WO2001014709A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Bernd Mahr
Martin Kropp
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/40Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an injection system has become known, for example, from EP 0 711 914 AI.
  • the pressure at which fuel emerges from the nozzle chamber into the cylinder is referred to as the injection pressure.
  • a stroke-controlled fuel fine spray system is understood in the context of the invention that the opening and closing of the injection opening of an injector take place with the aid of a displaceable valve member due to the hydraulic interaction of the fuel pressures in a nozzle chamber and in a control chamber.
  • an arrangement is referred to below as central if it is provided for all cylinders together and as local if it is provided for only a single cylinder.
  • fuel is compressed to a first high fuel pressure of approximately 1200 bar with the aid of a high-pressure pump and stored in a first pressure accumulator. Furthermore, the high-pressure fuel is also fed into a second pressure accumulator, in which a second high fuel pressure of approximately 400 bar is maintained by regulating its fuel supply by means of a 2/2-way valve. Via a central valve control unit, either the lower or higher fuel pressure is injected into the nozzle area of an injection tors directed. There, a spring-loaded valve body is lifted from its valve seat by the pressure, so that fuel can escape from the nozzle opening.
  • the fuel for an injection from the respective central pressure accumulator is distributed to the individual injectors via the central valve unit and the central distributor device.
  • the maximum possible injection window is thus determined jointly by the valve unit and the distributor device.
  • the lower fuel pressure is metered according to the invention directly from the central pressure accumulator without going through the distributor device.
  • FIG. 1 shows a fuel injection system with a central pressure accumulator for the lower fuel pressure, with a central distributor device for the higher fuel pressure and with a local valve unit for each injector for switching between the two fuel pressures;
  • FIG. 2 shows an injection system corresponding to FIG. 1, in which the local valve unit is located outside the injector.
  • a two-stage high-pressure pump 2 is used to deliver fuel 3 from a storage tank 4 with two different fuel pressures.
  • the fuel is compressed to a first (lower) pressure of approximately 300 bar and fed via a delivery line 5 to a central pressure accumulator 6 (common rail), in which the fuel is stored under this pressure.
  • the two-stage high-pressure pump 2 can, for example, be a cam pump with a spray adjuster similar to the distributor injection pump known from DE 35 16 867 AI.
  • the pressure is generated to a second (higher) fuel pressure of approx. 300 bar to approx. 1800 bar.
  • a delivery line 9 the fuel is fed to a central distributor device 10, which distributes the fuel to second pressure lines 11, which also discharge to the injectors 8. Since the two delivery lines 5, 9 are connected to one another via a 2/2-way valve 12, the higher fuel pressure is only built up when this connection is interrupted by energizing the 2/2-way valve 12. It is also possible that the two fuel pressures are generated by two different pumps.
  • a second pressure accumulator common rail
  • the fuel is stored under the higher pressure
  • a pressure surface of the valve member pointing in the opening direction of the valve member 16 16 exposed to the pressure prevailing there, the nozzle chamber 15 continuing through an annular gap between the valve member 16 and the guide bore up to the valve sealing surface 17 of the injector 8. Due to the pressure in the nozzle chamber 15, the valve member 16 sealing the injection openings 18 is opened against the action of a closing force (closing spring 19), the spring chamber 20 being relieved of pressure by means of a leakage line 21.
  • a pre-injection with the lower fuel pressure takes place with de-energized 2/2-way valve 12 by energizing the local valve unit 13.
  • the main injection with the higher force then takes place when the local valve unit 13 is de-energized - fabric printing.
  • the local valve unit 13 is flowed again.
  • the local valve unit 13 can either be part of the injector housing, as shown in FIG. 1, or be arranged outside the injector housing (FIG. 2). In the latter case, a smaller size of the injector housing can be achieved.
  • the higher fuel pressure can also be via a central one
  • a central pressure accumulator can also be provided for the higher fuel pressure.
  • stroke-controlled injectors can also be used.
  • a fuel injection system 1 for an internal combustion engine in which fuel with at least two different fuel pressures can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine via injectors 8, with a central distributor device 10 for distributing the fuel between the individual injectors 8 and with a central pressure accumulator 6 for the lower fuel pressure, a valve unit 13 for switching between the two fuel pressures is locally provided individually for each injector 8.
  • the central distributor device 10 for the higher fuel pressure is arranged parallel to the central pressure accumulator 6 for the lower fuel pressure. In order to enlarge the injection window for the pre-injection or post-injection, the lower fuel pressure from the central pressure accumulator 6 is metered in without going through the distributor device 10.

