EP1611344A1 - Hubgesteuerter common-rail-injektor mit steller für schwingungsanregung - Google Patents

Hubgesteuerter common-rail-injektor mit steller für schwingungsanregung

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EP1611344A1
EP1611344A1 EP03753328A EP03753328A EP1611344A1 EP 1611344 A1 EP1611344 A1 EP 1611344A1 EP 03753328 A EP03753328 A EP 03753328A EP 03753328 A EP03753328 A EP 03753328A EP 1611344 A1 EP1611344 A1 EP 1611344A1
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EP
European Patent Office
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fuel
pressure
injector
actuator
valve
Prior art date
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EP03753328A
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English (en)
French (fr)
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EP1611344B1 (de
Inventor
Michael Kurz
Achim Brenk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1611344A1 publication Critical patent/EP1611344A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1611344B1 publication Critical patent/EP1611344B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
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    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/06—Use of pressure wave generated by fuel inertia to open injection valves

Definitions

  • the pressure which is present at the nozzle of the injector drops when the nozzle needle is opened for an injection process into the combustion chamber of the engine.
  • This causes vibration excitation in a connecting line from the injector to the pressure accumulator, the frequency and amplitude of the oscillation being dependent on the flow through said nozzle, the line length and the line cross section, and the pressure in the pressure accumulator.
  • the amplitude can be up to 25% of the pressure in the pressure accumulator (rail pressure). Because of the reduced pressure at the nozzle, the injection process begins with a lower pressure than the rail pressure.
  • the stroke-controlled injector mentioned is one in which the nozzle needle (also referred to as valve piston) of the injection valve, when the control valve is closed, on the one hand from a pressure in a control chamber at that point facing away from the injection opening. End of the nozzle needle, and on the other hand is acted upon by the rail pressure on a piston surface provided on the nozzle needle in the vicinity of the injection openings of the injection valve.
  • the arrangement is such that the nozzle needle is kept closed until, by opening a control valve, the pressure in the control chamber is reduced to such an extent that the force on the piston surface mentioned near the nozzle outweighs the force generated by the control chamber.
  • the invention has for its object to provide a way to start the injection only when a vibration excited in the hydraulic system between the pressure accumulator and the injector generates a pressure at the injector that is higher than the above by opening the valve resulting collapsed (i.e. reduced compared to the rail pressure) pressure. It can be advantageous that the injection process only begins when a pressure close to the rail pressure or even higher than this is available for the injection.
  • the features of claim 1 achieve the advantage that in preparation for the injection with the injection valve remaining closed, an oscillation is excited in the high-pressure line connecting the injector to the pressure accumulator, but the injection nozzle is still closed. At a suitable later point in time, at which a vibration is then preferably caused by the excited vibration If the pressure in the area of the injector is excessive, the injection valve is opened, as a result of which the injection process into the combustion chamber of the internal combustion engine can take place at high pressure, in any case at a higher pressure than in the prior art described.
  • the vibration is excited by removing fuel from the high-pressure accumulator, preferably in the area of the high-pressure line, the injector of which is to be activated.
  • the removal of fuel can take place directly from the high-pressure accumulator or from the high-pressure line at a suitable point which, depending on the technical circumstances, can be close to the high-pressure accumulator, close to the injector or at an intermediate location.
  • the fuel withdrawal results in a flow of fuel from the. Pressure accumulator directed towards the injector, which may be useful for a particularly strong vibration excitation.
  • the fuel is withdrawn through a valve that is separate from the injector.
  • the injector can be a conventional injector which is actuated in a known manner to open the injection valve. In other configurations of the invention, the fuel is withdrawn within the injector. This offers the possibility of providing a single valve for the aforementioned fuel extraction for vibration excitation and for opening the stroke-controlled injector, as in two exemplary embodiments described below.
  • the quantity per unit of time of the fuel removed from the pressure accumulator before the injection valve is opened and the duration during which this quantity of fuel flows are dimensioned such that the oscillation is excited with a desired amplitude.
  • the above explanations also describe a method according to the invention with configurations in which an oscillation is first excited by taking fuel without an injection process and then an injection process can be initiated.
  • the storage pressure can be, for example, up to 1600 bar or higher.
  • Preferred embodiments shown in the drawings effect the described process by means of hydraulic elements arranged inside the injector, which cause the flow of fuel to start before the injection valve opens and cause the time delay until the injection valve opens.
  • the time sequence described, in particular the delay time is determined by structural properties of the injector designed according to the invention in cooperation with the vibration properties of the line and the pressure of the pressure accumulator.
  • FIG. 1 shows a simplified longitudinal section of a first exemplary embodiment of an injector with a stroke-controlled nozzle needle and a displaceably arranged actuator, the pressure in the control chamber of the nozzle needle also acting on one end of the actuator;
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an injector, likewise with an actuator and a stroke-controlled nozzle needle, the actuator being assigned an actuator control chamber which is structurally and functionally separate from the control chamber of the nozzle needle;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an arrangement with a separate valve for vibration excitation
  • Fig. 1 shows an injector 1 with its parts necessary for understanding the invention.
  • the drawing is also simplified to the extent that it is not apparent how the injector is composed of individual parts.
  • An injector 1 has a housing 3 which has two bores 5 and 7 of different diameters arranged linearly one behind the other, the diameter of the bore 7 being somewhat larger than that of the bore 5.
  • a valve piston which is essentially of constant diameter over its entire length 9 closes with a lower frustoconical region 11 the passage of fuel which is fed to a channel 12 of the injector from a pressure accumulator (CR) 13 via a high pressure line 14 connecting the injector to the pressure accumulator.
  • the channel 12 is connected, inter alia, to a space 15 in the lower region of the injector 1, from where the fuel reaches outlet openings 17 when the injection valve (i.e. valve piston 9) is open.
  • the valve piston 9 has in its upper end region a diagonally running bore 21 which opens into an annular groove 22 on both sides.
  • a bore 23 leads from the line 21 in the longitudinal direction of the valve piston 9, with the inclusion of a constriction serving as an inlet throttle Z2, to an upper end face 25 of the valve piston.
  • the two holes 5 and 7 are approximately the same length.
  • a hydraulic element is slidably arranged, which partly acts as a switch, but at the same time is also part of a delay device, as will be explained.
  • This hydraulic element is referred to here as an actuator 35 or actuating element and is formed by an essentially tubular part.
  • the actuator 35 has a radial bore 37 which extends from the outside to the inside of the tubular part and opens into the annular groove 22 there. On the outside, the bore 37 is in fluid communication with an annular groove 39 arranged in the housing 3, regardless of the respective displacement position of the actuator 35 within its bore 7.
  • the groove 39 is in turn connected to the channel 12.
  • the actuator 35 there is another channel 43, one end of which is also connected to the groove 39.
  • the other end of the channel 43 is connected to the upper end face 45 of the actuator 35 via an inlet throttle Z1.
