WO2002081900A1 - Verfahren zum betreiben einer pumpe-düse-einheit sowie pumpe-düse-einheit - Google Patents

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pump
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Roger Potschin
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention initially relates to a method for operating a pump-nozzle unit, * with which fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine by opening a valve element against a preload force by increasing a system pressure, the method comprising the following steps in succession :
  • Pump-nozzle units of this type comprise a valve element which is pressed into its closed position by a spring.
  • a piston pump driven by a camshaft provides a system pressure that acts on a pressure surface of the valve element and with which the valve element can be opened against the biasing force.
  • the spring that presses the • valve element into its closed position is supported at its other end on a movable switching element. If the switching element is moved towards the valve element, the pretensioning force acting on the valve element increases and the valve opening and valve closing pressure directly related to it.
  • a double injection can be realized with the known method:
  • the system pressure is initially increased so that the valve element opens against the spring force. Now the switching element is moved and the preload force is increased. This is how it happens; that the valve closing pressure increases faster than the effective system pressure.
  • the system pressure is raised further until it is again above the increased valve opening pressure. Now the valve element opens again for a main injection against the increased pretensioning force. This is ended by lowering the system pressure to a level below the (increased) vent closing pressure. The switching element is moved back to its starting position, so that the valve opening pressure and the valve closing pressure also drop to a normal level.
  • valve opening pressure is at that Known methods limited, otherwise the pause between the pre-injection and the main injection would be too long. In some applications, however, a very high injection pressure is desired. This is particularly the case if a post-injection is to take place after the main injection. Too low a pressure during post-injection can lead to undesirably high soot formation.
  • the object of the present invention is therefore to develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that post-injection with a very high injection pressure is possible with it.
  • step b) an increased valve closing pressure due to the increased preload is always below the system pressure, so that the valve element remains open, and that between steps b) and c) the following steps are provided:
  • the pretensioning force is only increased so quickly that the valve closing pressure is always below the system pressure. in the In contrast to the known method, this precludes the valve closing pressure from "overtaking” the system pressure and thereby closing the valve element despite increasing system pressure. A large part of the period of the main injection is thus available for increasing the pretensioning force and thus for increasing the valve opening pressure.
  • the preload can therefore be increased much more than is possible with the known methods. Closing the valve element between the main injection and the post-injection is actively caused that the system pressure is reduced. A "hydraulic" closing as in the known method is therefore not provided here.
  • Post-injection at a very high injection pressure can thus be realized with the method according to the invention. This leads to a particularly consumption- and emission-optimized combustion behavior, particularly in diesel internal combustion engines.
  • step c) the system pressure is reduced to a value below an increased valve closing pressure, so that the valve element closes, and the pretensioning force on the valve element is reduced, the valve opening pressure, which is lower due to the lower pretensioning force, always is above the system pressure so that the valve element remains closed.
  • the valve element is therefore already closed at a relatively high system pressure. This has the advantage that a relatively high level during the entire post-injection Injection pressure is present.
  • valve element opens against the biasing force of a biasing element which is supported by a movable switching element, and that in step b) the switching element is moved against the biasing force during the raising of the system pressure, so that the preload increases.
  • a mechanical movement which can be easily generated, is used to change the pretensioning force and subsequently to change the valve opening pressure or the valve closing pressure.
  • step c) the switching element is moved back into its initial position in the direction of the pretensioning force.
  • the switching element be moved hydraulically in step b). This is possible if there is a pressure surface on the switching element which can be subjected to a pressure, preferably the system pressure. In this case, electrical control of the switching element can be dispensed with, for example, which increases the safety when carrying out the method according to the invention.
  • step b) the switching element is moved out of its initial position by a stepwise application of at least two pressure surfaces with the system pressure against the loading by the biasing element, the first pressure surface always with the system pressure and the second pressure surface only then the system pressure is applied when the switching element is somewhat out of it Has moved out of the starting position.
  • the method according to the invention is particularly preferred if, in addition to the main and post-injection, a pre-injection can also be carried out.
  • the consumption and emission behavior of the internal combustion engine operated with the method according to the invention is further optimized.
  • the system pressure be raised to a value above the normal valve opening pressure before step a), so that the valve element opens against a pre-injection to a pre-injection at normal system pressure, and the system pressure then to a value below of the normal valve closing pressure is lowered so that the valve element closes.
  • the pilot injection carried out in this way therefore takes place at a relatively low system pressure and with a switching element which is in the starting position.
  • valve opening pressure Another possibility of increasing the valve opening pressure is to pressurize the valve element against the opening direction. This can be done in addition or as an alternative to the biasing element acting on the valve element. For this it is also proposed that the valve element be acted upon with the system pressure at a different time from the opening direction. The system pressure is in the area of the valve element anyway and can therefore be used without expensive measures to increase the valve opening pressure.
  • the present invention also relates to a pump-nozzle unit for 'supplying fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with an injection nozzle for injecting the fuel ' into the combustion chamber, with at least one valve element which has at least a first pressure surface, the force resultant of which shows approximately in the opening direction of the valve element, with a biasing element which acts on the valve element in the direction of the closed position, with a switching element on which the biasing element is supported and which is movable along the direction of loading by the biasing element, with a pump device which one to the first Pressure area of the valve element acting system pressure builds up, and with a control device which controls the build-up and reduction of the system pressure.
  • Such a pump-nozzle unit is known from the market. As already stated at the beginning, it is used primarily in motor vehicle diesel internal combustion engines. In order to be able to achieve the most fuel-efficient and emission-optimized operation of the internal combustion engine with such a pump-nozzle unit, it is proposed according to the invention that the characteristic curve of the pretensioning device and the sizes of the pressure surfaces are matched to one another in such a way that the method of the type mentioned above is used with it can be carried out.
  • the switching element be a first Comprises pressure area and a second pressure area, the first pressure area of the switching element being smaller than the first pressure area on the valve element, the first pressure area and the second pressure area of the switching element being larger than the entire pressure area of the valve element, the first pressure area of the switching element always being included is connected to the pump device so that it is always acted upon by the system pressure, and the second pressure surface of the switching element is only connected to the pump device when the switching element has moved somewhat out of its initial position.
  • This ' pump-nozzle unit has a hysteresis between the system pressure at which the switching element moves out of the starting position and the system pressure at which the switching element moves back to the starting position. This increases the operational reliability of the pump-nozzle unit.
  • the pump-nozzle according to the invention is Einhei t I, the successive actuation of the switching element with the
  • a pretensioning device z u ⁇ which comprises a compression spring, is also particularly simple to implement.
  • a pressure space> is present between the valve element and the switching element, which is from a second pressure surface of
  • Valve element is limited, the force resultant too the force resultant of the first pressure surface of the valve element is oriented approximately opposite, and in which a flow channel is provided in the switching element, which leads from the pressure chamber to the second pressure surface of the switching element.
  • the valve element can be used as an alternative or in addition to the pretension e.g. be acted upon by a hydraulic pressure by means of a compression spring, as a result of which the valve opening pressure or w. the valve closing pressure can be increased.
  • the application takes place in that the pressure space between the switching element and the valve element is fluidly connected to that pressure space which is delimited by the second pressure surface of the switching element. Hydraulic pressure is therefore not applied to the pressure chamber between the switching element and the valve element until the switching element has moved somewhat out of its initial position.
  • the flow channel comprises a flow restrictor.
  • the control device comprises a switching valve which can connect the pump device to a low-pressure area. It is hereby achieved that when the pumping device conveys fuel to the valve element, but an increase in the system pressure is not desired, the volume flow can be released in the direction of the low-pressure region and thus no system pressure builds up.
  • a particularly fast switching of such a switching valve is achieved if the switching valve has at least one P ' iezo element as an actuator.
  • valve opening pressures can be achieved.
  • the increased valve opening pressure is more than twice the normal valve opening pressure, more preferably it is 400 to 800 bar, still more preferably 700 to 800 bar.
