WO2001014726A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchführung einer kraftstoffeinspritzung - Google Patents

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WO2001014726A1
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injection
fuel
valve
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PCT/DE2000/002576
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Bernd Mahr
Martin Kropp
Hans-Christoph Magel
Wolfgang Otterbach
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for carrying out a fuel injection according to claim 1
  • the fuel injection according to the invention can be carried out both stroke-controlled and pressure-controlled Valve member takes place due to the hydraulic interaction of the fuel pressures in a nozzle room and in a control room.
  • a Druckaosenku ⁇ g within oes control room causes a stroke of the valve member.
  • the valve member can be disengaged by an actuator (actuator, actuator).
  • actuator actuator
  • the valve member is moved against the action of a closing force (spring) by the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber of an injector, so that the injection opening is released for an injection of fuel from the nozzle chamber into the cylinder.
  • injection pressure The pressure at which fuel emerges from the nozzle chamber into a cylinder of an internal combustion engine
  • system pressure is understood to mean the pressure at which fuel is available or is stored within the fuel injection device.
  • Fuel metering means providing a defined amount of fuel for injection. Leakage is to be understood as an amount of fuel that arises during operation of the fuel injection device (for example a guide leakage), is not used for injection and is returned to the fuel tank. The pressure level of this leakage can have a static pressure, the fuel then being expanded to the pressure level of the fuel tank.
  • a stroke-controlled injection has become known, for example, from DE 196 19 523 A1.
  • the achievable injection pressure is limited to approx. 1600 to 1800 bar by the pressure storage space (rail) and the high pressure pump.
  • a pressure booster unit is possible, as is known, for example, from US Pat. No. 5,143,291 or US Pat. No. 5,522,545.
  • the disadvantage of these pressure-boosted systems lies in the lack of flexibility in the injection and a poor quantity tolerance when metering small amounts of fuel.
  • the injection pressure can be generated hydraulically, while the portion generated mechanically by means of a high-pressure pump is stored in the pressure storage space and is not used for injection. Due to the low pressure there is a reduced load on the high-pressure pump, because it does not only fill the pressure storage space t but is used for injection itself
  • Fig. 1 shows a first stroke-controlled fuel injection device
  • Fig. 2 shows a second stroke-controlled fuel injection device
  • FIG. 3 shows a third stroke-controlled fuel injection device using a separate pressure fluid
  • Fig. 7 shows a third pressure-controlled fuel injection device using a separate Druckfiuids 8 shows a fourth pressure-controlled fuel injection device using a pressure limitation in the pressure translation unit.
  • a quantity-controlled fuel pump 2 delivers fuel 3 from a storage container 4 via a delivery line 5 into a central pressure storage space 6 (common rail).
  • a plurality of pressure lines 7 corresponding to the number of individual cylinders lead to the individual injectors 8.
  • a pressure translation unit 9 is arranged within each of the injectors 8 (injection device) projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied - only one of the injectors 8 is shown in FIG. 1 -
  • a pressure translation unit 9 is arranged.
  • the pressure line 11 can either be connected to the pressure line 7 or connected to a leakage line 12 with the aid of a valve unit 10 for controlling the pressure ratio (3/2-way valve).
  • a system pressure of approximately 200 bar to 1000 bar can be stored in the pressure storage space 6 and is further increased by means of the pressure translation unit 9.
  • the pressure medium 17 can be pressurized at one end with the help of the valve unit 10 and the pressure line 7.
  • a differential space 17 ' is relieved of pressure by means of the leakage line 15, so that the pressure medium 17 can be moved to reduce the volume of a pressure chamber 13.
  • the pressure medium 17 is moved in the compression direction, so that fuel compressed in the pressure chamber 13 (first injection pressure) can be supplied to a control chamber 19 and a nozzle chamber 20.
  • a check valve 14 prevents the backflow of compressed fuel into the pressure storage space 6.
