Verfahren und Vorrichtung für den Raildruckabbau bei einem Common Rail Einspritzsvstem
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Druckabbau für eine Kraftstoffeinspritz¬ einrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, von dem der Kraftstoff über eine Druckleitung einer Druckübersetzungseinrichtung zugeführt wird, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff in einem Arbeitsraum der Druckübersetzungseinrich¬ tung auf einen Übersetzerkolben wirktv und den Kraftstoff in einem dem Arbeitsraum gegen- überliegenden Hochdruckraum komprimiert, wobei die Komprimierung erfolgt, wenn eine Ven¬ tileinheit durch Öffnen den Druck in einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruck¬ raum entlastet und wobei der komprimierte Kraftstoff mittels eines Injektors bei Aktivierung ei¬ ner Ventileinheit in einen Brennraum eingespritzt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum schnellen Druckabbau für eine Kraft¬ stoffeinspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspei¬ cherraum, der über eine Druckleitung mit einer Druckübersetzungseinrichtung verbunden ist, die aus einem Arbeitsraum an einem Übersetzerkolben, einem, dem Arbeitsraum gegenüberliegen¬ den Hochdruckraum und einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum be- steht, der mit einer Ventileinheit verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen werden zur Versorgung von Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff eingesetzt. Sie dienen dazu, eine von den Betriebsparametern des Motors wie Dreh-
zahl, Last, Temperatur und Stellung des Kolbens im Zylinder abhängige Kraftstoffinenge unter hohem Druck in den Brennraum des Zylinders einzuspritzen. Ein hoher Einspritzdruck ist vor¬ teilhaft, da hierdurch einerseits eine hohe spezifische Leistung der Verbrennungskraftmaschine und andererseits eine geringe Emission von Schadstoffen erreicht werden kann. Bei Verwen- düng einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff wird ein Einspritz¬ druck von 1600 bis 1800 bar erreicht. Ein höherer Einspritzdruck ist aus Gründen der Festigkeit der Komponenten nur mit außergewöhnlichem Aufwand erreichbar.
Der Kraftstoff kann mit unterschiedlichen Mengen-Zeit-Profilen eingebracht werden, beispiels- weise um eine oder mehrere Voreinspritzungen, eine Haupteinspritzung und eine oder mehrere
Nacheinspritzungen zu bewirken, wobei letztere eine Abgasreinigung bewirken können. Zur weiteren Erhöhung des Einspritzdruckes, beispiels- weise für die Haupteinspritzung, kann ein Druckübersetzer aktiviert werden. In dem Druckübersetzer trennt ein Kolben einen Arbeitsraum, in dem der Kolben eine große Querschnittsfläche besitzt, von einem Hochdruckraum, in dem der Kolben eine kleine Querschnittsfläche besitzt Diese Anordnung kann den Einspritzdruck im
Verhältnis der beiden Querschnittsflächen erhöhen.
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Drückübersetzer ist aus der DE 199 10 970 Al bekannt. Hierbei wird bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer zwischen einem Druck- Speicherraum und einem Düsenraum angeordneten Druckübersetzungseinrichtung, deren Druck¬ kammer über eine Druckleitung mit dem Düsenraum verbunden ist, und mit einer an den Druck¬ speicherraum angeschlossenen Bypassleitung die Bypassleitung direkt mit der Druckleitung ver¬ bunden.
Nachteilig an den bekannten Verfahren und Einrichtungen ist, dass für eine Einspritzung mit niedrigem Einspritzdruck, wie sie beispielsweise im Schiebebetrieb erforderlich ist, der Raild- ruck über ein zusätzliches Druckregelventil abgebaut werden muss, wie es beispielsweise in der DE 102 22 895 Al beschrieben ist. Ein solches Druckregelventil kann direkt am Hochdruck¬ speicher integriert sein. Es enthält ein Kugelventil mit einem kugelförmigen Schließkörper, der mit Federkraft in seinen Dichtsitz gedrückt wird. Nimmt der Druck im Hochdruckspeicher zu, entsteht eine Kraftkomponente an dem Schließkörper, die entgegen der Federkraft wirkt und ihn bei hohem Druck aus seinem Sitz hebt Hierdurch wird der Druck im Hochdruckspeicher auf ei¬ nen vorbestimmten Wert begrenzt An dem Schließkörper ist weiterhin der Anker eines Elek-
tromagneten angebracht, der eine zusätzliche Schließkraft auf den Schließkörper ausüben kann. Durch Ansteuerung des Elektromagneten kann das Kräftegleichgewicht dahingehend verscho¬ ben werden, dass das Kugelventil erst bei einem höheren Druck öflhet. Die Verwendung eines solchen Kugelventils ist jedoch mit zusätzlichen Systemkosten als auch mit Platzbedarf verbun- den.
