EP1595071A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung

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Publication number
EP1595071A1
EP1595071A1 EP04712043A EP04712043A EP1595071A1 EP 1595071 A1 EP1595071 A1 EP 1595071A1 EP 04712043 A EP04712043 A EP 04712043A EP 04712043 A EP04712043 A EP 04712043A EP 1595071 A1 EP1595071 A1 EP 1595071A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
injection
fuel
line
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04712043A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Koch
Horst Ressel
Wolfgang Scheibe
Günther SCHRÖDLEN
Norbert Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LOrange GmbH
Original Assignee
LOrange GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10318946A external-priority patent/DE10318946A1/de
Application filed by LOrange GmbH filed Critical LOrange GmbH
Publication of EP1595071A1 publication Critical patent/EP1595071A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/04—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure using fluid, other than fuel, for injection-valve actuation
    • F02M47/043—Fluid pressure acting on injection-valve in the period of non-injection to keep it closed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device with a fuel pump designed as a reciprocating piston pump, which delivers fuel to an injector for injection into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a cross section of the nozzle needle is acted upon by the fuel supplied by the fuel pump, which causes an opening force on the nozzle needle in the opening direction.
  • the fuel pressure rises until a maximum pressure is reached and then drops again.
  • injection often takes place in low pressure ranges in the pressure rise and in the pressure drop, which do not allow optimal atomization of the injected fuel.
  • a fuel injection system with an injection valve is known from US Pat. No. 4,403,585, in which the opening pressure of the injection valve can be set as a function of various engine parameters, such as, for example, the engine speed, coolant temperature or the control rod position.
  • the optimal opening pressures are stored in a memory.
  • the nozzle needle locking force is varied by hydraulic action on a piston acting on the valve closing spring.
  • fuel injection valves have a difference between the opening and closing pressure as a result of the different loading cross sections for the fuel in the closed and open state.
  • the ring cross section lying outside the nozzle needle seat is decisive for the opening process, but the entire cross section of the nozzle needle is decisive for the closing process, which is the reason why the closing pressure is always below the opening pressure.
  • This effect is undesirable for the combustion process, since the fuel in the injection area is atomized more and more poorly after the peak pressure is reached as the pressure drops. Therefore, the closing pressure is raised above the value determined by the needle geometry in that an additional closing force is applied to the nozzle needle after the start of injection.
  • a valve is used for this purpose, which connects a control chamber to the injection line via a throttle. In the control room, a piston acting on the nozzle needle is pressurized. After the nozzle needle is closed, the pressure in the control room is reduced via a throttle point that is connected to a fuel leakage line.
  • the invention specified in claim 1 is based on the problem of improving a conventional fuel injection device in such a way that the injection process is optimized over the entire range.
  • the locking forces are generated by pneumatic or hydraulic pressure from one or more pressure sources, the pressure acting directly on the back of the nozzle needle, on a piston that presses on the back of the nozzle needle, or on a piston that changes the spring preload combinations of these piston arrangements are also suitable. It is also possible to act on the nozzle needle closing forces by means of magnetic forces.
  • FIG. 1 shows a comparison of the injection rate profiles for a system of a conventional type and a system optimized according to the invention
  • FIG 2 shows an injection system with two injectors according to the invention in variable in the opening and closing pressure, each of which is assigned a fuel pump;
  • FIGS. 3a and 3b show two exemplary embodiments for injectors in which the force acting on the nozzle needle in the closing direction is increased automatically in order to achieve a higher closing pressure than is possible due to the nozzle needle geometry after the nozzle needle has carried out the opening stroke;
  • FIGS. 4a to 4f show exemplary embodiments controlled by a control valve, the control pressure taken from a common control line acting successively on two different pistons to achieve the opening and closing pressure.
  • FIGS. 5a to 5c show designs controlled by a control valve, the control pressure being taken from two separate control lines to act on one or two control rooms;
  • FIGS. 6a to 6c show designs in which the pressure present in the injection line is used to control the closing pressure.
  • the invention serves to improve the injection of conventional systems in which a reciprocating pump delivers the fuel to the injectors.
  • the fuel pressure acting on the nozzle needle in the opening direction fluctuates according to the delivery characteristics of the fuel pump during the injection.
  • Such systems are also referred to in the literature as pressure-controlled systems.
  • the aim of the invention is to improve the quality of the injection in the entire injection range by reducing the injection quantities with a low atomization pressure at the beginning and at the end of the injection. This is achieved in that the forces acting on the nozzle needle in the closing direction prior to an injection and can be variably adjusted independently of one another after the start of injection. In some systems, if two control lines that can be controlled independently of each other in pressure are used, the variability is further increased.
  • control pressure can be generated either actively by a pump or passively by using the valve leakage. In some of the configurations set out below, fuel pressure is used for control.
  • the invention can also be used to represent a pre-injection or post-injection by means of appropriate control.