  • the parts arranged within the housing 3 are not particularly secured with respect to rotation and can therefore assume any rotational positions.
  • an annular sealing bead 47 is provided on the end wall 46 on an end wall 46 for closing the channel 43 ,
  • the actuator is acted upon in an upward direction by a compression spring 51 arranged below the actuator 35 and assumes its upper end position, unless a pressure in the control chamber 41 counteracts this. In the position shown, the actuator 35 assumes its lowest position, in which it strikes in a shoulder formed between the bores 5 and 7.
  • the control chamber 41 is connected in a known manner via an outlet throttle A to an electromagnetically operated valve 52, which is not shown completely in the drawing, and when it is actuated, a spherical closure element 53 is raised, which closes the path for fluid from the control chamber 41 via the outlet throttle A. releases a leakage channel 55 which, together with a further leakage channel 56 opening into the space occupied by the spring 51, opens into a main leakage channel 57, from which the fuel is ultimately returned to the fuel tank of the internal combustion engine.
  • the leakage channel 56 has no other function than to discharge fuel which has entered the space occupied by the spring 51 through unavoidable sealing gaps.
  • a spring biasing the valve piston 9 into its closed position in the idle state is not shown to simplify the drawing.
  • valve element 53 With the internal combustion engine running, fuel is supplied to the channel 12 at high pressure. First, the valve element 53 is closed. The fuel passes through the grooves 39 and 22 and the channels 23 and 43 to the upper end of the valve piston 9 and the actuator 35 and moves the parts mentioned, insofar as they are not already in their lower end position, down to their respective stops. To simplify the description, it is assumed that this position of the parts relative to one another is present when the control chamber 41 is completely filled before the first injection process considered here. To initiate an injection process, the closure element 53 of the control valve 52 is opened. With conventional injectors, the injection valve would now be opened almost immediately and an injection would be initiated.
  • the closing process of the injection valve is caused by the valve part 53 blocking the path for fuel from the control chamber 41 via the throttle A. Then, fuel passes under pressure into the control chamber via channels 37, 23 and 43 and increases the pressure there until the injection valve closes.
  • the passage of time is predetermined by design features, in particular dimensions of the individual parts.
  • the annular sealing bead 47 is only one possibility of several to reduce the inflow of fuel from the channel 12 into the control chamber 41 when the actuator 35 has assumed a predetermined upper position.
  • the solution described here is probably the simplest.
  • the channel 43 formed by bores there could also be a suitably dimensioned longitudinal groove in the housing 3, which is connected to the groove 39 and whose upper end is closed by the outer surfaces of the actuator when an upper switch-off position is reached, which is not excluded that the actuator can move upwards beyond this position.
  • the actuator 35 need not be in contact or in the immediate vicinity of the injection valve piston 9.
  • the actuator 35 could instead be arranged as an essentially cylindrical part in another bore within the housing 3, but the space above this actuator must be in communication with the control chamber of the injection valve 9.
  • the exemplary embodiment shown is preferred in terms of space requirements, simple, precise manufacture and the ability to absorb high pressures. The statements just made also largely apply to the further exemplary embodiment described with reference to FIG. 2.
  • the further exemplary embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 2 differs with regard to the mechanical parts insofar as they are shown in FIG. 1, mainly in the following way:
  • FIG. 2 Another device is provided which generates an upward force on the actuator 85 of FIG. 2.
  • the actuator 85 is extended downward in a radially inner region relative to the radially outer region to such an extent that the annular space 88 visible in FIG. 2, into which the channel 81 opens, always remains closed in a radially inward direction.
  • line 113 is always connected to channel 12, e.g. in that the groove 39 is long enough.
  • the actuator 85 is braked either by the stop 95 or by switching the valve 110.
  • groove 39 is shorter than shown in Fig. 2; the leakage is then reduced, that is to say less fuel is drawn from the high-pressure accumulator to excite vibrations.
  • the movement of the actuator 85 has no influence whatsoever on the flow of fuel into and out of the control chamber 97 of the valve piston 9.
  • the function in the arrangement according to FIG. 2 is controlled by three different positions of a 3/3-way valve 110.
  • the valve 110 is electromagnetically driven in an embodiment that is not shown in detail.
  • the control rooms 97 and 98 are spatially separated from one another. In the position shown, the control chambers 97 and 98 are connected to one another and at the same pressure by the valve 110, the pressure of the control chamber 97 being so high that the injection valve is closed. Both control rooms 97 and 98 are practically closed. In this position, the ends of the throttle AD facing away from the control spaces are for the control space of the injection valve and the throttle AS are for the control space. connected to each other.
  • the control device moves the 3/3-way valve 110 into its switching position lying on the far right in FIG. 2. In this position, the path for the fuel within the control chamber 97 of the injection valve needle is now also released into the leakage channel via the throttle AD, and the injection valve opens as a result of this pressure drop in the control chamber 97.
  • the constructional predetermined time sequences in connection with the vibration-determining dimensions of the line system between the pressure accumulator and the injector are dimensioned such that the removal of fuel from the pressure accumulator caused by the movement of the actuator excites a sufficiently strong oscillation that starting at the injector, runs back to the pressure accumulator as a dilution wave and is reflected in the accumulator (which may be regarded as a closed volume), is reflected as a pressure wave and returns to the injector as a pressure wave.
  • the pressure wave can also be interpreted in such a way that the dilution wave arriving at the pressure accumulator results in a particularly violent outflow of fuel from the pressure accumulator, this violent inflow of fuel arriving as a pressure wave at the injector.
  • the arrangement is such that, depending on the desired injection process, the injection valve is fully open for a longer or shorter time before the pressure wave arrives from the pressure accumulator, so that in this case the injection begins at a lower pressure and is then amplified when the pressure wave arrives ; or that in another case the injection valve is only opened shortly before the pressure wave arrives, so that practically the injection begins immediately with the high pressure.
  • the upper end of the channel 43 is closed by the sealing bead 47 in the upper end position of the actuator 35, but is open in other positions of the actuator, a 2/2-way valve is formed. This has the effect that, depending on the position of the actuator 35, either the two channels 43 and 23 or only the channel 23 are connected to the channel in which the throttle A is arranged. As described, this last-mentioned channel is opened and closed by the movable valve part 53.
  • the desired behavior of the function of the injection valve in relation to the pressure profile within the connecting line to the pressure accumulator is achieved by appropriately actuating the 3/3-way valve 110.
  • An upward slower movement of the actuator can be achieved by switching back and forth between the shown position of the valve 110 and the adjacent position. If the actuator 85 reaches the top with the injector open so that the flow of fuel through the actuator is interrupted, this creates a pressure increase (dynamic pressure), which can cause a further increase in the pressure at the injection openings and therefore an increase in the injection rate.
  • the 3/3-way valve also takes over the function of the control valve 52 of FIG. 1, in which the movable valve part 53 is located.