Alternativ kann der Raildruck über Leckage innerhalb des Systems abgebaut werden, was je¬ doch zu einer in einigen Fällen nicht akzeptablen Verzugszeit führen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das bei geringen Systemkosten ei¬ nen schnellen Abbau des Raildruckes erlaubt.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, dazu eine Vorrichtung bereitzustellen mit der dieses Verfahren realisiert werden kann.
Vorteile der Erfindung
αur Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass itrεiner Kraftstoffeinspritz- einrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, von dem der Kraftstoff über eine Druckleitung einer Druckübersetzungseinrichtung zugeführt wird, wobei der unter Druck stehende Kraftstoff in einem Arbeitsraum der Druckübersetzungseinrich¬ tung auf einen Übersetzerkolben wirkt, und den Kraftstoff in einem dem Arbeitsraum gegen¬ überliegenden Hochdruckraum komprimiert, wobei die Komprimierung erfolgt, wenn eine Ven- tileinheit durch öffnen den Druck in einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruck¬ raum entlastet und wobei der komprimierte Kraftstoff mittels eines Injektors bei Aktivierung ei¬ ner Ventileinheit in einen Brennraum eingespritzt wird, zum Druckabbau im Druckspeicheraum die Ventileinheit geöffnet wird, ohne dass die Ventileinheit aktiviert wird. Dadurch wird er¬ reicht, dass der Druckabbau im Druckspeicherraum sehr schnell und ohne Zeitverzögerung ge- schehen kann, was insbesondere im Schiebebetrieb bzw. im Teillastbetrieb der Verbrennungs¬ kraftmaschine vorteilhaft ist.
Öffiiungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit werden lastabhängig von einer Ventilsteuerung gesteuert. Dies ermöglicht eine Druckreduzierung im Druckspeicherraum, die lastabhängig geschehen kann. Vorteilhaft ist es, wenn die Ventilsteuerung mit Daten zum Be¬ triebszustand der Verbrennungskraftmaschine von einer zentralen Motorsteuerung versorgt wird, da in der Motorsteuerung bereits alle relevanten Betriebsdaten der Verbrennungskraft¬ maschine, wie Motordrehzahl, Ventilklappenstellungen und dergleichen vorliegen und zusätzli¬ che Auswerteeinheiten für diese Betriebsdaten entfallen können. Dabei können der Öffnungs- zeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit in einem Kennfeld als Software und/oder Hardware in der Ventilsteuerung hinterlegt werden, wobei die Parameter des Kennfeldes die Be- triebszustände der Verbrennungskraftmaschine abbilden. Dies ermöglicht eine besonders feine und andererseits effiziente Regelung des Druckes innerhalb des Druckspeicherraums.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Kraftstoffeinspritz¬ einrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Druckspeicherraum, der über eine Druckleitung mit einer Druckübersetzungseinrichtung verbunden ist, die aus einem
Arbeitsraum an einem Übersetzerkolben, einem, dem Arbeitsraum gegenüberliegenden Hoch¬ druckraum und einem am Übersetzerkolben angeordneten Differenzdruckraum besteht, der mit einer Ventileinheit verbunden ist, die Ventileinheit in Wirkverbindung mit einer Ventilsteuerung steht, in der ein lastabhängiges Kennfeld als. Software und/oder Hardware abgelegt ist, in dem Öffhungszeitpunkt und die Dauer der ÖfiEhung der Ventileinheit hinterlegt sind. Dadurch kön¬ nen zusätzliche Einrichtungen, wie beispielsweise aufwendige Druckregelventile entfallen, was zum einen die Systemkosten reduziert und zum anderen eine effektive Regelung des Druckes im Druckspeicher ermöglicht.
