EP1359306A2 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1359306A2
EP1359306A2 EP03004640A EP03004640A EP1359306A2 EP 1359306 A2 EP1359306 A2 EP 1359306A2 EP 03004640 A EP03004640 A EP 03004640A EP 03004640 A EP03004640 A EP 03004640A EP 1359306 A2 EP1359306 A2 EP 1359306A2
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pressure
fuel
low
pressure accumulator
control valve
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention is based on one Fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injector is due to the DE 199 41 770 A1 known.
  • This Fuel injector has a high pressure pump on, through the fuel under high pressure in at least a high-pressure accumulator is promoted.
  • the High-pressure accumulators are on cylinders of the internal combustion engine arranged injectors connected.
  • the injectors are included a common return line connected to one Low pressure accumulator forms. In the low pressure accumulator a minimum pressure to be maintained to the To ensure that the injectors are functional, especially if this is a control valve with a piezoelectric actuator and a hydraulic Have translation facility.
  • the fuel injection device with the Features according to claim 1 has the advantage that a minimum pressure in the Low pressure accumulator can be maintained. Moreover can be targeted by diverting fuel from the High pressure accumulator by means of the pressure control valve Low pressure accumulator can be filled with fuel, whereby no additional feed pump is required. The one from the High-pressure accumulator fuel is warmed up so that the injectors quickly reach their operating temperature brought and their operation is stabilized.
  • FIG. 1 shows a Fuel injection device for an internal combustion engine in a simplified schematic representation and Figure 2 a Injector of the fuel injector in an enlarged view Presentation.
  • FIG 1 is a fuel injection device for a Internal combustion engine of a motor vehicle shown.
  • the Internal combustion engine is preferably a self-igniting Internal combustion engine.
  • the fuel injector has a high pressure pump 10 through which fuel is taken High pressure promoted in at least one high pressure accumulator 12 becomes.
  • the high pressure pump 10 is mechanically by the Internal combustion engine driven and this has one or several pump elements by a drive in one Stroke movement are driven.
  • the suction side of the High pressure pump 10 is fuel from a Fuel reservoir 14 by means of a feed pump 16 fed.
  • the feed pump 16 can by the high pressure pump 10 or together with the high pressure pump 10 through the Internal combustion engine are driven.
  • the Feed pump 16 also has its own drive, for example have an electric motor drive.
  • injectors 20 With the high pressure accumulator 12 are on the cylinders Internal combustion engine arranged injectors 20 connected.
  • injectors 20 each have Fuel injection valve 22 and a control valve 24.
  • the control valve 24 has a piezoelectric actuator 26 on with an electronic control device 28 is connected and through this with an electrical Voltage is controlled.
  • the piezoelectric actuator 26 changes depending on the voltage with which it is controlled , its length and thereby causes a hydraulic Translation device 30 a pressure change in one Actuator pressure chamber 32, through which a control valve member 34 Location changes.
  • the fuel injection valve 22 has a Injection valve member 36, which by the im High pressure accumulator 12 prevailing pressure in one Opening direction is applied and that by the in one Control pressure chamber 38 prevailing pressure and possibly a closing spring 40 is acted upon in a closing direction is.
  • the injection valve member 36 is at least one Injection opening 42 controlled.
  • the control pressure chamber 38 is connected to the high pressure accumulator 12 and has one the control valve member 34 controlled connection to one Relief area on than the at least indirectly the Fuel tank 14 can serve. If the actuator 26 is not controlled and is therefore dead Pressure in the actuator pressure chamber 32 low, so that Control valve member 34 connects the control pressure chamber 38 to the relief area is interrupted.
  • control pressure room 38 there is therefore high pressure as in the high-pressure accumulator 12 and the injector member 36 is closed in its Position held so that no fuel injection he follows. If the actuator 26 is controlled by the control device 28 is supplied with an electrical voltage, so increases the pressure in the actuator pressure chamber 32, so that the Control valve member 34 connects the control pressure chamber 38 releases to the relief area. It can from the Control pressure chamber 38 drain fuel so that the pressure decreases and the injection valve member 36 in Opening direction moves, so that fuel injection he follows.
