EP1121527A1

EP1121527A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: EP1121527A1
Application number: EP00958261A
Authority: EP
Inventors: Bernd Mahr; Martin Kropp; Hans-Christoph Magel; Wolfgang Otterbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2001-08-08
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: DE19938169A1; EP1121527B1; JP2003507623A; DE50010099D1; WO2001012982A1; ATE293754T1; US6532938B1

Description

Kraft Stoffeinspritzeinrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Pateπiaπsprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung ist druckgesteuert ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer α^'ruckαesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtunq verstanden, daß durch den im Düseπraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilgiied gegen die Wirkung einer Schiießkraft (Feder) bewegt wird, so daß die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Breπnkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Svstemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessunα bedeutet, eine definierte Kraftstoffmeπge zur Einspritzung bereitzustellen Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z B eine Fuhrungsleckage), nicht zur Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefordert wird Das Druckniveau dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird

Bei Common Rail Systemen kann der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepaßt werden Zur Gerauschminderung wird hier oft eine Voreinspritzung durchgeführt Zur Reduzierung von Emissionen ist eine druckgesteuerte Einspritzung bekanntermaßen gunstig Bei den bekannten druckgesteuerten Common Rail Systemen wird pro Injektor jedoch ein aufwendig zu fertigendes 3/2-Wege-Ventιl oder es werden zwei 2/2-Wege-Ventιle verwendet

Vorteile der Erfindung

Zur Kostenersparnis bei der Fertigung einer Kraftstoffeinrichtung insbesondere für kleine Motoren wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen Die Verwendung eines einzigen 2/2 -Wege-Ventils als Zumeßventil pro Zylinder fuhrt zu einem kostengünstigeren System Weiterbildungen der Erfindungen betreffen die Patentansprüche 2 bis 6 Nach Beenden der Einspritzung ist eine Entlastung des Dusenraums durch ein Druckeπtlastungsventil oder eine Druckentlastungsdrossel notwendig, die in der Verbindung des Druckspeicherraums mit dem Injektor angeordnet sind, um eine Nachemspπtzung zu vermeiden Die Verwendung einer permanent offenen und einer zusätzlichen zuschaltbaren Druckentlastungsdrossel erleichtert eine Auslegung des Systems ohne „Nachspritzer" Eine zusätzliche hydraulische Schließkraft auf das Ventilglied beschleunigt den Schließvorgang und verhindert auch ein ungewolltes Offnen des Ventilglieds durch Druckschwingungen im System Wenn der Injektor an Stelle einer Sitz- oder Sacklochduse eine Vano- bzw eine Vaπo-Register-Duse aufweist, laßt sich der Einspπtzverlauf noch besser an die Erfordernisse des Motors anpassen

Zeichnung

Acht Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemaßen Kraftstoffeinspπtzeinrichtung sind in der schematischeπ Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert Es zeigen

Fig. 1 eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Fig. 2 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 1 mit einem anderen Injektoraufbau;

Fig. 3 eine andere Kraftstoffeinspritzeinrichtung;

Fig. 4 den Aufbau eines Injektor für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 3;

Fig. 5 einen anderen Aufbau eines Injektor für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 3;

Fig. 6 eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung;

Fig. 7 eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung;

Fig. 8 einen anderen Aufbau eines Injektors für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 7.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen zentralen Druckspeicherraum 6 (Common-Rail), von dem mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Injektoren 8 (Einspritzvorrichtung) abführen. In der Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 8 näher dargestellt. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird ein Systemdruck erzeugt und im Druckspeicherraum 6 mit einem Druck von 300 bis ca. 1800 bar gelagert.

Im Bereich des Druckspeicherraums 6 befinden sich Zumeßventile 9, die als 2/2-Wege- Ventile ausgebildet sind. Das Zumeßventil 9 ist ein direkt betätigtes kraftausgeglichenes Magnetventil. Es kann aber auch ein Piezoaktor mit entsprechendem Kopplerraum sein. Mit Hilfe des Zumeßventils 9 wird die Einspritzung für jeden Zylinder druckgesteuert realisiert. Die Druckleitung 7 verbindet den Druckspeicherraum 6 mit einem Düsenraum 10. Die Einspritzung erfolgt mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 11 mit einer konischen Ventildichtflache 12 an seinem einen Ende, mit der es mit einer Ventilsitzflache am Injektorgehause des Injektors 8 zusammenwirkt An der Ventilsitzflache des Injektorgehauses sind Einspritzoffnungen vorgesehen Innerhalb des Dusenraums 10 ist eine in Offnungsπchtung des Ventilglieds 1 1 weisende Druckflache 13 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, welcher dem Dusenraum 10 über die Druckleitung 7 zugeführt wird Alle Druckleitungen 7 sind über Ruckschlagventile 14 an ein zentrales, d h für alle Druckleitungen 7 vorgesenenes Druckentlastungsventil 15 angeschlossen, das eine Druckentlastung einer Druckleitung 7 nach der Einspritzung ermöglicht Wahrend des Einspritzvorgangs ist die jeweilige Druckleitung 7 von der Leckageleitung 16 abgetrennt Die Rückschlagventile 14 verhindern, daß aus der zur Einspritzung benotigten Druckleitung 7 Kraftstoff in eine andere zeitweise nicht benotigte Druckleitung 7 gelangen kann

