EP1144859A1 - Einspritzeinrichtung und verfahren zum einspritzen von fluid - Google Patents

Einspritzeinrichtung und verfahren zum einspritzen von fluid

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EP1144859A1
EP1144859A1 EP00984833A EP00984833A EP1144859A1 EP 1144859 A1 EP1144859 A1 EP 1144859A1 EP 00984833 A EP00984833 A EP 00984833A EP 00984833 A EP00984833 A EP 00984833A EP 1144859 A1 EP1144859 A1 EP 1144859A1
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
injection
pressure chamber
booster
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EP00984833A
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1144859B1 publication Critical patent/EP1144859B1/de
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to an injection device with an injection nozzle, a valve device for controlling the
  • the invention further relates to a method for injecting fluid, in which an actuating element is activated, a valve device is actuated by the actuating element and an injection nozzle is opened.
  • a generic device and a generic method are known for example from EP 0 562 046 B1.
  • the basic requirement for such a system is to carry out the fuel injection with the greatest possible injection pressure.
  • a high injection pressure has positive effects on the function of an engine; for example, pollutant emissions and fuel consumption are reduced.
  • a pressure booster can be provided, which converts a primary pressure, for example made available by a pressure accumulator, into the desired high injection pressure by means of a hydraulic transmission.
  • a valve device In order to control the injection, a valve device is provided, which in turn is operated by an actuator, such as a solenoid valve or a piezo actuator.
  • This valve device serves both to supply the primary pressure to be boosted to the pressure booster and to relieve and to refill the pressure booster after the pressure has been boosted and the associated injection through the injection nozzle.
  • the prior art uses a 3/2 valve as a valve device.
  • a first switching state of the 3/2 valve the fuel flow between a fuel inlet and the primary side of the pressure booster is blocked.
  • the 3/2-valve changes to a transition state in which there is a connection between the fuel inlet and the primary side of the pressure booster as well as between the primary side of the pressure booster and the leak system.
  • the second switching state of the 3/2 valve is assumed, in which the connection between the primary side of the pressure booster and the leakage system is blocked, but the connection between the fuel inlet and the primary side remains open.
  • the 3/2 valve takes on the switching states mentioned in reverse order.
  • Generic pressure intensification is particularly useful in connection with a common rail system.
  • the common rail accumulator injection With the common rail accumulator injection, the primary pressure generation and the injection are decoupled.
  • the injection pressure is generated independently of the engine speed and the injection quantity and is made available for injection in the "rail" (fuel accumulator).
  • the pressure in the common rail is currently still limited to approx. 1600 bar, so that an increase in pressure is desirable for reasons of emissions and fuel consumption.
  • a pressure booster in combination with a common rail system could therefore deliver particularly good results. Nevertheless, the problems mentioned above exist due to the use of the 3/2 valve, which has an overall harmful effect on the function of the injection system.
  • the injection device according to the invention is based on the prior art in that the valve device has at least one first valve and one second valve, which can be actuated by the actuating element via a common hydraulic coupling space.
  • the valve device has at least one first valve and one second valve, which can be actuated by the actuating element via a common hydraulic coupling space.
  • the two valves can be actuated by the same control element, the outlay on equipment is not increased at this point in comparison to the use of a single 3/2 valve, so that there is an overall improvement in the system.
  • the hydraulic coupling space also serves for a possibly required force-displacement translation and the compensation of tolerances, eg changes in length.
  • a pressure booster is preferably provided for increasing a primary pressure, which can be actuated by the valve device. In this way, a high injection pressure can be achieved particularly well. Since it is no longer necessary to provide a 3/2 valve, the large pressure differences that arise due to the pressure booster can be mastered while avoiding high leakage losses.
  • the control element is preferably a piezo actuator.
  • Piezo actuators have proven themselves as electronically controllable control elements, especially since their structure is compact and they work reliably. Furthermore, the actuating function can be changed by changing the parameters (voltage, pulse duration) of the control.
  • the primary pressure is preferably provided by a common rail. It is therefore possible to combine the advantages of a Cornmon Rail system with the pressure-boosted injection device.
  • the common rail pressure which is currently limited to approx. 1600 bar, can be increased in pressure; thus emissions and fuel consumption are reduced.
  • the injection system is advantageously pressure-controlled. In this way it can be ensured that the injection nozzle actually only opens above a certain threshold pressure. This guarantees the advantages of injection at high pressure under all circumstances.
  • the first valve In a first state, the first valve preferably separates the primary pressure from a low-pressure chamber of the pressure booster, and the first valve couples the primary pressure into the low-pressure chamber of the pressure booster in a second state.
  • the first valve is thus used as a metering valve, and its open states decisively determine the system supply with fuel.
  • the second valve can thus serve as a relief valve for the pressure booster; Furthermore, the pressure booster can be filled via the second valve.
  • first valve and the second valve are matched to one another in such a way that, by actuating the actuating element, the second valve can first be transferred from its first state to its second state and then the first valve from its first state to its second state is transferable. It is thus achieved that the opening cross sections of the valves do not overlap. This leads to a significant reduction in the amount of leakage, since the second valve is already closed when the first valve remains in its closed initial state. Furthermore, a multiple Total (clocked) opening and closing of the first valve possible with the second valve closed.
