EP1593838B1

EP1593838B1 - Ansteuerverfahren zur Beeinflussung der Öffnungsgeschwindigkeit eines Steuerventiles an einem Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: EP1593838B1
Application number: EP05101339A
Authority: EP
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: US20050247290A1; EP1593838A1; ES2302123T3; DE502005003700D1; DE102004022268A1

Description

Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff, können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpen-Düsen-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ist generell ein hoher Einspritzdruck erforderlich.

Stand der Technik

Eine aus WO 02/092997 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden über eine Hochdruckquelle beaufschlagt. Der aus WO 02/092997 A1 bekannte Kraftstoffinjektor weist einen Druckübersetzer mit einem beweglichen Druckübersetzerkolben auf, welcher einen an die Hochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt. Der Kraftstoffhochdruckraum lässt sich durch Befüllen eines Rückraumes (Differenzdruckraum) des Druckübersetzers mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren dieses Druckraumes von Kraftstoff variieren. Dazu wird ein Steuerventil mit einem beweglichen Ventilglied eingesetzt. Das Ventilglied wird von einem Piezoaktor betätigt, der mittels eines Übertragungskolbens auf das Ventilglied einwirkt. Zwischen Piezoaktor und Übertragungskolben ist ein hydraulischer Kopplerraum angeordnet.
Der Kraftstoffinjektor umfasst einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen bzw. Verschließen der dem Brennraum zuweisenden Einspritzöffnungen. Der Schließkolben ragt in einem Schließdruckraum hinein, so dass dieser mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Dadurch wird eine dem Schließkolben in Schließrichtung beaufschlagende Kraft erzielt. Der Schließdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Arbeitsraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.
Mit der aus WO 02/092997 A1 bekannten Lösung wird durch Ansteuerung des Druckübersetzers über den Rückraum (Differenzdruckraum) mittels des Steuerventils erreicht, dass die Ansteuerverluste im Kraftstoffhochdrucksystem im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbundenen Arbeitsraum klein gehalten werden können. Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes (Common-Rail) entlastet und nicht bis auf dessen Leckagedruckniveau. Dies verbessert einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad, andererseits kann ein schnellerer Druckabbau bis auf Systemdruckniveau (Druckniveau im Hochdruckspeicherraum) erfolgen, so dass die zwischen den Einspritzphasen liegenden zeitlichen Abstände erheblich verkürzt werden können.
Mit der aus WO 02/092997 A1 bekannten Lösung ist außerdem vorgesehen, dass zur schellen Ventilbetätigung der Piezoaktor derart elektrisch angesteuert wird, dass das Ventilglied schnell aus der Ruhestellung in die Endposition gelangt, bei langsamer Ventilbetätigung wird die am Piezoaktor anliegende elektrische Spannung langsam erhöht, so dass das Ventilglied mit kleiner Geschwindigkeit aus der Ruhestellung in die Endposition gelangt.
Aus US 6 286 483 B1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem Druckübersetzer bzw. einem Druckverstärker, mit einem Steuerventil und mit einem Verzögerungsglied für das Steuerventil bekannt. Das Verzögerungsglied weist einen Dämpfungskolben auf und ist zwischen dem Steuerventil und dem Druckverstärker angeordnet. Das Steuerventil und das Verzögerungsglied sind getrennt voneinander angeordnet und mittels einer hydraulischen Verbindung verbunden. Mittels des Verzögerungsgliedes wird die Öffnungsgeschwindigkeit des Steuerventils variiert, wobei das Steuerventil sowohl den Druckverstärker als auch einen Steuerraum einer Düsennadel angesteuert, so dass damit eine Verzögerung zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung erzeugt werden kann.
DE 102 29 418 A1 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen Hochdruckspeicheraum, einen Druckübersetzer und ein Zumessventil. Der Druckübersetzer umfasst einen Arbeitsraum und einen Steuerraum, die voneinander durch einen axial bewegbaren Kolben getrennt sind. Eine Druckänderung im Steuerraum des Druckübersetzers hat eine Druckänderung in einem Kompressionsraum zur Folge, der über einen Kraftstoffzulauf einen Düsenraum beaufschlagt. Der Düsenraum umgibt ein Einspritzventilglied, welches zum Beispiel als Düsennadel ausgebildet sein kann. Ein das Einspritzventilglied beaufschlagende Düsenfederraum ist hochdruckseitig über eine eine Zulaufdrosselstelle enthaltende Leitung vom Kompressionsraum des Druckübersetzers aus befüllbar. Ablaufseitig ist der Düsenfederraum über eine eine Ablaufdrosselstelle enthaltene Leitung mit einem Raum des Druckübersetzers verbunden.
DE 102 29 415 A1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Nadelhubdämpfung an druckgesteuerten Kraftstoffinjektoren. Die Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst einen Kraftstoffinjektor, der bei einer Hochdruckquelle mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar und über einen Zumessventil betätigbar ist. Dem Einspritzventil ist ein von diesen unabhängig bewegbares Dämpfungselement zugeordnet ist, welches einen Dämpfungsraum begrenzt. Das Dämpfungselement weist mindestens einen Überströmkanal zur Verbindung des Dämpfungsraumes mit einem weiteren hydraulischen Raum auf.
Schließlich ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 103 34 771 A1 ein Schaltventil mit Druckausgleich für einen Kraftstoffinjektor mit Druckverstärker bekannt. Gemäß dieser Lösung umfasst der Kraftstoffinjektor einen Druckverstärker, der von einer Druckquelle mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Ein Arbeitsraum des Druckverstärkers ist von einem Differenzdruckraum des Druckverstärkers über einen Verstärkerkolben getrennt.
Die Druckentlastung und die Druckbeaufschlagung des Differenzdruckraumes (Rückraum) des Druckverstärkers erfolgen über ein Schaltventil. Dieses Schaltventil ist mit dem Differenzdruckraum (Rückraum) des Druckverstärkers über eine Steuerleitung verbunden. Ein Druckraum an einem Einspritzventil ist über eine Druckraumzuleitung mit einem Kompressionsraum des Druckverstärkers verbunden. Das Schaltventil wird als direkt schaltendes 3/2 Wege-Ventil ausgeführt, dessen Ventilnadeldruck ausgeglichen ist und sowohl einen Dichtsitz als auch eine Schieberdichtung aufweist.
Nachteilig an den oben skizzierten Ausführungen gemäß des Standes der Technik mit lediglich einem Ventil, ist die fehlende Flexibilität des Einspritzdruckverlaufes (rateshaping) solcher Kraftstoffinjektoren, gegenüber Kraftstoffinjektoren, die zwei voneinander unabhängige Aktoren aufweisen.

