WO2001053691A1

WO2001053691A1 - Einspritzsystem

Info

Publication number: WO2001053691A1
Application number: PCT/DE2001/000119
Authority: WO
Inventors: Jaroslaw Hlousek
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2001-07-26
Also published as: US6626149B2; DE10002109A1; JP2003520327A; RU2273764C2; DE50103958D1; BR0104086B1; KR20010113745A; EP1185785B1; KR100714855B1; EP1185785A1; US20020134358A1; BR0104086A; JP4571771B2

Abstract

Bei einem Einspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpe (10) je zu versorgendem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, die elektronisch gesteuert wird, einer Einspritzdüse (12), die mit einer Düsennadel (34) versehen ist, und einer Verbindungsleitung (14) zwischen der Kraftstoffpumpe und der Einspritzdüse, soll der Einspritzverlauf frei wählbar sein. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass die Einspritzdüse mit einem elektronisch gesteuerten Ventil (48, 50; 50, 52) versehen ist, welches das Öffnen der Düsennadel (34) steuern kann.

Description

Einspritzsystem

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpe je zu versorgendem Zylinder der Verbrennungskraft- maschine, die elektronisch gesteuert wird, einer Einspritzdüse, die mit einer Düsennadel versehen ist, und einer Verbinduπgsleitung zwischen der Kraftstoffpumpe und der Einspritzdüse.

Ein solches Einspritzsystem stellt ein Einzelzylindersystem dar, bei dem die Einspritzpumpe beispielsweise von einer Nockenwelle angetrieben wird. Bei Betätigung durch einen Nocken wird in der Kraftstoffpumpe der einzuspritzende Kraftstoff unter Druck gesetzt und der Einspritzdüse zugeführt. Der Förderbeginn und das Förderende der Kraftstoffpumpe kann beispielsweise mittels eines Schieberveπtils gesteuert werden, das in einem ersten Zustand den För- derraum der Pumpe mit einer Rücklaufleituπg verbindet, so daß eine Kraft- stofförderung nicht erfolgt, und in einem zweiten Zustand die Verbindung zur Rücklaufleitung schließt, so daß ein Druckaufbau möglich ist. Auf diese Weise können der Eiπspritzbegiππ und über eine Steuerung der Länge des Einspritzvorganges auch die Einspπ^'tzmeπge gesteuert werden. Jedoch ist der Einspritz- druck eine Funktion der Drehzahl der die Pumpe antreibenden Nockenwelle. Auch können der Einspritzverlauf und eine Voreinspritzung nur pumpenseitig beeinflußt werden Dies fuhrt zu Einschränkungen hinsichtlich der Voremspπtz- menge und der Formung αes Einspritzverlaufs sowie zu unakzeptableπ Streuungen zwischen den einzelnen Zylindern der Verbrennungsκraftmaschιne

Die Aufgabe der Erfindung Desteht somit dann das bekannte Einspritzsystem dahingehend weiterzubilden daß nicht nur die Einspritzmenge und der Spritzbeginn, sondern auch Einspritzdruck, Einspritzverlauf, Voreinspritzung, Nach- εiπspntzung und Multi-Einspntzung in der gewünschten Weise beeinflußt werden können