  • the pressure medium 17 is reset and the pressure chamber 13 is refilled. Due to the pressure conditions in the pressure chamber 13 and the primary chamber 13 ' , the check valve 14 opens, so that the Pressure chamber 13 under Wheel pressure (pressure of the pressure storage chamber 6) is and the pressure medium 17 hydraulically one or more springs can be arranged in the rooms 13 13 and 17
  • an injection pressure which is variable during the injection and thus a shaping of the injection course can be achieved by means of a cross-sectional control, the pressure in the control chamber 19 being influenced when the cross section of the valve 29 is controlled, and thus a throttling of the injection pressure At the valve sealing surface 22 is reached via the valve member 21
  • Both piezo actuators and rapid magnetic actuators are conceivable to implement a continuous cross-sectional control.
  • a pressure builds up, which is also present in the control chamber 19 and in the nozzle chamber 20.
  • the injection takes place via a fuel metering with the aid of a piston-shaped valve member 21 with a conical displacement in a guide bore Valve sealing surface 22 at one end, with which it interacts with a valve seat surface on the injector housing of the injector unit 8. Gap openings are provided on the valve seat surface of the injector housing 18 is supplied to the nozzle chamber 20 Coaxially to a valve spring 23, a pressure piece 24 also acts on the valve member 21, which delimits the control chamber 19 with its end face 25 facing away from the valve sealing surface 22.
  • the control chamber 19 has an inlet with a fuel pressure connection first throttle 26 and an outlet to a pressure relief line 27 with a second throttle 28 which is controlled by a 2/2-way valve 29
  • the nozzle chamber 20 continues through an annular gap between the valve member 21 and the guide bore up to the valve seat surface of the injector housing.
  • the pressure in the control chamber 19 is pressurized in the closing direction by the pressure piece 24
  • valve sealing surface 22 lifts off the valve seat surface and fuel is injected.
  • the pressure relief process of the control chamber 19 and thus the stroke control of the valve member 21 can be influenced by the dimensioning of the throttle 26 and the throttle 28.
  • valve units are actuated by electromagnets to open or close or switch over.
  • the electromagnets are controlled by a control unit, which can monitor and process various operating parameters (engine speed, %) of the internal combustion engine to be supplied.
  • piezo actuators actuators, actuators
  • piezo actuators actuators, actuators
  • the pressure transmission unit 9 is arranged outside the injector 8 and now in the region of the pressure storage space 6.
  • the size of the injector 8 is reduced.
  • the valve 10 can be arranged on the pressure storage space and the pressure translation unit can be arranged on the injector.
  • the pressure storage chamber 6 is filled with motor oil or another suitable pressure fluid 43 from a storage container 44 in order to control the pressure transmission unit 9 via the delivery line 45 and the pump 42.
  • the low-pressure side 16 of the pressure medium 17 can either be pressurized via the pressure line 47 or connected to a leakage line 48.
  • the switchover can be achieved via the 3/2-way valve 10.
  • the pressure chamber 13 can be filled with fuel from a further reservoir via the check valve 14 or, as shown, with a prefeed pump at a low preliminary pressure. The injection takes place as described for FIG.
  • the second system pressure can be generated using a pressure relief valve in the form of a check valve 50 in the area of the pressure booster unit (FIG. 4).
  • the check valve 50 opens at a pressure of approx. 300 bar Fuel pump filled with fuel from a reservoir via the check valve 14
  • the pressure chamber 13 remains connected to the check valve 50 with a small stroke of the pressure medium 17, which is initially set back and then moved in the direction of the bottom of the pressure chamber 13, so that the pressure in the pressure chamber 13 increases 300 bar is limited in order to supply fuel of this pressure to the pressure chamber 20 and the control chamber 19.
  • the check valve 14 prevents the backflow of compressed fuel in the direction of the fuel pump 2
  • a pressure-controlled fuel injection device 51 is shown in FIG. 5.
  • a high-pressure pump 52 requests fuel 53 from a storage container 54 via a delivery line 55 into a pressure storage space 56 that stores the fuel 53 at a pressure of 300 to 800 bar, which holds individual Pressure lines 57 are connected to individual injectors 58.
  • the injection pressure of each injector 58 is generated by a pressure booster unit 59 arranged inside each injector 58.
  • the valve unit 60 (3/2-way valves) is used to implement the injection under pressure control.
  • a valve member 61 can move away from the valve seat surface 63 of the injector housing against the closing force of a compression spring 62 when a nozzle space 64 is filled with fuel under the appropriate pressure.