  • a low-pressure space of the pressure booster is preferably connected to a high-pressure space of the pressure booster via a check valve, via which the high-pressure space can be filled.
  • a check valve via which the high-pressure space can be filled.
  • a non-return valve prevents the high pressure from reaching the high pressure chamber of the pressure booster into the low pressure room of the pressure booster; on the other hand, the check valve enables the high pressure chamber to be filled from the low pressure chamber.
  • a high-pressure chamber of the pressure booster is connected to the leak system via a check valve. In this way, it is possible to completely decouple the low-pressure chamber and the high-pressure chamber of the pressure booster and to carry out the re-enrichment of the high-pressure chamber by means of the fluid present in the leak system.
  • a differential space of the pressure booster is preferably connected to the leakage system via a check valve, so that the differential space is not filled.
  • the check valve allows the leakage quantity occurring in the differential space to leak into the leakage system; however, the check valve prevents the differential space from being filled, which advantageously reduces the total volume to be filled.
  • the high-pressure chamber of the pressure booster via the second valve can be relieved.
  • the injection nozzle can be relieved more quickly than in the variant with a relief on the low-pressure side of the pressure booster.
  • it when relieving the high pressure chamber via the second valve, it must be taken into account that the valve system experiences an increased load due to the high pressure in the high pressure chamber.
  • first valve and / or the second valve may be a 2/2 valve. This enables the required logical switching functions to be carried out, which are carried out in the prior art by a 3/2 valve.
  • the first valve and the actuating element are preferably matched to one another in such a way that the first valve can be transferred continuously or stepwise into different opening states with different opening cross sections.
  • This can be advantageous in connection with a pre-injection, for example, by throttling the valve seat of the first valve, very small pre-injection quantities can be achieved with a reduced injection pressure.
  • the interaction of the first valve and the control element is designed in such a way that continuous cross-sectional control of the first valve or gradual opening of the first valve is made possible.
  • the fast switching time of a piezo actuator can be used to advantage.
  • a shaping of the injection profile can likewise be achieved due to the cross-sectional control of the first valve.
  • the invention builds on the generic method according to claim 13 in that a first valve and a second valve of the valve device are actuated by the actuating element via a common hydraulic coupling space. the. Although two valves are used as a replacement for a 3/2 valve, the process sequence can nevertheless be designed in a simple manner. Only a single actuating element and its preferably electronic control is required to actuate both the first valve and the second valve.
  • a pressure booster is preferably actuated by the valve device to increase a primary pressure. In this way, an advantageously high injection pressure can be achieved in the system.
  • the injection nozzle is preferably opened when a certain pressure is exceeded in its supply area.
  • a pressure-controlled system is particularly to be preferred when advantageously using high injection pressures, since the controlling variable - the pressure - is at the same time the decisive parameter for the quality of the injection.
  • the method is preferably further developed such that when the actuating element is actuated, a low-pressure chamber of the pressure booster is decoupled from a leakage system by closing the second valve, then the primary pressure is injected into the low-pressure chamber by opening the first valve, and then the pressure in a supply area of the injection nozzle exceeds a certain pressure, so that the injection nozzle opens, then closes the first valve and then opens the second valve, so that the injection is ended and the pressure booster is relieved.
  • This process sequence ensures that the opening cross sections of the two valves do not overlap, which leads to an advantageous reduction in the amount of leakage.
  • the switching states are suitable for a quick To enable pressure build-up and also to reliably relieve the pressure booster and the injection nozzle.
  • several switching operations of the first valve are possible with the second valve closed.
  • the high pressure chamber of the pressure booster is preferably filled via a check valve, via which it is connected to the low pressure chamber. Since there is a sufficient fluid reservoir in the low-pressure chamber when the valve is open, it is useful to use this to fill the high-pressure chamber via a check valve. Conversely, the check valve does not allow the high pressure from the high-pressure chamber to pass into the low-pressure chamber of the pressure booster; it is fully used to control the injector.
  • the high pressure chamber of the pressure booster can also be advantageous for the high pressure chamber of the pressure booster to be filled via a check valve, via which it is connected to the leakage system. There is then a complete decoupling of the low-pressure chamber and the high-pressure chamber of the pressure booster, and nevertheless the filling of the high-pressure chamber from a reservoir of sufficient size is made possible.
  • Pressure intensifier is relieved via the second valve. Under certain circumstances, this can lead to faster relief, although it must be taken into account that the valve device has to endure higher pressures.
  • the first valve is preferably transferred continuously or stepwise into different opening states. In this way it is possible to use the first valve as a metering valve to shape the injection process and to pre-inject. Realization with a small pre-injection quantity and reduced injection pressure. This is favored by the fast switching times possible with a piezo actuator.
  • the invention is based on the surprising finding that an injection device, in particular with a pressure booster, can be controlled in a reliable manner by using two valves.
  • the disadvantages that occur when using a 3/2-way valve are eliminated; furthermore, there is no disadvantageous increase in the expenditure on equipment. It should be emphasized that only a single control element is sufficient to operate both valves.
  • Figure 1 is a schematic representation of an injection device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an injection device 10, which can be used in particular in diesel engines.
  • the injection device 10 comprises an injection nozzle 12 with which diesel fuel is injected into the combustion chamber 14 of an engine.
