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DE10141111B4 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen Download PDF

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DE10141111B4 DE10141111A DE10141111A DE10141111B4 DE 10141111 B4 DE10141111 B4 DE 10141111B4 DE 10141111 A DE10141111 A DE 10141111A DE 10141111 A DE10141111 A DE 10141111A DE 10141111 B4 DE10141111 B4 DE 10141111B4
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Abstract

Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (4) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (5), wobei jedes Einspritzventil (5) einen Düsenraum (12) und einen Steuerraum (15), die beide mit der Einspritzleitung (4) verbunden sind, ein die Einspritzöffnungen (11) des Düsenraums (12) steuerndes Ventilglied (7), das über eine im Düsenraum (12) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (13) und über eine im Steuerraum (15) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zweite Steuerfläche (14) betätigbar ist, ein Schaltventil (29) zum Umschalten zwischen einem tieferen und einem höheren Einspritzdruck und eine Ventilanordnung (18) zum Steuern des im Steuerraum (15) herrschenden Drucks aufweist, wobei für die Ventilanordnung (18) und das Schaltventil (29) ein gemeinsamer Stellantrieb (30) vorgesehen ist und wobei zum Öffnen der Ventilanordnung (18) ein erster Stellweg (S1) erforderlich ist und zum Öffnen des Schaltventils (29) ein zweiter Stellweg (S2) erforderlich ist, der größer ist als der erste Stellweg (S1), dadurch gekennzeichnet, daß nach...

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
  • Eine derartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist beispielsweise durch die DE 100 08 268 A1 bekannt geworden.
  • Die aus DE 100 08 268 A1 bekannte Einspritzeinrichtung weist eine Einspritzdüse, einen Druckverstärker zum Verstärken eines primären Druckes, eine Ventileinrichtung zum Betätigen des Druckverstärkers und ein Stellelement zum Betätigen der Ventileinrichtung auf. Die Ventileinrichtung weist zwei 2/2-Ventile auf, welche von dem Stellelement betätigbar sind. Durch einen Teilhub des Stellelements wird das erste 2/2-Ventil geöffnet, wodurch die Einspritzdüse hubgesteuert öffnet. Durch einen Vollhub des Stellelements kommt es zu einer Druckverstärkerung durch den Druckverstärker, wodurch der Einspritzdruck erhöht wird.
  • Weiterhin ist aus DE 197 42 320 A1 ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Steuerung des Kraftstoffeinspritzventilglieds durch Steuerung des Druckes eines Steuerraums gesteuert wird. Dieser wird entweder durch ein Steuerventil entlastet oder einem hohen Druck ausgesetzt, der das Kraftstoffeinspritzventil in Schließstellung bringt. Zugleich mit der Entlastung des Steuerraums wird dabei ein Ventilglied eines die Kraftstoffzufuhr steuerendes Sicher heitsventils geöffnet, so daß beim Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils zugleich auch Hochdruckkraftstoff über eine Druckleitung von einem Kraftstoffhochdruckspeicher zu Einspritzöffnungen des Kraftstoffeinspritzventils gelangen kann. Nach Beendigung der Einspritzung wird das Ventilglied wiexer geschlossen, zusammen mit dem Schließen des Kraftstoffeinspritzventils.
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 3. Beispielsweise kann mit dem ersten Entlastungsventil die Haupteinspritzung und mit dem zweiten Entlastungsventil eine Nacheinspritzung realisiert werden. Die beiden hintereinander geschalteten Entlastungsventile lassen sich vorteilhafterweise in ein Kugelventil mit Doppelsitz integrieren.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem gemeinsamen Stellantrieb für die zum Steuern des Einspritzvorgangs vorgesehenen Ventile; und
  • 2 ein Diagramm, das für die in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung über die Zeitachse den Stellweg (S) des gemeinsamen Stellantriebs, den Einspritzdruck (P) und den Hub (h) des Ventilglieds angibt.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 für Brennkraftmaschinen umfaßt einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail), in dem Kraftstoff unter einem ersten Einspritzdruck P1 gelagert ist. Vom Hochdruckspeicher 2 wird der Kraftstoff jeweils über Druckleitungen 3 und Einspritzleitungen 4 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen (Injektoren) 5 abgeführt, von denen in 1 nur eines gezeigt ist.