  • the pressure booster unit 59 is on a leakage line 66 connected.
  • a pressure chamber 67 can be filled via a check valve 68
  • Piezo actuators or magnetic actuators are also conceivable here as actuators
  • the pressure step-up unit 59 and the valve unit 60 are in a pressure-controlled fuel injection device 51 outside the injector 58 in the region of the pressure storage space 56
  • the pressure generation and amplification of the fuel 74 supplied from a storage container is realized with a motor oil as the pressure fluid 72.
  • the pressure transmission unit 73 acts as a coupling element between the fuel supply and the pressure fluid supply Valve cross section of a valve unit 75 reached (see also the description of the
  • FIG. 8 shows a pressure-controlled fuel injection device 81 using a pressure limitation of the fuel compressed in the pressure chamber 82 (see also the analog stroke-controlled variant of FIG. 4).
  • the pressure in the pressure chamber 82 of the pressure booster unit 84 becomes approximately 300 bar limited because the pressure chamber 82 is connected to a leakage line 87 via a check valve.
  • this pressure limitation path closes and the full injection pressure is generated
  • a main injection can also be used to generate a main injection.
  • the valve unit 86 can be directly or hydraulically supported by magnetic actuators (in the case of throttling in the area of the valve seat surface, the solenoid valve must be controlled) or controlled (control piston and control chamber)
  • the use of a piezo actuator can also be used to form an injection course (boot injection) during the main injection. This also applies to all embodiments of the invention
  • FIG. 9 relates to a pressure-controlled fuel injection device 91 with an injection nozzle that has been modified from the exemplary embodiments shown so far Pressure of approx. 300 to approx. 800 bar required
  • the injection pressure is generated locally for each cylinder via a pressure intensification unit.
  • the pressure intensification unit also acts as a coupler.
  • Via a 3/2-way valve 92 with a cross-sectional control or a piezo actuator The injection is realized in a pressure-controlled manner.
  • the low-pressure side of the pressure booster unit is at Leckol and can be filled via a check valve 93.
  • a throttling in the valve seat of valve 92 allows a second injection pressure to be formed instead of the blind or seat nozzle shown in the previous figures a Vano or Va ⁇ o register nozzle is used.
  • the available opening cross section of the nozzle holes is variable.
  • the injection process can be adapted even better to the requirements of the engine.
  • With a Vano register nozzle several steps can be taken Right rows of nozzle holes can be opened
  • the control for the hydraulic stroke stop 94 of the nozzle can take place both within the injector 95 and centrally for all injectors

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt mittels einer Hochdruckpumpe (2) und einem Druckspeicherraum (6) zur Erzeugung und Speicherung eines ersten Systemdrucks. Dieser Systemdruck wird nicht zur Einspritzung verwendet, sondern mittels einer Druckübersetzungseinheit (9) wird während der Einspritzung ein höherer Einspritzdruck erzeugt, der zur Formung des Einspritzverlaufs verringert werden kann. Durch diese Erfindung wird eine verbesserte Dosiermöglichkeit der Kraftstoffeinspritzung und eine verbesserte Durchführung schneller Schaltzeiten erreicht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuhrung einer Kraftstoffeinspritzung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung einer Kraftstoffeinspritzung gemäß αem Oberoegriff αes Patentanspruchs 1
Zum besseren Verständnis der Bescnreibung und der Patentansprucne werden nachfolgend einige Begriffe erläutert Die Kraftstoffeinspritzung gemäß der Erfinαung kann sowohl hubgesteuert als auch druckgesteuert durchgeführt werden Im Rahmen αer Erfindung wird unter einer hubαesteuerten Kraftstoffeinspritzung verstanden, daß das Offnen und Schließen der Einspπt∑öffnung mit Hilfe eines verscnieblichen Ventilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrucke in einem Dusenraum und in einem Steuerraum erfolgt Eine Druckaosenkuπg innerhalb oes Steuerraums bewirkt einen Hub des Ventilglieds. Alternativ kann das Ausienken des Ventilgiieds durch ein Stellglied (Aktor, Aktuator) erfolgen. Bei einer druckoesteuerten Kraftstoffeinspritzung gemäß der Erfindung wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck das Ventilglied gegen die Wirkung einer Schiießkraft (Feder) bewegt, so daß die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z.B. eine Führungsleckage), nicht zur Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefördert wird. Das Druckπiveau dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird.