  • the fuel injector 12 is supplied with fuel from a pressure booster 16 at high pressure.
  • This pressure booster 16 is operated by a valve device that a has first 2/2 valve 18 and a second 2/2 valve 20.
  • Both 2/2-valves 18, 20 are actuated by a single adjusting element, which in the present exemplary embodiment is implemented as a piezo actuator 22.
  • the piezo actuator 22 controls the two 2/2 valves via a common coupling space 24.
  • the primary pressure is fed to the first 2/2 valve from a common rail 26, in which there is usually a pressure between 300 and 1000 bar, maximum pressures of 1600 bar being achievable in the common rail 26.
  • the pressure in the common rail 26 is built up by a quantity-controlled high-pressure pump 28, which is connected to a fuel tank 30.
  • the piezo actuator 22 is activated.
  • the force of the piezo actuator 22 is simultaneously transmitted to the first 2/2 valve 18 and the second 2/2 valve 20 via the coupling space 24.
  • the first 2/2 valve 18 is closed, while the second 2/2 valve 20 is open.
  • the closed state of the first 2/2 valve 18 causes the low pressure chamber 32 of the
  • Pressure booster 16 is decoupled from the primary pressure in the common rail 26.
  • the open state of the second 2/2 valve 20 has the result that the low-pressure chamber 32 of the pressure booster 16 is connected to a leak system 34. If the force is now transmitted from the piezo actuator 22 via the coupling space 24 to the 2/2 valves 18, 20, the second 2/2 valve 20 closes first, and only then does the first 2/2 valve 18 open
  • the switching sequence can be achieved by comparing the two 2/2-valves involved, in particular by a suitable choice of the hydraulic attack surfaces involved and the elastic forces.
  • the switching sequence of the 2/2 valves ensures that a pressure build-up in the low-pressure chamber 32 of the pressure booster 16 only takes place at a time when the connection - In ⁇
  • the pressure build-up in the low-pressure chamber 32 of the pressure booster 16 can thus take place quickly, and the leakage quantity occurring is considerably reduced by the overlapping of the opening cross sections of both 2/2 valves.
  • the pressure generated in the low pressure chamber 32 of the pressure booster 16 is amplified by the pressure booster 16, so that a high pressure occurs in the high pressure chamber 36 of the pressure booster 16. This is transferred to the pressure-controlled injection nozzle 12, the injection nozzle 12 opens when a threshold pressure is exceeded, and the injection takes place at the correspondingly high pressure point.
  • the pressure booster 16 can be relieved and filled via the second 2/2-valve 20.
  • the high-pressure chamber is filled via a check valve 38, which is arranged between the low-pressure chamber 32 and the high-pressure chamber 36 of the pressure booster 16.
  • this check valve 38 has the task of preventing fluid flow from the high-pressure space 36 into the low-pressure space 32 of the pressure booster 16.
  • the further leak quantity occurring in the differential space 40 of the pressure booster 16 is discharged into the leak system 34 via a check valve 42.
  • a check valve 32 avoids the filling of the differential space 40 during the relief of the pressure booster 16 and thus advantageously reduces the volumes to be filled.
  • the basic process sequence described can be modified in a variety of ways, in particular with regard to a distinction between the pre-injection and the main injection and the shape of the injection course. Such changes can advantageously be brought about by adapting the system comprising the piezo actuator 22 and the first 2/2 valve 18, in particular by gradually opening the first 2/2 valve in a continuous or discontinuous manner. The first 2/2 valve is adjusted using the hydraulic cross-sections involved.

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Description

Einspritzeinrichtung und Verfahren zum Einspritzen von Fluid
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung mit einer Einspritzdüse, einer Ventileinrichtung zur Steuerung der
Einspritzung und einem Stellelement zum Betatigen der Ventileinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einspritzen von Fluid, bei dem ein Stellelement aktiviert wird, eine Ventileinrichtung von dem Stellelement be- tätigt wird und eine Einspritzdüse geöffnet wird.
Eine gattungsgemaße Vorrichtung und ein gattungsgemaßes Verfahren sind beispielsweise aus der EP 0 562 046 Bl bekannt. Die Grundanforderung an ein solches System besteht darin, die Kraftstoffeinspritzung mit einem möglichst großen Einspritzdruck vorzunehmen. Ein hoher Einspritzdruck hat positive Einflüsse auf die Funktion eines Motors; zum Beispiel werden die Schadstoffemissionen und der Kraftstoffverbrauch herabgesetzt. Zur Realisierung des hohen Einspritzdruckes ist kann ein Druckverstarker vorgesehen sein, welcher durch eine hydraulische Übersetzung einen primären, etwa von einem Druckspeicher zur Verfugung gestellten Druck in den erwünschten hohen Einspritzdruck umsetzt. Durch die geeignete Wahl der mit Kraft beaufschlagten Flachen des Druckverstar- kers und die Gegenkräfte elastischer Mittel kann eine geeignete Druckverstarkung eingestellt werden.