Die Voreinspritzung erfolgt bei geschlossenem Druckentlastungsventil 15 und bei geöffnetem Zumeßventil 9, das zum Offnen bestromt wird Nach dem Offnen des

Zumeßventils 9 lauft eine Kraftstoff-Hochdruckwelle in der Druckleitung 7 zum Dusenraum

10 Das Ventilgiied 11 wird gegen eine Rucksteilkraft von der Ventilsitzflache abgehoben und der Einspπtzvorgang kann beginnen Die Kraftstoff-Hochdruckwelle gelangt auch in eine verschlossene Leckageieitung 17 Diese Verzweigung reduziert den Druck des in den Dusenraum 10 einströmenden Kraftstoffs gegenüber dem Druck im Druckspeicherraum 6

Die Voreinspritzung erfolgt daher mit einem geringeren Druck, als der welcher im

Druckspeicherraum 6 vorherrscht Bei geeigneter Auslegung der Geometrien der

Druckleitungen 7, der Leckageieitungen 17 und des Dusenraums 10 ist die reαuzierte

Kraftstoff-Druckwelle gerade so groß, daß nur die Voreinspritzung erfolgt und kein Nachspritzen erfolgen kann Reflektierte Kraftstoff-Druckwellen werden durch die

Verzweigung zur Leckageieitung 17 gedampft

Nach der Voreinspritzung herrscht in der Druckleitung 7 bei geschlossenem Zumeßventil 9 und bei geschlossenem Druckentlastungsventil 15 ein Druckniveau, das geringer ist als der Offnungsdruck zum Abheben des Ventilglieds 11 Wenn nun das Zumeßventil 9 erneut geöffnet wird, erfolgt die Haupteinspritzung mit gegenüber der Voreinspritzung höherem Druck, weil die Druckleitung 7 nicht druckentlastet ist und eine Erhöhung des Einspritzdrucks durch Reflexion von Druckwellen erreicht wird Zur Beendigung der Haupteiπsoπtzung werden das Zumeßventil 9 geschlossen und das Druckentlastungsventil 15 geöffnet Die Druckleitung 7 wird entlastet Zur Einspritzung in den nächsten Zylinders wird das Druckentlastungsventil 15 wieder geschlossen Die Druckleitungen 7 und Leckageleitungen 17 sollten hinsichtlich der Leitungslänge gleich ausgebildet sein, um für alle Injektoren 8 die gleichen hydraulischen Verhältnisse zu schaffen.

Der Injektor 8 gemäß Fig. 1 weist eine Sitz- oder Sacklochdüse auf. Fig. 2 zeigt an Stelle dieser Geometrie eine Vario- bzw. eine Vario-Register-Düse eines injektors 18 eines zweiten Ausführungsbeispiels. Der Einspritzveriauf läßt sich noch besser an die Erfordernisse des Motors anpassen. Die Ansteuerung des Ventilglieds 21 bzw. eines hydraulischen Hubanschlags des Ventilglieds 21 kann sowohl lokal innerhalb des Injektors als auch zentral für alle Injektoren gleichzeitig erfolgen.

Aus der Fig. 3 ist der Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung ersichtlich. Eine Kraftstoffpumpe 32 erzeugt einen Systemdruck, so daß Kraftstoff in einem Druckspeicherraum 36 mit einem Druck von 300 bis 1600 bar gespeichert werden kann. Die Zumessung von Kraftstoff aus dem Druckspeicherraum 36 zu jedem Zylinder wird mit Hilfe von Druckleitungen 37 und Zumeßventilen 39 durchgeführt, von denen in der Figur lediglich eines mit einer Bezugsziffer versehen ist. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert durch einen Injektor 38 mit einem Ventilglied 31 gegen den Druck einer Rückstell kraft. Als Injektor kann eine einfache Düse oder ein Zwei-Federdüsenhalter verwendet werden. Die notwendige Entlastung der Druckleitung 37 und eines Düsenraums 30 nach der Einspritzung erfolgt mittels einer Druckentlastungsdrossel 40, welche die Druckleitung 37 mit einer Leckageleitung verbindet. Die Druckentlastungsdrossel 40 kann sich im Injektor 38 oder am Zumeßventil 39 befinden, das durch ein 2/2-Wege-Ventii ausgebildet ist.

Gemäß Fig. 4 wird bei einer Bewegung eines Ventilglieds 41 eines Injektors 48 in Öffnungsrichtung eine Zulauföffnuπg zwischen einer Druckentlastungsdrossel 50 und einem Federraum 45 geschlossen. Während des Einspritzvorgangs ist daher die Verbindung zwischen der Druckentlastungsdrossel 50 und einer Leckageleitung 46 unterbrochen und nach Ende des Einspritzvorgangs wiederhergestellt.

