WO2004061292A1 - Kraftstoffeinspritzsystem und verfahren zu dessen steuerung - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsystem und verfahren zu dessen steuerung Download PDF

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WO2004061292A1
WO2004061292A1 PCT/DE2003/002369 DE0302369W WO2004061292A1 WO 2004061292 A1 WO2004061292 A1 WO 2004061292A1 DE 0302369 W DE0302369 W DE 0302369W WO 2004061292 A1 WO2004061292 A1 WO 2004061292A1
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WO
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actuator
fuel
pressure
nozzle
pressure accumulator
Prior art date
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PCT/DE2003/002369
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heike Bastian
Reinhard Tampe
Manfred Mack
Martin Kropp
Achim Brenk
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system and a method for its control according to the preambles of independent claims 1 and 6.
  • fuel injectors on internal combustion engines stroke-controlled or pressure-controlled injection of fuel at a high pressure into the combustion chamber of an internal combustion engine takes place.
  • multiple injections are required
  • Pre main, and post-injections required.
  • the time interval between the individual injections should be as short as possible, while at the same time influencing the subsequent injection as little as possible.
  • the nozzle needle When the injection process has ended, the nozzle needle must close the fuel injector against the injection pressure. This often leads to an unfavorable squeezing of the injection jet. In addition, closer examination of the injected fuel jet has shown that there is even a risk of fuel dripping into the combustion chamber. This dripping leads in particular to an undesirably strong soot emission. In the case of pressure-controlled injection systems, on the other hand, special emphasis is placed on accelerating the relief of the nozzle needle and thus the closing of the nozzle. If the nozzle space is relieved too quickly, however, combustion gases and particles are blown back into the nozzle space. This in turn can lead to increased wear of the nozzle and coked nozzle holes.
  • an injector for injecting fuel into the combustion chambers of a direct injection internal combustion engine with a control part which can be moved in a housing and which releases or closes the inlet to an injection nozzle on a seat surface and in which one closes Control chamber acting inlet throttle is included, which is connected to an inlet from the high-pressure collection chamber, in which an area of the Control part is coupled via a further control room with a nozzle needle.
  • a pressure-controlled injector arrangement to be implemented, the nozzle needle of which can be positively controlled when closing or opening.
  • a memory injection system for internal combustion engines with a direct injection via a solenoid valve controlled injection valve per cylinder in which a pressure chamber surrounding the nozzle needle is constantly connected to a high pressure line under high pressure.
  • a safety valve is arranged in the flow path between the high-pressure line and the pressure chamber, the opening position of which correlates with the release position and the closing position of which correlates with the blocking position of the solenoid valve.
  • the safety valve is integrated in the housing of the injection valve, the valve body of the safety valve being combined with the control piston, and preferably the stroke axis of the safety valve being in the nozzle needle axis.
  • a direct-controlled injection valve with a housing in which a pressure chamber is arranged, into which a supply line for the liquid to be injected under pressure opens and which has at least one outlet opening designed as an injection nozzle. Furthermore, a valve needle connected to a piston and displaceably guided against the force of a return spring is arranged in this housing, which closes the outlet opening when the pressure chamber is depressurized and with a pressure-relieved control valve arranged in the supply line for the liquid, which is connected to an actuator.
  • a fuel injection device for internal combustion engines in which a fuel injection valve is controlled by the pressure in a pressure chamber, which acts on a pressure shoulder, in its opening and closing movement.
  • the pressure supply to the pressure chamber is controlled by a control valve member, which in turn is moved by a pressure in a work space.
  • the pressure in the work area is controlled by a pilot valve, the one Has closing body, which is moved under the action of a piezo drive from a second valve seat to a first valve seat and thereby briefly opens a relief line of the work space.
  • This has the result of opening the control valve member and supplying high-pressure fuel to the pressure chamber for the purpose of injection. This results in a very small pre-injection quantity.
  • the closing body is positioned in a central position between the valve seats and a longer connection of the high-pressure fuel supply to the pressure chamber is thus established.
