WO2006100141A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe (10) auf, durch die Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert wird, in dem wenigstens ein Injektor (12) angeordnet ist, durch den Kraftstoff an einem Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Durch eine elektrische Steuereinrichtung (18) wird die Kraftstoffeinspritzung des wenigstens einen Injektors (12) gesteuert. Es ist ein Druckregelventil (42) zum Einstellen des im Hochdruckbereich herrschenden Drucks vorgesehen, durch das eine Verbindung (44) des Hochdruckbereichs mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckbereich gesteuert wird und das durch die Steuereinrichtung (18) angesteuert wird. Das Druckregelventil (42) befindet sich in nicht durch die Steuereinrichtung (18) angesteuertem Zustand in seiner geöffneten Schaltstellung, so dass die Verbindung (44) des Hochdruckbereichs mit dem Niederdruckbereich geöffnet ist. Durch das Druckregelventil (42) wird somit vermieden, dass es nach Abstellen der Brennkraftmaschine im Hochdruckbereich bei Abkühlung des Kraftstoffs zu Gasbildung kommt.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE 100 04 617 A bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe auf, durch die Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert wird, in dem beispielsweise ein Hochdruckspeicher, ein sogenanntes Rail, vorgesehen ist. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor zur Kraftstoffeinspritzung vorgesehen, wobei jeder Injektor über eine hydraulische Leitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist. Zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren ist eine elektrische Steuereinrichtung vorgesehen. Die Leitungen zu den Injektoren sowie die Injektoren sind Bestandteil des Hochdruckbereichs. Zur
Einstellung eines bestimmten Drucks im Hochdruckbereich ist ein Druckregelventil vorgesehen, das durch die Steuereinrichtung angesteuert wird. Durch das Druckregelventil wird eine Verbindung des Hochdruckbereichs mit einem Niederdruckbereich gesteuert. Wenn das
Druckregelventil von der Steuereinrichtung angesteuert ist, so gibt dieses die Verbindung des Hochdruckbereichs mit dem Niederdruckbereich frei, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich abströmen kann. Bei neuartigen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen ist eine vollständige Dichtheit des Hochdruckbereichs erreicht. Wenn die Brennkraftmaschine nach längerem Betrieb abgestellt wird, so ist der im Hochdruckbereich befindliche Kraftstoff erwärmt. Bei einer nachfolgenden Abkühlung kann es wegen der vollständigen Dichtheit des Hochdruckbereichs zu einer Entgasung des Kraftstoffs kommen. Hierdurch wird der Wiederstart der Brennkraftmaschine erschwert, da zuerst das Gas im Hochdruckbereich verdrängt werden muss.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass bei abgestellter Brennkraftmaschine, wenn das Druckregelventil durch die Steuereinrichtung nicht angesteuert ist, der Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbunden ist, so dass eine Entgasung des Kraftstoffs im Hochdruckbereich vermieden ist.
Gegenüber der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist dabei kein zusätzlicher konstruktiver Aufwand erforderlich.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben .
Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2 einen Injektor der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung in vergrößerter Darstellung, Figur 3 ein Druckregelventil der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung in vergrößerter Darstellung und Figur 4 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1 bis 4 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine dargestellt, die vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck gefördert wird. An jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 12 angeordnet, durch den Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt werden kann. In den Figuren 1 bis 3 sind dabei nur einige der Injektoren 12 dargestellt, wobei weitere Injektoren bis zum letzten Injektor 12d durch Punkte angedeutet sind.