Um die Einspritzung anzusteuern, ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, die ihrerseits von einem Stellelement, etwa einem Magnetventil oder einem Piezoaktor betrieben wird. Diese Ventileinrichtung dient sowohl der Zufuhrung des primären zu verstärkenden Druckes zu dem Druckverstarker als auch zur Entlastung und zur Wiederbefullung des Druckverstarkers nach erfolgter Druckverstarkung und der damit einhergehenden Einspritzung durch die Einspritzdüse.
Der Stand der Technik verwendet als Ventileinrichtung ein 3/2-Ventil. In einem ersten Schaltzustand des 3/2-Ventils ist der Kraftstofffluß zwischen einem Kraftstoffeinlaß und der Primarseite des Druckverstarkers gesperrt. Andererseits liegt eine Verbindung zwischen der Primarseite des Druckverstarkers und dem Lecksystem vor. Wird nun das Stellelement der Einspritzeinrichtung betätigt, so geht das 3/2-Ventιl in einen Ubergangszustand über, in dem sowohl eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffeinlaß und der Primarseite des Druckverstarkers als auch zwischen der Primarseite des Druckverstarkers und dem Lecksystem besteht. Bei weiterer Betätigung des Stellelementes wird der zweite Schaltzustand des 3/2- Ventils angenommen, in welchem die Verbindung der Primarseite des Druckverstarkers mit dem Lecksystem gesperrt ist, die Verbindung zwischen dem Kraftstoffeinlaß und der Primarseite jedoch weiterhin geöffnet bleibt. Beim Entlasten bzw. beim Wiederbefullen des Druckverstarkers nimmt das 3/2-Ventil die genannten Schaltzustande in umgekehrter Reihenfolge ein.
Bei der beschriebenen Losung des Standes der Technik hat es sich als besonders problematisch erwiesen, daß hohe Leckmengen auftreten. Diese verschlechtern den Wirkungsgrad des Einspritzsystems. Ferner ist ein 3/2-Ventil für Hochdruckanwendungen nur bedingt geeignet, insbesondere im Hinblick auf Fertigung und Dichtung.
Eine gattungsgemaße Druckverstarkung ist insbesondere im Zusammenhang mit einem Common-Rail-System nutzlich. Bei der Speichereinspritzung "Common-Rail" sind die primäre Druckerzeugung und die Einspritzung entkoppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und im "Rail" (KraftstoffSpeicher) für die Einspritzung bereitgestellt. Auf diese Weise laßt sich grundsatzlich ein gunstiger Einspritzverlauf realisieren, da insbesondere Einspritzdruck und Einspritzmenge für jeden Betriebspunkt des Motors unabhängig voneinander festgelegt werden können. Allerdings ist der Druck im Common-Rail zur Zeit noch auf ca. 1600 bar begrenzt, so daß aus Emissionsgrunden und Gründen des Kraftstoffverbrauchs eine Erhöhung des Druckes erwünscht ist. Ein Druckverstarker in Kombination mit einem Common-Rail-System konnten somit besonders gute Ergebnisse liefern. Gleichwohl existieren die oben erwähnten Probleme durch die Verwendung des 3/2-Ventils, was insgesamt einen schädlichen Einfluß auf die Funktion des Einspritzsystems nimmt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemaße Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1 baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, daß die Ven- tileinrichtung mindestens ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aufweist, welche von dem Stellelement über einen gemeinsamen hydraulischen Kopplungsraum betatigbar sind. Auf diese Weise werden z.B. die Nachteile vermieden, die mit der Verwendung eines 3/2-Ventils beim Stand der Technik auftre- ten. Da die beiden Ventile durch dasselbe Stellelement beta- tigbar sind, wird an dieser Stelle der apparative Aufwand im Vergleich zur Verwendung eines einzigen 3/2-Ventils nicht erhöht, so daß insgesamt eine Verbesserung des Systems vor- liegt. Beispielsweise kann erreicht werden, daß die Ventile durch eine geeignete Einstellung elastischer Mittel zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf die Betätigung durch das Stellelement reagieren. Der hydraulische Kopplungsraum dient auch einer eventuell erforderlichen Kraft-Weg-Ubersetzung sowie dem Ausgleich von Toleranzen, z.B. Langenänderungen .
Bevorzugt ist ein Druckverstarker zum Verstarken eines primären Druckes vorgesehen, welcher von der Ventileinrichtung betatigbar ist. Auf diese Weise laßt sich besonders gut ein hoher Einspritzdruck realisieren. Da es nicht mehr erforderlich ist, ein 3/2-Ventil vorzusehen, können die großen Druckdifferenzen, die aufgrund des Druckverstarkers entstehen, unter Vermeidung hoher Leckverluste beherrscht werden.
Vorzugsweise ist das Stellelement ein Piezoaktor. Piezoakto- ren haben sich als elektronisch ansteuerbare Stellelemente bewahrt, insbesondere da sie in ihrem Aufbau kompakt sind und zuverlässig arbeiten. Ferner ist die Stellfunktion durch Veränderung der Parameter (Spannung, Impulsdauer) der An- Steuerung veränderbar.