  • a metering device for fluid which has an actuator, the stroke of which is controllable.
  • the metering device has a fluid supply line that can be pressurized with fluid and a 3/2-way valve, to the supply lines of which the fluid supply line, the actuator and the working chamber can be connected separately.
  • the directional valve can be switched by means of a stroke of the actuator so that the working chamber is either hydraulically connected to the fluid supply line or to an outlet, and a discharge of fluid can be controlled by means of the pressure of the fluid in the working chamber.
  • the invention now makes it possible to provide the highest possible injection pressure by the end of the injection process, with the nozzle needle fully open. Furthermore, the nozzle needle can be closed quickly without blowing back into the nozzle space and without squeezing the injection jet. This prevents fuel from dripping and reduces the emission of pollutants, especially soot particles. Since blow-back can be largely suppressed, less wear and less contamination of the fuel injector can also be expected. This leads to a longer lifespan for those important for injection Components and therefore also less maintenance. Furthermore, a flexible adaptation of the locking mechanism to the operating point of the internal combustion engine is possible. In particular, the nozzle opening pressure and the course of the injection can be varied within comparatively wide limits * .
  • FIG. 1 shows a known pressure-controlled injection system
  • Figure 2 shows a first embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a second embodiment of the invention, in which the control room of the
  • Fuel injector is permanently connected to a pressure accumulator via an inlet throttle
  • Figure 4 shows a third embodiment of the invention.
  • the pressure-controlled injection system comprises a fuel tank 1, which is connected to a high-pressure pump 2.
  • Plierbei is a quantity-controlled
  • High pressure pump with a pressure between 200 bar and 1600 bar Operating pressure p.
  • the high pressure pump 2 is in turn connected to a pressure accumulator 3.
  • an electrically controlled actuator 6 is provided on the injection valves, which controls the high-pressure fuel injection when it is opened and closed.
  • a 3/2-valve is provided here as an actuator, which connects a pressure channel 4.6 opening at the injection opening of the respective injection valve with the injection line 4.5 discharging from the pressure accumulator 3 or with a relief line 4.7 which leads into a low-pressure chamber.
  • a conventional nozzle holder combination (DHK) as fuel injector 4 is arranged even further downstream.
  • DHK conventional nozzle holder combination
  • a modified fuel injector 4 is used instead of the DHK.
  • the fuel injector 4 comprises a nozzle spring 4.4 arranged in the spring chamber 4.8.
  • an additional control room 4.9 is provided for controlling the nozzle needle 4.1.
  • a push rod 4.1.1 of the nozzle needle 4.1 is slidably mounted in this control chamber 4.9.
  • the control chamber 4.9 is connected to the pressure channel 4.6 via an inlet throttle 4.10.
  • the control chamber 4.9 is connected to a second actuator 4.3 via an outlet throttle 4.11.
  • This second actuator is preferably a 2/2-way valve, ie a valve which has two supply lines and two switching positions.
  • a sealing element closes an outlet, so that the working chamber, that is to say the control chamber 4.9, is pressure-filled with fuel via the inlet throttle 4.10 from the pressure channel 4.6.
  • the drain connected to a leak line 4.12 is opened, so that fuel runs through the control chamber 4.9 and no longer pressurizes it.
  • a very flexible control of the injection process is possible.
  • a ramp-shaped injection curve can advantageously be achieved.
  • the second actuator 4.3 is first in front of the first actuator 6 or almost simultaneously with the first. Actuator 6 opened. By opening the second actuator 4.3, the control chamber 4.9 with the Leakage line 4.12 connected and thus relieved.
  • Fuel entering the control chamber 4.9 via the inlet throttle can flow into the leakage line, so that no pressure is built up in the control chamber.
  • the nozzle chamber 4.2 is filled with fuel from the pressure accumulator 3 via the pressure channel 4.6.
  • the nozzle needle 4.1 lifts off its seat and fuel is injected into the combustion chamber (here the combustion chamber of the cylinder 4) with the high pressure of the pressure accumulator 3.