Der Injektor 12 weist wie in Figur 2 dargestellt ein Kraftstoffeinspritzventil 14, durch das Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt wird, und einen elektrisch betätigten Aktor 16 auf. Durch den Aktor 16 wird die Öffnungs- und Schließbewegung eines
Einspritzventilglieds 15 des Kraftstoffeinspritzventils 14 gesteuert. Der Aktor 16 ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Aktor, der abhängig von einer an diesen angelegten elektrischen Spannung seine Größe ändert. Durch diese Größenänderung kann eine Schaltfunktion erzielt werden, mittels der das Einspritzventilglied 15 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Der Aktor 16 wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 18 angesteuert. Der Aktor 16 ist in einem kraftstoffgefüllten Raum 20 in einem Gehäuse 22 des Injektors 12 angeordnet. Der Aktor 16 kann beispielsweise auf einen Kolben 17 wirken, durch den ein Steuerraum 19 begrenzt wird, wobei das Einspritzventilglied 15 durch den im Steuerraum 19 herrschenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt ist. Der Kolben 17 wird durch eine vorgespannte Feder 21 in Anlage am Aktor 16 gehalten. Das Einspritzventilglied 15 wird außerdem durch eine vorgespannte Feder 23 in Schließrichtung beaufschlagt. Wenn an den Aktor 16 durch die Steuereinrichtung 18 eine elektrische Spannung angelegt ist, so dehnt sich dieser aus und drückt den Kolben 17 in den Steuerraum 19, in dem somit ein hoher Druck herrscht, durch den das
Einspritzventilglied 15 in seiner Schließstellung gehalten wird, so dass keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Wenn durch die Steuereinrichtung 18 keine elektrische Spannung an den Aktor 16 angelegt wird, so verringert dieser seine Ausdehnung, so dass der Kolben 17 durch die Feder 21 aus dem Steuerraum 19 herausbewegt wird, wodurch der Druck im Steuerraum 19 sinkt. Das Einspritzventilglied 15 wird dann durch den auf dieses in Öffnungsrichtung wirkenden Hochdruck gegen den im Steuerraum 19 herrschenden geringen Druck und gegen die Kraft der Feder 23 in seine
Öffnungsstellung bewegt, so dass Kraftstoff eingespritzt wird.
Durch die Hochdruckpumpe 10 wird bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel Kraftstoff in einen Speicher 26 gefördert. Der Hochdruckpumpe 10 wird Kraftstoff durch eine Förderpumpe 30, die aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 32 ansaugt, zugeführt. Zwischen der Förderpumpe 30 und der Hochdruckpumpe 10 kann eine
KraftstoffZumesseinrichtung 34 angeordnet sein, mittels der die von der Hochdruckpumpe 10 geförderte Kraftstoffmenge verändert werden kann. Durch die
KraftstoffZumesseinrichtung 34 kann beispielsweise ein veränderlicher Durchflussquerschnitt eingestellt werden. Die KraftstoffZumesseinrichtung 34 wird durch die Steuereinrichtung 18 angesteuert.
Die Injektoren 12 sind über jeweils eine hydraulische Leitung 36 mit dem Speicher 26 verbunden. Der
Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst den Speicher 26, die hydraulischen Leitungen 36 vom Speicher 26 zu den Injektoren 12 sowie die Injektoren 12. Im Hochdruckbereich ist ein Drucksensor 40 angeordnet, durch den ein Signal für den im Hochdruckbereich herrschenden Druck an die Steuereinrichtung 18 erzeugt wird. Im Hochdruckbereich ist außerdem ein Druckregelventil 42 angeordnet, das durch die Steuereinrichtung 18 angesteuert wird, um im Hochdruckbereich einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten. Durch das Druckregelventil 42 wird eine Verbindung 44 des Hochdruckbereichs mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckbereich gesteuert, wobei der Niederdruckbereich der Kraftstoffvorratsbehälter 32 oder ein Bereich stromaufwärts oder stromabwärts der Förderpumpe 30 sein kann. Der Drucksensor 40 und das Druckregelventil 42 können an einer beliebigen Stelle im Hochdruckbereich angeordnet sein, beispielsweise an der Hochdruckpumpe 10, in der hydraulischen Leitung 24 zwischen der Hochdruckpumpe 10 und dem Speicher 26, am Speicher 26, in einer Leitung 36 zwischen dem Speicher 26 und den Injektoren 12 oder an einem Injektor 12. Außer der durch das Druckregelventil 42 gesteuerten Verbindung 44 weist der Hochdruckbereich keine Verbindung zur Umgebung auf und ist vollständig dicht.