Darstellung der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor wird erreicht, dass zur Steuerung des Kraftstoffinjektors ein direktes 3/2-Wegeventil als Steuerventil eingesetzt werden kann, dessen Öffnungsbewegung über die Dämpfungseinheit verlangsamt wird.
Durch unterschiedlich gewählte Aktivierungs-Stromniveaus eines Magnetventils, können die Öffnungsgeschwindigkeiten beeinflusst werden. Werden die Steuerkanten des 3/2 Wegeventils entsprechend ausgelegt, so lässt sich mit unterschiedlichen Öffnungsgeschwindigkeiten des Steuerventils eine Formung des Einspritzdruckes, d.h. desjenigen Druckes erreichen, welcher am brennraumseitigen Ende des Einspritzvenilgliedes herrscht.
Da weiterhin lediglich ein Steuerventil für den Kraftstoffinjektor eingesetzt wird, erhöht sich der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung und zur Montage des mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansteuerungsverfahren betriebenen Kraftstoffinjektors nicht. Ebenfalls bleibt der Aufwand hinsichtlich einer Modifikation des in einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzten Steuergerätes gering, da pro an der Verbrennungskraftmaschine eingesetzten Kraftstoffinjektor lediglich eine Endstufe benötigt wird.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

Figur 1: das hydraulische Schaltschema eines Kraftstoffinjektors, der mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen hydraulischen Dämpfer betreibbar ist,
Figur 2: dass an einem Magnetventil einstellbare Stromniveau zur Erzielung unterschiedlicher Öffnungsgeschwindigkeiten,
Figur 3: den Hubverlauf eines Ventilgliedes eines Steuerventils,
Figur 4: das sich am brennraumseitigen Ende einstellenden Druckniveau eines Einspritzventilgliedes,
Figur 5: den Hubverlauf des Einspritzventilgliedes des Kraftstoffinjektors gemäß Figur 1.

Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Kraftstoffinjektor entnehmbar, welcher über das vorgeschlagene Ansteuerverfahren eines dieses betätigenden Steuerventils betätigbar ist.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Druckspeicher 1 (Common-Rail) zu entnehmen, der über eine Hochdruckleitung 2 mit einem Kraftstoffinjektor 3 verbunden ist. Der Kraftstoffinjektor 3 umfasst ein zur Erleichterung der Montage vorzugsweise mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 4, in welchem ein Druckverstärker 5 aufgenommen ist. Der Druckverstärker 5 umfasst einen ständig mit dem Druckspeicher 1 in Verbindung stehenden Arbeitsraum 8, einen Kompressionsraum 12 sowie einen Differenzdruckraum 9 (Rückraum), über welchen der Druckverstärker aktiviert oder deaktiviert wird.
Im Druckverstärker 5 befindet sich ein erstes Kolbenteil 6, welches über eine Rückstellfeder 7 beaufschlagt ist, welche das erste Kolbenteil 6 des Druckverstärkers 5 in seine Ruhelage zurückstellt. Die Rückstellfeder 7 stützt sich an einem im Arbeitsraum 8 des Druckverstärkers 5 aufgenommenen ringförmigen Anschlag 10 ab. Der Druckverstärker 5 umfasst darüber hinaus einen zweiten Kolbenteil 13, dessen Stirnfläche 14 den Kompressionsraum 12 druckbeaufschlagt. Vom Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 aus, erstreckt sich eine Überströmleitung 15, in der eine erste Drosselstelle 16 ausgebildet ist. Die Überströmleitung 15 mündet in einen Druckraum 17.
Im Druckraum 17 ist ein Dämpfungskolben 19 aufgenommen, den eine Bohrung 20 durchzieht, in der eine zweite Drosselstelle 21 ausgebildet ist. Der Dämpfungskolben 19 ist über eine Feder 22 beaufschlagt, die sich an einer Wand des Druckraumes 17 und an einem ringförmigen Anschlag des Dämpfungskolbens 19 abstützt. Der Dämpfungskolben 19 weist ein in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform eine gerundete Stirnfläche auf, die auf eine obere Stirnfläche eines hier einteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 18 wirkt.
Das Einspritzventilglied 18 ist im Bereich eines Düsenraumes 24 mit einer Druckstufe 25 versehen. Der Düsenraum 24 ist über einen Düsenraumzulauf 23 mit dem Kompressionsraum 12 des Druckverstärkers 5 verbunden. Entsprechend des Druckübersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 5, was von dessen Auslegung abhängig ist, strömt im Kompressionsraum 12 komprimierter Kraftstoff bei Aktivierung des Druckverstärkers durch Druckentlastung des Differenzdruckraumes 9 über den Düsenraumzulauf 23 in den Düsenraum 24 ein und von dort, entlang des Einspritzvenilgliedes, 18 Einspritzöffnungen 26 dem brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 zu.
Der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 steht über die Steuerleitung 11 mit einem ersten hydraulischen Raum 28 eines Steuerventils 27 in Verbindung. Das Steuerventil 27 wird bevorzugt als direkt gesteuertes 3/2 Wege-Ventil ausgebildet. Das Steuerventil 27 umfasst neben dem ersten hydraulischen Raum 28 einen zweiten hydraulischen Raum 29, der dem Niederdruckbereich zuzurechnen ist. Das Steuerventil 27 umfasst darüber hinaus ein Ventilglied 30. Im mehrteiligen ausgebildeten Gehäuse des Steuerventils 27 befinden sich eine erste Steuerkante 31 im Bereich eines Flachsitzes 33 sowie eine zweite Steuerkante 32, die an einem Gehäuseteil des mehrteilig ausgebildeten Gehäuses des Steuerventils 27 ausgebildet ist. Vom zweiten hydraulischen Raum 29 des Steuerventils 27 zweigen sowohl ein erster Rücklauf 34, als auch ein zweiter Rücklauf 36 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystemes ab. Der zweite hydraulische Raum 29 ist in der Schließstellung des Ventilgliedes 30, aufgrund des dann geschlossenen Flachsitzes 33 vom ersten hydraulischen Raum 28 getrennt. Das Ventilglied 30 des Steuerventils 27 umfasst einen Kolbenfortsatz 35, der in der Figur 1 dargestellten Schließstellung des Flachsitzes 33 sich im zweiten hydraulischen Raum 29 des Steuerventils 27 befindet.