Vorzugsweise wird der primäre Druck von einem Common-Rail zur Verfugung gestellt. Es ist somit möglich, die Vorteile eines Cornmon-Rail-Systems mit der druckverstarkten Einsprit- zeinrichtung zu kombinieren. Der Common-Rail-Druck, welcher zur Zeit auf ca. 1600 bar begrenzt ist, kann druckverstarkt werden; somit werden Emissionen und der Kraftstoffverbrauch reduziert . Vorteilhafterweise ist das Einspritzsystem druckgesteuert. Auf diese Weise laßt sich sicherstellen, daß die Einspritzdüse tatsachlich erst oberhalb eines bestimmten Schwellendruckes öffnet. Hierdurch sind die Vorteile der Einspritzung bei hohem Druck unter allen Umstanden gewahrleistet.
Vorzugsweise trennt das erste Ventil in einem ersten Zustand den primären Druck von einem Niederdruckraum des Druckverstarkers, und das erste Ventil koppelt in einem zweiten Zu- stand den primären Druck in den Niederdruckraum des Druckverstarkers ein. Damit wird das erste Ventil als Zumeßventil verwendet, wobei seine Offnungszustande die Systemversorgung mit Kraftstoff entscheidend bestimmen.
Es ist von Vorteil, wenn das zweite Ventil in einem ersten
Zustand einen Niederdruckraum des Druckverstarkers mit einem Lecksystem koppelt und das zweite Ventil in einem zweiten Zustand den Niederdruckraum des Druckverstarkers von dem Lecksystem trennt. Das zweite Ventil kann somit als Entla- stungsventil für den Druckverstarker dienen; ferner kann die Befullung des Druckverstarkers über das zweite Ventil erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Ventil und das zweite Ventil so aufeinander abgestimmt sind, daß durch Betatigen des Stellelementes zunächst das zweite Ventil aus seinem ersten Zustand in seinen zweiten Zustand uberfuhrbar ist und daraufhin das erste Ventil aus seinem ersten Zustand in seinen zweiten Zustand uberfuhrbar ist. Es wird somit er- reicht, daß sich die Offnungsquerschnitte der Ventile nicht überlagern. Dies fuhrt zu einer deutlichen Verringerung der anfallenden Leckmenge, denn das zweite Ventil ist bereits geschlossen, wenn das erste Ventil noch in seinem geschlossenen Ausgangszustand verharrt. Weiterhin ist ein mehrmali- ges (getaktetes) Offnen und Schließen des ersten Ventils bei geschlossenem zweiten Ventil möglich.
Vorzugsweise ist ein Niederdruckraum des Druckverstarkers mit einem Hochdruckraum des Druckverstarkers über ein Ruckschlagventil verbunden, über welches der Hochdruckraum be- fullbar ist. Eine solche Befullung des Hochdruckraums ist bei jedem Einspritzzyklus erforderlich, damit Fluid für die Hochdruckeinspritzung zur Verfugung steht. Ein Ruckschlag- ventil verhindert, daß der hohe Druck aus dem Hochdruckraum des Druckverstarkers in den Niederdruckraum des Druckverstarkers gelangt; andererseits ermöglicht das Ruckschlagventil die Befullung des Hochdruckraumes aus dem Niederdruckraum.
Es kann auch von Vorteil sein, wenn ein Hochdruckraum des Druckverstarkers mit dem Lecksystem über ein Ruckschlagventil verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Niederdruckraum und den Hochdruckraum des Druckverstarkers vollständig voneinander zu entkoppeln und die Wiederbeful- lung des Hochdruckraumes durch das im Lecksystem vorhandene Fluid vorzunehmen.
Vorzugsweise ist ein Differenzraum des Druckverstarkers über ein Ruckschlagventil mit dem Lecksystem verbunden, so daß der Differenzraum nicht befullt wird. Das Ruckschlagventil ermöglicht zwar, daß die in dem Differenzraum auftretende Leckmenge in das Lecksystem abtritt; das Ruckschlagventil verhindert jedoch, daß eine Befullung des Differenzraums er- folgt, was das gesamte zu befullende Volumen in vorteilhafter Weise verringert.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn anstelle des Niederdruckraumes der Hochdruckraum des Druckverstarkers über das zweite Ventil entlastbar ist. Auf diese Weise kann eine schnellere Entlastung der Einspritzdüse erfolgen als bei der Variante mit einer Entlastung auf der Niederdruckseite des Druckverstarkers. Allerdings ist bei der Entlastung des Hochdruckraums über das zweite Ventil zu berücksichtigen, daß das Ventilsystem eine erhöhte Belastung aufgrund des hohen Druckes im Hochdruckraum erfahrt.
Es kann nutzlich sein, daß das erste Ventil und/oder das zweite Ventil (ein) 2/2-Ventil ist/sind. Hiermit sind die erforderlichen logischen Schaltfunktionen ausfuhrbar, welche im Stand der Technik von einem 3/2-Ventil übernommen werden.