Das Druckregelventil 42 weist wie in Figur 3 dargestellt ein Ventilglied 46 auf, das einen beispielsweise kugelförmigen Schließkörper 47 aufweist, der mit einem Ventilsitz 48 zusammenwirkt und das durch einen elektrischen Aktor 50, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor, gegen eine Rückstellfeder 52 bewegbar ist. Der Aktor 50 wird dabei durch die Steuereinrichtung 18 angesteuert. Durch die Rückstellfeder 52 wird das Ventilglied 46 in seiner Öffnungsrichtung beaufschlagt, in der dieses mit seinem Schließkörper 47 vom Ventilsitz 48 abgehoben ist und somit die Verbindung 44 des Hochdruckbereichs mit dem Niederdruckbereich geöffnet ist. Bei Ansteuerung des Aktors 50 durch die Steuereinrichtung 18 wird durch diesen das Ventilglied 46 gegen die Rückstellfeder 52 und gegen den im Hochdruckbereich herrschenden Druck in seiner Schließstellung gehalten, in der dieses mit seinem Schließkörper 47 am Ventilsitz 48 anliegt, so dass der Hochdruckbereich vom Niederdruckbereich getrennt ist. Durch den im Hochdruckbereich, beispielsweise im Speicher 26, herrschenden Druck ist das Ventilglied 46 in seiner Öffnungsrichtung beaufschlagt, in der dieses vom Ventilsitz 48 abgehoben ist und somit die Verbindung 44 des Hochdruckbereichs mit dem Niederdruckbereich geöffnet ist. Wenn der Aktor 50 nicht angesteuert ist, so wird das Ventilglied 46 gegen die Kraft der Schließfeder 52 durch den im Hochdruckbereich herrschenden Druck geöffnet und die Verbindung 44 zum Niederdruckbereich geöffnet. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden die
KraftstoffZumesseinrichtung 34 und das Druckregelventil 42 durch die Steuereinrichtung 18 derart angesteuert, dass sich im Hochdruckbereich ein vorgegebener Druck aufbaut, wie er für die Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist. Durch den Drucksensor 40 erhält die Steuereinrichtung 18 ein Signal für den tatsächlichen Druck im Hochdruckbereich.
Beim Abstellen der Brennkraftmaschine wird das
Druckregelventil 42 durch die Steuereinrichtung 18 nicht mehr angesteuert, so dass dieses sich in seiner geöffneten Schaltstellung befindet und der Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbunden ist. Bei einer Abkühlung des im Hochdruckbereich vorhandenen Kraftstoffs kann somit das Volumen im Hochdruckbereich mit Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich aufgefüllt werden, so dass sich im Hochdruckbereich kein Gas bilden kann. Bei einem nachfolgenden Starten der Brennkraftmaschine wird das Druckregelventil 42 durch die Steuereinrichtung 18 angesteuert, so dass sich dieses in seiner geschlossenen Stellung befindet. Bei der Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe 10 baut sich dabei im Hochdruckbereich schnell wieder Hochdruck auf, so dass die
Brennkraftmaschine nach kurzer Startzeit betrieben werden kann.