  • In einer axialen Führungsbohrung 6 des Einspritzventils 5 ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 7 mit einer konischen Ventildichtfläche 8 verschiebbar gelagert, welche durch eine Schließfeder 9 gegen eine konische Ventilsitzfläche 10 des Ventilgehäuses gedrückt wird und die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 11 verschließt. Die Einspritzleitung 4 mündet im Einspritzventil 5 in einen ringförmigen Düsenraum 12, von dem ein zwischen Führungsbohrung 6 und Ventilglied 7 verlaufender Ringspalt bis zur Ventilsitzfläche 10 führt. Das Ventilglied 7 hat im Bereich des Düsenraumes 12 eine als Druckschulter ausgebildete erste Steuerfläche 13, an welcher der über die Einspritzleitung 4 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d.h. nach innen) am Ventilglied 7 angreift. Die der Ventildichtfläche 8 abgewandte Stirnseite des Ventilglieds 7 bildet eine zweite Steuerfläche 14, die einen Steuerraum 15 begrenzt und in Ventilschließrichtung wirkt. Der Steuerraum 15 ist über eine Z-Drossel 16 mit der Einspritzleitung 4 verbunden sowie über eine A-Drossel 17 und eine Ventilanordnung 18 mit einer Entlastungsleitung (Lecköl) 19 verbindbar. Die Ventilanordnung 18 umfaßt zwei in Reihe geschaltete Entlastungsventile 20, 21, die jeweils als 2/2-Wegeventile ausgebildet sind. Die zweite Steuerfläche 14 ist größer als die erste Steuerfläche 13, so daß bei geschlossener Ventilanordnung 18, d.h. bei gleichem Druck im Düsenraum 12 und im Steuerraum 15, das Ventilglied 7 die Einspritzöffnungen 11 verschließt. Die Z-Drossel 16 ist kleiner als die A-Drossel 17, so daß bei geöffneter Ventilanordnung 18 der im Steuerraum 15 herrschende Druck über die Entlastungsleitung 19 abgebaut wird und der im Düsenraum 12 herrschende Druck nun ausreicht, um das Ventilglied 7 gegen die Wirkung der Schließfeder 9 aufzusteuern.
  • Für jedes Einspritzventil 5 ist eine lokale Druckübersetzungseinheit mit einem gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 22 axial verschiebbaren Übersetzungskolben 23 vorgesehen, welcher primärseitig eine Primärkammer 24, sekun därseitig eine Sekundärkammer 25 und druckseitig eine Druckkammer 26 begrenzt. Die Primärkammer 24 ist direkt, die Sekundärkammer 25 über eine Drossel 27 und die Druckkammer 26 über ein Rückschlagventil 28 mit der Druckleitung 3 verbunden, wobei die Einspritzleitung 4 von der Druckkammer 26 abgeht. Über ein als 2/2-Wegeventil ausgebildetes Schaltventil 29 ist die Sekundärkammer 25 mit der Entlastungsleitung 19 verbindbar. Bei geschlossenem Schaltventil 29 herrscht in allen drei Kammern 24, 25, 26 der Kraftstoffdruck P1 des Druckspeichers 2, so daß der Übersetzungskolben 23 durch die Rückstellfeder 22 in seine Ausgangslage gedrückt ist. Wird durch Öffnen des Schaltventils 29 die Sekundärkammer 25 druckentlastet, wird der Übersetzungskolben 23 in Kompressionsrichtung verschoben und dadurch entsprechend dem Kolbenquerschnittsverhältnis in Primär- und Druckkammer 24, 26 der in der Druckkammer 26 befindliche Kraftstoff auf einen höheren Einspritzdruck P2 komprimiert. Das Rückschlagventil 28 verhindert dabei den Rückfluß von komprimiertem Kraftstoff zurück in die Druckleitung 3.
  • Für die beiden Entlastungsventile 20, 21 und das Schaltventil 29 ist ein gemeinsamer piezoelektrischer Stellantrieb 30 vorgesehen, der die Ventile 20, 21, 29 ab jeweils unterschiedlichen Stellwegen betätigt. Der zum Öffnen des Schaltventils 29 erforderliche Stellweg S2 ist größer als der zum Öffnen des ersten Entlastungsventils 20 erforderliche Stellweg S1 und kleiner als der zum Schließen des zweiten Entlastungsventils 21 erforderliche Stellweg S3, d.h. S1 < S2 < S3. Der Stellantrieb 30 umfaßt ein Stellelement 31, das in der in 1 gezeigten Ausgangsstellung des Stellantriebs 30 in Stellrichtung 32 vom Stell element 33 des ersten Entlastungsventils 20 um den Stellweg S1, vom Stellelement 34 des Schaltventils 29 um den Stellweg S2 und vom Stellelement 35 des zweiten Entlastungsventils 21 um den Stellweg S3 beabstandet ist. Folglich werden die Stellelemente 33, 34, 35 der einzelnen Ventile vom Stellelement 31 ab jeweils unterschiedlichen Stellwegen mitgenommen und dadurch betätigt.