Die Ventilsteuerung ist in bevorzugter Ausführungsform mit mindestens einer Leitung für Steu¬ ersignale aus einer Motorsteuerung verbunden. Dadurch kann die Ventilsteuerung mit wichtigen Betriebszustandsdaten der Verbrennungskraftmaschine vorsorgt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventilsteuerung integraler Bestandteil der Motorsteuerung ist. Dies spart zum einen Kosten, da keine zusätzlichen Baugruppen erforderlich sind, und zum anderen können damit Störungen aufgrund von fehlerhaften Datenleitungen oder korrodierter Steckverbindungen ausgeschlossen werden.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbei- spiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Einspritzsystem in der erfindungsgemäßen Ausführung.
Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
Die in Fig.l dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 umfasst eine Druckübersetzungs¬ einrichtung 10, einen Injektor 20 für jeden Zylinder, eine gemeinsame Kraftstoffversorgungs- einrichtung 40 und eine Steuereinheit 50.
Der Kraftstoff wird einem Kraftstoffbehälter 41 über eine Saugleitung 42 entnommen und mit¬ tels einer Kraftstoffpumpe 43 unter hohem Druck über eine Förderleitung 44 einem gemein¬ samen Druckspeicherraum 45 (Common Rail) zugeführt. Vom Druckspeicherraum 45 gelangt der Kraftstoff über Druckleitungen 46 an die jedem Zylinder zugeordneten Druckübersetzungs¬ einrichtungen 10.
In der Druckübersetzungseinrichtung 10 wird der Kraftstoff einem Λrbeitsraum 13 und über ei¬ ne Drossel 12 einem Differenzdruckraum 15 zugeführt. Weiterhin gelangt der Kraftstoff über ein Rückschlagventil 11 in einen Hochdruckraum 17, da eine Rückstellfeder 16 einen Überset¬ zerkolben 14 in den Arbeitsraum 13 drückt, solange eine Ventileinheit 18 geschlossen ist.
Wird die Ventileinheit 18 geöffnet, strömt der Kraftstoff aus dem Differenzdruckraum 15 in eine Kraftstoffrückführleitung 47, der Druck im Differenzdruckraum 15 fällt ab und der Druck im Arbeitsraum 13 drückt den Übersetzerkolben 14 in den Hochdruckraum 17 bis die Kraftverhält¬ nisse ausgeglichen sind. Der Übersetzerkolben 14 hat im Arbeitsraum 13 eine größere Quer- Schnittfläche als im Hochdruckraum 17 und erhöht den Druck gemäß dem Verhältnis der beiden
Querschnittsflächen im Arbeitsraum 13 und im Hochdruckraum 17.
Vom Hochdruckraum 17 wird der Kraftstoff mittels der Hochdruckleitung 19 über eine Drossel 23 einem Steuerraum 24 und einem Düsenraum 29 des Injektors 20 zugeführt. Im Injektor 20 drückt eine in einem Raum 26 angeordnete Schließfeder 27 ein Einspritzventilglied 25 gegen ei¬ ne Ventildichtfläche 30, so dass kein Kraftstoff durch dort angeordnete Einspritzöffnungen 31 in einen Brennraum 32 austreten kann. Kraftstoff, der aus dem Steuerraum 24 oder dem Düseraum
29 entlang des beweglich gelagerten Einspritzventilgliedes als Führungsleckage entsteht, wird im Raum 26 gesammelt und über eine Kraftstoffrückführleitung 48 beispielsweise dem Kraft¬ stoffbehälter 41 zugeführt.
Für den Einspritzvorgang wird eine Ventileinheit 21 geöffnet Der im Steuerraum 24 befindliche
Kraftstoff wird über die Kraftstoffrückführleitung 47 abgeleitet, wodurch sich der Druck im Steuerraum 24 erniedrigt. An dem Einspritzventilglied 25 ist im Bereich des Düsenraumes 29 eine Druckschulter 28 ausgebildet, so dass die resultierende Kraft das Einspritzventilglied 25 von der Ventildichtfläche 30 abhebt. Der im Düsenraum 29 befindliche Kraftstoff kann daher über die Einspritzöffnungen 31 in den Brennraum 32 einströmen.