  • FIG. 2 thus shows an arrangement which is characterized in that an actuator (85) or hydraulically adjustable switching element is arranged in the injector and can be moved between two end positions, that an actuator control chamber (98) is assigned to the actuator (85) which is separated from a control chamber (97) assigned to the valve piston (9), and that the two control rooms can either be shut off by a valve arrangement (110) or can be connected to a low pressure area, or the actuator control room is connected to the low pressure area and the valve piston control chamber is shut off, channels being provided in the region of the actuator and the valve piston in order to conduct fuel under pressure into the assigned control chamber.
  • an actuator (85) or hydraulically adjustable switching element is arranged in the injector and can be moved between two end positions, that an actuator control chamber (98) is assigned to the actuator (85) which is separated from a control chamber (97) assigned to the valve piston (9), and that the two control rooms can either be shut off by a valve arrangement (110) or can be connected to a low pressure area, or the actuator control room is connected to the low pressure area and the valve
  • FIG. 3 shows in simplified form an arrangement with the pressure accumulator 13 intended for fuel, which is filled with fuel under pressure (for example 1600 bar) from a fuel tank via pumps (not shown) and which is connected to a conventional stroke-controlled injector 201 via the high-pressure line 14.
  • fuel under pressure for example 1600 bar
  • pumps not shown
  • high-pressure line 14 In an internal combustion engine for passenger cars, for example, there are several engine cylinders and therefore a corresponding number of injectors and high-pressure lines.
  • Each injector has a leakage line leading to a collection leakage line 205 and from there to the fuel tank.
  • an electrically controllable valve 210 is connected between the high-pressure line and the leakage collecting line in the area of the high-pressure line 14, in the example near the end that is connected to the injector 201.
  • the valve 210 allows fuel to be discharged from the high-pressure accumulator i ⁇ to the low-pressure region, as a result of which vibration in the high-pressure line is excited, as explained above, before the injector starts an injection.
  • the injector is electrically controlled to initiate an injection process. It is expediently activated and that of valve 210 by means of an activation device 220 in the desired chronological order.
  • the following methods and variants are carried out by means of the arrangement according to FIG. 3: Fuel is drawn from the pressure accumulator in order to excite an oscillation of the pressure at the stroke-controlled injector without starting an injection.
  • the fuel is taken from the pressure accumulator.
  • the fuel is taken from the high-pressure line.
  • the fuel is taken from the high-pressure line at a point such that a flow of fuel is caused in the direction of the injector.
  • the fuel is drawn from the high pressure line near the injector.
  • the fuel is removed from the pressure accumulator and the high-pressure line in the interior of the stroke-controlled injector or more generally from the stroke-controlled injection device without starting an injection process.
  • the high-pressure line is always filled with fuel during the operation of the injection devices or the associated internal combustion engines.
  • 4a to 4d are representations over time (horizontal axis).
  • 4a is 400 the path of the actuator 35 starting from the rest position of FIG. 1.
  • the increase begins with the opening of the valve 52.
  • FIG. 4b is the corresponding pressure curve 403 in the control chamber 41. Even if the pressure drops to p1 the valve piston 9 remains closed (curve 402 in FIG. 4a).
  • the oscillation in the high pressure line is now excited (pressure reduced compared to the rail pressure, curve 404 in Fig. 4c and reaches the rail pressure again at time T / 2 (half oscillation period).
  • the channel 43 is closed, the pressure of the control chamber continues to decrease off to p2 and the valve piston is opened (curve 402). It is open during the maximum pressure at the injector.
  • the injection rate is shown by curve 405 in FIG. 4d.
  • FIG. 4a also shows by curve 401 that the opening of the valve piston can be adjusted by the arrangement according to FIG. 2; in the example, an actuation earlier than FIG. 1 is shown; later actuation is also possible.
  • 5a and 5b are representations over time (horizontal axis).
  • Curve 500 shows the path of actuator 85 of FIG. 2, and curve 501 shows the opening of the valve piston at a relatively low pressure, predetermined by a sequence of actuation of valve 110 selected in this example. Curve points to the maximum of the curve a pressure increase when the actuator 85 is closed.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzanordnung für Verbrennungsmotoren mit einem Druckspeicher zum Speichern von Kraftstoff unter Druck, mit mindestens einem hubgesteuerten Injektor, der mit dem Druckspeicher über eine Hochdruckleitung für den Kraftstoff verbunden ist, wobei der Druckspeicher und die Hochdruckleitung Teil eines Hochdrucksystems sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Entnehmen von Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem und Ableiten in einen Niederdruckbereich bei geschlossenem Einspritzventil in der Weise vorgesehen ist, dass bei dem Entnehmen von Kraftstoff eine Schwingung des Kraftstoffs in der dem Injektor (1) zugeordneten Hochdruckleitung (14) erzeugt wird. Dies schafft eine Möglichkeit, das Einspritzen erst dann zu beginnen, wenn eine in dem hydraulischen System zwischen dem Druckspeicher und dem Injektor angeregte Schwingung einen Druck am Injektor erzeugt, der höher ist als ein durch Öffnen des Ventils zusammengebrochener Druck.

Description

Hubgesteuerter Common-Rail-Injektor mit Steller für Schwingungsanrequnq
Stand der Technik
Bei heutigen hubgesteuerten Injektoren für von einem Druckspeicher (z.B. Common rail) unter hohem Druck gelieferten Kraftstoff für Verbrennungsmotoren sinkt der Druck, der an der Düse des Injektors anliegt, ab, wenn die Düsennadel für einen Einspritzvorgang in den Brennraum des Motors geöffnet wird. Hierdurch erfolgt eine Schwingungsanregung in einer Verbindungsleitung vom Injektor zum Druckspeicher, wobei die Frequenz und Amplitude der Schwingung vom Durchfluss durch die genannte Düse, der Leitungslänge und dem Leitungsquerschnitt sowie dem Druck im Druckspeicher abhängt. Die Größe der Amplitude kann je nach Einspritzsystem bis zu 25% des Drucks des Druckspeichers (Raildruck) betragen. Wegen des verringerten Drucks an der Düse beginnt der Einspritzvorgang mit einem gegenüber dem Raildruck verringerten Druck.
Bei dem genannten hubgesteuerten Injektor handelt es sich bekanntlich um einen solchen, bei dem die Düsennadel (auch als Ventilkolben bezeichnet) des Einspritzventils bei geschlossenem Steuerventil einerseits von einem Druck in einem Steuerraum an dem der Einspritzöffnung abgewandten. Ende der Düsennadel, und andererseits vom Raildruck an einer an der Düsennadel vorgesehenen Kolbenfläche in der Nähe der Einspritzöffnungen des Einspritzventils beaufschlagt ist. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Düsennadel geschlossen gehalten wird, bis durch Öffnen eines Steuerventils der Druck in dem Steuerraum so weit abgesenkt ist, dass die Kraft an der genannten Kolbenfläche nahe der Düse die durch den Steuerraum erzeugte Kraft überwiegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, das Einspritzen erst dann zu beginnen, wenn eine in dem hydraulischen System zwischen dem Druckspeicher und dem Injektor angeregte Schwingung einen Druck am Injektor erzeugt, der höher ist als der oben genannte durch Öffnen des Ventils entstehende zusammengebrochene (das heißt gegenüber dem Raildruck reduzierte) Druck. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass der Einspritzvorgang erst beginnt, wenn ein Druck nahe dem Raildruck oder sogar höher als dieser für die Einspritzung zur Verfügung steht.