  • fuel flows into the control chamber 4.9 via the inlet throttle 4.10. Both actuators are closed in a suitable manner to end the injection process.
  • the actuator 6 is first closed or a connection between the pressure channel 4.6 and the leakage line 4.7 is established by a corresponding switching position of this actuator.
  • the actuator 4.3 for controlling the nozzle needle 4.1 remains open until the nozzle needle 4.1 closes due to the pressure drop in the nozzle chamber 4.2 due to the spring force of the nozzle spring 4.4.
  • the actuator for metering remains closed.
  • the first actuator 6 remains open and the pressure of the pressure accumulator 3 is still present in the nozzle chamber 4.2.
  • the second actuator 4.3 is activated and closed.
  • the control chamber 4.9 is filled with fuel under high pressure via the inlet throttle 4.10, which means that the valve needle closes under the action of this pressure and the spring force of the nozzle spring 4.4 and ends the injection process. This closing mechanism leads to the injection jet being squeezed out.
  • control chamber 4.9 for the control of the nozzle needle 4.1 is permanently connected to the pressure accumulator 3 via an inlet throttle 4.10. This ensures that the nozzle needle 4.1 can be closed hydraulically at any time.
  • FIG. 4 shows the use of a 3/2 valve as an actuator 4.3 for controlling the nozzle needle 4.1.
  • the 3/2 valve is a valve that has three fluid supply lines and two switching states.
  • a fluidic supply of the actuator 4.3 is permanent with the pressure channel 4.6
  • the second fluid supply line of the actuator 4.3 is connected to the control chamber 4.9.
  • the third fluidic line of the actuator 4.3 is connected to the leak line 4.12. Depending on the switching position of the actuator 4.3, the following operating states of the actuator 4.3 result. In a first switching position of the actuator
  • control room 4.9 is connected to the pressure accumulator 3 via the pressure channel 4.6. > 0
  • control chamber 4.9 is with the
  • Leakage line 4.12 connected.
  • An inlet throttle 4.10 can optionally be arranged in front of the control chamber 4.9 in order to optimize the opening and closing movement of the nozzle needle 4.1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstofftank (1), einer Hochdruckpumpe (2), einem Druckspeicher (3), einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren (4), sowie einem stromab des Druckspeichers (3) angeordneten Stellglied (6) für die Kraftstoffzumessung, das in einer ersten Betriebsstellung den Druckspeicher (3) mit dem Düsenraum (4.2) des Kraftstoffinjektors (4) und in einer zweiten Betriebsstellung den Düsenraum (4.2) des Kraftstoffinjektors (4) mit einer Leckleitung (4.7) verbindet. Erfindungsgemäß ist ein weiteres Stellglied (4.3) vorgesehen, das dem Kraftstoffinjektor (4) zugeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren für die Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem und Verfahren zu dessen Steuerung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem und ein Verfahren zu dessen Steuerung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 6. Mit Kraftstoffinj ektoren an Verbrennungskraftmaschinen erfolgt eine hubgesteuerte oder eine druckgesteuerte Einspritzung von unter einem hohen Dmck stehenden Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Um der heutigen und zukünftigen Abgasgesetzgebung für Verbrennungskraftmaschinen zu entsprechen, sind Mehrfacheinspritzungen
(Vor-, Haupt-, und Nacheinspritzungen) erforderlich. Der zeitliche Abstand zwischen den Einzeleinspritzungen sollte dabei so kurz wie möglich sein, bei gleichzeitig geringstmöglicher Beeinflussung der jeweils nachfolgenden Einspritzung. Eine der Haupteinspritzphase vorgeschaltete Pilot-Einspritzung zur
Konditionierung des Brennraums sollte eine dieser nachgeschalteten Haupteinspritzphase hinsichtlich des emissionsrelevanten Druckanstieges nicht beeinflussen. Stand der Technik
Herkömmliche Kraftstoffinjektoren, die in mit hohem Druck arbeitenden Einspritzsystemen, wie beispielsweise sogenannten Common-Rail-Systemen, eingesetzt werden, und die mit je einer Drosselabstimmung und einem Stellglied (Solenoid- oder Piezosystem) arbeiten, erreichen nur eine vergleichsweise geringe Öffnungs- beziehungsweise Schließgeschwindigkeit der Düsennadel.