Vorteile der Erfindung

Das erfiπdungsgemaße Einspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil daß durch geeignete Betätigung des elektronisch gesteuerten Ventils an der Einspritzdüse das von der Kraftstoffpumpe gelieferte Kraftstoffvolumen in der gewünschten Weise eingespritzt werden kann, wobei zusätzliche Parameter für die Steuerung des Einspritzverlaufs bereitgestellt werden die von Forderbeginn und Fordεrende der Kraftstoffpumpe unabhängig sind Anders als bei herkömmlichen Systemen, bei denen sich die Dusennadel automatisch geöffnet hat sobald nach Forderbegiπn der Kraftstoffpumpe ein vorbestimmter Druck überschritten wurde, und sich die Dusennadel ebenfalls automatisch wieder geschlossen hat, sobald gegen Forderende ein bestimmter Mindestdruck unterschritten wurde, kann mit dem erfiπdungsgemaßen Einspritzsystem nunmehr im wesentlichen unabhängig von der Forderrate der Kraftstoffpumpe eingespritzt werden. Es ist weiterhin möglich, bei gleichen Abmessungen der Kraftstoffpumpe nunmehr den gesamten Hub der Pumpe zu nutzen und dadurch die Leistung des Systems bei gleichen Abmessungen zu erhöhen Ein weiterer Vorteil besteht dann, daß nur geringe Modifikationen gegenüber den herkömmlichen Systemen erforderlich sind Es muß lediglich die bisher verwendete Einspritzdüse durch eine elektronisch geregelte Einspritzdüse ersetzt werden lm Vergleich mit sogenannten "Common-Rail-Systemen", bei denen eine einzige Kraftstoffpumpe zur Versorgung eines Hochdruckspeichers verwendet wird, aus dem dann der Kraftstoff in die einzelnen Zylinder eingespritzt wird, bietet das erfindungsgemäße System eine höhere Betriebssicherheit, da bei einem eventuellen Ausfall der Kraftstoffpumpe nur, aufgrund- des modularen Aufbaus des Systems, der entsprechende Zylinder der Verbrennungskraftmaschine betroffen ist. Der Einspritzverlauf kann dabei in gleicher Weise variabel gesteuert werden, wie dies bei einem Common-Rail-System möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

- Fig. 1 in einer schematischen, teilgeschnittenen Ansicht ein erfinduπgs- gemäßes Eiπspritzsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

- Fig. 2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von Fig. 1 ;

- Fig. 3 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Fig. 1 ein Einspritzsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; - Fig. 4 in einer Schnittaπsicht eine Einspritzdüse, die bei einem Einspritzsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann;

- Fig. 5 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt V von Fig. 4; und

- die Fig. 6a bis 6d verschiedene Diagramme von Kenngrößen, die für den Einspritzverlauf relevant sind, der mit dem erfindungsgemäßen

Einspritzsystem erzielbar ist. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem gemäß einer ersten Ausfüh- rungsform dargestellt. Es enthält als die wesentlichsten Bauteile eine Kraftstoffpumpe 10, eine Einspritzdüse 12 sowie eine Verbindungsleitung 14 zwischen der Kraftstoffpumpe und der Einspritzdüse.

Die Kraftstoffpumpe 10 wird von einem sich drehenden Nocken 16 betätigt und weist einen Pumpkolben 18 auf, der sich in einem Druckraum 20 verstellt. Der einzuspritzende Kraftstoff wird der Kraftstoffpumpe 10 durch einen schematisch dargestellten Kraftstoff-Zulauf 22 zugeführt. Zur Rückführung zu einem Kraft- stoff-Vorratsbehälter ist ein Kraftstoff-Rücklauf 24 vorgesehen. Das vom Kraftstoff-Zulauf 22 und einer Vorförderpumpe für den Kraftstoff gebildete Niederdrucksystem sowie das vom Kraftstoff-Rücklauf 24 gebildete drucklose Rückführsystem sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Ebenfalls nicht im Detail dargestellt sind verschiedene Leckage-Rückläufe 26, die dem Kraftstoff- Rücklauf 24 zugerechnet werden können.