Vorteile der Erfindung
Durch die Merkmale des Anspruchs 1 wird der Vorteil erreicht, dass zur Vorbereitung der Einspritzung bei geschlossen bleibendem Einspritzventil in der den Injektor mit dem Druckspeicher verbindenden Hochdruckleitung eine Schwingung angeregt wird, wobei aber die Einspritzdüse noch geschlossen ist. Zu einem geeigneten späteren Zeitpunkt, zu dem dann vorzugsweise durch die angeregte Schwingung eine Überhöhung des Drucks im Bereich des Injektors vorhanden ist, wird das Einspritzventil geöffnet, wodurch der Einspritzvorgang in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mit hohem Druck erfolgen kann, jedenfalls mit höherem Druck als bei dem geschilderten Stand der Technik. Die Anregung der Schwingung erfolgt durch Entnehmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher, vorzugsweise im Bereich der Hochdruckleitung, deren Injektor gerade angesteuert werden soll. Die Entnahme von Kraftstoff kann dabei direkt aus dem Hochdruckspeicher oder aus der Hochdruckleitung an einer geeigneten Stelle erfolgen, die je nach den technischen Gegebenheiten nahe beim Hochdruckspeicher, nahe beim Injektor oder an einem dazwischen liegenden Platz sein kann. In einigen der genannten Fälle wird durch die Kraftstoffentnahme eine Strömung des Kraftstoffs vom. Druckspeicher in Richtung zum Injektor veranlasst, was für eine besonders kräftige Schwingungsanregung nützlich sein mag. Die Entnahme des Kraftstoffs erfolgt bei Ausgestaltungen der Erfindung durch ein vom Injektor getrenntes Ventil. Dabei kann der Injektor ein herkömmlicher Injektor sein, der zum Öffnen des Einspritzventils in bekannter Weise angesteuert wird. Die Entnahme des Kraftstoffs erfolgt bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung innerhalb des Injektors. Dies bietet die Möglichkeit, ein einziges Ventil für die genannte Kraftstoffentnahme zur Schwingungsanregung und zum Öffnen des hubgesteuerten Injektors vorzusehen, wie bei zwei unten beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es wird die Menge pro Zeiteinheit des vor dem Öffnen des Einspritzventils aus dem Druckspeicher entnommenen Kraftstoffs und die Dauer, während der diese Kraftstoffmenge fließt, so bemessen, dass eine Anregung der Schwingung mit einer gewünschten Amplitude erfolgt. Mit den obigen Erläuterungen wird auch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Ausgestaltungen beschrieben, bei dem zuerst durch Kraftstoffentnahme ohne Einspritzvorgang eine Schwingung angeregt wird und dann ein Einspritzvorgang veranlasst werden kann.
In die Funktionsweise geht auch der bei der Verbrennungskraftmaschine vorhandene Gegenhaltedruck in einem den Leckage-Kraftstoff abführenden Kanal der Einspritzvorrichtung ein, der bei unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen und unterschiedlichen Injektoren einen weiten Druckbereich einnehmen kann, zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 0,5 bar (relativ) (das heißt 0,5 bar höher als der Umgebungsdruck = Atmosphärendruck der Verbrennungskraftmaschine) bis zum Beispiel 20 oder 30 bar (relativ) betragen kann. Der Speicherdruck kann je nach technischer Konstruktion beispielsweise bis zu 1600 bar oder höher sein.
Zeichnung
Bevorzugte, in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsformen bewirken den geschilderten Vorgang durch innerhalb des Injektors angeordnete hydraulische Elemente, die den Beginn der Strömung des Kraftstoffs vor dem Öffnen des Einspritzventils veranlassen und die Zeitverzögerung bewirken, bis das Einspritzventil öffnet. Dabei ist bei einem der Ausführungsbeispiele der geschilderte Zeitablauf, insbesondere die Verzögerungszeit, durch bauliche Eigenschaften des erfindungsgemäß ausgebildeten Injektors im Zusammenwirken mit den Schwingungseigenschaften der Leitung und dem Druck des Druckspeichers bestimmt. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht eine Möglichkeit, in den Zeitablauf steuernd einzugreifen. Dies erfolgt vorzugsweise in diesem Fall durch ein 3/3-Wegeventil. Es zeigen:
Fig. 1 in einem vereinfachten Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Injektors mit einer hubgesteuerten Düsennadel und einem verschiebbar angeordneten Steller, wobei der Druck in dem Steuerraum der Düsennadel auch auf ein Ende des Stellers wirkt;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Injektors ebenfalls mit einem Steller und einer hubgesteuerten Düsennadel, wobei dem Steller ein vom Steuerraum der Düsennadel konstruktiv und funktioneil getrennter Steller-Steuerraum zugeordnet ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem separaten Ventil zur Schwingungsanregung;
Fig. 4a bis 4d Kurvenverläufe über der Zeit hauptsächlich für Fig. 1 : und die anschließend an Fig. 3 eingeordneten Fig. 5a und 5b Kurvenverläufe über der Zeit für Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen Injektor 1 mit seinen für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teilen. Die Zeichnung ist auch insoweit vereinfacht, als nicht ersichtlich ist, wie der Injektor aus Einzelteilen zusammengesetzt ist.
Ein Injektor 1 weist ein Gehäuse 3 auf, das zwei linear hintereinander angeordnete Bohrungen 5 und 7 mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, wobei der Durchmesser der Bohrung 7 etwas größer ist als derjenige der Bohrung 5. Ein im wesentliches über seine gesamte Länge mit konstantem Durchmesser ausgebildeter Ventilkolben 9 verschließt mit einem unteren kegelstumpfförmigen Bereich 11 den Durchgang von Kraftstoff, der einem Kanal 12 des Injektors von einem Druckspeicher (CR) 13 über eine den Injektor mit dem Druckspeicher verbindende Hochdruckleitung 14 zugeführt wird. Der Kanal 12 ist unter anderem mit einem Raum 15 im unteren Bereich des Injektors 1 in Verbindung, von wo aus der Kraftstoff bei geöffnetem Einspritzventil (d.h. bei geöffnetem Ventilkolben 9) zu Auslassöffnungen 17 gelangt.
Der Ventilkolben 9 hat in seinem oberen Endbereich eine diagonal verlaufende Bohrung 21 , die beidseits in eine Ringnut 22 mündet. Von der Leitung 21 führt in Längsrichtung des Ventilkolbens 9 eine Bohrung 23 unter Einschaltung einer als Zuflussdrossel Z2 dienenden Engstelle zu einer oberen Endfläche 25 des Ventilkolbens.