Gemäß Fig. 5 ist ein Ventilglied 51 eines Injektors 58 mit einem Druckstück 52 verbunden, dessen der Einspritzöffnung abgewandtes Ende 53 an einer Dichtfläche 54 anschlagen kann. In Folge der Bewegung des Ventilglieds 51 und des Druckstücks 52 verschließt das Ende 53 eine Abiaufbohrung 55, so daß die Verbindung einer Druckentlastungsdrossel 60 zu einer Leckageleitung 56 während des Einspritzvorgangs unterbrochen ist. An Stelle einer Sitz- oder Sackiochdüse des Injektors 58 kann auch eine Vario- oder Vario- Registerdüse eines Injektors 68 verwendet werden (Fig. 6).

Eine Kraftstoffeiπspritzeinrichtung nach Fig. 7 weist einen Injektor 78 auf, der eine erste Druckentlastungsdrossel 79 und eine zweite Druckentlastungsdrossel 80 besitzt. Über die Druckentlastungsdrossel 79 besitzt die Druckleitung 77 eine permanente durchgängige Verbindung zur Leckageieitung 76. Über die Druckentlastungsdrossel 80 und einen Federraum 75 ist die Druckleitung 77 nur bei geschlossener Einspritzöffnung mit der Leckageleitung 76 verbunden. Zusätzlich zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die Ausführungsform gemäß Fig. 7 neben einer stets durchgängigen Druckentlastuπgsdrossel 79 daher eine weitere durch einen Hub des Ventilglieds verschließbare Druckentlastungsdrossel 80 auf. Die kleinere Druckentlastungsdrossel 79 führt zu einer während der Einspritzung geringeren Leckage. Bei Beendigung der Einspritzung sinkt der Druck im Düsenraum zunächst nur über die Druckentlastungsdrossel 79 ab und das Ventilglied beginnt mit dem Schließvorgang. Dadurch wird die noch verschlossene Druckentlastungsdrossel 80 freigegeben, so daß der Schließvorgang des Ventilglieds stark beschleunigt wird. Die Einspritzung an sich mittels der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 7 erfolgt analog zur der gemäß Fig. 3. Die zusätzliche Druckentlastungsdrossel 80 führt zu einer Auslegung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ohne eine ungewollte Nacheinspritzung.

Zusätzlich zu einer mechanischen Rückstellkraft wirkt bei einem Injektor 88, wie in Fig. 8 gezeigt, auch eine hydraulische Schließkraft auf ein Ventilglied 81 , um die Einspritzöffnung des Injektors 88 zu verschließen. Beim Bewegen des Ventilglieds 81 in Öffnungsrichtung wird Kraftstoff aus einem Federraum 89 herausgedrängt und an der Drossel 91 gestaut. Das Ventilglied 81 muß gegen einen hydraulischen Druck bewegt werden. Eine separate Leitung 92 verbindet einen Düsenraum 100 mit dem Federraum 89 und enthält die Druckentlastungsdrossel 90. Eine weitere Druckentlastungsdrossel 99 ist mit einer Druckleitung 107 verbunden, die den Düsenraum 100 mit einem Druckspeicherraum verbindet. Es können unterschiedliche Druckfiächen im Düsenraum und Federraum verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckspeicherraum (6, 36) und mit einem jedem Zylinder zugeordneten Injektor (8, 18; 38; 58; 68; 78, 88), der über eine ein Zumeßventil (9; 39) enthaltende Druckleitung (7, 37; 77, 107) an den Druckspeicherraum (6, 36) anschließbar ist, gekennzeichnet, daß das Zumeßventil (9, 39) durch ein 2/2-Wege- Ventil ausgebildet ist, und daß die Kraftstoffeinspritzung druckgesteuert erfolgt.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (7) mit Rückschlagventile (14) enthaltenden Leckageleitungen (17) verbunden sind, die an ein oder mehrere, vorzugsweise ein oder mehrere gemeinsame, Druckentlastuπgsventile (15) angeschlossen sind

3 Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Druckleitung (37) über mindestens eine Druckentiastungsdrossel (40) mit einer

Leckageieitung verbunden ist.

4 Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zur Leckageleitung (46; 56) wahrend des Einspritzvorgangs durcn die in Öffnungsrichtung erfolgende Bewegung eines verschieblichen, eine Einspritzöffnung abdichtenden Ventilglieds (41 , 51 ) des Injektors (48; 58) unterbrochen wird.

5 Kraftstoffeinspπtzeiππchtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (77; 107) zusätzlich mit einer weiteren eine Druckentiastungsdrossel (79; 99) enthaltenden Leckageieitung verbunden ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (8) eine Sitz- oder Sacklochduse als Einspritzöffnung aufweist.

7 Kraftstoffeiπspπtzeinπchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (18) eine Vano- oder Vario-Register-Düse als Einspπtzöffπung aufweist.

8. Druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Düsenraum (100) des Injektors (88) über eine eine Druckentiastungsdrossel (90) enthaltende Verbindungsleitung (92) mit einem Federraum (89) des Injektors (88) verbunden ist.