überschritten hat, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil für eine vorbestimmte Zeitdauer öffnet, wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil offen bleibt und die Bewegung des Plunger nicht umgekehrt wird, Versuchen, das Nadelventil zu schließen, nach einer sehr kurzen vorbestimmten Schließzeitdauer, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil wieder öffnet, Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer, und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils.

Claims (17)

  1. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung (10) vom „HEUI"-Typ mit einem Einlaß zum Einlassen eines Nicht-Kraftstoff-Betätigungsfluids in die Einspritzvorrichtung (10) und mit einem Kraftstoffeinlaß zum Einlassen einer Kraftstoffmenge, einem Verstärker (18) zur selektiven Unterdrucksetzung der Kraftstoffmenge auf einen Druck, der ausreicht, um ein Nadelventil (20) zu öffnen, wenn das Betätigungsfluid auf den Verstärker (18) einwirkt, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff zur Steuerung des Nadelventils (20) während eines Einspritzvorgangs kontinuierlich zur Verfügung steht, wobei die HEUI-Einspritzvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Zeitsteuereinrichtung (14) in fluidischer Verbindung mit dem Verstärker (18) und mit einer Steuerkammer (40), die eine kontinuierlich offene Ableitöffnung (60) aufweist, wobei die Steuerkammer (40) in fluidischer Verbindung mit einer Nadelventil-Steueroberfläche (22) des Nadelventils (20) steht, wobei die Zeitsteuereinrichtung (14) von der Betätigung des Verstärkers (18) getrennt ist und die Verschiebung des Nadelventils (20) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Anordnung steuert, um einen Einspritzvorgang selektiv zu unterbrechen, indem eine Strömung von unter Druck stehendem Kraftstoff vom Verstärker (18) zur Steuerkammer (40) und zur Nadelventil-Steueroberfläche (22) des Nadelventils (20) gesteuert wird, wobei die Zeitsteuereinrichtung (14) selektiv betätigbar ist oder dafür geeignet ist, zu keinem Zeitpunkt während des Einspritzvorgangs verwendet zu werden.
  2. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zeitsteuereinrichtung (14) die Verschiebung des Nadelventils (20) direkt steuert.
  3. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Zeitsteuereinrichtung (14) die Verschiebung des Nadelventils (20) direkt steuert, indem eine Strömung von unter Druck stehendem Kraftstoff selektiv geleitet wird, um auf eine Nadelventiloberfläche (22) eine Kraft auszuüben, wobei die Kraft bewirkt, daß das Nadelventil (20) in eine geschlossene Anordnung vorgespannt wird.
  4. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei der die Zeitsteuereinrichtung (14) ein elektronisch betätigtes Steuerventil aufweist, wobei das Steuerventil (14) in fluidischer Verbindung mit einem Kraftstoffkanal (26) steht, der sich zwischen dem Verstärker (18) und dem Nadelventil (20) erstreckt, wobei der Kraftstoffkanal (26) einen Hochdruckkraftstoff befördert, und wobei die Steuerkammer (40) teilweise durch eine Nadelventiloberfläche (22) definiert ist, wobei die Zeitsteuereinrichtung einen Hochdruckkraftstoff zur Nadelventiloberfläche (22) leitet, wenn sich das Steuerventil (14) in der offenen Anordnung befindet; wobei die Steuerkammer (40) über einen Kraftstoffwiederbefüllungskanal in fluidischer Verbindung mit einem Kraftstoffreservoir (63) steht, wobei die Steuerkammer (40) mit Kraftstoff wiederbefüllt wird, wenn sich das Steuerventil (14) in einer geschlossenen Anordnung befindet; wobei die Steuerkammer (40) ferner über die Ableitöffnung (60) in fluidischer Verbindung mit dem Kraftstoffreservoir (63) steht, wobei die Ableitöffnung (60) ständig offen steht.