  • FIG. 1 shows the injection rate curve of an injection system without influencing the opening and closing pressure (dashed curve) and with influencing the opening and closing pressure (solid curve). It can be seen that the invention allows steeper opening and closing flanks with increased peak pressure to be achieved with the optimized system, similar to a course as is achieved with pressure accumulator injection systems.
  • the steeper closing flank is achieved, in particular, in that the pressure drop of the fuel to be injected does not fall below a predetermined pressure level by a corresponding increase in the closing force during the injection.
  • FIG. 2 Such an injection system with two injectors is shown in FIG. 2, each of which is assigned a fuel pump 1.
  • the pump piston 3 of the fuel pump 1 is driven by a cam 2.
  • the pressure in the injection line 4, which is connected to the feed line 6 of the injector 5, increases to a maximum value due to the characteristics of the fuel pump 1, and then drops again.
  • the fuel is therefore only delivered to the injector during the injection phase.
  • the injection is controlled by supplying the nozzle chamber 11 with the fuel pressure that is at a Collar on the nozzle needle 12 acts.
  • the injectors 5 have control spaces 13, 14 to which the control pressure of control lines 9 can be applied in order to vary both the opening pressure and the closing pressure. Opening pressure is understood to mean the pressure in the injection line 4 at which the nozzle needle 12 opens.
  • the closing pressure is understood to be the pressure in the injection line 4 at which the nozzle needle 12 closes.
  • a common control line 9 can be provided, which is connected to all injectors. The corresponding design options are shown in the following
  • the injectors 5 in the designs according to FIGS. 3a and 3b have a first control chamber 13 and a second control chamber 14.
  • the control spring 13 also houses the closing spring 15, which exerts a force in the closing direction on the nozzle needle 12 applies.
  • the control chambers 13 and 14 can be subjected to the pressure of a control medium in order to apply additional forces to the nozzle needle 12 in the closing direction via the pistons 16, 17 assigned to the control chambers 13, 14.
  • both control rooms 13, 14 are connected to control lines 7, 8, which branch off from a common control line 9.
  • the embodiment according to FIG. 3b differs from the embodiment according to FIG.
  • the piston 16 serves as a hold-down piston, by means of which the opening pressure is determined by pressurization. As indicated, the piston 16 is guided in a sealing manner. A sealing guide of the piston 16 can be omitted. In this case, the nozzle del serve with their back itself as a piston 16, provided that sufficient cross sections are provided between the spring stilts and their leadership. The same applies to the figures described below.
  • the piston 17 serves as a closing piston, by means of which the closing pressure is determined by pressurization.
  • Both pistons 16, 17 act on stilts on the nozzle needle 12 in the closing direction.
  • the appropriate control pressure is applied to the first control chamber 13 before the start of an injection.
  • the second control chamber 14 is subjected to control pressure after the nozzle needle 12 has carried out a stroke. This takes place automatically with the aid of the valve 18, in that the valve 18 is pressed open by the valve needle stroke of a valve rod 19 coupled to the closing piston 17, so that the control pressure is present in the second control chamber 14.
  • the same automatic connection also takes place in the exemplary embodiment according to FIG. 3b, wherein, as mentioned, there is only the difference that there are two separate control lines 7, 8 which allow a completely independent control of the opening and closing pressure.
  • the second control chamber 14 is connected to a relief line 21 via a throttle 20. The pressure in the second control chamber 14 decreases via the relief line 21 when the injection has ended. This again takes place automatically since the valve 18 is automatically closed by the nozzle needle 12.
  • injectors 5 are combined, in which either a 2/2 control valve 23 or a 3/2 control valve 24 controls a common control line 9 for opening and closing pressure.
  • Control lines 7 and 8 each branch from the common control line 9 to first (13) and second (14) control spaces. s in order to influence the opening and closing behavior of the injector by pressurizing the associated pistons 16 and 17.
  • a 2/2 control valve in combination with a throttle 20 arranged in a relief line 21 is used for control.
  • the throttle 20 relieves the pressure on the second control chamber 14, which regulates the closing pressure.
  • the first control chamber 13 remains pressurized with the control pressure, which of course is suitably adjusted before the next injection in order to achieve an intended opening pressure.
  • a control device is provided to adjust the pressure, but is not shown in detail. At the beginning of the next injection, only the first control chamber 13 is acted upon by the pressure prevailing in the control line 9 or 7, 8.
  • control takes place directly via a 3/2-way control valve 24, which also controls the relief.
  • the spring chamber is not used for pressurizing, rather two separate control pistons 16 and 17 are provided, the control chambers 13, 14 of which are connected to the control line 9 via a 3/2-way control valve 24.
  • FIGS. 5a to 5c show possible embodiments using two separate control lines 7, 8 for nozzle opening and nozzle closing pressure, which are switched by a 3/2 control valve.
  • FIGS. 5a and 5b each use a single control chamber 51 with an associated piston 52, which in each case one after the other, namely before the start of an injection with the one in (7) and after the start and before the end of the injection with the pressure in the second (8) control line is acted upon via a line 50.