  • the hydraulic translation devices 30 of the Injectors 20 have a common low-pressure accumulator 50 connected.
  • a Maintaining valve 52 maintain a predetermined pressure, for example between about 5 and 20 bar. If the specified pressure is exceeded, this opens Pressure holding valve 52 and lets fuel out of the Low-pressure accumulator 50 flow away, for example at least indirectly in the fuel tank 14 as Relief area. It can be provided that the at open control valve 24 by means of control valve member 34 de-fueled from the control pressure chamber 38 into the Low pressure accumulator 50 is directed as a relief area.
  • each Transmission devices 30 non-return valve 54 arranged through which a filling of the Translation device 30 from the low pressure accumulator 50 is possible, but no fuel from the Translation device 30 in the low pressure accumulator 50 can drain off.
  • the low pressure accumulator 50 ensured that the translation devices 30 with Are filled with fuel and thus the injectors 20 are functional.
  • the fuel injector also has Pressure control valve 60, by means of which the pressure in High pressure accumulator 12 can be regulated.
  • Pressure control valve 60 can fuel from the High-pressure accumulator 12 are shut down, reducing the pressure is reduced in the high pressure accumulator 12.
  • the Pressure control valve 60 can be an electrically operated valve be formed, for example as a 2/2-way valve, the between a closed position in which no Fuel can flow out of the high pressure accumulator 12, and an open position in which fuel from the High-pressure accumulator 12 can flow, is switchable.
  • the Pressure control valve 60 is controlled by control device 28 controlled by a by means of the pressure control valve 60 variable pressure can be set in the high pressure accumulator 12 can.
  • the pressure control valve 60 has a cut-off connection 62 to a low pressure area, which the from the High-pressure accumulator 12 fuel is supplied. According to the invention it is provided that the control connection 62 of the pressure control valve 60 with the low pressure accumulator 50 is connectable as a low pressure area.
  • a switching valve 64 is arranged through which the Discharge connection 62 optionally with the low pressure accumulator 50 or with a return 66 in the Fuel reservoir 14 as a relief area is connectable.
  • the switching valve 64 can for example are switched depending on the temperature, such that at under a limit temperature lying fuel temperature the Discharge connection 62 with the low pressure accumulator 50 is connected and if it is above the limit temperature Fuel temperature control connection 62 with the Return 66 to the fuel reservoir 14 is connected.
  • the changeover valve 64 can be in with the fuel in Have contact standing switching element 68, which depends from the fuel temperature changes shape and thereby the switching causes.
  • the switching element 68 can consist of bimetal, for example, due to the different expansion coefficients of two different metals when the temperature changes Shape change results.

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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe (10) auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in wenigstens einen Hochdruckspeicher (12) gefördert wird, mit dem an Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren (20) verbunden sind, wobei die Injektoren (20) mit einem gemeinsamen Niederdruckspeicher (50) verbunden sind. Im Niederdruckspeicher (50) wird durch ein Druckhalteventil (52) ein vorgegebener Niederdruck aufrechterhalten. Es ist ein Druckregelventil (60) vorgesehen, mittels dem durch Absteuern von Kraftstoff aus dem wenigstens einen Hochdruckspeicher (12) über eine Absteuerverbindung (62) in einen Niederdruckbereich der Druck im Hochdruckspeicher (12) regelbar ist. Die Absteuerverbindung (62) des Druckregelventils (60) ist mit dem Niederdruckspeicher (50) verbindbar, so daß der Niederdruckspeicher (50) mit Kraftstoff befüllt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE 199 41 770 A1 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in