Die beiden Bohrungen 5 und 7 sind etwa gleich lang. In der oberen Bohrung 7 ist ein hydraulisches Element verschiebbar angeordnet, das teils als Schalter wirkt, aber gleichzeitig auch Bestandteil einer Verzögerungseinrichtung ist, wie noch erläutert wird. Dieses hydraulische Element ist hier als Steller 35 oder Stellelement bezeichnet und durch ein im wesentlichen rohrförmiges Teil gebildet. Der Steller 35 weist eine radiale Bohrung 37 auf, die von der Außenseite zur der Innenseite des rohrförmigen Teils verläuft und dort in die Ringnut 22 mündet. An der Außenseite ist die Bohrung 37 unabhängig von der jeweiligen Verschiebelage des Stellers 35 innerhalb seiner Bohrung 7 mit einer im Gehäuse 3 angeordneten ringförmigen Nut 39 in Fluidverbindung. Die Nut 39 wiederum ist mit dem Kanal 12 in Verbindung. So kann Kraftstoff vom Kanal 12 durch die Bohrung 23 und von dieser in einen im oberen Bereich der Bohrung 7 vorhandenen Steuerraum 41 gelangen. Wenn der Druck im Steuerraum 41 so groß ist, dass die auf den Ventilkolben 9 an dessen oberer Fläche 25 wirkende Kraft größer ist als die im Bereich der kegeligen Fläche 11 von unten nach oben wirkende Kraft, die durch den durch den Kanal 12 zugeführten Kraftstoff ausgeübt wird, so bleibt beziehungsweise wird das Einspritzventil geschlossen.
In dem Steller 35 ist ein weiterer Kanal 43 vorhanden, dessen eines Ende ebenfalls mit der Nut 39 in Verbindung steht. Das andere Ende des Kanals 43 ist über eine Zuflussdrossel Z1 mit der oberen Endfläche 45 des Stellers 35 in Verbindung. Die innerhalb des Gehäuses 3 angeordneten Teile sind nicht besonders hinsichtlich Verdrehung gesichert und können daher beliebige Drehstellungen einnehmen. Um unabhängig von der Drehstellung des Stellers 35 das obere Ende des Kanals 43 dann verschließen zu können, wenn der Steller 35 eine obere Endlage eingenommen hat, ist am oberen Ende der Bohrung 37 an einer Endwand 46 ein ringförmiger Dichtungswulst 47 zum Verschließen des Kanals 43 vorgesehen. Durch eine unterhalb des Stellers 35 angeordnete Druckfeder 51 wird der Steller in einer Richtung nach oben beaufschlagt und nimmt seine obere Endstellung ein, sofern nicht ein Druck im Steuerraum 41 dem entgegenwirkt. In der gezeigten Stellung nimmt der Steller 35 seine tiefste Stellung ein, in der er in einer zwischen den Bohrungen 5 und 7 gebildeten Schulter anschlägt.
Der Steuerraum 41 ist über eine Ablaufdrossel A in bekannter Weise mit einem in der Zeichnung nicht vollständig dargestellten elektromagnetisch betriebenen Ventil 52 in Verbindung, bei dessen Betätigung ein kugelförmiges Verschlusselement 53 angehoben wird, das den Weg für Fluid aus dem Steuerraum 41 über die Ablaufdrossel A zu einem Leckagekanal 55 freigibt, der gemeinsam mit einem weiteren, in den von der Feder 51 eingenommenen Raum mündenden Leckagekanal 56 in einen Hauptleckagekanal 57 mündet, von dem der Kraftstoff letztendlich in den Kraftstofftank des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird. Der Leckagekanal 56 hat keine andere Funktion als die, Kraftstoff, der durch nichtvermeidbare Dichtungsspalte in den durch die Feder 51 eingenommenen Raum eingedrungen ist, abzuleiten. Eine im Ruhezustand den Ventilkolben 9 in seine Verschließstellung vorspannende Feder ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Anordnung arbeitet wie folgt:
Bei laufendem Verbrennungsmotor wird dem Kanal 12 Kraftstoff mit hohem Druck zugeführt. Zunächst sei das Ventilelement 53 geschlossen. Der Kraftstoff gelangt über die Nuten 39 und 22 und die Kanäle 23 und 43 ans obere Ende des Ventilkolbens 9 und des Stellers 35 und bewegt die genannten Teile, soweit sie nicht ohnehin sich in ihrer unteren Endstellung befinden, nach unten bis zu ihren jeweiligen Anschlägen. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass diese Lage der Teile zueinander bei vollständig gefülltem Steuerraum 41 vor dem ersten hier betrachteten Einspritzvorgang vorhanden ist. Zum Veranlassen eines Einspritzvorgangs wird das Verschlusselement 53 des Steuerventils 52 geöffnet. Bei herkömmlichen Injektoren würde nun praktisch sofort das Einspritzventil geöffnet und eine Einspritzung veranlasst werden. Im vorliegenden Fall bei der Erfindung entweicht zwar durch das Öffnen des Ventilelements 53 über die Ablaufdrossel A Kraftstoff und eine Absenkung des Drucks innerhalb des Steuerraums 41 wird bewirkt. Die Anordnung ist jedoch so getroffen, dass trotz dieser Absenkung des Drucks in dem Steuerraum 41 während einer gewissen Zeit noch ein solcher Druck vorhanden ist, der ausreicht, das Einspritzventil geschlossen zu halten. Dies wird unter anderem dadurch bewirkt, dass durch den Kanal 43 und Kanal 23 Kraftstoff in den Steuerraum 41 nachgeliefert wird. Gleichzeitig wird der Steller 35 durch die Feder 51 nach oben bewegt. Solange er sich in seiner Bewegung nach oben bewegt, ist die in die Stirnfläche 45 mündende Bohrung des Kanals 43 offen, so dass bei der im Beispiel getroffenen Anordnung während dieser ganzen Zeit der Ventilkolben 9 in seiner Schließstellung bleibt.
Sobald der Steller 35 seinen oberen Anschlag erreicht hat, wo der ringförmige Dichtwulst 47 das obere Ende des Kanals 43 verschließt, kann über den Kanal 43 kein Kraftstoff mehr in den Steuerraum 41 nachfliessen. Die Anordnung ist so durch Bemessung der Volumina, der Federkraft und der Drosseln getroffen, dass trotz des durch die Kanäle 37 und 23 und die Zuflussdrossel Z2 in den Steuerraum 41 nachströmenden Kraftstoffs der Druck in dem Steuerraum abnimmt, bis er so klein geworden ist, dass das Einspritzventil 9 öffnet.
Der Schließvorgang des Einspritzventils wird dadurch veranlasst, dass das Ventilteil 53 den Weg für Kraftstoff aus dem Steuerraum 41 über die Drossel A versperrt. Dann gelangt über die Kanäle 37, 23 und 43 wiederum Kraftstoff unter Druck in den Steuerraum und steigert den Druck dort so lange, bis das Einspritzventil schließt.