Vorzugsweise sind das erste Ventil und das Stellelement so aufeinander abgestimmt, daß das erste Ventil kontinuierlich oder stufenweise in unterschiedliche Offnungszustande mit unterschiedlichen Offnungsquerschnitten uberfuhrbar ist. Dies kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer Voreinspritzung von Vorteil sein, über eine Drosselung im Ventil- sitz des ersten Ventils können sehr kleine Voreinspritzmen- gen mit reduziertem Einspritzdruck realisiert werden. Dazu wird das Zusammenspiel des ersten Ventils und des Stellelementes so gestaltet, daß eine kontinuierliche Querschnittsteuerung des ersten Ventils oder ein stufenweises Offnen des ersten Ventils ermöglicht wird. Hierbei kann die schnelle Schaltzeit eines Piezoaktors vorteilhaft ausgenutzt werden. Ebenfalls kann aufgrund der Querschnittsteuerung des ersten Ventils eine Formung des Einspritzverlaufes erreicht werden.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemaßen Verfahren gemäß Anspruch 13 dadurch auf, daß ein erstes Ventil und ein zweites Ventil der Ventileinrichtung von dem Stellelement über einen gemeinsamen hydraulischen Kopplungsraum betätigt wer- den. Obwohl zwei Ventile als Ersatz für ein 3/2-Ventil verwendet werden, kann der Verfahrensablauf gleichwohl einfach gestaltet werden. Es ist nur ein einziges Stellelement und dessen vorzugsweise elektronische Ansteuerung erforderlich, um sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil zu betätigen.
Vorzugsweise wird ein Druckverstarker zum Verstarken eines primären Druckes durch die Ventileinrichtung betätigt. Auf diese Weise laßt sich in dem System ein vorteilhaft hoher Einspritzdruck verwirklichen.
Bevorzugt wird die Einspritzdüse geöffnet, wenn in ihrem Zufuhrbereich ein bestimmter Druck überschritten wird. Ein solches druckgesteuertes System ist insbesondere bei der vorteilhaften Verwendung hoher Einspritzdrucke zu bevorzugen, da die steuernde Große - der Druck - gleichzeitig der entscheidende Parameter für die Qualität der Einspritzung ist.
Vorzugsweise ist das Verfahren so weitergebildet, daß beim Betatigen des Stellelementes ein Niederdruckraum des Druckverstarkers von einem Lecksystem durch Schließen des zweiten Ventils entkoppelt wird, daraufhin der primäre Druck in den Niederdruckraum durch Offnen des ersten Ventils eingekoppelt wird, daraufhin der Druck in einem Zufuhrbereich der Einspritzdüse einen bestimmten Druck überschreitet, so daß die Einspritzdüse öffnet, daraufhin das erste Ventil schließt und daraufhin das zweite Ventil öffnet, so daß die Einsprit- zung beendet und der Druckverstarker entlastet wird. Durch diesen Verfahrensablauf wird erreicht, daß sich die Off- nungsquerschnitte der beiden Ventile nicht überschneiden, was zu einer vorteilhaften Reduzierung der Leckmenge fuhrt. Ferner sind die Schaltzustande dazu geeignet, einen raschen Druckaufbau zu ermöglichen und ebenso eine zuverlässige Entlastung des Druckverstarkers und der Einspritzdüse zu verwirklichen. Weiterhin sind mehrere Schaltvorgange des ersten Ventils bei geschlossenem zweiten Ventil möglich.
Vorzugsweise wird der Hochdruckraum des Druckverstarkers über ein Ruckschlagventil befullt, über welches er mit dem Niederdruckraum verbunden ist. Da im Niederdruckraum bei offenem Ventil ein ausreichendes Fluidreservoir vorhanden ist, ist es nutzlich, dieses zur Befullung des Hochdruckraumes über ein Ruckschlagventil zu nutzen. Umgekehrt kann durch das Ruckschlagventil der hohe Druck aus dem Hochdruckraum nicht in den Niederdruckraum des Druckverstarkers übertreten; er wird vollständig zur Ansteuerung der Einspritzdüse genutzt.
Es kann auch vorteilhaft sein, daß der Hochdruckraum des Druckverstarkers über ein Ruckschlagventil befullt wird, über welches er mit dem Lecksystem verbunden ist. Es liegt dann eine vollständige Entkopplung von Niederdruckraum und Hochdruckraum des Druckverstarkers vor, und gleichwohl wird eine Befullung des Hochdruckraumes aus einem Reservoir ausreichender Große ermöglicht.
Es kann auch nutzlich sein, wenn der Hochdruckraum des
Druckverstarkers über das zweite Ventil entlastet wird. Dies kann unter Umstanden zu einer schnelleren Entlastung fuhren, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß die Ventileinrichtung höhere Drucke ertragen muß.
Vorzugsweise wird das erste Ventil kontinuierlich oder stufenweise in verschiedene Offnungszustande überfuhrt. Es laßt sich auf diese Weise mit dem ersten Ventil als Zumeßventil eine Formung des Einspritzverlaufes sowie eine Voreinsprit- zung mit kleiner Voreinspritzmenge und reduziertem Einspritzdruck realisieren. Begünstigt wird dies durch die mit einem Piezoaktor möglichen schnellen Schaltzeiten.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die Verwendung von zwei Ventilen eine Einspritzeinrichtung, insbesondere mit Druckverstarker, in zuverlässiger Weise gesteuert werden kann. Die Nachteile, welche bei der Verwendung eines 3/2-Ventils auftreten, werden besei- tigt; ferner tritt keine unvorteilhafte Erhöhung des apparativen Aufwandes ein. Dabei ist hervorzuheben, daß nur ein einziges Stellelement zum Betreiben beider Ventile ausreichend ist.