  • Fig. 1 a schematic representation of a first
  • Fig. 2 a diagram in which the switching state of a
  • Control valve of the unit injector from Flg. 1 is shown over time;
  • Fig. 3 a diagram in which the course of the system pressure the pump-nozzle unit of Figure 1 is shown over time;
  • Fig. 4 a diagram in which the switching state of a
  • Switching element of the pump-nozzle unit of Figure 1 is plotted against time.
  • Fig. 5 a diagram in which the switching state of a
  • Valve element of the pump-nozzle unit of Figure 1 is plotted over time.
  • Fig. 6 a section of a second
  • Embodiment of a pump-nozzle unit Embodiment of a pump-nozzle unit
  • Fig. 7 a view similar to Fig. 6 of a third
  • Fig. 8 a view similar to Fig. 6 of a fourth
  • Embodiment of a pump-nozzle unit Embodiment of a pump-nozzle unit.
  • a 'first embodiment of a pump-nozzle unit carries in Fig. 1 overall by reference numeral 10. u ⁇ nankt a pump means 12, a nozzle device 14 and a controller 16.
  • the pump device 12 is a single-cylinder piston pump 18 which is driven by a cam 20.
  • the cam 20 is in turn coupled to the crankshaft of an internal combustion engine (not shown).
  • the pump device 12 conveys fuel via a line (not shown) to a reservoir 64 via a fuel line 22 to the nozzle device 14.
  • the nozzle device 14 comprises a housing 24, in which a stepped bore 26 is formed. In the stepped bore 26. a valve element 28 with a circular cylindrical cross section. The valve element 28 is movable along its longitudinal axis 29. An injection opening 30 is provided at the lower end of the housing 24.
  • the valve element 28 is pressed by a compression spring 32 against a valve seat (not visible) in the region of the injection opening 30.
  • the valve element 28 has a circumferential oblique first pressure surface 34, which is surrounded by an annular pressure space 36.
  • the pressure chamber 36 is in turn connected to the fuel line 22.
  • the end of the compression spring 32 remote from the valve element 28 is supported on a circular-cylindrical switching element 38.
  • the switching element 38 has a section 40. Facing the compression spring 32 with a constant diameter and a section 42 facing away from the compression spring 32, which tapers conically in the manner of a truncated cone.
  • the blunt tip of the conical section 42 forms a first pressure surface 44 of the switching element 38, whereas the oblique lateral surface of the conical section 42 of the switching element 38 forms a second pressure surface 46.
  • the switching element 38 In the starting position shown in Fig. 1, the switching element 38 is pressed by the compression spring 32. In this initial position, an upper region of the conical pressure surface 46 is located at an annular sealing edge 48 of the stepped bore '26th The area above the first pressure surface 44 of the switching element 38 forms a first pressure chamber 50, which is permanently fluidly connected to the fuel line 22 via a branch line 52. A second annular pressure chamber 51 is present between the housing 24 and the pressure surface 46.
  • the switching element 38 can move in the stepped bore 26 along the longitudinal axis 29 between the starting position shown in FIG. 1 and a switching position delimited by an annular web 54 pointing radially inwards. In this switching position, the sealing edge 48 no longer lies against the inclined pressure surface 46 of the switching element 38, so that the two pressure spaces 50 and 51 are connected to one another.
  • a branch line 56 branches off from the fuel line 22 and leads to the control device 16.
  • the control device 16 comprises a switching valve 60 which can be actuated by a piezo actuator 58 and which is connected on the output side to the fuel tank 64 via a low pressure line 62.
  • the piezo actuator 58 of the control device 16 is controlled by a control and regulating device, not shown in the figure. In an embodiment not shown, a magnetic actuator is used instead of a piezo actuator.
  • the pump-nozzle unit 10 shown in FIG. 1 is used for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a separate pump-nozzle unit 10 is provided for each combustion chamber (that is, for each cylinder) of the internal combustion engine.
  • the fuel can get into the combustion chamber of the internal combustion engine through a "triple injection". The method by which such a triple injection takes place is now explained with reference to FIGS. 2-5:
  • the cam 20 of the pump device 12 is synchronized with the crankshaft of the internal combustion engine in such a way that the single-cylinder piston pump always performs a delivery stroke during an injection stroke of the cylinder assigned to it.
  • the switching valve 60 is initially at the beginning of an injection cycle closed (rising edge 66 in Fig. 2). As can be seen from FIG. 3, this leads to an increase in the system pressure in the fuel line 22 and subsequently also in the pressure chamber 36 (rising edge 68 in FIG. 3).
  • the valve element 28 is pressed with a certain force against the corresponding 'valve seat in the region of the injection hole 30th As a result, a normal valve opening force is specified.
  • the increasing pressure in the pressure chamber 36 now acts on the pressure surface 34 on the valve element 28. If the force resulting therefrom exceeds the closing force exerted by the compression spring 32, i.e. if the normal valve opening pressure of the valve element 28 is exceeded, the valve element 28 lifts from the valve seat in the region of Injection opening 30 from ' and opens.
  • the normal valve opening pressure is shown in FIG. 3 by a dash-dotted curve and is identified by POVN.
  • the opening of the valve element 28 can be seen in FIG. 5 on the rising flank 70.
  • the pilot injection is ended by the switching valve 60 opening again (falling edge 72 in FIG. 2).
  • the system pressure in the fuel line 22 drops since it is now open to the fuel tank 64. This is shown by the falling edge 74 in FIG. 3.
  • the valve element 28 closes (falling edge 76 in FIG. 5) as soon as the system pressure P in FIG. 3 has dropped below a normal valve closing pressure PSW.
  • the valve closing pressure PSVN is shown in Fig. 3 by a double-dash line.
  • the switching valve 60 is closed again (rising edge 78 in FIG. 2).
  • the system pressure P increases accordingly
  • the system pressure P exceeds an opening switching pressure POS of the switching element 38.
  • This pressure POS corresponds to the pressure at which the switching element 38 begins to detach from the sealing edge 48. This is again the case when the force emanating from the pressure surface 44 exceeds the prestressing force of the compression spring 32.
  • the starting position is denoted by SO
  • the switching position in which the switching element 38 rests on the ring land 54 is denoted by S1.
  • the characteristic curve of the spring 32 and the sizes of the pressure surfaces 34 and 44 are coordinated with one another in such a way that the valve closing pressure PSV is always below the system pressure P during this increase in the system pressure P.
  • the main injection is ended by the switching valve 60 being opened again, analogously to the end of the pre-injection. .,
  • the corresponding falling edges in Figures 2, 3 and 5, bear the reference numerals 88, '90 and 92.
  • the closing of the valve element 28 is caused by the fact that the system pressure P in Figure 3 under the elevated valve -. Drops closing pressure PSVH.
  • the drop in system pressure P is limited so that . a switching pressure PSS, at which the switching element 38 returns to its initial position SO, is not fallen below.
  • Post-injection is initiated again by closing the switching valve 60.
  • the corresponding flanks in FIGS. 2, 3 and 5 bear the reference symbols 94, 96 and 98.
  • the system pressure P again exceeds the increased valve opening pressure POVH, so that the valve element 28 opens again.
  • the increased valve opening pressure POVH is significantly above the normal valve opening pressure POVN, the post-injection takes place at a correspondingly high injection pressure.
  • Typical values for a normal valve opening pressure are approximately 300 bar, whereas the injection pressure for post-injection is approximately 500 to 600 bar due to the increased valve opening pressure POVH. ,
  • the entire injection sequence is ended by the switching valve 60 being opened again (falling edge 100 in FIG. 2).
  • the system pressure P now drops completely again and falls below the increased valve closing pressure PSVH (falling edge 102 in FIG. 3) and then also the closing switching pressure PSS for the switching element 38.
  • the valve element 28 thus closes first (falling edge -104 5), and then (if P ⁇ PSS) the switching element 38 also moves back to its starting position (falling edge 106 in FIG. 4).
  • Such post-injection at a relatively high injection pressure makes it possible to burn the fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine in a manner that is optimal in terms of consumption and emissions.
  • Analpg to increase the pressures POV and PSV also ensures here that during the drop in the system pressure P the pressures POV and PSV are always above the system pressure P.