Beim Beenden des Einspritzvorgangs muss die Düsennadel den Kraftstoffinjektor gegen den Einspritzdruck schließen. Dies führt häufig zu einem ungünstigen Abquetschen des Einspritzstrahls. Genauere Untersuchungen des eingespritzten Kraftstoffstrahls haben zudem gezeigt, dass es sogar zu einem schädlichen Nachtropfen von Kraftstoff in den Brennraum kommen kann. Dieses Nachtropfen führt insbesondere zu einer unerwünscht starken Rußemission. Bei druckgesteuerten Einspritzsystemen dagegen, wird ein besonderer Wert darauf gelegt, das Entlasten der Düsennadel und somit das Schließen der Düse zu beschleunigen. Eine zu schnelle Entlastung des Düsenraums bewirkt jedoch ein Rückblasen von Verbrennungsgasen und Partikeln in den Düsenraum. Dies wiederum kann zu einem erhöhten Verschleiß der Düse und verkokten Düsenlöchern führen. Ein zu langsames Absinken des Einspritzdrucks wiederum führt zu einer Verschleppung des Schließvorgangs und zu einer erhöhten Rußemission aufgrund einer schlechten Gemischaufbereitung zu Ende des Einspritzvorgangs. Bekannte druckgesteuerte Einspritzsysteme nutzen nun zwar den Absteuerstoß beim Entlasten der Düse, um die Schließkraft zu erhöhen, indem sie den Absteuerstoß in den Rückraum der Düse leiten. Diese Maßnahme ermöglicht jedoch nur eine sehr eingeschränkte Funktionalität in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt.
Aus der Patentanmeldung 100 33 426.1 der Anmelderin ist ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschine bekannt, mit einem in einem Gehäuse bewegbaren Steuerteil, welches den Zulauf zu einer Einspritzdüse an einer Sitzfläche freigibt, beziehungsweise verschließt und in dem eine einen Steuerraum beaufschlagende Zulaufdrossel enthalten ist, die mit einem Zulauf vom Hochdrucksammeiraum in Verbindung steht, bei dem in dem Gehäuse ein Bereich des Steuerteils über einen weiteren Steuerraum mit einer Düsennadel gekoppelt ist. Dadurch lässt sich eine druckgesteuerte Injektoranordnung realisieren, deren Düsenadel beim Schließen beziehungsweise Öffnen zwangsgesteuert werden kann.
Aus der DE 196 12 738 AI ist weiter ein Speichereinspritsystem für Brennkraftmaschinen mit einem direkteinspritzenden über ein Magnetventil gesteuerten Einspritzventil pro Zylinder bekannt, bei dem ein die Düsenadel umgebender Druckraum ständig mit einer mit Hochdruck beaufschlagten Hochdruckleitung in Verbindung steht. Im Strömungsweg zwischen Hochdruckleitung und Druckraum ist ein Sicherheitsventil angeordnet, dessen Öffnungsstellung mit der Freigabestellung und dessen Schließstellung mit der Sperrstellung des Magnetventils korreliert. Um den Herstellungsaufwand und den Raumbedarf zu verringern, ist dabei vorgesehen, dass das Sicherheitsventil in das Gehäuse des Einspritzventils integriert ist, wobei der Ventilkörper des Sicherheitsventils mit dem Steuerkolben kombiniert ist, und wobei vorzugsweise die Hubachse des Sicherheitsventils in der Düsennadelachse liegt.
Aus der DE 297 1 7 649 UI ist weiter ein direktgesteuertes Einspritzventil mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Druckraum angeordnet ist, in den eine mit einer Flüssigkeitsversorgung verbundene Zuleitung für die unter Druck einzuspritzende Flüssigkeit einmündet und der wenigstens eine als Einspritzdüse ausgebildete Austrittsöffnung aufweist. Ferner ist in diesem Gehäuse eine mit einem Kolben verbundene und gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschiebbar geführte Ventilnadel angeordnet, die bei drucklos gesetztem Druckraum die Austrittsöffnung verschließt und mit einem in der Zuleitung für die Flüssigkeit angeordneten druckentlasteten Steuerventil, das mit einem Stellantrieb verbunden ist.