  • the pressure in the second control line is higher than the pressure in the first control line. After the nozzle needle 12 has closed, the control chamber is relieved to the lower pressure of the control line 7.
  • two pistons 16, 17, which are coupled to one another, are used with associated control chambers 13, 14, which can be acted upon independently of one another with control pressure from the control lines 7, 8.
  • the control line 7 for the opening pressure remains permanently connected to the corresponding control chamber 13, and only the control line 8 for the closing pressure has to be controlled by a 3/2-way valve which connects the control chamber 14 to a relief line 21 after the end of the injection.
  • the fuel pressure present in the injection line 4 is used to control the closing pressure.
  • a control chamber 51 with an associated piston 52 is used to control the opening and closing pressure, which is acted upon successively by the pressure in the control line 7 and the pressure in the injection line 4.
  • the 2/2 control valve 23 connects the control line 8 with the injection line 4 when the pressure in the injection line falls below a predetermined level.
  • the piston 52 is designed such that when the fuel pressure is applied, the nozzle needle closes immediately.
  • control valve 31 is acted on two opposing surfaces on the one hand with the pressure in a line 32, which is connected to the control line 7 via a check valve 33 with throttle bypass, and on the other hand with the pressure prevailing in the injection line 4 queued in line 30. Due to the area ratio, the control valve 31 blocks a control line 8 for the closing pressure during an injection with sufficient fuel pressure. Only when there is a sufficient drop in the injection pressure towards the end of injection is the control valve 31 shifted into a position in which a passage is opened, so that the control chamber is acted upon by the control pressure from the control line 8 becomes. When the control pressure is applied to the piston 17, the nozzle needle 12 is immediately moved into the closed position.
  • the injector according to FIG. 6c works in a similar way. Only the design of the control valve 31 is different. As long as a high injection pressure is applied to the valve piston, the control line 8 leading to the piston 17 remains closed. Only when there is a pressure drop in the injection line 4 is the control line 8 released for the closing pressure by the control valve 31.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst eine Kraftstoffpumpe (1) zum Fördern von unter zunehmendem und abnehmendem Druck stehendem Kraftstoff, ferner einen Injektor (5) mit einer Einspritzdüse und einer Düsennadel (12) zur Steuerung von Beginn und Ende einer Einspritzung, wobei die Düsennadel (12) in den Einspritzpausen durch eine in Schliessrichtung an der Düsennadel (12) wirkende Kraft in Schliessstellung in Anlage an einem Ventilsitz gehalten wird, und wobei die Düsennadel (12) zur Erzeugung einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft auf einer Kreisringfläche mit dem Druck des von der Kraftstoffpumpe (1) geförderten Kraftstoffs beaufschlagbar ist. Eine Einspritzung beginnt, wenn die in Öffnungsrichtung gerichtete Kraft die in Schliessrichtung gerichtete Kraft übersteigt, wobei die in Schliessrichtung gerichtete Kraft vor Beginn einer Einspritzung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern variabel einstellbar ist.

Description

KraftStoffeinspritzeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten Kraftstoffpumpe, die zum Einspritzen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine Kraftstoff zu einem Injektor fördert. Zur Steuerung von Beginn und Ende einer Einspritzung wird ein Querschnitt der Düsennadel mit dem von der Kraftstoffpumpe gelieferten Kraftstoff beaufschlagt, der eine Öffnungskraft an der Düsennadel in Öffnungsrichtung bewirkt. Entsprechend der Fördercharakteristik der Hubkolbenpumpe steigt der Kraftstoffdruck bis zum Erreichen eines Höchstdrucks an, um dann wieder abzufallen. Bei derartigen herkömmlichen EinspritzSystemen erfolgt eine Einspritzung häufig in niedrigen Druckbereichen im Druckanstieg und im Druckabfall, die keine optimale Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zulassen.