  • FIGS. 6-8 The differences between the exemplary embodiments shown in FIGS. 6-8 and the exemplary embodiment of a pump-nozzle unit 10 shown in FIG. 1 relate to the configuration of the switching element 38.
  • the switching element 38 formed area of the stepped bore 26 is not pressurized. In this case, only the pretensioning force, which is applied by the compression spring 32, acts on the valve element 28.
  • the area of the stepped bore 26 formed between the valve element 28 and the switching element 38 is designed as a pressure chamber 108, which communicates via a flow channel 110 with the pressure chamber 51 above the second pressure surface 46 of the switching element 38 connected is.
  • the flow channel is designed as a flat ground section 110 on the otherwise circular-cylindrical outer surface of the switching element 38.
  • a through-bore 110 designed as a flow restrictor through the switching element 38 passed. 8
  • the switching element 38 lifts off the sealing edge 48, so that the second pressure chamber 51 and the first pressure chamber 50 are connected to the fuel line 22 and thus the two pressure surfaces 44 and 46 system pressure P are applied.
  • Via the flow channel 110 of the fuel now flows in the between the switching element 38 and the valve member 28 - the formed pressure chamber 108 so that 'in this also a corresponding pressure through. builds up to system pressure P.
  • This pressure also acts on the pressure surface facing the compression spring 32 (not visible in FIGS. 6-8) of the valve element 28, so that in addition to the pretensioning force of the compression spring 32, a corresponding pressure force is applied.
  • valve opening pressure POV is raised again, so that a particularly high injection pressure of up to 800 bar can be achieved in these exemplary embodiments. If the pressure chamber 108 is also acted upon by the system pressure, there could be a risk that the hydraulic force resultant acting on the switching element 38 will become smaller than the force exerted on the switching element 38 by the pressure spring 32. In this case, the switching element 38 would move back to its starting position.
  • the system pressure does not increase further with the injection duration.
  • a lot is injected just as is requested via the piston (without reference number) of the single-cylinder piston pump 18.
  • the pressure here is in the range of the static opening pressure of the valve element 28.
  • the switching element 38 remains in its initial position. There is therefore no fluid connection between the pressure chamber 108 and the pressure chamber 50 or the fuel line 22. This means that the pressure chamber 108 is not pressurized.
  • transition area in which the switching element 38 has disengaged from its initial position, but the system pressure is set to a constant level above the switching pressure POS, it could happen, despite the throttling effect in the flow channel 110, that in the pressure chamber 10.8 on the one hand and in the pressure chambers 50 and 51- on the other hand there is the same pressure.
  • the area ratios between on the one hand the pressure chamber are selected in accordance with 50 and 51,108-facing surface of the switching element 38 and on the other hand the two pressure surfaces can. It is also possible that Cross section of the flow restrictor 110 to be chosen accordingly small.
  • This flow channel which has a corresponding flow throttling effect, ensures that the maximum pressure in the pressure chamber is always in a certain ratio to the system pressure. At relatively low pressure, a relatively low pressure would therefore also prevail in pressure chamber 108, whereas the pressure in Dr .uckraum 108 is correspondingly higher at high system pressure. This measure also prevents it from the switching element or the valve element comes through an unacceptably large increase in pressure in the pressure chamber 108 between the valve element and the Wegeleroent unwanted movements'.

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Abstract

Eine Pumpe-Düse-Einheit (10) dient zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Dies geschieht dadurch, dass ein Ventilelement (28) durch eine Erhöhung eines Systemdrucks gegen eine Vorspannkraft geöffnet wird. Während des Anhebens des Systemdrucks wird auch die Vorspannkraft erhöht, und zwar so, dass ein aufgrund der gestiegenen Vorspannkraft erhöhter Ventil-Schliessdruck immer unterhalb des Systemdrucks liegt. Dann wird der Systemdruck abgesenkt auf einen Wert unterhalb des Ventil-Schliessdrucks, so dass das Ventilelement schliesst. Anschliessend wird der Systemdruck wieder erhöht, so dass das Ventilelement zu einer Nacheinspritzung bei einem aufgrund der gestiegenen Vorspannkraft erhöhten Ventil-Öffnungsdruck öffnet. Schliesslich wird der Systemdruck wieder abgesenkt und auch die Vorspannkraft abgesenkt, so dass das Ventilelement (28) schliesst.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Pumpe-Düse-Einheit sowie Pumpe-Düse-Einheit
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpe-Düse-Einheit ,* mit dem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brenήkraftmaschine dadurch eingespritzt wird, dass ein Ventilelement durch eine Erhöhung eines Systemdrucks gegen eine Vorspannkraft geöffnet wird, -wobei das Verfahren nacheinander folgende Schritte umfasst :
a) Anheben des Systemdrucks auf einen Wert oberhalb eines normalen Ventilöffnungsdrucks, so dass das Ventilelement gegen die Vorspannkraft zu einer Haupteinspritzung öffnet,
b) Erhöhen der Vorspannkraft während des Anhebens des Systemdrucks,
c) Absenken des Systemdrucks und Absenken der Vorspannkraft, so dass das Ventilelement schließt.
Ein solches Verfahren ist vom Markt her bekannt. Es wird beispielsweise bei Pumpe-Düse-Einheiten von Diesel- Brennkraftmaschinen in Kraftf hrzeugen eingesetzt. Derartige Pumpe-Düse-Einheiten umfassen ein Ventilelement, welches von einer Feder in seine Schließstellung gedrückt wird. Eine von einer Nockenwelle angetriebene Kolbenpumpe liefert einen Systemdruck, der an einer Druckfläche des Ventilelements angreift und mit dem das Ventilelement gegen die Vorspannkraft geöffnet werden kann. Die Feder, die das •Ventilelement in seine Schließstellung drückt, stützt sich an ihrem anderen Ende an einem beweglichen Schaltelement ab. Wird das Schaltelement auf das Ventilelement zu bewegt, erhöht sich die auf das Ventilelement wirkende Vόrspannkraft und der direkt damit zusammenhängende Ventil- Öffnungs- bzw. Ventil-Schließdruck.
Mit dem bekannten Verfahren kann eine Doppeleinspritzung realisiert werden:
Dabei wird zunächst der Systemdruck erhöht, so dass das Ventilelement gegen die Federkraft öffnet. Nun wird das Schaltelement bewegt und die Vorspannkraft erhöht. Dies geschieht so; dass der Ventil-Schließdruck sich schneller erhöht als der wirkende Systemdruck . Der Systemdruck ' wird sozusagen von dem Ventil-Schließdruck "überholt" . Trotz steigenden Systemdrucks schließt somit das Ventil. In der Endstellung des Schaltelements bleibt der Ventil - Öffnungsdruck und der Ventil -Schließdruck konstant auf einem erhöhten Niveau.
Der Systemdruck wird weiter angehoben, bis er wieder oberhalb des erhöhten Ventil -Öffnungsdrucks liegt'. Nun öffnet das Ventilelement wieder gegen die erhöhte Vorspannkraft zu einer Haupteinspritzung. Diese wird dadurch beendet, dass der Systemdruck auf ein Niveau unterhalb des (erhöhten) Ventü-Schließdrucks abgesenkt wird. Das Schaltelement wird wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt, so dass auch der Ventil - Öffnungsdruck und der Ventil -Schließdruck wieder auf ein normales Niveau absinken.
Die Erhöhung des Ventil-Öffnungsdrucks ist bei dem bekannten Verfahren begrenzt, da ansonsten die Pause zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung zu lang wäre. In einigen Anwendungsfällen ist jedoch ein sehr hoher Einspritzdruck gewünscht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nach der Haupteinspritzung noch eine Nacheinspritzung erfolgen soll . Ein zu geringer Druck bei der Nacheinspritzung kann zu einer unerwünscht hohen Rußbildung führen.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihm eine Nacheinspritzung mit sehr hohem Einspritzdruck möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Schritt b) ein aufgrund der gestiegenen Vorspannkraf erhöhter Ventil - Schließdruck immer unterhalb des Systemdrucks liegt, so dass das Ventilelement geöffnet bleibt, und dass zwischen den Schritten b) und c) nacheinander folgende Schritte vorgesehen sind:
bl) Absenken des Systemdrucks auf einen Wert unterhalb des Ventil -Schließdrucks , so dass das Ventilelement schließt,
b2) Erhöhen des Systemdrucks, so dass das Ventilelement zu einer Nacheinspritzung bei einem aufgrund der gestiegenen Vorspannkräft erhöhten Ventil - Öffnungsdruck öffnet .