Bei der gezeigten Anordnung ist der Zeitablauf durch konstruktive Merkmale, insbesondere Abmessungen der einzelnen Teile vorgegeben.
Der ringförmige Dichtungswulst 47 ist lediglich eine Möglichkeit von mehreren den Zufluss von Kraftstoff vom Kanal 12 her in den Steuerraum 41 dann zu verringern, wenn der Steller 35 eine vorbestimmte obere Stellung eingenommen hat. Die hier beschriebene Lösung ist technisch vermutlich die einfachste. Statt des durch Bohrungen gebildeten Kanals 43 könnte statt dessen auch eine geeignet dimensionierte Längsnut im Gehäuse 3 vorhanden sein, die mit der Nut 39 in Verbindung steht und deren oberes Ende bei Erreichen einer oberen Abschaltstellung des Stellers von dessen Außenflächen verschlossen wird, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass der Steller sich über diese genannte Stellung hinaus noch weiter nach oben bewegen kann.
Da bei der beschriebenen Ausführungsform der Zufluss von Kraftstoff zum Kanal 23 des Einspritzventils 9 unabhängig von der Stellung des Stellers 35 stets möglich ist, ist ohne weiteres klar, dass der Steller 35 nicht in Berührung oder in unmittelbarer Nähe des Einspritzventilkolbens 9 angeordnet sein muss. Der Steller 35 könnte stattdessen auch als im wesentlichen zylindrischer Teil in einer anderen Bohrung innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet sein, wobei jedoch der Raum oberhalb dieses Stellers mit dem Steuerraum des Einspritzventils 9 in Verbindung sein muss. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist jedoch bezüglich Platzbedarf, einfacher passgenauer Herstellung und der Fähigkeit, hohe Drücke aufzunehmen, bevorzugt. Die soeben gemachten Ausführungen gelten auch weitestgehend für das anhand der Fig. 2 beschriebene weitere Ausführungsbeispiel. Das in Figur 2 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unterscheidet sich bezüglich der mechanischen Teile soweit sie in Fig. 1 gezeigt sind, hauptsächlich in folgender Weise:
Anstatt einer Feder ist eine andere Vorrichtung vorgesehen, die auf den Steller 85 der Fig. 2 eine in Richtung nach oben wirkende Kraft erzeugt. Es ist nämlich eine weitere mit dem Kanal 12 in Verbindung stehende Leitung 81 vorhanden, die in den unteren Endbereich einer dem Außendurchmesser des Stellers 85 entsprechenden Bohrung 87 mündet, so dass der Druck des Kraftstoffs im Kanal 12 den Steller 85 in Richtung nach oben beaufschlagt. Der Steller 85 ist in einem radial innen liegenden Bereich gegenüber dem radial äußeren Bereich nach unten soweit verlängert, dass der in Figur 2 sichtbare ringförmige Raum 88, in den der Kanal 81 mündet, in einer Richtung radial nach innen stets verschlossen bleibt. Das Gehäuse 93 des Injektors 91 der Figur 2 weist eine den Weg des Stellers 85 nach oben begrenzende Wand 95 auf, die gegenüber der den Steuerraum des Einspritzventils 9 nach oben begrenzenden Wand 96 soweit nach unten verlagert ist, dass der Steuerraum 97 der Einspritzventilnadel jedenfalls innerhalb des Injektorkörpers 3 nicht in Fluidverbindung mit dem Steuerraum 98 des Stellers 85 ist, wenn man von Führungsspalten beweglicher Teile absieht, deren etwaiger Einfluss bei der Auslegung der Vorrichtung und deren Steuerung berücksichtigt werden kann. Ab dem Erreichen einer bestimmten oberen Stellung von unten her ist die Einströmöffnung des Kanals 113 nicht mehr im Bereich der Ringnut 39 und es fließt kein Kraftstoff mehr durch diesen Kanal in den Raum 98. Beim Unterbrechen dieses Zuflusses ergibt sich ein plötzlicher Druckanstieg im Kanal 12.
Bei alternativen Ausführungsformen ist die Leitung 113 immer mit dem Kanal 12 verbunden, z.B. dadurch, dass die Nut 39 ausreichend lang ist. Der Steller 85 wird dabei entweder über den Anschlag 95 oder über das Schalten des Ventils 110 abgebremst. Bei anderen Ausführungsformen ist die Nut 39 kürzer als in Fig. 2 gezeigt; dann wird die Leckage verringert, das heißt, es wird weniger Kraftstoff zur Schwingungsanregung dem Hochdruckspeicher entnommen.
Die Bewegung des Stellers 85 hat keinerlei Einfluss auf die Strömung von Kraftstoff in den und aus dem Steuerraum 97 des Ventilkolbens 9. Im Gegensatz zu Fig. 1 wird bei der Anordnung nach Fig. 2 die Funktion durch drei unterschiedliche Stellungen eines 3/3-Wegeventils 110 gesteuert. Das Ventil 110 wird bei einer Ausführungsform, die nicht näher dargestellt ist, elektromagnetisch angetrieben. Die Steuerräume 97 und 98 sind räumlich voneinander getrennt. In der dargestellten Stellung sind die Steuerräume 97 und 98 durch das Ventil 110 miteinander in Verbindung und auf gleichem Druck, wobei der Druck des Steuerraums 97 so hoch ist, dass das Einspritzventil geschlossen ist. Praktisch sind beide Steuerräume 97 und 98 verschlossen. Bei dieser Stellung sind die den Steuerräumen abgewandten Enden der Drossel AD für den Steuerraum des Einspritzventils und der Drossel AS für den Steuerraum. des Stellers miteinander verbunden.
In der nächstfolgenden, um einen Schritt nach rechts verschobenen Stellung des Ventils 110 ist der Weg durch die Drossel AD hindurch verschlossen, der Weg durch die Drossel AS hindurch ist mit dem Leckagekanal 56 in Verbindung. In dieser Stellung strömt während einer von einer Steuereinrichtung bestimmten Zeit, in der das Ventil 110 die gezeigte Stellung einnimmt, Kraftstoff vom Druckspeicher (nicht gezeigt) durch den Kanal 12 über die ringförmige Nut 39 in einen im Steller vorgesehenen Kanal 1 13, strömt von diesem in den Steuerraum 98 des Stellers und von diesem durch die Drossel AS und das Ventil 110 zum Leckagekanal 56. Dabei bewegt sich im Steuerraum 98 der Steller 85 nach oben, bis schließlich sein der ringförmigen Nut 39 zugewandtes Ende nicht mehr mit dieser Ringnut in Verbindung ist. Damit endet die Entnahme von Kraftstoff aus dem Druckspeicher. Diese Kraftstoffentnahme regt, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 , eine Schwingung des Kraftstoffs zwischen dem Druckspeicher und dem Kanal 12 des Injektors und den mit dem Kanal 12 verbundenen Räumen an.