Aus der DE 197 42 073 AI der Anmelderin ist weiter eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ein Kraftstoffeinspritventil durch den Dmck in einem Dmckraum, der auf eine Druckschulter wirkt, in seiner Öffnungs-und Schließbewegung gesteuert wird. Die Druckzufuhr zum Dmckraum wird durch ein Steuerventilglied gesteuert, das wiederum durch einen Druck in einem Arbeitsraum bewegt wird. Der Dmck im Arbeitsraum wird durch ein Vorsteuerventil gesteuert, das einen Schließkörper aufweist, der unter Einwirkung eines Piezoantriebs von einem zweiten Ventilsitz zu einem ersten Ventilsitz bewegt wird und dabei eine Entlastungsleitung des Arbeitsraumes kurzzeitig öffnet. Das hat ein Öffnen des Steuerventilglieds und eine Zufuhr von Kraftstoffhochdruck zum Druckraum zwecks Einspritzung zur Folge. Dabei ergibt sich eine sehr kleine Voreinspritzmenge. Für die Durchführung einer Haupteinspritzmenge wird der Schließkörper in einer Mittelstellung zwischen den Ventilsitzen positioniert und somit eine längere Verbindung des Kraftstoffhochdruckzuflusses zum Druckraum hergestellt.
Aus DE 198 44 996 AI ist weiter eine Dosiervorrichtung für Fluid bekannt, die einen Stellantrieb aufweist, dessen Hub steuerbar ist. Die Dosiervorrichtung weist eine mit Fluid druckbeaufschagbare Fluidzuleitung und ein 3/2- Wege- Ventil auf, an dessen Zuleitungen die Fluidzuleitung, der Stellantrieb und die Arbeitskammer getrennt anschließbar sind. Dabei ist mittels eines Hubs des Stellantriebs das Wege-Ventil so schaltbar, das die Arbeitskammer entweder mit der Fluidzuleitung oder mit einem Ablauf hydraulisch in Verbindung steht und mittels des Drucks des Fluids in der Arbeitskammer eine Abgabe von Fluid steuerbar ist.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht es nun, bis zum Ende des Einspritzvorgangs, bei voll geöffneter Düsennadel, einen möglichst hohen Einspritzdruck bereitzustellen. Weiterhin kann ein schnelles Schließen der Düsennadel ohne Rückblasen in den Düsenraum und ohne ein Abquetschen des Einspritzstrahls erreicht werden. Dadurch wird das Nachtropfen von Kraftstoff verhindert und die Emission von Schadstoffen, insbesondere von Rußpartikeln vermindert. Da ein Rückblasen weitgehend unterdrückt werden kann, sind auch ein geringerer Verschleiß und eine geringere Verschmutzung des Kraftstoffinjektors zu erwarten. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer der für die Einspritzung wichtigen Komponenten und damit auch zu einem geringeren Wartungsaufwand. Weiterhin ist eine flexible Anpassung des Schließmechanismus an den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine möglich. Insbesondere können dazu der Düsenöffnungsdruck und der Verlauf der Einspritzung in vergleichsweise weiten Grenzen variiert werdet*. Bei einem rampenformigen Einspritzverlauf kann zudem eine Druckerhöhung durch Wellendynamik ausgenutzt werden. Schließlich kann die Erfindung kostengünstig in die Praxis umgesetzt werden, da bereits vorhandene Anlagen für die Serienfertigung mit nur geringfügigen Anpassungen für die ITerstellung der erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffinjektoren weiter benutzt werden können.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nahestehend näher erläutert.