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Vorspannkraft nur so schnell erhöht, dass der Ventil - Schließdruck immer unterhalb des Systemdrucks liegt. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird hierdurch ausgeschlossen, dass der Ventil-Schließdruck den Systemdruck "überholt" und hierdurch trotz steigenden Systemdrucks das Ventilelement schließt. Somit steht ein großer Teil des Zeitraums der Haupteinspritzung für die Erhöhung der Vorspannkraft und somit für die Erhöhung des Ventil-Öffnungsdrucks zur Verfügung.
Die Vorspannkraft kann daher sehr viel stärker erhöht werden als dies bei den bekannten Verfahren möglich ist . Das Schließen des Ventilelements zwischen der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung wird aktiv dadurςh bewirkt, dass der Systemdruck abgesenkt wird. Ein "hydraulisches" Schließen wie bei dem bekannten Verfahren ist hier also nicht vorgesehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit eine Nacheinspritzung bei einem sehr hohen Einspritzdruck realisiert werden. Dies führt insbesondere bei Diesel- Brennkraftmaschinen zu einem besonders Verbrauchs- und emissionsoptimierten Brennverhalten .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
So wird beispielsweise vorgeschlagen, dass im Schritt c) der Systemdruck auf einen Wert unterhalb eines erhöhten Ventil -Schließdrucks abgesenkt wird, so dass das Ventilelement schließt, und die Vorspannkraft auf das Ventilelement verringert wird, wobei der aufgrund der geringeren Vorspannkraft niedrigere Ventil -Öffnungsdruck immer oberhalb des Systemdrucks liegt, so dass das Ventilelement geschlossen bleibt. Bei dieser Weiterbildung wird das Ventilelement also bereits bei einem relativ hohen Systemdruck geschlossen. Dies hat den Vorteil, dass während der gesamten Nacheinspritzung ein relativ hoher Einspritzdruck vorliegt.
Besonders bevorzugt ist jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Ventilelement gegen die Vorspannkraft eines Vorspannelements öffnet , welches durch ein bewegliches Schaltelement abgestützt wird, und dass im Schritt b) das Schaltelement während des Anhebens'des Systemdrucks entgegen der Vorspannkraft bewegt wird, so dass sich die Vorspannkraft erhöht. Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also eine mechanische Bewegung, die einfach erzeugt werden kann, zur Veränderung der Vorspannkraft und in der Folge zur Veränderung des Ventil -Öffnungsdrucks bzw. des Ventil - Schließdrucks verwendet . ■
In diesem Sinne ist auch jene Weiterbildung gedacht, bei der im Schritt c) das Schaltelement in Richtung der Vorspannkraft in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird.
Vorgeschlagen wird auch, dass im Schritt b) das Schaltelement hydraulisch bewegt wird. Dies ist dann möglich, wenn am Schaltelement eine Druckfläche vorhanden ist, welche mit einem Druck, vorzugsweise dem Systemdruck, beaufschlagt werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise auf eine elektrische Ansteuerung des Schaltelements verzichtet werden, was die Sicherheit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht .
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn im Schritt b) das Schaltelement durch eine sukzessive Beaufschlagung von mindestens zwei Druckflächen mit dem Systemdruck entgegen der Beaufschlagung durch das Vorspannelement aus seiner Ausgangsstellung herausbewegt wird, wobei die erste Druckfläche immer mit dem Systemdruck und die zweite Druckfläche erst dann mit dem Systemdruck beaufschlagt wird, wenn sich das Schaltelement etwas aus seiner Ausgangsstellung herausbewegt hat.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich das Schaltelement relativ rasch aus der Ausgangsstellung herausbewegt. Darüber hinaus wird eine Hysterese zwischen dem Schaltdruck, bei dem sich das Schaltelement aus der Ausgangsstellung herausbewegt und dem Schaltdruck geschaffen,' bei dem sich das Schaltelement wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt. Dies verhindert ein ungewolltes Absenken des Ventil-Öffnungsdrucks bzw. des Ventil -Schließdrucks während des Absenkens des Systemdrucks während der Haupteinspritzung.
Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn neben der Haupt- und der Nacheinspritzung auch eine Voreinspritzung durchgeführt werden kann. Hierdurch wird das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brennkraftmaschine nochmals optimiert. Hierzu wird vorgeschlagen, dass vor dem Schritt a) der Systemdruck auf einen Wert oberhalb des normalen Ventil-Öffnungsdrucks angehoben wird, so dass das Ventilelement entgegen der Beaufschlagung durch das Vorspannelement zu einer Voreinspritzung bei normalem Systemdruck öffnet, und der Systemdruck anschließend auf einen Wert unterhalb des normalen Ventil-Schließdrucks abgesenkt wird, so dass das Ventilelement schließt. Die auf diese Weise durchgeführte Voreinspritzung erfolgt also bei einem relativ niedrigen Systemdruck und bei einem Schaltelement, welches sich in der Ausgangsstellung befindet .
Eine andere Möglichkeit, den Ventil-Öffnungsdruck zu erhöhen, besteht darin, das Ventilelement entgegen der Öffnungsrichtung mit Druck zu beaufschlagen. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu der Beaufschlagung des Ventilelements durch das Vorspannelement erfolgen. Hierzu wird auch vorgeschlagen, dass das Ventilelement entgegen der Öffnungsrichtung zeitversetzt mit dem Systemdruck beaufschlagt wird. Der Systemdruck liegt im Bereich des , Ventilelements sowieso vor und kann daher ohne aufwendige Maßnahmen zur Erhöhung des Ventil -Öffnungsdrucks verwendet werden.
Die. orliegende Erfindung betrifft auch eine Pumpe-Düse- Einheit zur' Zufuhr von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzdüse zum Einspritzen des Kraftstoffs ' in den Brennraum, mit mindestens einem Ventilelement, welches mindestens eine erste Druckfläche aufweist, deren Kraft-Resultierende in etwa in Öffnungsrichtung des Ventilelements zeigt, mit einem Vorspannelement, welches das Ventilelement in Richtung der Schließstellung beaufschlagt, mit einem Schaltelement, an dem sich das Vorspannelement abstützt und welches längs der Beaufschlagungsrichtung durch das Vorspannelement beweglich ist, mit einer Pumpeinrichtung, welche einen auf die erste Druckfläche des Ventilelements wirkenden Systemdruck aufbaut, und mit einer Steuereinrichtung, welche den Auf- und Abbau des Systemdrucks steuert . .
Eine derartige Pumpe-Düse-Einheit ist vom Markt her bekannt. Wie bereits eingangs ausgeführt wurde, wird sie vor allem bei Kraftfahrzeug-Dieselbrennkraftmaschinen verwendet. Um mit einer solchen Pumpe-Düse-Einheit einen möglichst Verbrauchs- und emissionsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine realisieren zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kennlinie der Vorspanneinrichtung und die Größen der Druckflächen so aufeinander abgestimmt sind, dass mit ihr das Verfahren der oben genannten Art durchgeführt werden kann.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement eine erste Druckfläche und eine zweite Druckfläche aufweist , wobei die erste Druckfläche des Schaltelements kleiner ist als die erste Druckfläche am Ventilelement , wobei die erste Druckfläche und die zweite Druckfläche des Schaltelements zusammen größer sind als die gesamte Druckfläche des Ventilelements , wobei die erste Druckfläche des Schaltelemnts immer mit der Pumpeinrichtung verbunden ist , so dass sie immer mit dem Systemdruck beaufschlagt wi rd, und wobei die zweite Druckfläche des Schaltelements e rst dann mit der Pumpeinrichtung verbunden wird, wenn sich das Schaltelement etwas aus seiner Ausgangsstellung herausbewegt hat .