Eine hubgesteuerte Einspritzung ist beispielsweise durch die DE 196 19 523 A1 bekanntgeworden. Der erreichbare Einspritzdruck ist hier durch den Druckspeicherraum (rail) und die Hochdruckpumpe auf ca. 1600 bis 1800 bar begrenzt.
Zur Erhöhung des Einspritzdruckes ist eine Druckübersetzungseinheit möglich, wie sie beispielsweise aus der US 5,143,291 oder der US 5,522,545 bekannt ist. Der Nachteil dieser druckübersetzten Systeme liegt in einer mangelnden Flexibilität der Einspritzung und einer schlechten Mengentoleranz bei der Zumessung kleiner Kraftstoff mengen.
Bei einer in der JP 08277762 A beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind zur Erhöhung der Flexibilität der Einspritzung und der Zumeßgenauigkeit der Voreinspritzung zwei Druckspeicherräume mit unterschiedlichen Drücken vorgesehen. Diese beiden Druckspeicherräume erfordern einen hohen Fertigungsaufwand und hohe Herstellungskosten, wobei der maximale Einspritzdruck weiterhin durch die Kraftstoffpumpe und den Druckspeicherraum begrenzt ist.
Vorteile der Erfindung
Zur besseren Dosiermögiichkeit der Einspritzung und Durchführung schneller Schaltzeiten wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10 vorgeschlagen. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 enthalten Die Vor- und Nacheinspritzung mit einem gegenüber der Haupteinspritzung geringerem Einspritzdruck kann reproduzierbar durchgeführt werden Es ist ein honer Einspπtzoruck bei einem geringen Druck im zentralen Druckspeicherraum realisierbar Die Hochdruckerzeugung des Kraftstoff findet direkt im Bereich der Einspritzung (Zumessung) statt so daß sich der Wirkungsgrad in Folge eines kleineren Hochdruckvolumens erhöht Die Verwendung von Motorol zur Ansteuerung der Druckubersetzungseinheit einer Ausfuhrungsform gewährleistet eine erhöhte Sicherheit bei der Durchführung des Verfahrens Der Einspritzdruck kann bei einer anderen Ausfuhrungsform hydraulisch erzeugt werden wahrend der mechanisch mittels einer Hochdruckpumpe erzeugte Anteil im Druckspeicherraum gespeichert und nicht zur Einspritzung verwendet wird Es kommt auf Grund des geringen Drucks zu einer reduzierten Belastung der Hochdruckpumpe weil diese nur zur Befullung des Druckspeicherraums nicht aber zur Einspritzung an sich herangezogen wird
Zeichnung
Acht Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemaßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert Es zeigen
Fig. 1 eine erste hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Fig. 2 eine zweite hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Fig. 3 eine dritte hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung eines separaten Druckfiuids,
Fig. 4 eine vierte hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung einer Druckbegrenzung in der Druckubersetzungseinheit
Fig. 5 eine erste druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Fig. 6 eine zweite druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Fig. 7 eine dritte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung eines separaten Druckfiuids Fig. 8 eine vierte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung einer Druckbegrenzung in der Druckübersetzungseinheit.
Fig. 9 eine fünfte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Vario-
Einspritzdüse
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 aus einem Vorratsbehälter 4 über eine Förderieitung 5 in einen zentralen Druckspeicherraum 6 (Common-Rail). Ausgehend von dem Druckspeicherraum 6 führen mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 7 zu den einzelnen Injektoren 8. Innerhalb jedem der in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Injektoren 8 (Einspritzvorrichtung) - In der Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 8 eingezeichnet - ist eine Druckübersetzungseinheit 9 angeordnet. Die Druckleitung 1 1 kann mit Hilfe einer Ventileinheit 10 zur Druckübersetzungsansteuerung (3/2-Wege-Ventil) entweder an die Druckleitung 7 angeschlossen werden oder mit einer Leckageleitung 12 verbunden werden. In dem Druckspeicherraum 6 kann ein Systemdruck von ca. 200 bar bis 1000 bar gespeichert werden, der mittels der Druckübersetzungseinheit 9 weiter verstärkt wird.