5 Es zeigt:
Figur 1 ein bekanntes druckgesteuertes Einspritzsystem,
Figur 2 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung Figur3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Steuerraum des
Kraftstoffinjektors über eine Zulaufdrossel permanent mit einem Druckspeicher verbunden ist,
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
A usfuhrun gs vari anten
Im Folgenden wird unter Bezug auf Figur 1 zunächst ein bekanntes Einspritzsystem kurz
) beschrieben. Das dmckgesteuerte Einspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 1 , der mit einer Hochdruckpumpe 2 verbunden ist. Plierbei handelt es sich um eine mengengeregelte
Hochdruckpumpe mit einem zwischen ca. 200 bar und ca. 1600 bar liegenden Betriebsdruck p. Die Hochdmckpumpe 2 wiederum ist mit einem Druckspeicher 3 verbunden. Zur Steuerung der Einspritzzeiten und Einspritzmengen ist an den Einspritzventilen jeweils ein elektrisch gesteuertes Stellglied 6 vorgesehen, das mit seinem Öffnen und Schließen die Kraftstoffhochdruckeinspritzung steuert. Üblicherweise wird hier als Stellglied ein 3/2-Ventil vorgesehen, das einen an der Einspritzöffnung des jeweiligen Einspritzventils mündenden Druckkanal 4.6 mit der von dem Dmckspeicher 3 abführenden Einspritzleitung 4.5 oder mit einer Entlastungsleitung 4.7, die in einen Niederdruckraum f hrt, verbindet. Noch weiter stromab ist eine herkömmliche Düsenhalterkombination (DHK) als Kraftstoffinjektor 4 angeordnet. Je nach Lage des Stellgliedes 6 zwischen dem Druckspeicher 3 und der DHK und der Abstimmung der Leitungslängen kann eine Druckerhöhung aufgrund von Wellendynamik für eine Erhöhung des Einspritzdrucks ausgenutzt werden.
Ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Figur 2 beschrieben. Um ein hydraulisches Nadelschließen im Sinne der Erfindung zu erreichen, wird anstelle der DHK ein modifizierter Kraftstoffinjektor 4 eingesetzt. Der Kraftstoffinjektor 4 umfasst eine in dem Federraum 4.8 angeordnete Düsen feder 4.4. Weiterhin ist ein zusätzlicher Steuerraum 4.9 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 vorgesehen. In diesem Steuerraum 4.9 ist eine Druckstange 4.1.1 der Düsennadel 4.1 gleitbar gelagert. Der Steuerraum 4.9 ist über eine Zulaufdrossel 4.10 mit dem Druckkanal 4.6 verbunden. Weiterhin ist der Steuerraum 4.9 über eine Ablaufdrossel 4.11 mit einem zweiten Stellglied 4.3 verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem zweiten Stellglied um ein 2/2-Wege-Ventil, d.h. einem Ventil, das zwei Zuleitungen und zwei Schaltstellungen besitzt. In einer ersten Schaltstellung verschließt ein Dichtclement einen Ablauf, sodass die Arbeitskammer, also der Steuerraum 4.9, über die Zulaufdrossel 4.10 aus dem Druckkanal 4.6 mit Kraftstoff druckbefüllt wird. In einer zweiten Schaltstellung ist der mit einer Leckleitung 4.12 verbundene Ablauf geöffnet, so dass Kraftstoff durch den Steuerraum 4.9 abläuft und diesen nicht mehr mit Druck beaufschlagt. Bei diesem Ausfύhrungsbeispiel ist eine sehr flexible Steuerung des Einspritzverlaufs möglich. So lässt sich beispielsweise vorteilhaft ein rampenformiger Einspritzverlauf erzielen. Dazu wird zunächst das zweite Stellglied 4.3 vor dem ersten Stellglied 6 oder fast gleichzeitig mit dem ersten. Stellglied 6 geöffnet. Durch die Öffnung des zweiten Stellglieds 4.3 wird der Steuerraum 4.9 mit der Leckleitung 4.12 verbunden und dadurch entlastet. Über die Zulaufdrossel in den Steuerraum 4.9 eindringender Kraftstoff kann in die Leckleitung abfließen, so dass in dem Steuerraum kein Dmck aufgebaut wird. Der Düsenraum 4.2 wird über den Druckkanal 4.6 mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 3 befüllt. Sobald der Dmck in dem Düsenraum 4.2 den Federdmck der verstärkten Düsenfeder 4.4 übersteigt, hebt die Düsennadel 4.1 von ihrem Sitz ab und Kraftstoff wird mit dem hohen Druck des Dmckspeichers 3 in den Brennraum (hier Brennraum des Zylinders 4) eingespritzt. Gleichzeitig fließt Kraftstoff über die Zulaufdrossel 4.10 in den Steuerraum 4.9. Zum Beenden des Einspritzvorgangs werden beide Stellglieder in geeigneter Weise geschlossen.