Bei dieser' Pumpe-Düse-Einheit ist eine .Hysterese zwis chen j enem Systemdruck, bei dem sich das Schaltelement aus der Ausgangsstellung herausbewegt , und jenem Systemdruck vorhanden, bei dem sich das Schaltelement wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt . Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Pumpe-Düse-Einheit erhöht .
Vorgeschlagen" wird auch, dass eine Dichtkante vorhanden ist , welche in der Ausgangsstellung des Schaltelement s die beiden Druckflächen voneinander trennt . Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einhei t wird I die sukzessive Beaufschlagung des Schaltelements mit dem
Systemdruck auf besonders einfache Art und Weise realisiert .
Besonders einfach ist auch eine Vorspanneinrichtung z u ι realisieren, welche eine Druckfeder umfasst .
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung' der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit ist zwischen dem Ventilelement und dem Schaltelement ein Druckraum > vorhanden, welcher von einer zweiten Druckfläche des
Ventilelements begrenzt wird, deren Kraft-Resultierende zu der Kraft-Resultierenden der ersten Druckfläche des Ventilelements in etwa entgegengesetzt ausgerichtet ist, und bei der im Schaltelement ein Strömungskanal vorgesehen ist, welcher von dem Druckraum zu der zweiten Druckfläche des Schaltelements führt .
Bei dieser Pumpe-Düse-Einheit kann das Ventilelement alternativ oder zusätzlich zur Vorspannung z.B. mittels einer Druckfeder durch einen Hydraulikdruck beaufschlagt werden, wodurch ebenfalls der Ventil-Öffnungsdruck bz;w . der Ventil -Schließdruck erhöht werden kann. Die Beaufschlagung erfolgt dadurch, dass der Druckraum zwischen dem Schaltelement und dem Ventilelement „f uidisch mit jenem Druckraum verbunden ist, der von der zweiten Druckfläche des Schaltelements begrenzt wird. Die- Beaufschlagung des Druckraums zwischen dem Schaltelement und dem Ventilelement mit Hydraulikdruck erfolgt somit erst, wenn sich das. Schaltelement etwas aus seiner Ausgangsstellung herausbewegt hat .
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Strömungskanal eine Strömungsdrossel umfasst . Hierdurch baut sich der Druck im Druckraum zwischen Ventilelement und Schaltelement nur allmählich auf. Dies stellt wiederum sicher, dass während des Anstiegs des Systemdrucks dieser vom Ventil- Schließdruck nicht "eingeholt" wird.
Eine einfache Realisierung für einen solchen Strömungskanal, gegebenenfalls mit Strömungsdrossel, besteht' in einer Durchgangsbohrung durch das Schaltelement. Ferner ist es auch möglich, einen Spalt zwischen dem Schaltelement und einem das Schaltelement umgebenden Gehäuse vorzusehen. Dies kann beispielsweise in Form eines Anschliffs an einem Bereich des Außenmantels des Schaltelements erfolgen. Alle diese Ausbildungen eines Strömungskanals sind leicht zu realisieren. Bei einer anderen Weiterbildung der - erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung ein Schaltventil umfasst, welches die Pumpeinrichtung mit einem Niederdruckbereich verbinden kann. Hierdurch wird erreicht, dass dann, wenn die Pumpeinrichtung Kraftstoff zum Ventilelement hin fördert, eine Druckerhöhung des Systemdrucks jedoch nicht gewünscht ist, der Volumenstrom in Richtung zum Niederdruckbereich abgelassen werden kann und sich somit kein Systemdruck aufbaut .
Ein besonders schnelles Schalten eines solchen Schaltventils wird dann erreicht, wenn das Schaltventil als Aktor mindestens -ein P'iezo-Element aufweist.
Mit der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit können sehr hohe -Ventil -Öffnungsdrücke erreicht werden. Vorzugsweise ist der erhöhte Ventil -^Öffnungsdruck mehr als doppelt so hoch als der normale Ventil-Öffnungsdruck, weiter vorzugsweise liegt er bei 400 bis 800 bar, noch weiter bevorzugt bei 700 bis 800 bar.
Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels einer Pumpe-Düse-Einheit;
Fig. 2: ein Diagramm, in dem der Schaltzustand eines
Steuerventils der Pumpe-Düse-Einheit von Flg. 1 über der Zeit dargestellt- ist;
Fig. 3: ein Diagramm, in dem der Verlauf des Systemdrucks der Pumpe-Düse-Einheit von Fig. 1 über der Zeit dargestellt ist;
Fig. 4: ein Diagramm, in dem der Schaltzustand eines
Schaltelements der Pumpe-Düse-Einheit von Fig. 1 über der Zeit aufgetragen ist;
Fig. 5: ein Diagramm, in dem der Schaltzustand eines
Ventilelements der Pumpe-Düse-Einheit von Fig. 1 über der Zeit aufgetragen ist;
Fig. 6: einen Ausschnitt eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Pumpe-Düse-Einheit; ,
Fig. 7: eine Ansicht ähnlich Fig. 6 eines dritten
Ausführungsbeispiels einer Pumpe-Düse-Einheit; und
Fig. 8: eine Ansicht ähnlich Fig. 6 eines vierten
Ausführungsbeispiels einer Pumpe-Düse-Einheit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein' erstes Ausführungsbeispiel einer Pumpe-Düse-Einheit trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie uτnfasst eine Pumpeinrichtung 12, eine Düseneinrichtung 14 und eine Steuereinrichtung 16.
Bei der Pumpeinrichtung 12 handelt es sich um eine Einzylinder-Kolbenpumpe 18, welche von einem Nocken 20 angetrieben wird. Der Nocken 20 ist wiederum mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) gekoppelt. Bei jedem Förderhub fördert die Pumpeinrichtung 12 Kraftstoff über eine nicht dargestellte Leitung- us einem Vorratsbehälter 64 über eine Kraftstoffleitung 22 zur Düseneinrichtung 14. Die Düseneinrichtung 14 umfasst ein Gehäuse 24,- in dem eine Stufenbohrung 26 ausgebildet ist. In der Stufenbohrung 26 ist. ein Ventilelement 28 mit kreiszylindrischem Querschnitt geführt. Das Ventilelement 28 ist längs seiner Längsachse 29 beweglich. Am unteren Ende des Gehäuses 24 ist eine Einspritzöffnung 30 vorhanden. Das Ventilelement 28 wird von einer Druckfeder 32 gegen einen Ventilsitz (nicht sichtbar) im Bereich der Einspritzöffnung 30 gedrückt. Das Ventilelement 28 weist eine umlaufende schräge erste Druckfläche 34 auf, welche von einem ringförmigen Druckraum 36 umgeben ist. Der Druckraum 36 ist wiederum mit der Kraftstoffleitung 22 verbunden.
Das von dem Ventilelement 28 abgelegene Ende- der Druckfeder 32 stützt sich an einem kreiszylindrischen Schaltelement 38 ab. Das Schaltelement 38 hat einen der Druckfeder 32 zugewandten Abschnitt 40.mit gleichbleibendem Durchmesser und einen von der Druckfeder 32 abgewandten Abschnitt 42, welcher sich in der Art eines Kegelstumpfes konisch verjüngt. Die stumpfe Spitze des konischen Abschnitts 42 bildet eine erste Druckfläche 44 des Schaltelements 38, wohingegen die schräge Mantelfläche des konischen Abschnitts 42 des Schaltelements 38 eine zweite Druckfläche 46 bildet.