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Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (8) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, mit einer zentralen Verteilereinrichtung (10) zum Aufteilen des Kraftstoffes auf die einzelnen Injektoren (8) und mit einem zentralen Druckspeicher (6) für den tiefere Kraftstoffdruck ist jeweils eine Ventileinheit (13) zum Umschalten zwischen den beiden Kraftstoffdrücken lokal für jeden Injektor (8) einzeln vorgesehen. Ausserdem ist die zentrale Verteilereinrichtung (10) für den höheren Kraftstoffdruck parallel zum zentralen Druckspeicher (6) für den tieferen Kraftstoffdruck angeordnet.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkrafcmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Einpritzsystem ist beispielsweise durch die EP 0 711 914 AI bekanntgeworden.
Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beschreibung werden zunächst einige Begriffe näher erläutert: Bei einem drucJgesteuerten Kraftstof einspri tzsystem wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilkörper (z.B. eine Düsennadel) gegen die Wirkung einer Schließkraft aufgesteuert und so die Einspritzόff- nung für eine Einspritzung des Kraftstoffes freigegeben.
Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in den Zylinder austritt, wird als EinspritzdrucJ bezeichnet. Unter einem hubgesteuerten Kraftstof feinspri tzsystem wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung eines Injektors mit Hilfe eines verschieblichen Ventilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgen. Weiterhin ist im folgenden eine Anordnung als zentral bezeichnet, wenn sie gemeinsam für alle Zylinder vorgesehen ist, und als lokal , wenn sie für nur einen einzelnen Zylinder vorgesehen ist.
Bei dem aus der EP 0 711 914 AI bekannten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird mit Hilfe einer Hochdruck- pumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen Kraftstoffdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druc - speicher gespeichert . Weiterhin wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspeicher gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzu- fuhr mittels eines 2/2-Wegventils ein zweiter hoher Kraftstoffdruck von ca. 400 bar aufrechterhalten wird. Über eine zentrale Ventilsteuereinheit wird entweder der tiefere oder höhere Kraftstoffdruck in den Düsenraum eines Injek- tors geleitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus der Düsenöffnung austreten kann.
Bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem wird der Kraftstoff für eine Einspritzung aus dem jeweiligen zentralen Druckspeicher über die zentrale Ventileinheit und die zentrale Verteilereinrichtung auf die einzelnen Injektoren aufgeteilt. Das jeweils maximal mögliche Einspritz - fenster ist damit durch die Ventileinheit und die Verteilereinrichtung gemeinsam bestimmt.
Vorteile der Erfindung
Zur Vergrößerung des Einspritzfensters für den tieferen Kraftstoffdruck, d.h. für die Vor- bzw. Nacheinspritzung, wird erfindungsgemäß der tiefere Kraftstoffdruck direkt aus dem zentralen Druckspeicher zugemessen, ohne über die Verteilereinrichtung zu gehen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar .
Zeichnung
Zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemä- ßen druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen Kraftstoff mit zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken eingespritzt wird, sind in der Zeichnung schema- tisch dargestellt: und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem zentralen Druckspeicher für den tieferen Kraf stoffdruck, mit einer zentralen Verteilereinrichtung für den höheren Kraftstoffdruck sowie mit jeweils einer lokalen Ventileinheit für jeden Injektor zum Umschalten zwischen beiden Kraftstoffdrücken; und
Fig. 2 ein der Fig. 1 entsprechendes Einspritzsystem, bei dem sich die lokale Ventileinheit außerhalb des Injektors befindet.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei dem in Fig. 1 dargestellten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem 1 wird eine zweistufige Hochdruckpum- pe 2 verwendet, um Kraftstoff 3 aus einem Vorratstank 4 mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffdrücken zu fördern. In der ersten Stufe wird der Kraftstoff auf einen ersten (tieferen) Druck von ca. 300 bar komprimiert und über eine Förderleitung 5 einem zentralen Druckspeicher 6 (Common Rail) zugeführt, in dem der Kraftstoff unter diesem Druck gespeichert wird. Von dem zentralen Druckspeicher 6 führen mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende erste Druckleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Injektoren 8 (Einspritzeinrichtung) . In Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 8 näher dargestellt. Die zweistufige Hochdruckpumpe 2 kann z.B. eine Nockenpumpe mit Spritzversteller ähnlich der aus DE 35 16 867 AI bekannten Verteilereinspritzpumpe sein.