  5. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (10) einen Kraftstoffeinlaß und einen Nicht-Kraftstoff-Betätigungsfluid-Einlaß aufweist, wobei die Nadelventilsteuerung in Kooperation mit einer Betätigungsfluid-Steuereinrichtung wirkt, die in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet ist, wobei die Betätigungsfluid-Steuereinrichtung einen Einspritzvorgang durch Steuern des Betriebs des Kraftstoffverstärkers (18) steuert, wobei die HEUI-Einspritzvorrichtung folgende Merkmale aufweist: ein selektiv betätigbares Zeitsteuerventil (14), das mit einer Quelle von unter Druck stehendem Kraftstoff in Strömungsverbindung steht und mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventiloberfläche (22) in Strömungsverbindung steht, wobei das Zeitsteuerventil (14) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Anordnung verschiebbar ist; wobei eine Steuerung (64) mit dem Zeitsteuerventil (14) zum Steuern der Verschiebung des Zeitsteuerventils (14) zwischen den offenen und den geschlossenen Ventilanordnungen betrieblich verbunden ist, wobei das Zeitsteuerventil (14), das bewirkt, das ein unter Druck stehender Kraftstoff zur Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventiloberfläche (22) geleitet wird, geöffnet wird, wobei der eine Kraft auf der Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventiloberfläche (22) erzeugende Kraftstoff bewirkt, daß das Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventil (20) geschlossen wird, wobei die Verschiebung des Zeitsteuerventils (14) mit der Betätigungsfluidsteuerung koordiniert ist, jedoch unabhängig von ihr erfolgt, um die Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsraum während des Einspritzvorgangs zu steuern.
  6. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (64) eine Magnetspule aufweist, wobei die Aktivierung der Magnetspule (64) bewirkt, daß das Zeitsteuerventil (14) in die offene Anordnung verschoben wird; wobei die Steuerung (64) ferner eine Zeitsteuer-Ventilfeder (42) aufweist, wobei die Feder (42) eine schließende Vorspannung auf das Steuerventil ausübt.
  7. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, bei der eine Strömungsverbindung mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventiloberfläche (22) über einen Überströmkanal (38) erfolgt, der in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (10) definiert ist, wobei der Überströmkanal (38) an einem ersten Ende mit dem Zeitsteuerventil fluidisch verbunden ist und an einem zweiten Ende mit einer Kammer (40) fluidisch verbunden ist, wobei die Kammer (40) teilweise durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtungs- Nadelventiloberfläche (22) definiert ist; und wobei eine Ableitöffnung mit der Kammer (40) fluidisch verbunden ist und ferner mit einem Niederdruck-Kraftstoffreservoir (63) fluidisch verbunden ist; wobei die Ableitöffnung zum Niederdruck-Kraftstoffreservoir (63) stets offen ist und so groß ist, daß sie eine Kraftstoffströmung von der Kammer (40) drosselt.
  8. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Durchmesser der Ableitöffnung zwischen 0,1 und 1,0 mm ist.
  9. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der ein Wiederbefüllungskanal (67) die Kammer (40) mit dem Niederdruck-Kraftstoffreservoir (63) fluidisch verbindet, wobei der Kraftstoff in dem Niederdruck-Kraftstoffreservoir (63) in den Wiederbefüllungskanal (67) strömen kann, um die Kammer (40) wiederzubefüllen.
  10. Hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte HEUI-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 9, bei der ein Rückschlagventil (66) in dem Wiederbefüllungskanal (67) angeordnet ist, wobei der Kraftstoffdruck in dem Niederdruck-Kraftstoffreservoir (63) und der Kraftstoffdruck in der Kammer (40) auf das Rückschlagventil (66) einwirken, wobei das Öffnen und Schließen des Rückschlagventils (66) durch den auf es einwirkenden Kraftstoffdruck gesteuert wird.