In die in Fig. 1 dargestellte Ausgangsstellung wird das Schaltelement 38 durch die Druckfeder 32 gedrückt. In dieser Ausgangsstellung liegt ein oberer Bereich der konischen Druckfläche 46 an einer ringförmigen Dichtkante 48 der Stufenbohrung '26 an. Der Bereich oberhalb der ersten Druckfläche 44 des Schaltelements 38 bildet einen ersten Druckraum 50, welcher über eine Zweigleitung 52 ständig mit der Kraftstoffleitung 22 fluidisch verbunden ist. Zwischen dem Gehäuse 24 und der Druckfläche 46 ist ein zweiter ringförmiger Druckraum 51 vorhanden. Das Schaltelement 38 kann sich in der Stufenbohrung 26 längs der Längsachse 29 zwischen der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung und einer durch einen radial nach innen weisenden Ringsteg 54 begrenzten Schaltstellung bewegen. In dieser Schaltstellung liegt die Dichtkante 48 nicht mehr an der schrägen Druckfläche 46 des Schaltelements 38 an, so dass die beiden Druckräume 50 und 51 miteinander verbunden sind.
Von der Kraftstoffleitung 22 zweigt eine Zweigleitung 56 ab, welche zu der Steuereinrichtung 16 führt. Die Steuereinrichtung 16 umfasst ein durch einen Piezo-Aktor 58 betätigbares Schaltventil 60, welches ausgangsseitig über eine Niederdruckleitung 62 mit dem Kraftstoffbehälter 64 verbunden ist. Der Piezo-Aktor 58 der Steuereinrichtung 16 wird von einem in der Figur nicht dargestellten Steuer- und Regelgerät angesteuert. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird an Stelle eines Piezoaktors ein Magnetsteller verwendet.
Die in Fig. 1 dargestellte Pumpe-Düse-Einheit 10 wird zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet. Dabei ist für jeden Brennraum (also für jeden Zylinder) der Brennkraftmaschine eine eigene Pumpe-Düse-Einheit 10 vorgesehen. Der Kraftstoff kann dabei durch eine "Dreifacheinspritzung" in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen. Das Verfahren, nach dem eine solche Dreifacheinspritzung erfolgt, wird nun anhand der Fig. 2 - 5 erläutert:
Der Nocken 20 der Pumpeinrichxung 12 ist so mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchronisiert, dass die Einzylinder-Kolbenpumpe während eines Einspritztaktes des ihr zugeordneten Zylinders immer einen Förderhub durchführt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird das Schaltventil 60 zu Beginn eines Einspritztaktes zunächst geschlossen (ansteigende Flanke 66 in Fig. 2) . Dies führt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, zu einem Anstieg des Systemdrucks in der Kraftstoffleitung 22 und in der Folge auch im Druckraum 36 (ansteigende Flanke 68 in Fig. 3) . Durch die Federkraft der Druckfeder 32 wird das Ventilelement 28 mit einer bestimmten Kraft gegen den entsprechenden' Ventilsitz im Bereich der Einspritzöffnung 30 gedrückt. Hierdurch wird eine normale Ventil- Öffnungskraft vorgegeben.
Der ansteigende Druck im Druckraum 36 wirkt nun auf die Druckfläche 34 am Ventilelement 28. Übersteigt die hieraus resultierende Kraft die von der Druckfeder 32 ausgeübte Schließkraft, wird also der normale Ventil -Öffnungsdruck des Ventilelements 28 überschritten, hebt das Ventilelement 28 vom Ventilsitz im Bereich der Einspritzöffnung 30 ab' und öffnet. Der normale Ventil -Öffnungsdruck ist in Fig. 3 durch eine strichpunktierte Kurve dargestellt und ist mit POVN gekennzeichnet. Das Öffnen des Ventilelements 28 ist in Fig. 5 an der ansteigenden Flanke 70 erkennbar. Durch dieses Öffnen des Ventilelements 28 wird eine Voreinspritzung durchgeführt.
Die Voreinspritzung wird dadurch beendet, dass das Schaltventil 60 wieder öffnet (abfallende Flanke 72 in Fig. 2 ) . Hierdurch fällt der Systemdruck in der Kraftstoffleitung 22 ab, da diese ja nun zum Kraftstoffbehälter 64 hin offen ist . Dies ist durch die abfallende Flanke 74 in Fig. 3 dargestellt. Entsprechend schließt das Ventilelement 28 (abfallende Flanke 76 in Fig. 5) , sobald der Systemdruck P in Fig. 3 unterhalb eines normalen Ventil-Schließdrucks PSW abgefallen ist. Der Ventil-Schließdruck PSVN isc in Fig. 3 durch eine doppelt strichpunktierte Linie dargestellt.
Um eine Haupteinspritzung von Kraftstoff durchzuführen, wird das Schaltventil 60 wieder geschlossen (ansteigende Flanke 78 in Fig. 2) . Entsprechend steigt der Systemdruck P
(Flanke 80 in Fig. 3) . Sobald der Ventil-Öffnungsdruck POVN überschritten wird, öffnet das Ventilelement 28
(ansteigende Flanke 82 in Fig. 5) .
Dabei übersteigt der Systemdruck P einen Öffnungs- Schaltdruck POS des Schaltelements 38. Dieser Druck POS entspricht jenem Druck, bei dem das Schaltelement 38 beginnt, sich von der Dichtkante 48 zu lösen. Dies ist wiederum dann der Fall, wenn die von der Druckfläche 44 ausgehende Kraft die Vorspannkraft der Druckfeder 32 übersteigt. Sobald sich das Schaltelement 38 etwas 'von der Dichtkante 48 gelöst hat, wird auch die zweite Drύckflache 46 mit dem Systemdruck P beaufschlagt. Hierdurch wird bewirkt, dass das Schaltelement 38 sich entgegen der Beaufschlagung durch die Druckfeder 32 nach unten bewegt, bis es am Ringsteg 54 anliegt (Flanke 83 in Fig. 4) .
Dies führt dazu, dass die Druckfeder 32 zusammengepresst wird, was wiederum die auf das Ventilelement 28 von der Druckfeder 32 ausgeübte Federkraft erhöht. Dies führt wiederum zu einem Anstieg des Ventil -Öffnungsdrucks auf einen Wert POVH und des Ventil -Schließdrucks auf einen Wert PSVH in Fig. 3 (Bezugszeichen 84 und 86) . Die Schaltstellung des Schaltelements 38 ist aus Fig. 4 ersichtlich.
Die Ausgangsstellung ist -dabei durch SO bezeichnet, wohingegen die Schaltstellung, bei welcher das Schaltelement 38 am Ringsteg 54 anliegt, mit Sl bezeichnet ist. Die Kennlinie der Feder 32 und die Größen der Druckflächen 34 und 44 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Ventil-Schließdruck PSV während dieser Erhöhung des Systemdrucks P immer unterhalb des Systemdrucks P liegt. Die Haupteinspritzung wird dadurch beendet, dass das Schaltventil 60 wieder geöffnet wird, analog zum Ende der Voreinspritzung. Die entsprechenden abfallenden Flanken in den Fig. 2, 3 und 5 tragen die Bezugszeichen 88,' 90 und 92. Das Schließen des Ventilelements 28 wird dadurch bewirkt, dass der Systemdruck P in Fig. 3 unter den erhöhten Ventil - Schließdruck PSVH abfällt. Der Abfall des Systemdrucks P wird dabei jedoch so begrenzt, dass. ein Schaltdruck PSS, bei dem das Schaltelement 38 wieder in seine Ausgangsstellung SO zurückkehrt, nicht unterschritten wird.
Eine Nacheinspritzung wird wieder durch ein Schließen des Schaltventils 60 eingeleitet. Die entsprechenden Flanken in den Fig. 2, 3 und 5 tragen die Bezugszeichen 94, 96 und 98. Der Systemdruck P übersteigt dabei wieder den erhöhten Ventil-Öffnungsdruck POVH, so dass das Ventilelement 28 wieder öffnet. Da. der erhöhte Ventil-Öffnungsdruck POVH erheblich oberhalb des normalen Ventil -Öffnungsdrucks POVN -liegt, erfolgt die Nacheinspritzung bei einem entsprechend hohen Einspritzdruck. Übliche Werte für einen normalen Ventil -Öffnungsdruck liegen bei ungefähr 300 bar, wohingegen der Einspritzdruck bei der Nacheinspritzung aufgrund des erhöhten Ventil -Öffnungsdrucks POVH bei ungefähr 500 bis 600 bar liegt. .