Aus der US 4,403,585 geht ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Einspritzventil als bekannt hervor, bei welchem der Öffnungsdruck des Einspritzventils in Abhängigkeit von verschiedenen Motorparametern eingestellt werden kann, wie beispielsweise der Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur oder der Steuerstangenstellung. Die jeweils optimalen Öffnungsdrücke sind in einem Speicher abgelegt. Um den Einspritzbeginn zu variieren, wird die Düsennadelzuhaltekraft durch hydraulische Beaufschlagung eines auf die Ventilschließfeder wirkenden Kolbens variiert. Im Weiteren ist es beispielsweise aus der DE 25 00 644 C2 bekannt, dass Kraftstoffeinspritzventile in Folge der unterschiedlichen Beaufschlagungsquerschnitte für den Kraftstoff in geschlossenem und geöffnetem Zustand eine Differenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck aufweisen. Für den Öffnungsvorgang ist der außerhalb des Düsennadelsitzes liegende Ringquerschnitt, für den Schließvorgang jedoch der gesamte Querschnitt der Düsennadel maßgebend, was der Grund dafür ist, dass der Schließdruck stets unter dem Öffnungsdruck liegt. Für den Verbrennungsablauf ist dieser Effekt unerwünscht, da der Kraftstoff im Einspritzbereich nach Erreichen des Spitzendrucks mit abfallendem Druck immer schlechter zerstäubt wird. Deshalb wird der Schließdruck über den durch die Nadelgeometrie bestimmten Wert angehoben, indem die Düsennadel nach Einspritzbeginn mit einer zusätzlichen Schließkraft beaufschlagt wird. Hierzu dient ein Ventil, das einen Steuerraum über eine Drossel mit der Einspritzleitung verbindet. Im Steuerraum wird ein auf die Düsennadel wirkender Kolben druckbeaufschlagt. Nach dem Schließen der Düsennadel wird der Druck im Steuerraum über eine Drosselstelle abgebaut, die mit einer Kraftstoffleckleitung in Verbindung steht.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine konventionelle Kraftstoffeinspritzeinrichtung derart zu verbessern, dass der Einspritzverlauf über dem gesamten Bereich optimiert ist.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale dadurch gelöst, dass nicht nur die in Schließrichtung gerichtete Kraft vor Beginn einer Einspritzung (Öffnungsdruck) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern variabel einstellbar ist, sondern auch die auf die Düsennadel in Schließrichtung wirkende Kraft nach Beginn einer Einspritzung (Schließdruck) veränderbar ist. Vorteil ist, dass dadurch der Düsennadelhub in Abhängigkeit beliebiger Motorbetriebsparameter so beeinflusst werden kann, dass Einspritzbereiche mit schlechter Zerstäubung im Druckanstieg, aber auch im Druckabfall vermieden oder zumindest reduziert werden. Die Einspritzung ist in jedem Motorbetriebspunkt optimal, da die Düsenna- delöffnungskraft und die Düsennadelschließkraft optimal eingestellt werden können. Außerdem kann bei geeignetem Zusammenspiel zwischen Öffnungskraft und Zudrückkraft auf die Düsennadel die Einspritzung so beeinflusst werden, dass eine Vor-, Haupt- und eventuell sogar Nacheinspritzung möglich ist .
Gemäß besonders zweckmäßiger Ausgestaltungen werden die Zuhaltekräfte durch pneumatischen oder hydraulischen Druck aus einer oder mehreren Druckquellen erzeugt, wobei der Druck unmittelbar auf die Düsennadelrückseite, auf einen Kolben, der auf die Düsennadelrückseite drückt, oder auf einen Kolben, der die Schließfedervorspannung verändert, wirkt, wobei auch Kombinationen von diesen Kolbenanordnungen geeignet sind. Ferner ist es möglich, durch magnetische Kräfte auf die Düsennadelschließkrafte einzuwirken-.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Figur 1 zeigt einen Vergleich der Einspritzratenverläufe für ein System herkömmlicher Art und ein erfindungsgemäß optimiertes System;
Figur 2 zeigt ein Einspritzsystem mit zwei erfindungsgemäß in im Öffnungs- und Schließdruck veränderlichen Injektoren, denen jeweils eine Kraftstoffpumpe zugeordnet ist; Figuren 3a und 3b zeigen zwei Ausführungsbeispiele für Injektoren, bei denen die auf die Düsennadel in Schließrichtung wirkende Kraft zur Erzielung eines höheren Schließdrucks als auf Grund der Düsennadelgeometrie möglich selbsttätig erhöht wird, nachdem die Düsennadel den Öffnungshub ausgeführt hat;
Figuren 4a bis 4f zeigen über ein Steuerventil gesteuerte Ausführungsbeispiele, wobei der aus einer gemeinsamen Steuerleitung entnommene Steuerdruck nacheinander auf zwei verschiedene Kolben zur Erzielung des Öffnungs- und Schließdrucks wirkt .
Figuren 5a bis 5c zeigen über ein Steuerventil gesteuerte Ausführungen, wobei der Steuerdruck aus zwei separaten Steuerleitungen zur Beaufschlagung eines oder zweier Steuerräume entnommen wird;
Figuren 6a bis 6c zeigen Ausführungen, bei denen zur Steuerung des Schließdrucks der in der Einspritzleitung anstehende Druck benutzt wird.