Am in vertikaler Richtung bewegbaren Ventilglied 30 des Steuerventils 27, befindet sich eine ringförmig ausgebildete Magnetankerplatte 37, die einer bestrombaren Magnetspule 38 gegenüberliegt. Das Ventilglied 30 ist in Schließrichtung durch eine Schließfeder 39 beaufschlagt, so dass sichergestellt ist, dass im nicht bestromten Zustand der Magnetspule 38 des Steuerventils 27 der Flachsitz 33 zum zweiten niederdruckseitigen hydraulischen Raum 29 geschlossen ist.
An der Stirnfläche, die dem zweiten hydraulischen Raum 29 des Ventilgliedes 30 gegenüberliegt, befindet sich ein hydraulischer Dämpfer 40. Der hydraulische Dämpfer 40 ist von einer Durchgangsbohrung 41 durchzogen und über eine Federelement 42 vorgespannt. Das Federelement 42 befindet sich innerhalb eines Dämpferraumes 43. Abgesteuertes Kraftstoffvolumen wird aus diesem über die dritte Drosselstelle 44 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems abgeführt. Der hydraulische Dämpfer 40 und das Ventilglied 30 liegen entlang einer Anlagefläche 45 im in Figur 1 dargestellten Schaltzustand des Steuerventils 27 aneinander an, stellen jedoch zwei voneinander getrennte Bauteile dar.
Im deaktivierten Ruhezustand des Druckverstärkers 5 ist das Steuerventil 27 aufgrund der Wirkung der Schließfeder 39 geschlossen. Damit ist die erste Steuerkante 31 unterhalb des Flachsitzes 33 am Ventilglied 30 geschlossen. Somit ist auch die Steuerleitung 11 geschlossen, so dass im Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5, dasselbe Druckniveau wie in dem Druckspeicher 1 (Common-Rail) verbundenen Arbeitsraum 8 herrscht. Der Druckverstärker 5 ist deaktiviert da Druck ausgeglichen und es findet keine Druckverstärkung statt. Über dem geschlossenen Flachsitz 33 ist die Steuerleitung 11 vom ersten Rücklauf 34 und vom zweiten Rücklauf 36 in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems getrennt.
Zur Ansteuerung des Druckverstärkers 5 wird der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) druckentlastet. Dazu wird das Steuerventil 27 aktiviert, d.h. geöffnet. Es erfolgt eine Bestromung der Magnetspule 38, so dass der Magnetanker 37 entgegen der Wirkung der Schließfeder 39 angezogen wird, wodurch der Flachsitz 33 an der ersten Steuerkante 31 des Steuerventils 27 geöffnet wird. Über die Steuerleitung 11 strömt vom Differenzdruckraum 9 (Rückraum) abströmender Kraftstoff in den ersten hydraulischen Raum 28 ein und über die geöffnete ersten Steuerkante 31, dem ersten Rücklauf 34 sowie dem zweiten Rücklauf 36 auf der Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems zu. Dadurch erfolgt eine Abkopplung des Differenzdruckraumes 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 vom Druckspeicher 1 (Common-Rail) und dessen Druckentlastung in die Rückläufe 34, 36 im Niederdruckbereich. Durch dass nunmehr in den Kompressionsraum 12 einfahrende zweite Kolbenteil 13 des Druckverstärkers, steigt dort der Druck entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 5 an und strömt über den Düsenraumzulauf 23, dem Düsenraum 24 zu. An der im Bereich des Düsenraumes 24 am einteilig ausbildbaren Einspritzventilgliedes ausgebildeten Druckstufen 25 umgreifenden hydraulischen Kraft, öffnet das Einspritzventilglied 18 und gibt die Einspritzöffnungen 26 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 frei, so dass über diese Kraftstoff, in einem in Figur 1 nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Zur