Die gesamte Einspritzsequenz wird dadurch beendet, dass das Schaltventil 60 wieder geöffnet wird (abfallende Flanke 100 in Fig. 2) . Der Systemdruck P fällt nun wieder vollständig ab und unterschreitet dabei zunächst den erhöhten Ventil - Schließdruck PSVH (abfallende Flanke 102 in Fig-. 3) und dann auch den Schließschaltdruck PSS für das Schaltelement 38. Somit schließt zunächst das Ventilelement 28 (abfallende Flanke -104 in Fig. 5), und dann (wenn P < PSS) bewegt sich auch das Schaltelement 38 wieder in seine Ausgangsstellung zurück (abfallende Flanke 106 in Fig. 4). Durch eine solche Nacheinspritzung bei einem relativ hohen Einspritzdruc -ist eine Verbrauchs- und- emissionsoptiπiale Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine möglich. Analpg zur Erhöhung der Drücke POV und PSV ist auch hier sichergestellt, dass während des Abfalls des Systemdrucks P die Drücke POV und PSV immer oberhalb des Systemdrucks P liegen.
In den Fig. 6, 7 und 8 sind weitere Ausführungsbeispiele für eine Pumpe-Düse-Einheit 10 dargestellt. Solche Teile, welche äquivalente Funktionen zu entsprechenden Teilen in Fig. 1 aufweisen, tragen die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail • erläutert .
Die Unterschiede zwischen den m den Fig. 6 - 8 dargestellten Ausführungsbeispielen und dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Pumpe-Düse-Einheit 10 betreffen die Ausgestaltung des Schaltelements 38. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel war der zwischen dem Ventilelement 28 _ und dem Schaltelement 38 gebildete Bereich der Stufenbohrung 26 nicht unter Druck gesetzt. Auf das Ventilelement 28 wirkt in diesem Fall also nur die Vorspannkraft, welche durch die Druckfeder 32 aufgebracht wird.
In den in den Fig. 6 - 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ist dagegen der zwischen dem Ventilelement 28 und dem Schaltelement 38 ausgebildete Bereich der Stufenbohrung 26 als Druckraum 108 ausgebildet, welcher über einen Strö ungskanal 110 mit dem Druckraum 51 oberhalb der zweiten Druckfläche 46 des Schaltelements 38 verbunden ist. In Fig. 6 ist der Strömungskanal als ebener Anschliff 110 auf der ansonsten kreiszylindrisch gekrümmten Außenfläche des Schaltelements 38 ausgebildet. In Fig. 7 ist stattdessen eine als Strömungsdrossel ausgebildete Durchgangsbohrung 110 durch das Schaltelement 38 hindurchgeführt. In Fig. 8 wiederum ist einfach zwischen dem Schaltelement 38 und der Wand des Gehäuses 24 ein Ringspalt 110 vorhanden. Der Sinn dieser Maßnahmen ist folgender :
Wenn der Systemdruck P den Öffnungs -Schaltdruck POS des Schaltelements 38 überschreitet, hebt das Schaltelement 38 von der Dichtkante 48 ab, so dass der zweite Druckraum 51 sowie der erste Druckraum 50 mit der Kraftstoffleitung 22 verbunden ist und somit die beiden Druckflächen 44 und 46 mit dem Systemdruck P beaufschlagt werden. Über den Strömungskanal 110 strömt nun der Kraftstoff auch in den zwischen dem Schaltelement 38 und dem Ventilelement 28 - gebildeten Druckraum 108, so dass' sich in diesem ebenfalls ein entsprechender Druck bis hin . zum Systemdruck P aufbaut. Dieser Druck wirkt auch auf die der Druckfeder 32 zugewandte Druckfläche (in den Fig. 6 - 8 nicht sichtbar) des Ventilelements 28, so dass dieses zusätzlich zur Vorspannkraft der Druckfeder 32 mit einer entsprechenden Druckkraft beaufschlagt wird.
Hierdurch wird der Ventil-Öffnungsdruck POV nochmals angehoben, so dass bei diesen Ausführungsbeispielen ein besonders hoher Einspritzdruck von bis zu 800 bar realisiert werden kann. Wenn der Druckraum 108 ebenfalls mit dem Systemdruck beaufschlagt wird, könnte die Gefahr bestehen, dass die auf das Schaltelement 38 wirkende hydraulische Kraft-Resultierende kleiner wird als die von der Druckfeder 32 auf das Schaltelement 38 ausgeübte Kraft. In diesem Fall würde sich das Schaltelement 38 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegen.
Diese Problematik- stellt sich jedoch nur bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine . Bei mittleren und hohen Drehzahlen steigt bei der vorliegenden Pumpe-Düse-Einheit 10 der Einspritzdruck bzw. der Systemdruck kontinuierlich an. Der Druck im Druckraum 108 steigt aufgrund der Strömungsdrossel 110 allerdings nur zeitverzögert an. Somit wird sichergestellt, dass während des Anstiegs des Systemdrucks T? der ebenfalls ansteigende Ventil - Schließdruck PSV den Systemdruck P nicht "überholt" , und auch der Schließdruck PSS des Schaltelements 38 liegt immer unterhalb des Systemdrucks P. Somit bleiben einerseits das Ventilelement.28 und andererseits -das Schaltelement 38 in der gewünschten geöffneten bzw. ausgerückten Position.
Bei kleinen Drehzahlen bzw. im Leerlauf der Brennkraftmaschine sowie im Startfall steigt der Systemdruck mit der Einspritzdauer nicht weiter an. Es wird gerade so, viel eingespritzt, wie über den 'Kolben (ohne Bezugszeichen) der Einzylinder-Kolbenpumpe 18 nachgefordert wird. Der Druck liegt hier im Bereich des statischen Öffnungsdrucks des Ventilelements 28. Bei diesem Druck verbleibt das Schaltelement 38 in seiner Ausgangsstellung. Somit besteht keine Fluidverbindung zwischen dem Druckraum 108 und dem Druckraum 50 bzw. der Kraftstoffleitung 22. Dies bedeutet, dass der Druckraum 108 nicht unter Druck - gesetzt wird.
In jenem Übergangsbereich, in dem zwar das Schaltelement 38 aus seiner Ausgangsstellung ausgerückt ist, der Systemdruck sich aber auf ein konstantes Niveau oberhalb des Schaltdrucks POS einstellt, könnte es trotz der Drosselwirkung im Strömungskanal 110 dazu kommen, dass im Druckraum 10.8 einerseits und in den Druckräumen 50 und 51- andererseits der gleiche Druck herrscht. Um zu verhindern, dass das Schaltelement 38 in einem solchen 'Falle wieder ungewollt in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, können beispielsweise die Flächenverhältnisse zwischen einerseits der dem Druckraum 108 zugewandten Fläche des Schaltelements 38 und andererseits den beiden Druckflächen 50 und 51 entsprechend gewählt werden. Möglich ist auch, den Querschnitt der Strömungsdrossel 110 entsprechend klein zu wählen.
Wenn durch einen derartig kleinen Querschnitt des Strömungskanals 110 der Druckaufbau in bestimmten Situationen im Druckraum 108 jedoch zu langsam wäre, kann dem durch das Vorsehen eines zweiten Strömungskanals (nicht dargestellt) abgeholfen werden. Dieser zweite Strömungskanal verbindet den. Druckraum 108 mit dem Niederdruckbereich, beispielsweise dem Kraftstoffbehälter.