Die Erfindung dient der Verbesserung der Einspritzung konventioneller Systeme, bei denen eine Hubkolbenpumpe den Kraftstoff zu den Injektoren liefert. Bei den betroffenen Systemen schwankt der an der Düsennadel in Öffnungsrichtung wirkende Kraftstoffdruck entsprechend der Fördercharakteristik der Kraftstoffpumpe während der Einspritzung. Solche Systeme werden in der Literatur auch als druckgesteuerte Systeme bezeichnet. Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, durch Verringerung der Einspritzmengen mit geringem Zerstäubungsdruck zu Beginn und zu Ende der Einspritzung die Qualität der Einspritzung im gesamten Einspritzbereich zu verbessern. Das wird dadurch erreicht, dass die auf die Düsennadel in Schließrichtung wirkenden Kräfte vor einer Einspritzung und nach Beginn der Einspritzung unabhängig voneinander variabel einstellbar sind. Bei einigen Systemen, wenn zwei im Druck unabhängig voneinander steuerbare Steuerleitungen verwendet werden, ist die Variabilität noch zusätzlich erhöht. Der Steuerdruck kann entweder aktiv durch eine Pumpe oder passiv durch Benutzung der Ventilleckage erzeugt werden. Bei einigen nachstehend ausgeführten Gestaltungen wird der Kraftstoffdruck zur Steuerung herangezogen. Die Erfindung im weiteren auch dazu benutzt werden, durch entsprechende Steuerung eine Vor- oder Nacheinspritzung darzustellen.
In Figur 1 ist der Einspritzratenverlauf eines Einspritzsystems ohne Beeinflussung des Öffnungs- und Schließdrucks (gestrichelter Verlauf) und mit Beeinflussung des Öffnungs- und Schließdrucks (durchgezogener Verlauf) dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich durch die Erfindung beim optimierten System steilere Öffnungs- und Schließflanken bei erhöhtem Spitzendruck erreichen lassen, ähnlich einem Verlauf, wie er bei Druckspeichereinspritzsystemen erzielt wird. Die steilere Schließflanke wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein vorgegebenes Druckniveau des einzuspritzenden Kraftstoffs im Druckabfall durch entsprechende Erhöhung der Schließkraft während der Einspritzung nicht unterschritten wird.
In Figur 2 ist ein derartiges Einspritzsystem mit zwei Injektoren dargestellt, denen jeweils eine Kraftstoffpumpe 1 zugeordnet ist. Der Pumpenkolben 3 der Kraftstoffpumpe 1 wird von einem Nocken 2 angetrieben. Der Druck in der Einspritzleitung 4, die mit der Zulaufleitung 6 des Injektors 5 verbunden ist, nimmt auf Grund der Charakteristik der Kraftstoffpumpe 1 bis zu einem Höchstwert zu, um dann wieder abzufallen. Der Kraftstoff wird somit zum Injektor nur während der Einspritzphase geliefert. Die Einspritzung wird durch Beaufschlagung des Düsenraums 11 mit dem Kraftstoffdruck gesteuert, der auf einen Bund an der Düsennadel 12 wirkt. Die Injektoren 5 besitzen mit dem Steuerdruck von Steuerleitungen 9 beaufschlagbare Steuerräume 13, 14, um sowohl den Öffnungsdruck als auch den Schließdruck zu variieren. Unter Öffnungsdruck wird dabei der Druck in der Einspritzleitung 4 verstanden, bei dem die Düsennadel 12 öffnet. Unter Schließdruck wird derjenige Druck in der Einspritzleitung 4 verstanden, bei dem die Düsennadel 12 schließt. Es kann, wie dargestellt, eine gemeinsame Steuerleitung 9 vorgesehen sein, die an alle Injektoren angeschlossen ist. Die entsprechenden konstruktiven Möglichkeiten sind an Hand der nachfolgenden Figuren dargestellt.
Zur Variierung des Öffnungs- und Schließdrucks besitzen die Injektoren 5 in den Ausführungen nach den Figuren 3a und 3b einen ersten Steuerraum 13 und einen zweiten Steuerraum 14. Im Steuerraum 13 ist zugleich auch die Schließfeder 15 untergebracht, die an der Düsennadel 12 eine Kraft in Schließrichtung aufbringt. Die Steuerräume 13 und 14 können mit dem Druck eines Steuermediums beaufschlagt werden, um an der Düsennadel 12 zusätzliche Kräfte in Schließrichtung über die den Steuerräumen 13, 14 zugeordneten Kolben 16, 17 aufzubringen. In Figur 3a sind beide Steuerräume 13, 14 an Steuerleitungen 7, 8 angeschlossen, die von einer gemeinsamen Steuerleitung 9 abzweigen. Die Ausführung gemäß Figur 3b ist zur Ausführung gemäß Figur 3a lediglich darin unterschiedlich, als dass dort keine gemeinsame Steuerleitung 9, sondern separate Steuerleitungen 7, 8 für den Öffnungsdruck und den Schließdruck verwendet werden. Dementsprechend können bei der Ausführung nach Figur 3b unterschiedliche Druckniveaus für Schließ- und Öffnungsdruck Anwendung finden. Der