  11. Verfahren zum Definieren eines Kraftstoffeinspritzvorgangs in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Kraftstoffdruckverstärker, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Erzeugen eines Kraftstoffdrucks mit dem Druckverstärker, der ausreicht, um einen Kraftstoffeinspritzvorgang mit einem Kraftstoffeinspritzdruck-Steuerventil zu initiieren; und selektives Betätigen oder niemals Verwenden eines Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerventils während des Einspritzvorgangs zur Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs durch selektives Leiten einer Strömung eines durch einen Verstärker unter Druck gesetzten Kraftstoffs vom Verstärker zu einer Steuerkammer mit einer kontinuierlich offenen Ableitöffnung, wobei die Kammer mit einer Nadelventil-Steueroberfläche (22) eines Nadelventils (20) zum Steuern eines Öffnens und Schließens eines Nadelventils in fluidischer Verbindung steht; wobei die Erzeugung des Kraftstoffdrucks, die Initiierung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs und die selektiv gesteuerte Zeitsteuerung während des Kraftstoffeinspritzvorgangs unabhängig voneinander gesteuert werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Erzeugung des Kraftstoffdrucks ein Öffnen eines Einspritzzeitfensters umfaßt und die Zeitsteuerung innerhalb des Einspritzzeitfensters stattfindet.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Steuern der Zeitsteuerung eines Kraftstoffeinspritzvorgangs durch eine selektive, unabhängige Betätigung einer Zeitsteuereinrichtung eine selektive unabhängige Steuerung einer Piloteinspritzung, einer Haupteinspritzung und einer Einspritzverlaufsformung innerhalb eines ununterbrochenen Einspritzvorgangs berücksichtigt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil, das die Stellung eines Plunger steuert, der funtionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil aufweist, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig von dem Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und, nachdem der Kraftstoffdruck einen vorbe stimmten Wert überschritten hat, Ermöglichen, daß das Nadelventil sich für eine vorbestimmte Zeitdauer öffnen kann; wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil offen bleibt und keine Umkehrung der Bewegung des Plunger stattfindet, Betätigen einer Zeitsteuereinrichtung zum Steuern einer Strömung des durch den Verstärker unter Druck gesetzten Kraftstoffs zum Nadelventil und Schließen des Nadelventils; nach einer vorbestimmten Schließzeit, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil öffnen kann; Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer; und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil, das die Stellung eines Plunger steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil aufweist, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende aufeinanderfolgende Schritte umfaßt: Halten der Nadel in einer geschlossenen Stellung durch Betätigen einer Zeitsteuereinrichtung zum Steuern einer Strömung eines durch den Verstärker unter Druck gesetzten Kraftstoffs zum Nadelventil; Öffnen des und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen; nach einer vorbestimmten Zeitdauer, Öffnen des Nadelventils, um eine Einspritzung zu ermöglichen; Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer; Schließen des Nadelventils; und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil aufweist, das die Stellung eines Plunger steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen und, nachdem der Kraftstoffdruck einen vorbestimmten Wert überschritten hat, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil für eine vorbestimmte Zeitdauer öffnen kann; Schließen des Nadelventils durch Betätigen einer Zeitsteuereinrichtung zum Steuern einer Strömung des vom Verstärker unter Druck gesetzten Kraftstoffs zum Nadelventil; Schließen des Drucksteuerventils innerhalb des selben Einspritzvorgangs, nach einer vorbestimmten Schließzeit, erneutes Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, was dem Nadelventil anzeigt, sich zu öffnen; Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer; und erneutes Schließen des Kraftstoff-Druckventils.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Einspritzvorrichtung ein Kraftstoffdruck-Steuerventil, das die Stellung eines Plunger steuert, der funktionsfähig angeordnet ist, um eine Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen, und ein Nadelventil aufweist, das der Kraftstoffmenge zugeordnet ist, das während eines Einspritzvorgangs unabhängig vom Kraftstoffdruck-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Öffnen des Kraftstoffdruck-Steuerventils und Bewegen des Plunger, um die Kraftstoffmenge unter Druck zu setzen und, nachdem der Kraftstoffdruck einen vorbestimmten Wert überschritten hat, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil für eine vorbestimmte Zeitdauer öffnen kann, indem eine Zeitsteuereinrichtung zum Steuern einer Strömung des durch den Verstärker unter Druck gesetzten Kraftstoffs zum Nadelventil betätigt wird, wobei das Kraftstoffdrucksteuerventil offen bleibt und keine Umkehrung der Bewegung des Plunger stattfindet, Versuchen, das Nadelventil zu schließen; nach einer sehr kurzen vorbestimmten Schließzeit, Ermöglichen, daß sich das Nadelventil wieder öffnen kann; Offenhalten des Nadelventils und des Steuerventils für eine vorbestimmte Zeitdauer; und Schließen des Drucksteuerventils.
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