Zeichnung
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform beispielhaft beschrieben.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Einspritzeinrichtung gemäß der Erfindung.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine Einspritzeinrichtung 10, welche insbesondere bei Dieselmotoren einsetzbar ist. Die Einspritzeinrich- tung 10 umfaßt eine Einspritzdüse 12, mit welcher Dieselkraftstoff in den Brennraum 14 eines Motors eingespritzt wird. Der Einspritzdüse 12 wird mit hohem Druck Kraftstoff aus einem Druckverstarker 16 zugeführt. Dieser Druckverstarker 16 wird von einer Ventileinrichtung betrieben, die ein erstes 2/2-Ventil 18 und ein zweites 2/2-Ventil 20 aufweist. Beide 2/2-Ventile 18, 20 werden durch ein einziges Stellelement betätigt, welches im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel als Piezoaktor 22 realisiert ist. Der Piezoaktor 22 steuert die beiden 2/2-Ventile über einen gemeinsamen Kopplungsraum 24 an. Der primäre Druck wird dem ersten 2/2-Ventil von einem Common-Rail 26 zugeführt, in welchem gangigerweise ein Druck zwischen 300 und 1000 bar herrscht, wobei Maximaldruk- ke von 1600 bar im Common-Rail 26 erreichbar sind. Der Druck im Common-Rail 26 wird durch eine mengengeregelte Hochdruckpumpe 28 aufgebaut, welche mit einem Kraftstofftank 30 in Verbindung steht.
Um einen Einspritzvorgang einzuleiten wird der Piezoaktor 22 aktiviert. Die Kraft des Piezoaktors 22 wird über den Kopplungsraum 24 gleichzeitig auf das erste 2/2-Ventil 18 und das zweite 2/2-Ventil 20 übertragen. Im Ausgangszustand ist das erste 2/2-Ventil 18 geschlossen, wahrend das zweite 2/2- Ventil 20 geöffnet ist. Der geschlossene Zustand des ersten 2/2-Ventils 18 bewirkt, daß der Niederdruckraum 32 des
Druckverstarkers 16 von dem primären Druck im Common-Rail 26 entkoppelt ist. Der offene Zustand des zweiten 2/2-Ventils 20 hat zur Folge, daß der Niederdruckraum 32 des Druckverstarkers 16 mit einem Lecksystem 34 verbunden ist. Wird nun die Kraft von dem Piezoaktor 22 über den Kopplungsraum 24 auf die 2/2-Ventile 18, 20 übertragen, so schließt zunächst das zweite 2/2-Ventil 20, und erst danach öffnet das erste 2/2-Ventil 18. Diese Schaltfolge laßt sich durch einen Abgleich der beiden beteiligten 2/2-Ventile erreichen, insbe- sondere durch eine geeignete Wahl der beteiligten hydraulischen Angriffsflachen sowie der elastischen Kräfte. Durch die Schaltreihenfolge der 2/2-Ventile wird erreicht, daß ein Druckaufbau im Niederdruckraum 32 des Druckverstarkers 16 erst zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem die Verbindung - In ¬
zwischen dem Niederdruckraum 32 und dem Lecksystem 34 bereits durch das zweite 2/2-Ventil 20 gesperrt ist. Der Druckaufbau im Niederdruckraum 32 des Druckverstarkers 16 kann somit rasch erfolgen, und durch eine fehlende Uberlap- pung der Offnungsquerschnitte beider 2/2-Ventile wird die auftretende Leckmenge erheblich reduziert. Der in dem Niederdruckraum 32 des Druckverstarkers 16 erzeugte Druck wird von dem Druckverstarker 16 verstärkt, so daß ein hoher Druck im Hochdruckraum 36 des Druckverstarkers 16 auftritt. Dieser wird an die druckgesteuerte Einspritzdüse 12 überfuhrt, die Einspritzdüse 12 öffnet bei Überschreitung eines Schwellendruckes, und die Einspritzung erfolgt bei dem entsprechend hohen Druckpunkt.
Bewegen sich nun die 2/2-Ventile 18, 20 - zuerst das erste
2/2-Ventil 18 und daraufhin das zweite 2/2-Ventil 20 - durch Deaktivierung des Piezoaktors 22 wieder in ihre Ausgangsstellung, so kann der Druckverstarker 16 über das zweite 2/2-Ventil 20 entlastet und befullt werden. Die Befullung des Hochdruckraumes erfolgt dabei über ein Ruckschlagventil 38, welches zwischen dem Niederdruckraum 32 und dem Hochdruckraum 36 des Druckverstarkers 16 angeordnet ist. Beim zuvor beschriebenen Einspritzvorgang hat dieses Ruckschlagventil 38 die Aufgabe einen Fluidfluß vom Hochdruckraum 36 in den Niederdruckraum 32 des Druckverstarkers 16 zu verhindern. Die weitere im Differenzraum 40 des Druckverstarkers 16 auftretende Leckmenge wird über ein Ruckschlagventil 42 in das Lecksystem 34 abgeführt. Das Vorsehen eines Ruckschlagventils 32 vermeidet die Befullung des Differenzraums 40 wahrend der Entlastung des Druckverstarkers 16 und reduziert somit die beteiligten zu befullenden Volumina in vorteilhafter Weise. Der beschriebene prinzipielle Verfahrensablauf laßt sich in vielfaltiger Weise modifizieren, insbesondere im Hinblick auf eine Unterscheidung zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung sowie auf die Formung des Einspritzverlaufes. Derartige Veränderungen lassen sich in vorteilhafter Weise durch eine Anpassung des Systems aus Piezoaktor 22 und dem ersten 2/2-Ventil 18 bewerkstelligen, insbesondere durch ein graduelles Offnen des ersten 2/2-Ventils in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Weise. Die Anpassung des ersten 2/2-Ventils erfolgt dabei über die beteiligten hydraulischen Querschnitte .