Durch diesen Strömungskanal, welcher eine entsprechende Strömungsdrosselwirkung hat, wird bewirkt, dass der maximale Druck im Druckraum immer in eirϊem bestimmten Verhältnis zum Systemdruck steht.. Bei relativ geringem Druck würde somit auch ein relativ geringer Druck im Druckraum 108 herrschen, wohingegen der Druck im Dr.uckraum 108 bei hohem Systemdruck entsprechend höher ist. Durch diese Maßnahme wird ebenfalls verhindert, dass es durch einen unzulässig starken Anstieg des Drucks im Druckraum 108 zwischen dem Ventilelement und dem Schalteleroent zu ungewollten Bewegungen' des Schaltelements oder des Ventilelements kommt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum- Betreiben einer Pumpe-Düse-Einheit (10), mit dem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine 'dadurch eingespritzt wird, dass ein Ventilelement (28) durch eine Erhöhung eines Systemdrucks (P) gegen eine Vorspannkraft geöffnet wird, wobei das Verfahren nacheinander folgende Schritte umf sst:
a) . Anheben (80) des Systemdrucks (P) auf einen Wert oberhalb eines normalen Ventil-Öffnungsdrucks (POVN) , so dass das Ventilelement (28) gegen die Vorspannkraft zu einer Haupteinspritzung öffnet (82) ,
b) Erhöhen der Vorspannkraft während des Anhebens (80). des Systemdrucks (P) ,
c) Absenken (102) des Systemdrucks (P) und Absenken der Vorspannkraft, so dass das Ventilelement (28) schließt--
(104),
dadurch gekennzeichnet, dass
im Schritt b) ein aufgrund der gestiegenen Vorspannkraft erhöhter Ventil-Schließdruck (PSVH) immer unterhalb des Systemdrucks (P) liegt, so dass das Ventilelement (28) geöffnet bleibt, und dass zwischen den Schritten b) und c) nacheinander folgende Schritte vorgesehen sind: bl) Absenken (90), des Systemdrucks (P) auf einen Wert unterhalb des erhöhten Ventil -Schließdrucks (PSVH) , so dass das Ventilelement (28) schließt (92) ,
b2) Erhöhen (96) des Systemdrucks (P) , so dass das Ventilelement (28) zu einer Nacheinspritzung bei einem aufgrund der gestiegenen Vorspannkraft erhöhten Ventil - Öffnungsdruck (POVH) öffnet (98) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) 'der Systemdruck (P) auf einen Wert unterhalb eines erhöhten Ventil -Schließdrucks (PSVH) abgesenkt wird ' (102) ,. so dass das Ventilelement (28) schließt, und 'die Vorspannkraft auf das Ventilelement (28) verringert wird, wobei der aufgrund der geringeren Vorspannkraft niedrigere Ventil-Öffnungsdruck (POV) dabei immer oberhalb des- Systemdrucks (P) liegt, so -dass das Ventilelement (28) geschlossen bleibt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (28) gegen die Vorspannkraft eines Norspannelements (32') öffnet, welches durch ein bewegliches Schaltelement (38) abgestützt wird, und dass im Schritt b) das Schaltelement (38) während des Anhebens (80) des Systemdrucks' (P) entgegen der Vorspannkraft bewegt wird (83), so dass sich die Vorspannkraft erhöht .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) das Schaltelement (38) in Richtung der Vorspannkraft in seine Ausgangsstellung (SO) zurückbewegt wird (106) .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) das Schaltelement hydraulisch bewegt wird (106) .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) das Schaltelement (38) durch eine sukzessive Beaufschlagung von mindestens zwei Druckflächen (44, 46) mit dem Systemdruck (P) entgegen der.
Beaufschlagung durch das Vorspannelement (32) aus seiner Ausgangsstellung (SO) herausbewegt wird, wobei die erste Druckfläche (44) immer mit dem Systemdruck (P) und die zweite Druckfläche (46) erst dann mit dem Systemdruck (P) beaufschlagt wird, - wenn sich das Schaltelement (38) etwas aus seiner Ausgangsstellung (SO) herausbewegt- hat .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt a) der .Systemdruck (P) auf einen Wert oberhalb des normalen Ventil-Öffnungsdrucks (POVN) angehoben wird (68) , so dass das Ventilelement (28) entgegen der Beaufschlagung durch das Vorspannelement (32) zu einer Voreinspritzung bei normalem Systemdruck (P) öffnet (70) , und der Systemdruck
(P) anschließend auf einen Wert unterhalb des normalen Ventil-Schließdrucks (PSVN) abgesenkt wird. (74), so dass das Ventilelement (28) schließt (76) .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (28) entgegen der Öffnungsrichtung mit Druck (P) beaufschlagt und hierdurch der Ventil-Öffnungsdruck (POV) erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (28) entgegen der Öffnungsrichtung zeitversetzt 'mit dem Systemdruck (P) beaufschlagt wird.
•10. Pumpe-Düse-Einheit (10) zur Zufuhr von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraf maschine, mit einer Einspritzdüse (30) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum, mit mindestens einem Ventilelement (28) , welches mindestens eine erste Druckfläche (34) aufweist, deren Kraf -Resultierende in etwa in Öffnungsrichtung des Ventilelements (28) zeigt, mit einem Vorspannelement (32) , welches das Ventilelement (28) in Richtung der Schließstellung beaufschlagt, mit einem Schaltelement (38) , an dem sich das Vorspannelement (32) abstützt und welches längs der Beaufschlagungsrichtung durch das Vorspannelement (32) beweglich ist, mit einer Pumpeinrichtung (12), welche einen auf die erste Druckflache (34) des Ventilelements (28) wirkenden Systemdruck (P) aufbaut, und mit einer Steuereinrichtung (16) , welche den Auf- und Abbau des Systemdrucks (P) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie der Vorspanneinrichtung (32) und die Größen der Druckflächen (34) so aufeinander abgestimmt sind, dass mit ihr das- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchgeführt werden kann.
11. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (38) eine erste Druckfläche (44) und eine zweite Druckfläche (46) aufweist, wobei die erste Druckfläche (44) des Schaltelements (38) kleiner ist als die erste Druckfläche (34) am Ventilelement (28), wobei die erste Druckfläche (44) und die zweite Druckfläche (46) des Schaltelements (38) zusammen größer sind als die gesamte Druckfläche (34) des Ventilelements (28), wobei die erste Druckfläche (44) des Schaltelements (38) immer mit der Pumpeinrichtung (12) verbunden ist, so dass sie immer mit dem Systemdruck (P) beaufschlagt wird, und wobei die zweite Druckfläche (46) des Schaltelements
(38) erst dann mit der Pumpeinrichtung (12) verbunden wird, wenn sich das Schaltelement (38) etwas aus seiner Ausgangsstellung (SO) herausbewegt hat.
12. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtkante (48) vorhanden ist, welche in der Ausgangsstellung (SO) des Schaltelements (38) die beiden Druckflächen (44, 46 ). voneinander trennt.
.
13. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung eine Druckfeder (32) umf sst.
14. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilelement (28) und dem Schaltelement (38) ein Druckraum
(108) vorhanden ist, welcher von einer zweiten Druckfläche (112) des Ventilelements (28) begrenzt wird, deren Kraft- Resultierende zu der Kraft-Resultierenden der ersten Druckfläche (34) des Ventilelements (28) in etwa entgegengesetzt ausgerichtet ist, und dass im Schaltelement (38) -ein Strömungskanal (110) vorgesehen ist, welcher von dem Druckraum (108) zu der zweiten Druckfläche (46) des Schaltelements (38) führt.
15. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (110) eine Strömungsdrossel umfasst .
16. . Pumpe-Düse-Einheit (10) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchgangsbohrung (110) durch das Schaltelement (38) vorhanden ist .
17. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (110) zwischen dem Schaltelement (38) und einem das Schaltelement (38) umgebenden Gehäuse (24) vorhanden ist.
18. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung
(16) . ein Schaltventil (60) umfasst, welches die Pumpeinrichtung (12) mit einem Niederdruckbereich (62, 64) verbinden kann.
19. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (60) als Aktor mindestens ein Piezo-Element (58) aufweist.
20. Pumpe-Düse-Einheit (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Ventil- Öffnungsdruck (POVH) mehr als doppelt so hoch ist als der normale Ventil-Öffnungsdruck (POVN), vorzugsweise bei ungefähr 400 bis 800 bar, weiter vorzugsweise bei 700 bis 800 bar liegt.
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