Das Druckmittel 17 kann mit Hilfe der Ventileinheit 10 und der Druckleitung 7 einenends druckbeaufschlagt werden. Ein Differenzraum 17' ist mittels der Leckageieitung 15 druckentlastet, so daß das Druckmittel 17 zur Verringerung des Volumens einer Druckkammer 13 verschoben werden kann. Das Druckmittel 17 wird in Kompressionsrichtung bewegt, so daß in der Druckkammer 13 verdichteter Kraftstoff (erster Einspritzdruck) einem Steuerraum 19 und einem Düsenraum 20 zugeführt werden kann. Ein Rückschlagventil 14 verhindert den Rückfluß komprimierten Kraftstoffs in den Druckspeicherraum 6. Mittels eines geeigneten Flächenverhältnisses in einer Primärkammer 13' und der Druckkammer 13 kann auf diese Weise ein zweiter höherer Druck erzeugt werden. Wird die Primärkammer 13' mit Hilfe der Ventileinheit 10 an die Leckageleitung 12 angeschlossen, so erfolgt die Rückstellung des Druckmittels 17 und die Wiederbefüllung der Druckkammer 13. Aufgrund der Druckverhältnisse in der Druckkammer 13 und der Primärkammer 13' öffnet das Rückschlagventil 14, so daß die Druckkammer 13 unter Raddruck (Druck des Druckspeicherraums 6) steht und das Druckmittel 17 hydraulisch können eine oder mehrere Federn in den Räumen 13 13 und 17 angeordnet sein
Durch Drosselung innerhalb eines der Ventile 10 oder 29 kann ein wahrend der Einspritzung variabler Einspπtzdruck und somit eine Formung des Einspritzverlaufs durch eine Querscnnittssteuerung erreicht werden wobei der Druck im Steuerraum 19 bei einer Steuerung des Querschnitts des Ventils 29 beeinflußt wird, und somit eine Drosselung des Einspritzdrucks an der Ventildichtflache 22 über das Ventilglied 21 erreicht wird Zur Realisierung einer kontinuierlichen Querschnittssteuerung sind sowohl Piezoaktoren als auch scnnelle Magnetaktoren denkbar Durch Ausfuhrung mehrstufiger Ventile können statt einer kontinuierlichen Formung des Einspritzdrucks mehrere unterschiedliche Einspritzdruckniveaus wahrend der Einspritzung durch verschiedene Drosselstellungen erzeugt werden
In einer mit der Druckkammer 13 in Verbindung stehenden Druckleitung 18 baut sich ein Druck auf, der auch im Steuerraum 19 und im Dusenraum 20 ansteht Die Einspritzung erfolgt über eine Kraftstoff-Zum essung mit Hilfe eines in einer Fuhrungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 21 mit einer konischen Ventildichtflache 22 an seinem einen Ende, mit der es mit einer Ventilsitzflache am Injektorgehause der Injektoreinheit 8 zusammenwirkt An der Ventilsitzflache des injektorgehauses sind Emspπtzoffnungen vorgesehen Innerhalb des Dusenraums 20 ist eine in Offnungsπchtung des Ventilglieds 21 weisende Druckflache dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, der über die Druckleitung 18 dem Dusenraum 20 zugeführt wird Koaxial zu einer Ventilfeder 23 greift ferner an dem Ventilglied 21 ein Druckstuck 24 an, das mit seiner der Ventildichtflache 22 abgewandten Stirnseite 25 den Steuerraum 19 begrenzt Der Steuerraum 19 hat vom Kraftstoffdruckanschluß her einen Zulauf mit einer ersten Drossel 26 und einen Ablauf zu einer Druckentlastungsleitung 27 mit einer zweiten Drossel 28 die durch ein 2/2-Wege- Ventil 29 gesteuert wird
Der Dusenraum 20 setzt sich über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 21 und der Fuhrungsbohrung bis an die Ventilsitzflache des Injektorgehauses fort Über den Druck im Steuerraum 19 wird das Druckstuck 24 in Schließrichtung druckbeaufschlagt
Bei Betätigung (Öffnen) des 2/2-Wege-Ventιls 29 kann der Druck im Steuerraum 19 abgebaut werden, so daß in der Folge die in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 21 wirkende Druckkraft im Dusenraum 20 die in Schließrichtung auf das Ventilglied 20 wirkende
Druckkraft übersteigt Die Ventildichtflache 22 hebt von der Ventilsitzflache ab und Kraftstoff wird eingespritzt. Dabei läßt sich der Druckentlastungsvorgang des Steuerraums 19 und somit die Hubsteuerung des Ventilglieds 21 über die Dimensionierung der Drossel 26 und der Drossel 28 beeinflussen.