Kolben 16 dient als Niederhaltekolben, durch den durch Druckbeaufschlagung der Öffnungsdruck festgelegt wird. Der Kolben 16 ist, wie angedeutet, dichtend geführt. Eine dichtende Führung des Kolbens 16 kann entfallen. In diesem Fall würde die Düsenna- del mit ihrer Rückseite selbst als Kolben 16 dienen, vorausgesetzt, dass ausreichende Übertrittquerschnitte zwischen der Federstelze und ihrer Führung vorgesehen sind. Entsprechendes gilt auch für die weiter unten beschriebenen Figuren. Der Kolben 17 dient als Schließkolben, durch den durch Druckbeaufschlagung der Schließdruck festgelegt wird. Beide Kolben 16, 17 wirken über Stelzen an der Düsennadel 12 in Schließrichtung. Zur Erzielung des Einspritzratenverlaufs gemäß Figur 1 wird der erste Steuerraum 13 vor Beginn einer Einspritzung mit dem geeigneten Steuerdruck beaufschlagt. Der zweite Steuerraum 14 wird mit Steuerdruck beaufschlagt, nachdem die Düsennadel 12 einen Hub ausgeführt hat. Dies erfolgt mit Hilfe des Ventils 18 selbsttätig, indem durch den Düsennadelhub von einer mit dem Schließkolben 17 gekoppelten Ventilstange 19 das Ventil 18 aufgedrückt wird, so dass der Steuerdruck im zweiten Steuerraum 14 anliegt. Die gleiche selbsttätige Zuschaltung erfolgt auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3b, wobei, wie erwähnt, lediglich der Unterschied besteht, dass zwei separate Steuerleitungen 7, 8 vorhanden sind, die eine völlig unabhängige Steuerung von Öffnungs- und Schließdruck erlauben. Der zweite Steuerraum 14 ist bei beiden Ausführungen jeweils über eine Drossel 20 mit einer Entlastungsleitung 21 verbunden. Über die Entlastungsleitung 21 erniedrigt sich der Druck im zweiten Steuerraum 14, wenn die Einspritzung beendet ist. Dies erfolgt wiederum selbsttätig, da das Ventil 18 durch die Düsennadel 12 selbsttätig geschlossen wird.
Mit den Ausführungsformen nach den Figuren 4a bis 4f sind Injektoren 5 zusammengefasst, bei denen entweder ein 2/2- Steuerventil 23 oder ein 3/2-Steuerventil 24 eine gemeinsame Steuerleitung 9 für Öffnungs- und Schließdruck beherrscht. Von der gemeinsamen Steuerleitung 9 zweigen jeweils Steuerleitungen 7 und 8 zu ersten (13) und zweiten (14) Steuerräu- en ab, um durch Druckbeaufschlagung der zugeordneten Kolben 16 und 17 das Öffnungs- und Schließverhalten des Injektors zu beeinflussen.
Bei Figur 4a dient ein 2/2-Steuerventil in Kombination mit einer in einer Entlastungsleitung 21 angeordneten Drossel 20 zur Steuerung. Mit der Drossel 20 erfolgt nach dem Düsenschließen eine Entlastung des zweiten Steuerraums 14, der den Schließdruck regelt. Der erste Steuerraum 13 bleibt mit dem Steuerdruck beaufschlagt, der natürlich vor der nächsten Einspritzung in geeigneter Weise angepasst wird, um einen vorgesehenen Öffnungsdruck zu erzielen. Zur Anpassung des Drucks ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die jedoch nicht näher dargestellt ist. Bei Beginn der nächsten Einspritzung ist nur der erste Steuerraum 13 mit dem in der Steuerleitung 9 bzw. 7, 8 herrschenden Druck beaufschlagt.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 4b erfolgt die Steuerung direkt über ein 3/2-Steuerventil 24, das auch die Entlastung steuert.
Bei der Ausführungsform nach Figur 4c wird nicht der Federraum zur Druckbeaufschlagung benutzt, vielmehr sind zwei hintereinander angeordnete separate Steuerkolben 16 und 17 vorgesehen, deren Steuerräume 13, 14 über ein 3/2-Steuerventil 24 mit der Steuerleitung 9 verschaltet werden.
Die Figuren 4d und 4e entsprechen den Ausführungsformen gemäß den Figuren 4b und 4a mit dem Unterschied, - dass die Einstellung des Öffnungsdrucks über die Veränderung der Federvorspannung der Schließfeder 15 erfolgt, wozu im Raum der Schließfeder 15 ein dichtend geführter Kolben 16 vorgesehen ist, der eine obere Abstützung für die Schließfeder 15 bildet. Die Figur 4f zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektromagnetisch betätigten Steuerventils 20, das eine vom Steuerraum 14 wegführende Entlastungsleitung 21 öffnet. Der Schließdruck kann in Kombination mit einer Zulaufdrossel in der Steuerleitung 8 durch Variierung des Öffnungsquerschnitts unabhängig vom Steuerdruck in der Steuerleitung 9 verändert werden. Die Figuren 5a bis 5c zeigen Ausführungsmöglichkeiten unter Verwendung zweier separater Steuerleitungen 7, 8 für Düse- nöffnungs- und Düsenschließdruck, die von einem 3/2- Steuerventil geschaltet werden.