wenigstens einen Hochdruckspeicher gefördert wird. Mit dem Hochdruckspeicher sind an Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren verbunden. Die Injektoren sind mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung verbunden, die einen Niederdruckspeicher bildet. Im Niederdruckspeicher muß dabei ein Mindestdruck aufrechterhalten werden, um die Funktionsfähigkeit der Injektoren sicherzustellen, insbesondere wenn diese ein Steuerventil mit einem piezoelektrischen Aktor und einer hydraulischen Übersetzungseinrichtung aufweisen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Druckhalteventil ein Mindestdruck im Niederdruckspeicher aufrechterhalten werden kann. Außerdem kann gezielt durch Absteuerung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher mittels des Druckregelventils der Niederdruckspeicher mit Kraftstoff befüllt werden, wobei keine zusätzliche Förderpumpe erforderlich ist. Der aus dem Hochdruckspeicher abgesteuerte Kraftstoff ist dabei erwärmt, so daß die Injektoren schnell auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden und deren Betrieb stabilisiert wird.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 ermöglicht auf einfache Weise eine Umschaltung der Absteuerverbindung zwischen dem Niederdruckspeicher und dem Entlastungsbereich, wodurch eine zu starke Erwärmung der Injektoren vermieden werden kann. Die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ermöglicht einen Druckaufbau im Niederdruckspeicher beim Starten der Brennkraftmaschine und damit ein zuverlässiges Starten der Brennkraftmaschine.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter schematischer Darstellung und Figur 2 einen Injektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in vergrößerter Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in wenigstens einen Hochdruckspeicher 12 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 10 wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben und diese weist ein oder mehrere Pumpenelemente auf, die durch einen Antrieb in einer Hubbewegung angetrieben werden. Der Saugseite der Hochdruckpumpe 10 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 14 mittels einer Förderpumpe 16 zugeführt. Die Förderpumpe 16 kann durch die Hochdruckpumpe 10 oder zusammen mit der Hochdruckpumpe 10 durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden. Alternativ kann die Förderpumpe 16 auch einen eigenen Antrieb, beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb aufweisen.
Mit dem Hochdruckspeicher 12 sind an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 20 verbunden. Die Injektoren 20 weisen wie in Figur 2 dargestellt jeweils ein Kraftstoffeinspritzventil 22 und ein Steuerventil 24 auf. Das Steuerventil 24 weist einen piezoelektrischen Aktor 26 auf, der mit einer elektronischen Steuereinrichtung 28 verbunden ist und durch diese mit einer elektrischen Spannung angesteuert wird. Der piezoelektrische Aktor 26 ändert abhängig von der Spannung, mit der dieser angesteuert wird, seine Länge und bewirkt dabei über eine hydraulische Übersetzungseinrichtung 30 eine Druckänderung in einem Aktordruckraum 32, durch den ein Steuerventilglied 34 seine Lage ändert. Das Kraftstoffeinspritzventil 22 weist ein Einspritzventilglied 36 auf, das durch den im Hochdruckspeicher 12 herrschenden Druck in einer Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und das durch den in einem Steuerdruckraum 38 herrschenden Druck sowie gegebenenfalls eine Schließfeder 40 in einer Schließrichtung beaufschlagt ist. Durch das Einspritzventilglied 36 wird wenigstens eine Einspritzöffnung 42 gesteuert. Der Steuerdruckraum 38 ist mit dem Hochdruckspeicher 12 verbunden und weist eine durch das Steuerventilglied 34 gesteuerte Verbindung mit einem Entlastungsbereich auf, als der zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 14 dienen kann. Wenn der Aktor 26 nicht angesteuert und somit spannungslos ist, so ist der Druck im Aktordruckraum 32 gering, so daß durch das Steuerventilglied 34 die Verbindung des Steuerdruckraums 38 zum Entlastungsbereich unterbrochen ist. Im Steuerdruckraum 38 herrscht somit hoher Druck wie im Hochdruckspeicher 12 und das Einspritzventilglied 36 wird in seiner geschlossenen Stellung gehalten, so daß keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Wenn der Aktor 26 durch die Steuereinrichtung 28 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, so steigt der Druck im Aktordruckraum 32 an, so daß das Steuerventilglied 34 die Verbindung des Steuerdruckraums 38 zum Entlastungsbereich freigibt. Dabei kann aus dem Steuerdruckraum 38 Kraftstoff abfließen, so daß der Druck sinkt und sich das Einspritzventilglied 36 in Öffnungsrichtung bewegt, so daß eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