£ Das Ende der Einspritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) des 2/2-Wege-Ventiis 29 eingeleitet, das den Steuerraum 19 wieder von der Druckentlastungsleitung 27 abkoppelt, so daß sich im Steuerraum 19 wieder ein Druck aufbaut, der das Druckstück 24 in Schließrichtung bewegen kann.
10 Die Ventileinheiten werden von Elektromagneten zum Öffnen oder Schließen bzw. Umschalten betätigt. Die Elektromagnete werden von einem Steuergerät angesteuert, das verschiedene Betriebsparameter (Motordrehzahl, ....) der zu versorgenden Brennkraftmaschine überwachen und verarbeiten kann.
l ό An Stelle der magnetgesteuerten Ventileinheiten können auch Piezostelleiemente (Aktuator, Aktor) verwendet werden, die einen notwendigen Temperaturausgleich und evtl. eine erforderliche Kraft- bzw. Wegübersetzung besitzen.
Nachfolgend werden in der Beschreibung zu den Figuren 2 bis 8 lediglich Unterschiede zur 20 Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Figur 1 behandelt. Identische Bauteile werden nicht näher erläutert.
Aus der Figur 2 ist ersichtlich, daß die Druckübersetzungseinheit 9 bei einer Abänderung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 außerhalb des Injektors 8 und nunmehr im Bereich des 25 Druckspeicherraums 6 angeordnet ist. Die Baugröße des Injektors 8 verringert sich. Das Ventil 10 kann am Druckspeicherraum und die Druckübersetzungseinheit kann am Injektor angeordnet sein.
Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Figur 3 wird der Druckspeicherraum 6 zur 30 Ansteuerung der Druckübersetzungseinheit 9 über die Förderleitung 45 und die Pumpe 42 mit Motoröl oder einem anderen geeigneten Druckfluid 43 aus einem Vorratsbehälter 44 befüllt. Die Niederdruckseite 16 des Druckmittels 17 kann entweder über die Druckleitung 47 druckbeaufschlagt werden oder an eine Leckageleitung 48 angeschlossen werden. Die Umschaltung ist durch das 3/2-Wege-Ventil 10 erreichbar.
35
Die Druckkammer 13 ist über das Rückschlagventil 14 mit Kraftstoff aus einem weiteren Vorratsbehälter befüllbar oder kann mit Hilfe einer Vorförderpumpe - wie dargestellt - mit einem geringen Vorforderdruck erfolgen Die Einspritzung erfolgt wie zu Figur 1 beschrieben
Alternativ zur Drosselung des Kraftstoff im Bereich der Kraftstoffzumessung kann der zweite Systemdruck unter Verwendung eines Druckbegrenzungsventils in Gestalt eines Rückschlagventils 50 im Bereich der Druckubersetzungseinheit erzeugt werden (Figur 4) Das Rückschlagventil 50 öffnet bei einem Druck von ca 300 bar Die Druckkammer 13 wird mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe aus einem Vorratsbehalter über das Rückschlagventil 14 mit Kraftstoff befullt Hier bleibt die Druckkammer 13 bei geringem Hub des zunächst zurück gestellten und dann in Richtung des Bodens der Druckkammer 13 bewegten Druckmittels 17 mit dem Rückschlagventil 50 verbunden, so daß der Druck in der Druckkammer 13 auf 300 bar begrenzt wird, um Kraftstoff dieses Druckes dem Druckraum 20 und dem Steuerraum 19 zuzuleiten Das Ruckschlagventil 14 verhindert den Ruckfluß von verdichtetem Kraftstoff in Richtung Kraftstoffpumpe 2
Bei größerem Hub des Druckmittels 17 infolge der Druckbeaufschlagung des Druckmittels 17 mit einem Fluid aus dem Druckspeicherraum 6 wird der Zugang der Druckkammer 13 zur Leckageleitung 49 verschlossen, so daß ein höherer Einspritzdruck erreicht wird Bei der Haupteinspritzung laßt sich damit eine sog "Boot-Injection" durchfuhren, sowie eine Voreiπspntzung bei geringem Druck