Die Kraftstoffpumpe 10 ist mit einem Steuerschieber 28 versehen, der von einem elektronisch gesteuerten Stellglied 30 betätigt wird, das mit einer elektronischen Steuereinheit 32 in Verbindung steht. Der Steuerschieber 28 kann in Abhängigkeit von Anweisungen von der Steuereinheit 32 vom Steuerglied 30 zwischen einer offenen Stellung, in welcher der Druckraum 20 der Kraftstoffpumpe mit dem Kraftstoff-Zulauf 22 und dem Kraftstoff-Rücklauf 24 verbunden ist, so daß keine Kraftstofförderung stattfindet, und einer geschlossenen Stellung verstellt werden, in welcher die Verbindung zum Kraftstoff-Zulauf und zum Kraftstoff-Rücklauf geschlossen ist und eine Verschiebung des Pumpkolbens 18 im Druckraum 20 dazu führt, daß der im Druckraum 20 vorhandene Kraftstoff über die Verbindungsleitung 14 zur Einspritzdüse 12 gefördert wird. Die Einspritzdüse 12 die mit einem Speicherraum 13 versehen ist weist eine Dusennadel 34 auf die zw sehen einer geschlossenen Stellung in der der bereitgestellte Kraftstoff nicht aus der Einspritzdüse 12 austreten kann und einer geöffneten Stellung verschiebbar ist in welcher der bereitgestellte Kraftstoff in den Zylinder der Verbrenπungskraftmaschine eingespritzt wird Die Dusennadel 34 stutzt sich an einer Druckstange 36 (siehe Fig 2) ab, die einen Steuerdruckraum 38 an einer Seite abschließt Der Steuerdruckraum 38 ist mit einem Zulauf 40 versehen, der eine als Bohrung mit kleinem Querschnitt ausgebildete Zulaufdrossel 42 aufweist, sowie mit einem Ablauf 44, der eine ebenfalls als Bohrung mit kleinem Querschnitt ausgebildete Ablaufdrossel 46 aufweist Der Querschnitt der Ablaufdrossel 46 ist dabei großer als der Querschnitt der Zulaufdrossel 42

Der Ablauf 44 aus dem Steuerdruckraum 38 wird von einem Ventilelement 48 gesteuert das von einem Stellglied 50, das ebenfalls mit der Steuereinheit 32 in Verbindung steht, zwischen einer den Ablauf 44 verschließenden Stellung und einer den Ablauf 44 freigebenden Stellung verstellbar ist Wenn das Ventilelement 48 den Ablauf 44 verschließt, wird im Steuerdruckraum 38 ein über den Zulauf 40 zugefuhrtes Fluid, üblicherweise Kraftstoff aufgestaut Dadurch wird über die Druckstange 36 eine Kraft auf die Dusennadel 34 ausgeübt, welche diese entgegen einer Offnungskraft, die von dem an der Dusennadel anliegenden Kraftstoffdruck erzeugt wird, in der geschlossenen Stellung halt Wenn dagegen das Ventilelement 48 den Ablauf 44 freigibt, kann das im Steuerdruckraum 38 aufgestaute Fluid aus diesem ausströmen, da die Ablaufdrossel 46 einen größeren Querschnitt hat als die Zulaufdrossel 46 Somit wird einer Verschiebung der Druckstaπge 36 keine Kraft mehr entgegengesetzt, und die Dusennadel 34 wird von dem auf sie einwirkenden Kraftstoffdruck von ihrem Ventilsitz abgehoben, so daß der Kraftstoff in den Zylinder ein- gespritzt werden kann Die Funktionsweise des beschriebenen Einspritzsystems ist die folgende: Der Einspritzvorgang wird mit der Aktivierung des Stellgliedes 30 eingeleitet. Dieses verschiebt den Steuerschieber 28 in die Stellung, in der die Verbindung zwischen Druckraum und Kraftstoff-Zulauf sowie Kraftstoff-Rücklauf geschlossen ist. so daß die Kraftstoffpumpe fördert. Dadurch wird vom Pumpkolben 18 Kraftstoff in der Verbindungsleitung 14 und in der Einspritzdüse 12 komprimiert. Die Dusennadel 34 verbleibt dabei solange in ihrer geschlossenen Stellung, bis das gewünschte Druckniveau erreicht ist; die Zeit zwischen dem Schließen des Steuerschiebers 28 und dem Öffnen der Dusennadel 34 definiert dadurch den zur Verfügung stehenden Einspritzdruck. Wenn der Einspritzvorgang beginnen soll, wird der Ablauf 44 vom Ventilelement 48 geöffnet, so daß sich die Düsennadel 34 von ihrem Ventilsitz abheben kann. Dabei kann durch die vom Steuerschieber 28 unabhängige Betätigung des Ventilelementes 48 eine Voreinspritzuπg, eine Haupteinspritzung mit einem beliebigen Einspritzverlauf sowie eine Nacheiπspritzung gesteuert werden. Die verschiedenen Kenngrößen, die dabei relevant sind, sind im Diagramm der Fig. 6a bis 6d dargestellt.