Hierbei ergeben sich folgende Varianten. Funktionsweise Schließmechanismus druckgesteuert:
Hier wird zunächst das Stellglied 6 geschlossen bzw. durch eine entsprechende Schaltstellung dieses Stellglieds eine Verbindung zwischen dem Druckkanal 4.6 und der Leckleitung 4.7 hergestellt. Das Stellglied 4.3 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 bleibt dabei solange geöffnet, bis die Düsennadel 4.1 aufgrund des Druckabfalls im Düsenraum 4.2 infolge der Federkraft der Düsenfeder 4.4 schließt. Dabei bleibt das Stellglied für die Zumessung geschlossen.
Funktionsweise Schließmechanismus hubgesteuert:
Hier bleibt das erste Stellglied 6 geöffnet und der Dmck des Dmckspeichers 3 steht weiter im Düsenraum 4.2 an. Das zweite Stellglied 4.3 wird angesteuert und geschlossen. Über die Zulaufdrossel 4.10 wird der Steuerraum 4.9 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt, was dazu führt, dass die Ventilnadel unter Einwirkung dieses Dmcks und der Federkraft der Düsenfeder 4.4 schließt und den Einspritzvorgang beendet. Dieser Schließmechanismus führt zu einem Abquetschen des Einspritzstrahls.
Funktionsweise Schließmechanismus druck/hubgesteuert: Wird das Stellglied 4.3 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 gleichzeitig oder fast gleichzeitig mit dem Stellglied 6 für die Zumessung geschlossen, dann fallt während des hydraulischen Schließens der Düsennadel 4.1 gleichzeitig auch der Dmck im Düsenraum
4.2 ab. Somit kann unter Nutzung eines geeigneten Timings zwischen der Betätigung der 5 beiden genannten Stellglieder 4.3, 6 ein optimales Schließen der Düsennadel 4.1 ohne
Rückblasen oder Abquetschen des Einspritzstrahls erfolgen. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum 4.9 für die Steuemng der Düsennadel 4.1 permanent über eine Zulaufdrossel 4.10 mit dem Druckspeicher 3 verbunden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Düsennadel 4.1 zu jeder Zeit hydraulisch schließbar ist.
10
Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Verwendung eines 3/2-Ventils als Stellglied 4.3 für die Steuemng der Düsennadel 4.1. Das 3/2-Ventil ist ein Ventil, das drei fluidische Zuleitungen und zwei Schaltzustände aufweist. Eine fluidische Zuleitung des Stellglieds 4.3 ist über den Druckkanal 4.6 permanent mit dem
15 Druckspeicher 3 verbunden. Die zweite fluidische Zuleitung des Stellglieds 4.3 ist mit dem Steuerraum 4.9 verbunden. Die dritte fluidische Zuleitung des Stellglieds 4.3 ist mit der Leckleitung 4.12 verbunden. Je nach Schaltstellung des Stellglieds 4.3 ergeben sich somit folgende Betriebszustände des Stellglieds 4.3. In einer ersten Schaltstellung des Stellglieds
4.3 ist der Steuerraum 4.9 über den Druckkanal 4.6 mit dem Druckspeicher 3 verbunden. >0 In einer zweiten Schaltstellung des Stellglieds 4.3 ist der Steuerraum 4.9 mit der
Leckleitung 4.12 verbunden. Optional kann eine Zulaufdrossel 4.10 vor dem Steuerraum 4.9 angeordnet sein, um die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 4.1 zu optimieren.