Die hydraulischen Übersetzungseinrichtungen 30 der Injektoren 20 sind mit einem gemeinsamen Niederdruckspeicher 50 verbunden. Im Niederdruckspeicher 50 wird durch ein Druckhalteventil 52 ein vorgegebener Druck aufrechterhalten, beispielsweise zwischen etwa 5 und 20 bar. Wenn der vorgegebene Druck überschritten wird, so öffnet das Druckhalteventil 52 und lässt Kraftstoff aus dem Niederdruckspeicher 50 abfließen, beispielsweise zumindest mittelbar in den Kraftstoffvorratsbehälter 14 als Entlastungsbereich. Es kann vorgesehen sein, daß der bei geöffnetem Steuerventil 24 mittels des Steuerventilglieds 34 aus dem Steuerdruckraum 38 abgesteuerter Kraftstoff in den Niederdruckspeicher 50 als Entlastungsbereich geleitet wird. In der Verbindung der Übersetzungseinrichtungen 30 mit dem Niederdruckspeicher 50 ist jeweils ein zu den Übersetzungseinrichtungen 30 hin öffnendes Rückschlagventil 54 angeordnet, durch das eine Befüllung der Übersetzungseinrichtung 30 aus dem Niederdruckspeicher 50 ermöglicht ist, jedoch kein Kraftstoff aus der Übersetzungseinrichtung 30 in den Niederdruckspeicher 50 abfließen kann. Durch den Niederdruckspeicher 50 ist sichergestellt, daß die Übersetzungseinrichtungen 30 mit Kraftstoff befüllt sind und somit die Injektoren 20 funktionsfähig sind.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist außerdem ein Druckregelventil 60 auf, mittels dem der Druck im Hochdruckspeicher 12 geregelt werden kann. Durch das Druckregelventil 60 kann Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 abgesteuert werden, wodurch der Druck im Hochdruckspeicher 12 verringert wird. Das Druckregelventil 60 kann als elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet sein, beispielsweise als 2/2-Wegeventil, das zwischen einer geschlossenen Stellung, in der kein Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 abfließen kann, und einer geöffneten Stellung, in der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 abfließen kann, umschaltbar ist. Das Druckregelventil 60 wird durch die Steuereinrichtung 28 angesteuert, durch die mittels des Druckregelventils 60 ein variabler Druck im Hochdruckspeicher 12 eingestellt werden kann. Das Druckregelventil 60 weist eine Absteuerverbindung 62 zu einem Niederdruckbereich auf, dem der aus dem Hochdruckspeicher 12 abgesteuerte Kraftstoff zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Absteuerverbindung 62 des Druckregelventils 60 mit dem Niederdruckspeicher 50 als Niederdruckbereich verbindbar ist.
In der Absteuerverbindung 62 des Druckregelventils 60 ist ein Umschaltventil 64 angeordnet, durch das die Absteuerverbindung 62 wahlweise mit dem Niederdruckspeicher 50 oder mit einem Rücklauf 66 in den Kraftstoffvorratsbehälter 14 als Entlastungsbereich verbindbar ist. Das Umschaltventil 64 kann beispielsweise temperaturabhängig geschaltet werden, derart, daß bei unter einer Grenztemperatur liegender Kraftstofftemperatur die Absteuerverbindung 62 mit dem Niederdruckspeicher 50 verbunden ist und bei über der Grenztemperatur liegender Kraftstofftemperatur die Absteuerverbindung 62 mit dem Rücklauf 66 zum Kraftstoffvorratsbehälter 14 verbunden ist. Das Umschaltventil 64 kann dabei ein mit dem Kraftstoff in Kontakt stehendes Schaltelement 68 aufweisen, das abhängig von der Kraftstofftemperatur seine Form ändert und dadurch die Umschaltung bewirkt. Das Schaltelement 68 kann beispielsweise aus Bimetall bestehen, bei dem sich aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zweier verschiedener Metalle bei Temperaturänderung die Formänderung ergibt.