In Fig. 6a ist der Strom durch das Stellglied 30 in Abhängigkeit von dem Dreh- winkel der Kurbelwelle der mit Kraftstoff zu versorgenden Verbrenπungskraft- maschiπe gezeigt. In Fig. 6a ist der Strom durch das Stellglied 50 der Einspritzdüse in Abhängigkeit vom Kurbelwelleπ-Drehwinkel gezeigt. In Fig. 6c ist der Hub des Steuerschiebers 28 in Abhängigkeit vom Kurbelwellen-Drehwinkel gezeigt. In Fig. 6d ist schließlich der Hub des Ventilelemeπtes 48 in Ab- häπgigkeit vom Kurbelwellen-Drehwinkel dargestellt.

In den Diagrammen ist deutlich zu sehen, daß die Steuerung des Ventilelementes 48 unabhängig von der Steuerung des Steuerschiebers 28 erfolgen kann, so daß der gewünschte Einspritzverlauf frei wählbar ist. ln Fig. 3 ist ein Einspritzsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Einspritzsystem dadurch, daß im Inneren der Kraftstoffpumpe 10 ein Hochdruck-Sammelraum 21 zwischen dem Pumpkolben 18 und dem Steuerschieber 28 angeordnet ist. Der Hochdruck-Sammelraum 21 wirkt nach Art eines Druckspeichers, so daß eine noch größere Zeitverzögerung zwischen dem Förderbeginn der Kraftstoffpumpe 10 und dem Öffnen der Düsennadel 34 der Einspritzdüse 12 möglich ist.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Einspritzdüse 12 für ein Einspritzsystem gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Anstelle des Ventilelementes 48 wird hier ein Veπtilschieber 52 verwendet, so daß ein 3/2-Wege-Ventil gebildet ist. Auch hier sind eine Zulaufdrossel 42 und eine Ablaufdrossel 46 vorgesehen, wobei mit Öffnen des Veπtilschiebers 52 der Zulauf zur Dusennadel 34 geöffnet wird. Im geschlossenen Zustand des Veπtilschiebers 52 wird der Zulauf zur Düsennadel 34 sowie der Düsenraum insgesamt durch den Ventilschieber 52 zum Kraftstoff-Rücklauf 24 entlastet. Der Vorteil dieser Ausführuπgsform besteht darin, daß die Einspritzdüse nur während der Einspritzung mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.

Claims

Patentansprüche

1. Einspritzsystem für eine Verbrenπungskraftmaschiπe. mit einer Kraftstoff- pumpe (10) je zu versorgendem Zylinder der Verbreπnungskraftmaschine, die elektronisch gesteuert wird, einer Einspritzdüse (12), die mit einer Dusennadel (34) versehen ist, und einer Verbindungsleitung (14) zwischen der Kraftstoffpumpe (10) und der Einspritzdüse (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse mit einem elektronisch ge- steuerten Ventil (48, 50; 50, 52) versehen ist, welches das Öffnen der

Düsennadel (34) steuern kann.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (10) mit einem elektronisch gesteuerten Steuerschieber (28) versehen ist.

3. Einsphtzsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (10) mit einem Hochdruckraum (21 ) versehen ist.

4. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (12) mit einem Speicherraum (13) versehen ist, in welchem ein Fluid mittels des elektronisch gesteuerten Ventils (48, 50; 50, 52) aufgestaut werden kann, so daß der dann wirkende Druck die Düsennadel (34) in ihrer geschlossenen Stellung hält.

5. Einsphtzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronisch gesteuerte Ventil der Einspritzdüse ein 3/2- Wege-Ventil ist, das mit einem Ventilschieber (52) versehen ist.