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Bezugszeichenliste
1 Kraftstofftank
2 Hochdruckpumpe
3 Druckspeicher
4 Kraftstoffinj ektor
4.1 Düsennadel
4.1.1 Druckstange
4.2 Dusenraum
4.3 Stellglied
4.4 Düsenfeder
4.5 Einspritzleitung
4.6 Druckkanal
4.7 Leckleitung
4.8 Federraum
4.9 Steuerraum
4.10 Zulaufdrossel
4.1 1 Ablaufdrossel
4.12 Leckleitung
P Betriebsdruck

Claims

Patentansprüche
1. -Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstofftank (1), einer Hochdruckpumpe (2) und einem Druckspeicher (3), sowie mit einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren (4), bei dem stromab des Druckspeichers (3) ein Stellglied (6) für die Kraftstoffzumessung angeordnet ist, das in einer ersten Betriebsstellung den Druckspeicher (3) mit dem Düsenraum (4.2) des Kraftstoffinjektors (4) und in einer zweiten Betriebsstellung den Düsenraum (4.2) des Kraftstoffinjektors (4) mit einer Leckleitung (4.7) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinj ektor (4) einen Steuerraum (4.9) aufweist, in dem eine mit der Düsennadel (4.1) verbundene Druckstange (4.1.1) gleitbar gelagert ist, dass ein zweites Stellglied (4.3) für die Steuerung der Düsennadel (4.1) vorgesehen ist, wobei das zweite Stellglied in einer ersten Betriebsstellung den Steuerraum (4.9) mit einer Leckleitung (4.12) verbindet und in einer zweiten Betriebsstellung den Steuerraum (4.9) gegen die Leckleitung (4.12) abschließt.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (4.9) über je eine Drossel (Zulaufdrossel 4.1 0, Ablaufdrossel 4.1 1) einerseits mit dem Druckkanal (4.6) und andererseits mit einem Fluidanschluss des Stellglieds (4.3) verbunden ist.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang der Zulaufdrossel ( 4.10) permanent mit dem Druckspeicher (3) verbunden ist.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Stellglied (4.3) ein 3/2-Ventil vorgesehen ist, dessen erster Fluidanschluss mit dem Dmckspeicher (3), dessen zweiter Fluidanschluss mit dem Steuerraum (4.9) des Kraftstoffinjektors (4), und dessen dritter Fluidanschluss mit der Leckleitung (4.12) verbunden sind.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Fluidanschluss des als 3/2-Ventil ausgebildeten Stellglieds (4.3) und dem Steuerraum (4.9) des Kraftstoffinjektors (4) eine Zulaufdrossel (4.10) angeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Kraftstofftank (1), einer Hochdruckpumpe (2) und einem Druckspeicher (3), sowie mit einer Mehrzahl von Kraftstoffinj ektoren (4), bei dem stromab des Dmckspeichers (3) ein Stellglied (6) für die Kraftstoffzumessung angeordnet ist, das in einer ersten Betriebsstellung den Druckspeicher (3) mit dem Düsenraum (4.2) des Kraftstoffinjektors (4) und in einer zweiten Betriebsstellung den Düsenraum (4.2) des Kraftstoffinjektors (4) mit einer Leckleitung (4.7) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beginn eines Einspritzvorgangs das zweite Stellglied (4.3) vor oder höchstens gleichzeitig mit dem ersten Stellglied (6) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung eines Einspritzvorgangs zunächst das erste Stellglied (6) geschlossen wird, und das zweite Stellglied (4.3) solange geöffnet bleibt, bis die Düsennadel (4.1) durch die Düsenfeder (4.4) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung eines Einspritzvorgangs das zweite Stellglied (4.3) vor dem ersten Stellglied (6) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung eines Einspritzvorgangs das erste Stellglied (6) und das zweite Stellglied (4.3) im Wesentlichen gleichzeitig geschlossen werden.
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