Die Ausführungsformen nach den Figuren 5a und 5b bedienen sich jeweils eines einzigen Steuerraums 51 mit zugeordnetem Kolben 52, der jeweils nacheinander, nämlich vor Beginn einer Einspritzung mit dem in der ersten (7) und nach Beginn und vor dem Ende der Einspritzung mit dem Druck in der zweiten (8) Steuerleitung über eine Leitung 50 beaufschlagt wird. Der Druck in der zweiten Steuerleitung ist höher als der Druck in der ersten Steuerleitung. Nachdem die Düsennadel 12 geschlossen hat, wird der Steuerraum auf den niedrigeren Druck der Steuerleitung 7 entlastet.
Gemäß Ausführungsform der Figur 5c werden zwei miteinander gekoppelte Kolben 16, 17 mit zugehörigen Steuerräumen 13, 14 verwendet, die unabhängig voneinander mit Steuerdruck aus den Steuerleitungen 7, 8 beaufschlagbar sind. Die Steuerleitung 7 für den Öffnungsdruck bleibt ständig mit dem entsprechenden Steuerraum 13 verbunden, und nur die Steuerleitung 8 für den Schließdruck muss durch ein 3/2-Steuerventil gesteuert werden, das nach Beendigung der Einspritzung den Steuerraum 14 mit einer Entlastungsleitung 21 verbindet. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 6a bis 6c wird zur Steuerung des Schließdrucks der in der Einspritzleitung 4 anstehende Kraf stoffdruck verwendet.
Bei der Ausführungsform nach Figur 6a wird zur Steuerung von Öffnungs- und Schließdruck ein Steuerraum 51 mit zugeordnetem Kolben 52 verwendet, der nacheinander mit dem in der Steuerleitung 7 und dem in der Einspritzleitung 4 anstehenden Druck beaufschlagt wird. Das 2/2-Steuerventil 23 verbindet die Steuerleitung 8 mit der Einspritzleitung 4, wenn der Druck in der Einspritzleitung ein vorgegebenes Niveau unterschreitet. Der Kolben 52 ist so ausgelegt, dass bei Beaufschlagung mit dem Kraftstoffdruck ein sofortiges Schließen der Düsennadel erfolgt .
Gemäß den Figuren 6b und 6c dienen wiederum separate Steuerräume 13, 14 mit zugeordneten Kolben 16, 17 zur Steuerung von Öffnungs- und Schließdruck. Beiden Injektoren ist gemeinsam, dass ein Steuerventil 31 verwendet wird, das auf einen Druckabfall in der Einspritzleitung 4 reagiert.
Im Fall von Figur 6b ist das Steuerventil 31 auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen einerseits mit dem Druck in einer Leitung 32, die mit der Steuerleitung 7 über ein Rückschlagventil 33 mit Drosselbypass in Verbindung steht, beaufschlagt und andererseits mit dem in der Einspritzleitung 4 herrschenden Druck der in der Leitung 30 ansteht. Auf Grund der Flächenverhältnisse sperrt das Steuerventil 31 während einer Einspritzung bei ausreichendem Kraf stoffdruck eine Steuerleitung 8 für den Schließdruck. Erst wenn ein ausreichender Abfall des Einspritzdrucks gegen Ende der Einspritzung auftritt, wird das Steuerventil 31 in eine Lage verschoben, in der ein Durchgang geöffnet wird, so dass der Steuerraum mit dem Steuerdruck aus der Steuerleitung 8 beaufschlagt wird. Bei Beaufschlagung des Kolbens 17 mit dem Steuerdruck wird die Düsennadel 12 sofort in Schließstellung verschoben.
Nach Einspritzende erfolgt die Entlastung des Steuerraums 14
0 über eine Entlastungsleitung mit Drossel bei gleichzeitigem
Verschluss der Steuerleitung 8.