Bei einem in Figur 4 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist der Aufbau im wesentlichen gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist kein Speicher 26 vorhanden. Ein erster Injektor 12a, der vorzugsweise der am nächsten zur Hochdruckpumpe 10 angeordnete Injektor der Brennkraftmaschine ist, ist über eine hydraulische Leitung 56 mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden. Der nächste Injektor 12b ist über eine hydraulische Leitung 58 mit dem ersten Injektor 12b verbunden. Die weiteren Injektoren 12 sind in Reihe miteinander über jeweils eine hydraulische Leitung 58 miteinander verbunden. Die hydraulischen Leitungen 56 bzw. 58 münden jeweils in den Raum 20 im Injektor 12. Im Hochdruckbereich der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, der die hydraulischen Leitungen 56,58 und die Injektoren 12 umfasst, ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Drucksensor 40 und das Druckregelventil 42 vorgesehen. Der Drucksensor 40 und das Druckregelventil 42 können beispielsweise an der Hochdruckpumpe 10, in der Leitung 56 zwischen der Hochdruckpumpe 10 und dem Injektor 12a oder in einer Leitung 58 zwischen den Injektoren 12 angeordnet sein. Das Druckregelventil 42 ist gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet, so dass dieses in nicht durch die Steuereinrichtung 18 angesteuertem Zustand seine geöffnete Schaltstellung einnimmt, in der die Verbindung 44 des Hochdruckbereichs mit dem Niederdruckbereich geöffnet ist. Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann alternativ auch vorgesehen sein, dass nicht nur der erste Injektor 12a direkt mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist sondern auch der letzte Injektor 12d über eine hydraulische Leitung 56 direkt mit der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist, wie dies in Figur 4 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Der durch das Kraftstoffeinspritzventil 14 des Injektors 12 eingespritzte Kraftstoff wird dem Raum 20 entnommen, in dem der Aktor 16 angeordnet ist. Der Raum 20 weist dabei ein ausreichend großes Volumen auf, um das für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Kraftstoffvolumen speichern zu können. Das Volumen des Raums 20 kann zwischen 1 und 5 cm3, beispielsweise etwa 2 cm3 betragen.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (10) , durch die Kraftstoff in einen Hochdruckbereich gefördert wird, in dem wenigstens ein Injektor (12) angeordnet ist, durch den Kraftstoff an einem Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, und mit einer elektrischen
Steuereinrichtung (18) durch die die Kraftstoffeinspritzung des wenigstens einen Injektors (12) gesteuert wird, mit einem Druckregelventil (42) zum Einstellen des im Hochdruckbereich herrschenden Drucks, durch das eine Verbindung (44) des Hochdruckbereichs mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckbereich gesteuert wird und das durch die Steuereinrichtung (18) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Druckregelventil (42) in nicht durch die Steuereinrichtung (18) angesteuertem Zustand in seiner geöffneten Schaltstellung befindet, so dass die Verbindung (44) des Hochdruckbereichs mit dem Niederdruckbereich geöffnet ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochdruckbereich ein Speicher (26) vorgesehen ist, in den die Hochdruckpumpe (10) Kraftstoff fördert und mit dem der wenigstens eine Injektor (12) verbunden ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Injektor (12) einen elektrischen Aktor (16) und ein Kraftstoffeinspritzventil (14) aufweist, dass durch den Aktor (16) die Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils (14) gesteuert wird, und dass der Aktor (16) in einem mit dem Hochdruckbereich verbundenen Raum (20) des Injektors (12) angeordnet ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Aktor (16) in durch die Steuereinrichtung (18) angesteuertem Zustand das
Kraftstoffeinspritzventil (14) geschlossen gehalten wird und dass durch den Aktor (16) in durch die Steuereinrichtung (18) nicht angesteuertem Zustand das Kraftstoffeinspritzventil (14) für eine Kraftstoffeinspritzung geöffnet wird.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Aktor (16) der in einem Steuerraum (17) herrschende Druck gesteuert wird, durch den ein Einspritzventilglied (15) des
Kraftstoffeinspritzventils (14) zumindest mittelbar in Schliessrichtung beaufschlagt ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das
Kraftstoffeinspritzventil (14) eingespritzte Kraftstoff dem Raum (20) , in dem der Aktor (16) angeordnet ist, entnommen wird.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder aufweist, an denen jeweils ein Injektor (12) angeordnet ist, dass höchstens zwei der Injektoren (12a, 12d) direkt mit der Hochdruckpumpe (10) verbunden sind und dass die übrigen Injektoren (12) in Reihe über hydraulische Leitungen (58) miteinander verbunden sind und über die höchstens zwei direkt mit der Hochdruckpumpe (10) verbundenen Injektoren (12a, 12d) mittelbar mit der Hochdruckpumpe (10) verbunden sind.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Druckregelventil (42) gesteuerte Verbindung (44) die einzige Verbindung des Hochdruckbereichs zu einem Niederdruckbereich ist.
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