Zu einem Zeitpunkt, zu dem das Einspritzventil geöffnet werden soll, wird durch die genannte Steuereinrichtung das 3/3-Wegeventil 110 in seine in der Fig. 2 am weitesten rechts liegende Schaltstellung bewegt. In dieser Stellung wird nun zusätzlich auch der Weg für den Kraftstoff innerhalb des Steuerraums 97 der Einspritzventilnadel über die Drossel AD in den Leckagekanal freigegeben, und infolge dieser Druckabsenkung in dem Steuerraum 97 öffnet das Einspritzventil. Die durch die Anordnung nach Fig. 1 konstruktionsbedingt vorgegebenen Zeitabläufe im Zusammenhang mit den schwingungsbestimmenden Abmessungen des Leitungssystems zwischen dem Druckspeicher und dem Injektor sind so bemessen, dass die durch die Bewegung des Stellers veranlasste Entnahme von Kraftstoff aus dem Druckspeicher eine genügend starke Schwingung anregt, die beim Injektor startend als Verdünnungswelle zum Druckspeicher zurückläuft und im Speicher (der als geschlossenes Volumen angesehen werden darf), als Druckwelle reflektiert wird und als Druckwelle zum Injektor zurückkehrt. Die Druckwelle kann auch so interpretiert werden, dass die am Druckspeicher ankommende Verdünnungswelle ein besonders heftiges Ausströmen von Kraftstoff aus dem Druckspeicher zur Folge hat, wobei dieses heftige Nachströmen des Kraftstoffs als Druckwelle am Injektor eintrifft.
Die Anordnung ist so getroffen, dass je nach gewünschtem Einspritzverlauf bereits längere oder kürzere Zeit vor dem Eintreffen der Druckwelle vom Druckspeicher her das Einspritzventil voll geöffnet ist, so dass in diesem Fall das Einspritzen mit einem niedrigeren Druck beginnt und anschließend beim Eintreffen der Druckwelle verstärkt wird; oder dass in einem anderen Fall das Einspritzventil erst kurz vor dem Eintreffen der Druckwelle geöffnet wird, so dass praktisch das Einspritzen sofort mit dem hohen Druck beginnt. Dadurch, dass das obere Ende des Kanals 43 in der oberen Endstellung des Stellers 35 durch den Dichtungswulst 47 verschlossen ist, in anderen Stellungen des Stellers dagegen offen ist, wird ein 2/2-Wegeventil gebildet. Dieses bewirkt, dass je nach Stellung des Stellers 35 entweder die beiden Kanäle 43 und 23 oder nur der Kanal 23 mit demjenigen Kanal in Verbindung stehen, in dem die Drossel A angeordnet ist. Dieser zuletzt genannte Kanal wird, wie beschrieben, durch das bewegliche Ventilteil 53 geöffnet und geschlossen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird das gewünschte Verhalten der Funktion des Einspritzventils in Relation zum Druckverlauf innerhalb der Verbindungsleitung zum Druckspeicher durch entsprechendes Ansteuern des 3/3-Wegeventils 110 erreicht. Eine im zeitlichen Mittel langsamere Bewegung des Stellers nach oben kann durch Hin- und Herschalten zwischen der gezeigten Stellung des Ventils 110 und der benachbarten Stellung erreicht werden. Wenn der Steller 85 bei geöffnetem Einspritzventil soweit nach oben gelangt, dass der Durchfluss von Kraftstoff durch den Steller unterbrochen wird, so entsteht hierdurch eine Drucküberhöhung (Staudruck), die eine weitere Erhöhung des Drucks an den Einspritzöffnungen und daher eine Erhöhung der Einspritzrate bewirken kann. Das 3/3-Wegeventil übernimmt auch die Funktion des Steuerventils 52 der Fig. 1 , in dem sich das bewegliche Ventilteil 53 befindet.
Fig. 2 zeigt somit eine Anordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Injektor ein Steller (85) oder hydraulisches verstellbares Schaltelement angeordnet ist, der zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, dass dem Steller (85) ein Steller- Steuerraum (98) zugeordnet ist, der von einem dem Ventilkolben (9) zugeordneten Steuerraum (97) getrennt ist, und dass die beiden Steuerräume durch eine Ventilanordnung (110) wahlweise abgesperrt werden oder mit einem Niederdruckbereich verbunden werden können, oder der Steller-Steuerraum mit dem Niederdruckbereich verbunden ist und der Ventilkolben-Steuerraum abgesperrt ist, wobei im Bereich des Stellers und des Ventilkolbens Kanäle vorgesehen sind, um Kraftstoff unter Druck in den zugeordneten Steuerraum zu leiten.
Fig. 3 zeigt vereinfacht eine Anordnung mit dem für Kraftstoff bestimmten Druckspeicher 13, der über nicht gezeigte Pumpen aus einem Kraftstofftank mit Kraftstoff unter Druck (z.B. 1600 bar) gefüllt wird und der über die Hochdruckleitung 14 mit einem herkömmlichen hubgesteuerten Injektor 201 verbunden ist. Bei einem Verbrennungsmotor für Personenkraftwagen z.B. sind mehrere Motorzylinder und daher entsprechend viele Injektoren und Hochdruckleitungen vorhanden. Jeder Injektor hat eine Leckageleitung, die zu einer Sammel-Leckageleitung 205 führt und von dort zum Kraftstofftank. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Hochdruckleitung 14, und zwar im Beispiel nahe demjenigen Ende, das mit dem Injektor 201 verbunden ist, ein elektrisch steuerbares Ventil 210 zwischen die Hochdruckleitung und die Leckage-Sammelleitung geschaltet. Durch das Ventil 210 kann Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher iη den Niederdruckbereich abgeführt werden, wodurch eine Schwingung in der Hochdruckleitung angeregt wird, wie oben erläutert, bevor der Injektor eine Einspritzung beginnt. Der Injektor wird zum Veranlassen eines Einspritzvorgangs elektrisch angesteuert. Seine Ansteuerung und die des Ventils 210 erfolgt zweckmäßig mittels einer Ansteuereinrichtung 220 in der gewünschten zeitlichen Reihenfolge. Mittels der Anordnung nach Fig. 3 werden folgende Verfahren und Varianten ausgeführt: Es wird aus dem Druckspeicher Kraftstoff zum Anregen einer Schwingung des Drucks am hubgesteuerten Injektor entnommen, ohne dass eine Einspritzung begonnen wird. Der Kraftstoff wird dem Druckspeicher entnommen. Insbesondere wird der Kraftstoff der Hochdruckleitung entnommen. Der Kraftstoff wird der Hochdruckleitung an einer solchen Stelle entnommen, dass eine Strömung von Kraftstoff in Richtung zum Injektor veranlasst wird. Der Kraftstoff wird der Hochdruckleitung in der Nähe des Injektors entnommen.