Der Injektor gemäß Figur 6c arbeitet in ähnlicher Weise. Lediglich die Bauart des Steuerventils 31 ist unterschiedlich. Solange ein hoher Einspritzdruck an dem Ventilkolben anliegt, bleibt die zum Kolben 17 führende Steuerleitung 8 verschlossen. Erst bei einem Druckabfall in der Einspritzleitung 4 wird die Steuerleitung 8 für den Schließdruck vom Steuerventil 31 frei gegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpe (1) zum Fördern von unter zunehmendem und abnehmendem Druck stehendem Kraftstoff, und mit einem Injektor
(5) mit einer Einspritzdüse und mit einer Düsennadel (12) zur Steuerung von Beginn und Ende einer Einspritzung, wobei die Düsennadel (12) in den Einspritzpausen durch eine in Schließrichtung an der Düsennadel (12) wirkende Kraft in Schließstellung in Anlage an einem Ventilsitz gehalten wird, und wobei die Düsennadel (12) auf einer Kreisringfläche mit dem Druck des von der Kraftstoffpumpe (1) geförderten Kraftstoffs zur Erzeugung einer in Öffnungsrichtung gerichteten Kraft beaufschlagbar ist, und wobei eine Einspritzung beginnt, wenn die in Öffnungsrichtung gerichtete Kraft die in Schließrichtung gerichtete Kraft übersteigt, wobei die in Schließrichtung gerichtete Kraft vor Beginn einer Einspritzung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern variabel einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Düsennadel (12) in Schließrichtung wirkende Kraft nach Beginn einer Einspritzung veränderbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schließrichtung wirkende Kraft nach Beginn der Einspritzung im Vergleich zu der vor der Einspritzung in Schließrichtung wirkenden Kraft erhöhbar ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schließrichtung wirkende Kraft während der Einspritzung um mindestens den Betrag erhöhbar ist, um den sich die Kraft in Öffnungsrichtung nach Beginn der Einspritzung aufgrund der zusätzlich von Kraftstoffdruck beaufschlagten Düsennadelquerschnittsflache erhöht.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schließrichtung wirkende Kraft nach Beginn der Einspritzung zur sofortigen Beendigung der Einspritzung auf eine die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft übersteigende Kraft erhöht wird.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schließrichtung wirkende Kraft nach Beginn der Einspritzung um einen Betrag erhöhbar ist, der gewährleistet, dass ein vorgegebenes Druckniveau des einzuspritzenden Kraftstoffs im Druckabfall nicht unterschreitbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (12) eine in Schließrichtung wirkende Schließfeder (15) angreift.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (12) in Schließrichtung mit einer magnetischen Kraft beaufschlagbar ist .
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (5) mit zwei Steuerräumen (13, 14) ausgebildet ist, denen Kolben (16, 17) zugeordnet sind, die bei Beaufschlagung mit einem Steuerdruck die an der Düsennadel (12) in Schließrichtung wirkenden Kräfte bewirken.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerraum (13) bei Einspritzbeginn mit einem in einer ersten Steuerleitung (7) herrschenden Steuerdruck beaufschlagt ist, während der zweite Steuerraum (14) mit einem Entlastungskanal (21) verbunden ist, und dass der zweite Steuerraum (14) nach Einspritzbeginn mit einem in einer zweiten Steuerleitung (8) herrschenden Steuerdruck beaufschlagbar ist.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuerleitung
(7, 8) Abzweigleitungen sind, die von einer gemeinsamen Steuerleitung (9) abzweigen.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerleitung (14) düsennadelhubabhängig selbsttätig freischaltbar ist.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerleitung (14) ein 2/2-Steuerventil (23) enthält, und dass in der mit dem Steuerraum (14) verbundenen Entlastungsleitung (21) ein Drosselventil ( 8) angeordnet ist.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerleitung (8) ein 3/2-Steuerventil (24) enthält, das den Steuerraum (14) mit der zweiten Steuerleitung (8) oder der Entlastungsleitung (21) verbindet.
14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Steuerleitung (8) eine Zulaufdrossel (29) und in der Entlastungsleitung (21) ein den Querschnitt der Entlastungsleitung (21) steuerndes Steuerventil (23) angeordnet ist.
15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Steuerleitung (8) ein vom in der Einspritzleitung (4) herrschenden Kraftstoffdruck betätigbares Steuerventil (31) angeordnet ist, das die zweite Steuerleitung (8) mit dem zweiten Steuerraum (14) verbindet, wenn in der Einspritzleitung (4) ein vorgegebener Druckabfall auftritt .
16. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (23) die zweite Steuerleitung (8) mit der Einspritzleitung (4) verbindet.
17. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (5) mit einem Steuerraum (51) ausgebildet ist, der vor und während der Einspritzung über eine erste und eine zweite Steuerleitung (7, 8) nacheinander mit unterschiedlichen Steuerdrücken beaufschlagbar ist und entsprechend unterschiedliche, an der Düsennadel (12) in Schließrichtung wirkende Kräfte bewirkt.
18. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Einspritzung der Steuerraum (51) mit der ersten Steuerleitung (7) verbunden ist, und dass in der zweiten Steuerleitung (8) ein vom in der Einspritzleitung (4) herrschenden Kraftstoffdruck betätigbares Steuerventil (23) angeordnet ist, das die zweite Steuerleitung (8) mit dem Steuerraum (51) verbindet, wenn in der Einspritzleitung (4) ein vorgegebener Druckabfall auftritt.
19. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (23) die zweite Steuerleitung (8) mit der Einspritzleitung (4) verbindet.
20. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche - bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerdruck ein pneumatisches oder hydraulisches Medium dient.
21. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche - bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruck jeweils über gemeinsame Steuerleitungen (7; 8; 9) mit gleichartigen Steuerräumen (13; 14; 51) mehrerer Injektoren (5) eines Kraftstoffeinspritzsystems verbunden ist.
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