Beendigung der Einspritzung wird das Steuerventil 27 wieder deaktiviert, d.h. geschlossen. Das Ventilglied 30 bewegt sich bei Beendigung der Beströmung der Magnetspule 38 des Steuerventils 27 durch die Wirkung der Schließfeder 39 wieder in seiner Schließstellung. In der Schließstellung wird die erste Steuerkante 31 unterhalb des Flachsitzes 33 geschlossen. Dadurch erfolgt über die sich vom Druckspeicher 1 (Common-Rail) erstreckende Hochdruckleitung 2, den ersten hydraulischen Raum 28 und die Steuerleitung 11 ein Druckaufbau im Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5, so dass dieser wieder in seine Ruhestellung fährt. Während der Schließbewegung des Ventilgliedes 30 des Steuerventils 27 wird die zweite Steuerkante 32 des Steuerventils 27 geöffnet. Aufgrund des sich im Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 aufbauenden Systemdruckes, d.h. dem Druckniveau, welches im Druckspeicher 1 (Common-Rail) herrscht, wird der Druckverstärker 5 deaktiviert. Der zweite Kolbenteil 13 fährt aus dem Kompressionsraum 12 aus und aufgrund des im Düsenraum 24 abnehmenden Druckes wird das Einspritzventilglied 18 wieder in seinen die Einspritzöffnungen 26 verschließende Position gestellt.
Oberhalb des in vertikale Richtung bei Bestromung der Magnetspule 38 bewegbaren Ventilgliedes 30 befindet sich der hydraulische Dämpfer 40. Durch diesen wird eine langsame, näherungsweise lineare Öffnungsbewegung des in der Darstellung gemäß Figur 1 einteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 18 erreicht. Beim Öffnen des Ventilgliedes 30, d.h. bei Bestromung der Magnetspule 38, führt der hydraulische Dämpfer 40 die verdrängte Menge über die dritte Drosselstelle 44 in einen in Figur 1 nicht näher dargestellten Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystemes ab. Aufgrund des hydraulischen Dämpfers 40 wird die Öffnungsbewegung des Ventilsgliedes 30, bei Bestromung der Magnetspule 38 verlangsamt.
Die Schließbewegung des Ventilgliedes 30 des Steuerventils 27 hingegen wird durch den hydraulischen Dämpfer 40 nicht beeinflusst. Dies wird dadurch erreicht, dass sich beim Schließen des Ventilgliedes 30, d.h. der Aufhebung der Bestromung der Magnetspule 38 aufgrund der Wirkung der Schließfeder 39, eine schnelle Schließbewegung des Ventilgliedes 30 erreichen lässt, während der sich der hydraulische Dämpfer 40 einer Anlagefläche 45 vom Ventilglied 30 trennt. Dadurch kann das Ventilglied 30 ungehindert in seine Schließstellung verfahren, wobei eine schnelle Befüllung des Dämpferraumes 43 über die Durchgangsbohrung 41 des hydraulischen Dämpfers 40 erfolgt. Dies bedeutet, dass der hydraulische Dämpfer 40 sehr schnell in seine Ausgangslage rückstellbar ist. Dies ist bei hohen Drehzahlen von selbstzündender Verbrennungskraftmaschine, hinsichtlich dicht aufeinander folgender Einspritzvorgänge von hoher Bedeutung.
Die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilgliedes 30 des Steuerventils, kann über die Dimensionierung der dritten Drosselstelle 44, die dem Dämpferraum 43 zugeordnet ist, eingestellt werden. Die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilgliedes 30, welche sich einstellt ist auch weiterhin von der Magnetkraft abhängig, die bei der Bestromung der Magnetspule 38 des Steuerventils 27 erreicht wird. Die Magnetkraft der Magnetspule 38 des Steuerventils 27 lässt sich über deren Bestromungsniveau einstellen.
Bei einem niedrigeren Bestromungsniveau der Magnetspule 38 ergibt sich ein langsameres Öffnen des Steuerventils 27, d.h. ein langsameres Öffnen des Ventilgliedes 30. Dadurch lässt sich ein verzögerter, allmählich erfolgender Druckaufbau zu Beginn einer Einspritzphase erreichen, wodurch sich ein im Wesentlichen rampenförmiger Verlauf der Einspritzrate einstellt.