Bei den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 werden zusätzlich zu Obigem noch folgende Varianten ausgeführt: Der Kraftstoff wird im Inneren des hubgesteuerten Injektors oder allgemeiner der hubgesteuerten Einspritzvorrichtung dem Druckspeicher und der Hochdruckleitung ohne Beginn eines Einspritzvorgangs entnommen.
Bei allen Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 3 ist während des Betriebs der Einspritzvorrichtunqen beziehungsweise der zugehörigen Verbrennunqskraftmaschinen die Hochdruckleitung stets mit Kraftstoff gefüllt.
Fig. 4a bis 4d sind Darstellungen über die Zeit (waagrechte Achse). Fig. 4a ist 400 der Weg des Stellers 35 ausgehend von der Ruhelage der Fig. 1. Der Anstieg beginnt mit dem Öffnen des Ventils 52. Fig. 4b ist der entsprechende Druckverlauf 403 in der Steuerkammer 41. Selbst bei einem Absinken des Drucks auf p1 bleibt der Ventilkolben 9 noch geschlossen (Kurve 402 in Fig. 4a). Die Schwingung in der Hochdruckleitung ist nun angeregt (gegenüber dem Raildruck verringerter Druck, Kurve 404 in Fig. 4c und erreicht zum Zeitpunkt T/2 (halbe Schwingungsperiode) wieder den Raildruck. Kurz danach wird der Kanal 43 verschlossen, der Druck der Steuerkammer sinkt weiter ab auf p2 und der Ventilkolben wird geöffnet (Kurve 402). Er ist während des Druckmaximums am Injektor offen. Die Einspritzrate ist in Fig. 4d durch die Kurve 405 gezeigt.
Fig. 4a zeigt noch durch Kurve 401 , dass durch die Anordnung nach Fig. 2 das Öffnen des Ventilkolbens einstellbar ist, im Beispiel ist eine gegenüber Fig. 1 frühere Betätigung gezeigt; auch ein späteres Betätigen ist möglich. Fig. 5a und 5b sind Darstellungen über die Zeit (waagrechte Achse). Die Kurve 500 zeigt den Weg des Stellers 85 der Fig. 2, und die Kurve 501 zeigt das Öffnen des Ventilkolbens bei relativ niedrigem Druck, vorgegeben durch einen in diesem Beispiel gewählten Ablauf der Betätigung des Ventils 110. Kurve zeigt auf das Maximum der Kurve aufgesetzt eine Drucküberhöhung beim Schließen des Stellers 85.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzanordnung für Verbrennungsmotoren mit einem Druckspeicher zum Speichern von Kraftstoff unter Druck, mit mindestens einem hubgesteuerten Injektor, der mit dem Druckspeicher über eine Hochdruckleitung für den Kraftstoff verbunden ist, wobei der Druckspeicher und die Hochdruckleitung Teil eines Hochdrucksystems sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Entnehmen von Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem und Ableiten in einen Niederdruckbereich bei geschlossenem Einspritzventil in der Weise vorgesehen ist, dass bei dem Entnehmen von Kraftstoff eine Schwingung des Kraftstoffs in der dem Injektor (1 , 91 ) zugeordneten Hochdruckleitung (14) erzeugt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Einspritzventil des Injektors öffnet, wenn der Druck am Einspritzventil in Folge der Schwingung einen gewünschten Wert erreicht hat.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Ableiten von Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem eine Ventilanordnung ist, die nahe dem dem Injektor zugewandten Ende der Hochdruckleitung angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung in den Injektor integriert ist.
5. Kraftstoffeinspritzventilanordnung für Verbrennungsmotoren mit einem hubgesteuerten Ventilkolben (9), dessen eines Ende im Bereich von Einspritzöffnungen (17) eines Injektors (1 , 91 ) diese freigibt oder verschließt und dessen anderes Ende mit einer Steuerkammer (41 , 97) zusammenwirkt, die durch ein steuerbares Steuerventil (52, 110) mit einem Niederdruckbereich verbindbar ist und die bei Betrieb von unter Druck zugeführtem Kraftstoff gefüllt wird, und wobei bei Absinken des Drucks in der Steuerkammer unterhalb einen vorbestimmten Wert der Einspritzvorgang begonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Injektor eine Ventilanordnung angeordnet ist, die unter Druck zugeführten Kraftstoff bei geschlossenen Einspritzöffnungen einem Niederdruckanschluss (Leckageanschluss) des Injektors zuzuführen in der Lage ist.
6. Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 5, .dadurch gekennzeichnet, dass in dem Injektor ein Steller (35) oder hydraulisches verstellbares Schaltelement angeordnet ist, der zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei in einer ersten Endstellung bei geöffnetem Steuerventil (52) ein im Steller vorgesehener Kanal (43) Kraftstoff von einem Kraftstoff unter Hochdruck führenden Kanal (12) im Injektor zu einem an einem Ende des Stellers angeordneten Raum zuführen kann, der mit der Steuerkammer des Ventilkolbens in Verbindung ist, und dass bei einer der erstgenannten Endstellung abgewandten zweiten vorbestimmten Stellung des Stellers der Durchfluss von Kraftstoff durch den Kanal verringert wird, derart, dass vom Erreichen dieser Stellung des Stellers an der Druck in der Steuerkammer bei geöffnetem Steuerventil schneller absinkt als vorher, derart, dass der Ventilkolben (9) öffnet.
7. Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Injektor ein Steller (85) oder hydraulisches verstellbares Schaltelement angeordnet ist, der zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, dass dem Steller (85) ein Steller-Steuerraum (98) zugeordnet ist, der von einem dem Ventilkolben (9) zugeordneten Steuerraum (97) getrennt ist, und dass die beiden Steuerräume durch eine Ventilanordnung (1 10) wahlweise abgesperrt werden oder mit einem Niederdruckbereich verbunden werden können, oder der Steller-Steuerraum mit dem Niederdruckbereich verbunden ist und der Ventilkolben-Steuerraum abgesperrt ist, wobei im Bereich des Stellers und des Ventilkolbens Kanäle vorgesehen sind, um Kraftstoff unter Druck in den zugeordneten Steuerraum zu leiten.
8. Verfahren zum Anregen einer Schwingung des Drucks an einem hubgesteuerten Injektor, der mit einem Druckspeicher über eine Hochdruckleitung für den Kraftstoff verbunden ist, wobei der Druckspeicher und die Hochdruckleitung Teil eines Hochdrucksystems sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Einspritzventil Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem entnommen und in einen Niederdruckbereich abgeleitet wird, derart dass bei dem Entnehmen von Kraftstoff eine Schwingung des Kraftstoffs in der Hochdruckleitung erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff dem Druckspeicher entnommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff der Hochdruckleitung entnommen wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff der Hochdruckleitung an einer solchen Stelle entnommen wird, dass eine Strömung von Kraftstoff in Richtung zum Injektor veranlasst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff der Hochdruckleitung in der Nähe des Injektors entnommen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff der Hochdruckleitung im Injektor entnommen wird.
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