Für eine zuverlässige Funktion der Injektoren 20 ist eine vollständige Befüllung von deren hydraulischen Übersetzungseinrichtungen 30 erforderlich, die durch deren Verbindung mit dem Niederdruckspeicher 50 gewährleistet wird. Eine Befüllung des Niederdruckspeichers 50 mit Kraftstoff ist durch die vom Druckregelventil 60 abgesteuerte Kraftstoffmenge ermöglicht. Es kann vorgesehen sein, daß beim Startvorgang der Brennkraftmaschine das Druckregelventil 60 durch die Steuereinrichtung 28 derart angesteuert wird, daß dieses Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 abfließen läßt, der dem Niederdruckspeicher 50 zugeführt wird und in diesem den erforderlichen Niederdruck erzeugt, so daß eine Befüllung der hydraulischen Übersetzungseinrichtungen 30 der Injektoren 20 sichergestellt wird. Dies ermöglicht ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine auch wenn der Kraftstoffvorratsbehälter 14 zuvor vollständig entleert wurde oder bei einem Heißstart der Brennkraftmaschine. Außerdem kann durch den aus dem Hochdruckspeicher 12 abgesteuerten Kraftstoff zunächst eine Erwärmung der Injektoren 20 erreicht werden, so daß diese schnell eine stabile Betriebstemperatur erreichen. Eine zu starke Erwärmung der Injektoren 20 ist durch das Umschaltventil 64 vermieden, indem dieses bei hoher Kraftstofftemperatur die Absteuerverbindung 62 des Druckregelventils 60 direkt mit dem Rücklauf 66 verbindet, so daß dem Niederdruckspeicher kein Kraftstoff mehr zugeführt wird. Für die Befüllung des Niederdruckspeichers 50 ist somit keine zusätzliche Förderpumpe erforderlich.

Claims (6)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (10), durch die Kraftstoff unter Hochdruck in wenigstens einen Hochdruckspeicher (12) gefördert wird, mit dem an Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren (20) verbunden sind, wobei die Injektoren (20) mit einem gemeinsamen Niederdruckspeicher (50) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Niederdruckspeicher (50) durch ein Druckhalteventil (52) ein vorgegebener Niederdruck aufrechterhalten wird, daß ein Druckregelventil (60) vorgesehen ist, mittels dem durch Absteuern von Kraftstoff aus dem wenigstens einen Hochdruckspeicher (12) über eine Absteuerverbindung (62) in einen Niederdruckbereich der Druck im Hochdruckspeicher (12) regelbar ist und daß die Absteuerverbindung (62) des Druckregelventils (60) mit dem Niederdruckspeicher (50) verbindbar ist.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltventil (64) vorgesehen ist, durch das die Absteuerverbindung (62) des Druckregelventils (60) wahlweise mit dem Niederdruckspeicher (50) oder mit einem Entlastungsbereich (66,14) verbindbar ist.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (64) abhängig von der Temperatur des Kraftstoffs derart geschaltet wird, daß bei geringer Kraftstofftemperatur die Absteuerverbindung (62) des Druckregelventils (60) mit dem Niederdruckspeicher (50) verbunden ist und bei hoher Kraftstofftemperatur die Absteuerverbindung (62) des Druckregelventils (60) mit dem Entlastungsbereich (66,14) verbunden ist.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (64) ein mit dem Kraftstoff in Kontakt stehendes Schaltelement (68) aufweist, das temperaturabhängig seine Form ändert und dabei die Umschaltung bewirkt.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (60) beim Starten der Brennkraftmaschine derart angesteuert wird, daß dieses Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (12) absteuert und die Absteuerverbindung (62) des Druckregelventils (60) mit dem Niederdruckspeicher (50) verbunden ist.
  6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren (20) jeweils ein Kraftstoffeinspritzventil (22) und ein dieses steuerndes Steuerventil (24) aufweisen, daß das Steuerventil (24) einen piezoelektrischen Aktor (26) und eine diesem zugeordnete hydraulische Übersetzungseinrichtung (30) aufweist und daß die hydraulische Übersetzungseinrichtung (30) mit dem Niederdruckspeicher (50) verbunden ist und aus diesem befüllt wird.
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