Wird hingegen die Magnetspule 38 des Steuerventils 27 mit einem zweiten höheren Aktivierungsstrom bestromt, erfolgt ein schnelles Öffnen des Steuerventils 27. Dadurch lässt sich ein schnellerer Druckaufbau zu Beginn einer jeweiligen Einspritzung erreichen, was in einer zu rechteckförmig verlaufenden Einspritzrate resultiert.
Figur 2 sind verschiedene Bestromungsmöglichkeiten des Steuerventils zur Betätigung des Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Gemäß Figur 2 ist der Bestromungsverlauf 50 der Magnetspule 38 über die Zeit [t] aufgetragen. Zu einem Ansteuerzeitpunkt 53 kann die Bestromung der Magnetspule 38, entweder mit dem ersten Ansteuerstromniveau 51 oder dem zweiten - gestrichelt dargestellten - Ansteuerstromniveau 52 erfolgen.
Figur 3 sind die sich entsprechend dem Bestromungsniveau ergebenden Hubverläufe des Steuerventils entnehmbar.
Wird das Ventilglied 30 des Steuerventils 27 mit dem ersten Ansteuerstromniveau 51 angesteuert, d.h. wird die Magnetspule 38 mit einem niedrigeren Stromniveau bestromt, ergibt sich ein langsameres Öffnen des Ventilgliedes 30 des Steuerventils 27. Dabei stellt sich eine erste Rampe 63 mit einem niedrigeren Steigungsverlauf ein.
Figur 4 zeigt sich einstellende Druckverläufe am Einspritzventilglied.
Wird die Magnetspule 38 mit dem in Figur 2 dargestellten ersten Ansteuerstromniveau 51 bestromt und stellt sich der in Figur 3 dargestellte erste Hubverlauf 61 ein, so ergibt sich am Einspritzventilglied ein erster Druckverlauf 71.
In Figur 5 sind Hubverläufe des Einspritzventilgliedes dargestellt.
Figur 5 zeigt den dem ersten Ansteuerstromniveau 51 der Magnetspule 38 des Steuerventils 27 entsprechenden ersten Hubverlauf 81 des einteilig ausbildbaren Einspritzventilgliedes 18.
Figur 2 zeigt zudem den Bestromungsverlauf 50 der Magnetspule 38, wenn ein zweites Ansteuerstromniveau 52 - gestrichelte Darstellung - eingestellt wird.
In diesem Falle stellt sich gemäß Figur 3 ein zweiter Hubverlauf 62 ein, der durch eine zweite Rampe 64 gekennzeichnet ist, die sich durch eine erheblich höhere Steigung im Vergleich zur ersten Rampe 63 beim ersten Ansteuerstromniveau 61 der Magnetspule 38 unterscheidet. Aufgrund dessen stellt sich gemäß Figur 4 der zweite Druckverlauf 72 an der Einspritzdüse ein, was in einer annähernd rechteckförmig verlaufenden Einspritzrate resultiert.
Figur 5 zeigt weiterhin den sich beim Bestromen der Magnetspule 38 mit dem zweiten Ansteuerstromniveau 52 einstellenden zweiten Hubverlauf 82, der sich nur wenig vom ersten Hubverlauf 81, abgesehen von einem stärkeren Anstieg zu Beginn unterscheidet.
Zusätzlich zu den sich voneinander unterscheidenden Ansteuerstromniveaus 51 bzw. 52, mit dem die Magnetspule 38 des Steuerventils 27 bestrombar ist, kann die Öffungsgeschwindigkeit des Ventilgliedes 30 auch über die dritte Drosselstelle 44 eingestellt werden. Die Verlangsamung der Öffnungsgeschwindigkeit wird zudem durch den erfindungsgemäßen, hydraulischen Dämpfer 40 erreicht, der im oberen Bereich des Steuerventils 27 untergebracht ist, das Schließen des Einspritzventilsgliedes 18 jedoch aufgrund der Trennung vom Ventilglied 30 nicht beeinflusst.
Die in den Figuren 3 bis 5 dargestellte Einspritzform hinsichtlich mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansteuerverfahren eines Steuerventils 27 erreichbarer Einspritzraten, lassen sich über das der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine jeweils zugeordnete Steuergerät auch variieren und innerhalb entsprechender Kennfelder in jeweils optimaler Weise an die Anforderungen an die Verbrennungskraftmaschine anpassen.