In der zweiten Stufe erfolgt die Druckerzeugung auf einen zweiten (höheren) Kraftstoffdruck von ca. 300 bar bis ca. 1800 bar. Über eine Fδrderleitung 9 wird der Kraftstoff einer zentralen Verteilereinrichtung 10 zugeführt, die den Kraftstoff auf zweite Druckleitungen 11 verteilt, die ebenfalls zu den Injektoren 8 abführen. Da die beiden För- derleitungen 5, 9 über ein 2/2 -Wege-Ventil 12 miteinander verbunden sind, wird der höhere Kraftstoffdruck erst aufgebaut, wenn diese Verbindung durch Bestromen des 2/2 -Wege-Ventils 12 unterbrochen wird. Es ist ebenso möglich, daß die beiden Kraftstoffdrücke durch zwei unterschiedli- ehe Pumpen erzeugt werden. Um die Drehzahlabhängigkeit der Druckerzeugung zu reduzieren, kann auch ein zweiter Druckspeicher (Common Rail) , in dem der Kraftstoff unter dem höheren Druck gelagert wird, vor der zentralen Verteilereinrichtung 10 vorgesehen werden.
Zwischen dem tieferen und dem höheren Kraftstoffdruck kann für jeden Injektor 8 einzeln über eine lokale Verteilereinrichtung 13 (3/2-Wege-Ventil) jederzeit während eines Einspritzzyklusses umgeschaltet werden. Der jeweilige Druck wird dann über eine Druckleitung 14 in einen Düsenraum 15 des Injektors 8 geleitet. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 16 (Düsennadel) , dessen konische Ventildichtfläche 17 mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse zusammenwirkt und so die dort vorgesehenen Einspritzδffnungen 18 verschließt. Innerhalb des Düsenraums 15 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 16 weisende Druckfläche des Ventilgliedes 16 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, wobei sich der Düsenraum 15 über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 16 und der Führungsbohrung bis an die Ventildichtfläche 17 des Injektors 8 fortsetzt. Durch den im Düsenraum 15 herr- sehenden Druck wird das die Einspritzöffnungen 18 abdichtende Ventilglied 16 gegen die Wirkung einer Schließkraft (Schließfeder 19) aufgesteuert , wobei der Federraum 20 mittels einer Leckageleitung 21 druckentlastet ist.
Eine Voreinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei stromlosem 2/2 -Wege-Ventil 12 durch Bestromen der lokalen Ventileinheit 13. Durch Bestromen des 2/2-We- ge-Ventils 12 erfolgt dann bei unbestromter lokaler Ventileinheit 13 die Haupteinspritzung mit dem höheren Kraft - stoffdruck. Für eine Nacheinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck wird die lokale Ventileinheit 13 erneut beströmt .
Die lokale Ventileinheit 13 kann entweder Teil des Injek- torgehäuses sein, wie in Fig. 1 gezeigt ist, oder außerhalb des Injektorgehäuses angeordnet sein (Fig. 2) . Im letzteren Fall läßt sich eine kleinere Baugröße des Injektorgehäuses erreichen.
Der höhere Kraftstoffdruck kann auch über eine zentrale
Druckübersetzungseinheit mit Wiederbefüllung und Steuermechanismus erzeugt werden. Für den höheren Kraftstoffdruck kann ebenfalls ein zentraler Druckspeicher vorgesehen werden. Anstelle von druckgesteuerten Injektoren können auch hubgesteuerte Injektoren eingesetzt werden. Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren 8 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, mit einer zentralen Verteilereinrichtung 10 zum Aufteilen des Kraftstoffes auf die einzelnen Injektoren 8 und mit einem zentralen Druckspeicher 6 für den tieferen Kraftstoffdruck ist jeweils eine Ventileinheit 13 zum Umschalten zwischen den beiden Kraftstoffdrücken lokal für jeden Injektor 8 einzeln vorgesehen. Außerdem ist die zentrale Verteilereinrichtung 10 für den höheren Kraftstoffdruck parallel zum zentralen Druckspeicher 6 für den tieferen Kraftstoffdruck angeordnet . Zur Vergrößerung des Einspritzfensters für die Vor- bzw. Nacheinspritzung wird der tiefere Kraftstoffdruck aus dem zentralen Druckspeicher 6 zugemessen, ohne über die Verteilereinrichtung 10 zu gehen.

Claims

Figure imgf000009_0001
ω t H p) rt Φ P rt
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Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren für eine Hubsteuerung ausgebildet sind.
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