Der zeitliche Ablauf der Vorgänge wird über die Steuereinheit 50 bestimmt Sie enthält eine Motorsteuerung 54, die in an sich bekannter Weise aus den Betriebsparameteπi eines hier nicht «J f dargestellten Verbrennungsmotors Signale für eine Ventilsteuerung 53jbestimmt. Diese Signale wirken über Steuerleitungen 51, 52 auf die Ventile 18 und 21.
Soll der Druck im Druckspeicherraum 45 schlagartig gesenkt werden, was beispielsweise im Schiebebetrieb oder im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist, so ge¬ schieht dies erfindungsgemäß über die Aktivierung der Ventileinheit 18 der Druckübersetzungs- einrichtung 10. Dabei wird die Ventileinheit 18 geöffnet, wodurch der Kraftstoff über die Kraft¬ stoffrückführleitung 47 abgeführt wird und der Druck im Druckdifferenzraum 15 dadurch ge¬ senkt wird. Dies hat zur Folge, dass die Druckverhältnisse innerhalb der Druckübersetzungsein¬ richtung 10 aus dem Gleichgewicht kommen. Die Folge ist, dass der Übersetzerkolben 14 in der gezeigten Figur 1 nach unten bewegt und, nach Erreichen eines neuen Kräftegleichgewichtes, in dieser Stellung verharrt. Aufgrund dieser Bewegung wird im Arbeitsraum 13 und damit auch im
Druckspeicher 45 der Druck reduziert.
Im Gegensatz zum Normalbetrieb, in dem die Ventileinheit 18 nur kurz geöffiiet wird, um den Druck im Hochdruckraum 17 der Druckübersetzungseinrichtung 10 zu erhöhen, und gleichzeitig die Einspritzung durch Aktivieren der Ventileinheit 21 des Injektors 20 erfolgt, wird zur Entlas¬ tung des Druckes im Druckspeicher 45 die Ventileinheit 18 bei geschlossener Ventileinheit 21 geöffiiet.
Öffhungszeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit 18 werden lastabhängig von der Ventilsteuerung 53 gesteuert. Dies ermöglicht eine Druckreduzierung im Druckspeicherraum, die lastabhängig geschehen kann. Die Ventilsteuereinheit 53 wird mit Daten zum Betriebszu- stand der Verbrennungskraftmaschine von der zentralen Motorsteuerung 54 versorgt. In der Re¬ gel liegen in der Motorsteuerung 54 bereits alle relevanten Betriebsdaten der Verbrennungs¬ kraftmaschine, wie Motordrehzahl, Ventilklappenstellungen und dergleichen vor. Der Öfrhungs¬ zeitpunkt und die Dauer der Öffnung der Ventileinheit 18 kann in einem Kennfeld als Software und / oder Hardware in der Ventilsteuerung 53 hinterlegt sein, wobei die Parameter des Kenn- feldes die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine abbilden. In bevorzugter Ausfuh¬ rungsform ist die Ventilsteuerung 53 integraler Bestandteil der Motorsteuerung 54.
Ingesamt wird durch dieses Verfahren erreicht, dass der Druckabbau im Druckspeicherraum 45 beim Schiebebetrieb oder Teillastbetrieb rasch und ohne Zeitverzögerung geschieht. Unter Ein- beziehung von Betriebszustandsdaten der Verbrennungskraftmaschine kann zudem eine lastab¬ hängige Druckreduzierung erfolgen. Zusätzliche Baugruppen wie Druckregelventile werden nicht benötigt, was Systemkosten und Bauraum einspart. In bevorzugter Ausführungsform er¬ folgt der definierte Druckabbau lediglich durch Hinterlegung von Öfrhungszeitpunkt und Öff¬ nungsdauer, abhängig von Betriebszustandsdaten, in einem Kennfeld, welches entsprechend in der Software der Einspritzsteuerung programmiert ist.