Bezugszeichenliste

1: Druckspeicher (Common-Rail)
2: Hochdruckleitung
3: Kraftstoffinjektor
4: Injektorgehäuse
5: Druckverstärker
6: Erstes Kolbenteil
7: Rückstellfeder
8: Arbeitsraum
9: Differenzdruckraum
10: Anschlag
11: Steuerleitung
12: Kompressionsraum
13: zweites Kolbenteil
14: Stirnfläche
15: Überströmleitung
16: erste Drosselstelle
17: Druckraum
18: Einspritzventilglied
19: Dämpfungskolben
20: Bohrung
21: zweite Drosselstelle
22: Feder
23: Düsenraumzulauf
24: Düsenraum
25: Druckstufe
26: Einspritzöffnungen
27: Steuerventil (3/2)
28: erster hydraulischer Raum
29: zweiter hydraulischer Raum (Niederdruck)
30: Ventilglied
31: erste Steuerkante
32: zweite Steuerkante
33: Flachsitz
34: erster Rücklauf (ND)
35: Kolbenfortsatz
36: zweiter Rücklauf (ND)
37: Magnetanker
38: Magnetspule
39: Schließfeder
40: hydraulischer Dämpfer
41: Durchgangsbohrung
42: Feder
43: Dämpferraum
44: dritte Drosselstelle
45: Auflagefläche (Trennstelle)

50: Bestromungsverlauf Magnetspule
51: erstes Ansteuerstromniveau
52: zweites Ansteuerstromniveau
53: Ansteuerzeitpunkt

60: Hub Steuerventil
61: erster Hubverlauf
62: zweiter Hubverlauf
63: erster Rampe
64: zweite Rampe

70: Düsendruckverlauf
71: erster Druckverlauf
72: zweiter Druckverlauf

80: Hubverlauf Einspritzventilglied
81: erster Hubverlauf
82: zweiter Hubverlauf

Claims

Kraftstoffinjektor (3) zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Druckverstärker (5), mit einem Steuerventil (27) mit Ventilglied (30) und mit einem dem Ventilglied 30 zugeordneten hydraulischen Dämpfer (40), wobei der Druckverstärker (5) mit einem Druckspeicher (1) zur Versorgung mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff verbunden ist, welcher über das Steuerventil (27) aktiviert bzw. deaktiviert wird, welches direktschaltend ausgeführt ist, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilgliedes (30) des Steuerventils (27) zur Formung eines Einspritzdruckverlaufes (7) variiert wird, und wobei die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilgliedes (30) des Steuerventils (27) durch den dem Ventilglied (30) zugeordneten hydraulischen Dämpfer (40) verlangsamt wird und wobei der hydraulische Dämpfer (40) und das Ventilglied (30) zwei voneinander getrennte Bauteile sind, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Dämpfer (40) eine Durchgangsbohrung (41) aufweist, die in einen über eine Drosselstelle (44) entlastbaren Steuerraum (43) mündet, wobei während des Öffnens des Ventilgliedes (30) eine verdrängte Menge über die Drosselstelle (44) abgeführt wird.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des Ventilgliedes (30) des Steuerventils (27) der hydraulische Dämpfer (40) und dass Ventilglied (30) entlang der Anlagefläche (45) voneinander trennbar ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des Ventilgliedes (30) des Steuerventils (27) der Dämpferraum (43) über die im hydraulischen Dämpfer (40) ausgebildete Durchgangsbohrung (41) befüllbar ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (30) des Steuerventils (27) über eine Schließfeder (39) in Schließrichtung beaufschlagt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Dämpfer (40) über eine Feder (42) an das Ventilglied (30) angestellt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilglied (30) des Steuerventils (27) unterhalb einer Magnetspule (38) eine Magnetankerplatte (37) ausgebildet ist und das Ventilglied (30) einen Sitz (33) zum Verschließen eines zweiten hydraulischen Raumes (29) aufweisenden Sitz (33) enthält.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einem ersten Ansteuerstromniveau (51) der Magnetspule (38) des Steuerventils (27) ein langsames Öffnen des Ventilgliedes (30) und ein verzögerter Druckaufbau zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung, und damit eine erste rampenförmige Einspritzrate (63, 71) einstellt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Bestromung der Magnetspule (38) mit einem zweiten Ansteuerstromniveau (52) ein schnelles Öffnen des Ventilgliedes (30) einstellt und ein schneller Druckaufbau zu Beginn der Einspritzung sowie eine rechteckförmig verlaufende Einspritzrate (64, 72) einstellt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Druckverstärkers (5) und des Einspritzventilgliedes (18) durch das Steuerventil (27) erfolgt, wobei der Druckverstärker (5) durch die Druckentlastung oder Druckbeaufschlagung seines Differenzdruckraumes (9) aktiviert oder deaktiviert wird und der Arbeitsraum (8) des Druckverstärkers (5) permanent mit dem Druckspeicher (1) in Verbindung steht.