In Abwandlung der vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiele ist in der Figur 5 eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 51 dargestellt Wiederum fordert eine Hochdruckpumpe 52 Kraftstoff 53 aus einem Vorratsbehalter 54 über eine Forderieitung 55 in einen den Kraftstoff 53 mit einem Druck von 300 bis 800 bar speichernden Druckspeicherraum 56, der über einzelne Druckleitungen 57 mit einzelnen Injektoren 58 verbunden ist Ausgehend von dem Druckspeicherraum 56 wird der Einspritzdruck jedes Injektors 58 durch eine innerhalb jedes Injektors 58 angeordnete Druckubersetzungseinheit 59 erzeugt Mittels einer Ventilemheit 60 (3/2-Wege-Ventιls) wird die Einspritzung druckgesteuert realisiert Ein Ventilglied 61 kann sich gegen die Schließkraft einer Druckfeder 62 von der Ventilsitzflache 63 des Injektorgehauses weg bewegen, wenn ein Dusenraum 64 mit unter entsprechendem Druck stehendem Kraftstoff befullt ist Im unbestromten Zustand der Ventilemheit 60 ist die Druckubersetzungseinheit 59 an eine Leckageleitung 66 angeschlossen Eine Druckkammer 67 kann über ein Ruckschlagventil 68 befullt werden Durch eine kontinuierliche Querschnittssteuerung des Ventils 60 kann (wie bei Fig 1 ) eine Einspπtzverlaufsformung realisiert werden Bei Verwendung mehrstufiger Ventile können ebenfalls durch unterschiedliche Drosselstellungen verschiedene Einspritzdruckniveaus erreicht werden Als Aktoren sind hier ebenfalls Piezosteller oder Magnetaktoren denkbar
In der Figur 6 befinden sich die Druckubersetzungseinheit 59 und die Ventilemheit 60 bei einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 51 außerhalb des Injektors 58 im Bereich des Druckspeicherraums 56
Bei dem Ausfuhrungsbeispiel einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 71 gemäß Figur 7 wird die Druckerzeugung und Verstärkung des aus einem Vorratsbehalter zugefuhrten Kraftstoffs 74 mit einem Motorol als Druckfluid 72 realisiert Die Druckubersetzungseinheit 73 wirkt als Kopplungselement zwischen der Kraftstoffzufuhruπg und der Druckfluidzufuhrung Ein zweiter Systemdruck wird über eine Drosselung innerhalb eines Ventilquerschnitts einer Ventilemheit 75 erreicht (siehe auch die Beschreibung zu den
Figure imgf000010_0001
Figur 8 zeigt eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 81 mit einer Verwendung einer Druckbegrenzung des in der Druckkammer 82 verdichteten Kraftstoffs (siehe auch die analoge hubgesteuerte Variante der Figur 4) Bei geringem Hub des Druckmittels 83 wird der Druck in der Druckkammer 82 der Druckubersetzungseinheit 84 auf ca 300 bar begrenzt, weil die Druckkammer 82 über ein Rückschlagventil mit einer Leckageleitung 87 verbunden ist Bei weiterer Bewegung des Druckmittels 83 in Pfeiiπchtung 85 schließt dieser Druckbegrenzungspfad, und es wird der volle Einspritzdruck erzeugt
Dies ermöglicht eine Voreinspritzung mit geringem Druck durch eine separate Betätigung einer Ventilemheit 86 Bei einer Haupteinspritzung laßt sich zusätzlich eine Boot-Injektion erzeugen Die Ventilemheit 86 kann durch Magnetaktuatoren (bei Drosselung im Bereich der Ventilsitzflache muß eine Wegsteuerung des Magnetventils ausgebildet sein) direkt oder hydraulisch unterstutzt bzw angesteuert werden (Steuerkolben und Steuerraum) Auch durch die Verwendung eines Piezo-Aktors kann eine Einspπtzverlaufsformung (Bootinjektion) bei der Haupteinspritzung realisiert werden Dies gilt ebenso für sämtliche Ausfuhrungsformen der Erfindung