Die vorhergehende Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschrankung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Einspritzeinrichtung mit einer Einspritzdüse (12), einer Ventileinrichtung (18, 20) zur Steuerung der Einspritzung und einem Stellelement (22) zum Betatigen der Ventileinrich- tung (18, 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung mindestens ein erstes Ventil (18) und ein zweites Ventil (20) aufweist, welche von dem Stellelement (22) über einen gemeinsamen hydraulischen Kopplungsraum (24) betatig- bar sind.
2. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckverstarker zum Verstarken eines primären Druckes vorgesehen ist, welcher von der Ventileinrichtung (18, 20) betatigbar ist.
3. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement ein Piezoaktor (22) ist.
4. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß sie in einem Common-Rail-System angeordnet ist.
5. Einspritzeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie druckgesteuert ist.
6. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) in einem ersten Zustand den primären Druck von einem Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) trennt, daß das erste Ventil (18) in einem zweiten Zustand den primären Druck in den Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) einkoppelt, daß das zweite Ventil (20) in einem ersten Zustand einen Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) mit einem Lecksy- stem (34) koppelt und daß das zweite Ventil (20) in einem zweiten Zustand den Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) von dem Lecksystem (34) trennt.
7. Einspritzeinrichtung nach einem der vorangehenden Anspru- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) und das zweite Ventil (20) so aufeinander abgestimmt sind, daß durch Betatigen des Stellelementes (22) zunächst das zweite Ventil (20) aus seinem ersten Zustand in seinen zweiten Zustand uberfuhrbar ist und daraufhin das erste Ventil (18) aus seinem ersten Zustand in seinen zweiten Zustand uberfuhrbar ist.
8. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) mit einem Hochdruckraum (36) des
Druckverstarkers (16) über ein Ruckschlagventil (38) verbunden ist, über welches der Hochdruckraum (36) des Druckverstarkers (16) befullbar ist, und daß ein Hochdruckraum (36) des Druckverstarkers (16) mit einem Lecksystem (34) über ein Ruckschlagventil verbunden ist.
9. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzraum (40) des Druckverstarkers (16) über ein Ruckschlagventil (42) mit ei- nem Lecksystem (34) verbunden ist, so daß der Differenzraum (40) nicht befullt wird.
10. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckraum (36) des
Druckverstarkers (16) über das zweite Ventil (20) entlastbar ist .
11. Einspritzeinrichtung nach einem der vorangehenden An- Spruche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) und/oder das zweite Ventil (20) (ein) 2/2-Ventil (e) ist/sind.
12. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) und das
Stellelement (22) so aufeinander abgestimmt sind, daß das erste Ventil (18) kontinuierlich oder stufenweise in unterschiedliche Offnungszustande mit unterschiedlichen Offnungs- querschnitten uberfuhrbar ist.
13. Verfahren zum Einspritzen von Fluid, bei dem ein Stellelement (22) aktiviert wird, eine Ventileinrichtung (18, 20) von dem Stellelement (22) betätigt wird und eine Einspritzdüse (12) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein er- stes Ventil (18) und ein zweites Ventil (20) der Ventileinrichtung (18,20) von dem Stellelement (22) über einen gemeinsamen hydraulischen Kopplungsraum (24) betätigt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckverstarker (16) zum Verstarken eines primären Druk- kes durch die Ventileinrichtung (18,20) betätigt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (12) geöffnet wird, wenn in ihrem Zufuhrbereich ein bestimmter Druck überschritten wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betatigen des Stellelementes (22) ein Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) von einem Lecksystem (34) durch Schließen des zweiten Ventils (20) entkoppelt wird, daraufhin der primäre Druck in den Niederdruck- räum (32) durch Offnen des ersten Ventils (18) eingekoppelt wird, daraufhin der Druck in einem Zufuhrbereich der Einspritzdüse (12) einen bestimmten Druck überschreitet, so daß die Einspritzdüse (12) öffnet, daraufhin das erste Ventil (18) schließt und daraufhin das zweite Ventil (20) öffnet, so daß die Einspritzung beendet und der Druckverstarker (16) entlastet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckraum (36) des Druckverstar- kers (16) über ein Ruckschlagventil (38) befullt wird, über welches er mit einem Niederdruckraum (32) des Druckverstarkers (16) verbunden ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckraum (36) des Druckverstarkers (16) über ein Ruckschlagventil befullt wird, über welches er mit einem Lecksystem (34) verbunden ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckraum (36) des Druckverstarkers (16) über das zweite Ventil (20) entlastet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) kontinuierlich oder stufenweise in verschiedene Offnungszustande mit verschiedenen Offnungsquerschnitten überfuhrt wird.
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