Fig. 9 betrifft eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 91 mit einer zu den bisher gezeigten Ausfuhrungsbeispielen geänderten Einspritzdüse Wiederum wird über eine Kraftstoffpumpe Kraftstoff oder alternativ Motorol in einen Druckspeicherraum mit einem Druck von ca 300 bis ca 800 bar gefordert Ausgehend von diesem Druckspeicherraum wird lokal für jeden Zylinder der Einspritzdruck über eine Druckubersetzungseinheit erzeugt Bei Motorol als Betriebsstoff wirkt die Druckubersetzungseinheit auch als Koppler Über ein 3/2-Wege-Ventιl 92 mit einer Querschnittssteuerung oder einen Piezoaktor wird die Einspritzung druckgesteuert realisiert Im unbestromten Zustand liegt die Niederdruckseite der Druckubersetzungseinheit auf Leckol und kann über ein Rückschlagventil 93 befullt werden Mittels einer Drosselung im Ventilsitz des Ventils 92 laßt sich ein zweiter Einspritzdruck ausbilden An Stelle der bereits in den vorhergehenden Figuren gezeigten Sackloch- oder Sitziochdusen wird eine Vano- oder Vaπo-Registerduse verwendet Dabei ist der zur Verfugung stehende Offnungsquerschnitt der Dusenlocher variabel Der Einspritzverlauf kann noch besser an die Erfordernisse des Motors angepaßt werden Bei einer Vano-Registerduse können stufenweise mehrere Dusenlochreihen geöffnet werden Die Ansteuerung für den hydraulischen Hubanschlag 94 der Düse kann sowohl innerhalb des Injektors 95 als auch zentral für alle Injektoren gleichzeitig erfolgen
Zusätzlich zu den gezeigten Ausfuhrungsbeispielen wäre auch die Verwendung eines Ausweichkolbens ahnlich einer Pumpen-Duse-Emheit (PDE) denkbar

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H EVerfahren zur Durchfuhrung einer Kraftstoffeinspritzung mit einer Hochdruckpumpe (2 52) und einem Druckspeicherraum (6, 56) zur Erzeugung und Speicherung eines ersten Systemdrucks, dadurch gekennzeichnet daß dieser Systemdruck nicht zur Einspritzung verwendet wird, sondern daß mittels einer Druckubersetzungseinheit (9 59, 73 84) wahrend der Einspritzung ein höherer Einspritzdruck erzeugt wird und der Einspritzdruck zur Formung des Einspritzverlaufs verringert werden kannVerfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Formung des Einspritzdrucks mittels eines steuerbaren Ventilquerschnitts erzeugt wirdVerfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Formung des Einspritzdrucks durch Absteuerung über ein Druckbegrenzuπgsventil (50) oder einen Ausweichkolben erzeugt wirdVerfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckubersetzungseinheit (9, 59, 73, 84) an einer beliebigen Stelle zwischen dem Druckspeicherraum (6, 56) und einem Dusenraum (20, 64) eines Injektors (8, 58) angeordnet istVerfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckubersetzungseinheit (9, 59, 73, 84) in den Injektor (8, 58, 95) integriert istVerfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckubersetzungseinheit (9, 59, 73, 84) am Druckspeicherraum (6, 56) angeordnet oder in den Druckspeicherraum (6, 56) integriert istVerfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckfluid (43, 72) zum Betrieb der Druckubersetzungseinheit (9 73) ein vonKraftstoff unterschiedliches Medium, vorzugsweise ein Motorol, verwendet wirdVerfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung hubgesteuert durchgeführt wirdVerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung druckgesteuert durchgeführt wird 0. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübersetzungseinheit am Injektor und das Steuerventil am Druckspeicherraum angeordnet ist.
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