  • In 2 ist in einem Diagramm der zeitliche Ablauf des Einspritzvorgangs aufgetragen.
  • Der Beginn des Einspritzvorgangs wird zum Zeitpunkt t0 durch Verschieben des Stellelements 31 um den Stellweg S1 eingeleitet. Dadurch wird das erste Entlastungsventil 20 geöffnet, und der Steuerraum 15 wird druckentlastet. Der im Düsenraum 12 herrschende Kraftstoffdruck P1 des Druckspeichers 2 reicht nun aus, um das Ventilglied 7 gegen die Wirkung der Schließfeder 9 aufzusteuern, so daß Kraftstoff mit dem Kraftstoffdruck P1 aus den Einspritzöffnungen 11 austritt.
  • Zum Zeitpunkt t1 wird durch Verschieben des ersten Stellelements 31 um den Stellweg S2 das Schaltventil 29 geöffnet und dadurch die Sekundärkammer 25 druckentlastet. In der Druckkammer 26 und damit auch im Düsenraum 12 baut sich ein höherer Einspritzdruck auf, wodurch das Ventilglied 7 auf maximalen Hub hmax aufgesteuert wird und die Einspritzung mit dem höheren Einspritzdruck fortgesetzt wird. Der maximale Einspritzdruck Pmax ergibt sich aus dem Kolbenquerschnittsverhältnis in Primär- und Druckkammer 24, 26.
  • Zu einem Zeitpunkt t2, bei dem der im Düsenraum 12 herrschende Druck noch höher als der Kraftstoffdruck P1 des Druckspeichers 2 ist, wird durch Verschieben des Stellele ments 31 um den Stellweg S3 das zweite Entlastungsventil 21 geschlossen. Der Steuerraum 15 ist nicht mehr druckentlastet, so daß das Ventilglied 7 die Einspritzöffnungen 11 verschließt.
  • Zum Zeitpunkt t3 wird durch Zurückstellen des Stellelements 31 auf den Stellweg S2 das zweite Entlastungsventil 21 wieder geöffnet. Der Steuerraum 15 ist wieder druckentlastet, und das Ventilglied 7 öffnet, so daß der Kraftstoff mit dem in der Einspritzkammer 12 herrschenden Kraftstoffdruck, z.B. mit P2, eingespritzt wird.
  • Der Einspritzvorgang wird zum Zeitpunkt t4 durch Zurückstellen des Stellelements 31 in seine Ausgangslage beendet. Damit schließen sowohl das Schaltventil 29, wodurch die Sekundärkammer 25 nicht mehr druckentlastet ist und folglich der Übersetzerkolben 23 durch die Rückstellfeder 22 in seine Ausgangslage gedrückt wird, als auch das erste Entlastungsventil 20, wodurch der nun nicht mehr druckentlastete Steuerraum 15 über die Druckkammer 26 mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 2 gefüllt wird und das Ventilglied 7 schließt.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (4) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (5), wobei jedes Einspritzventil (5) einen Düsenraum (12) und einen Steuerraum (15), die beide mit der Einspritzleitung (4) verbunden sind, ein die Einspritzöffnungen (11) des Düsenraums (12) steuerndes Ventilglied (7), das über eine im Düsenraum (12) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (13) und über eine im Steuerraum (15) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zweite Steuerfläche (14) betätigbar ist, ein Schaltventil (29) zum Umschalten zwischen einem tieferen und einem höheren Einspritzdruck und eine Ventilanordnung (18) zum Steuern des im Steuerraum (15) herrschenden Drucks aufweist, wobei für die Ventilanordnung (18) und das Schaltventil (29) ein gemeinsamer Stellantrieb (30) vorgesehen ist und wobei zum Öffnen der Ventilanordnung (18) ein erster Stellweg (S1) erforderlich ist und zum Öffnen des Schaltventils (29) ein zweiter Stellweg (S2) erforderlich ist, der größer ist als der erste Stellweg (S1), dadurch gekennzeichnet, daß nach einem dritten Stellweg (S3), der größer ist als der zweite Stellweg (S2), die Ventilanordnung (18) wieder schließt.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (18) ein vom gemeinsamen Stellantrieb (30) betätigbares erstes Entlastungsventil (20) aufweist, das nach dem ersten Stellweg (S1) öffnet.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (18) ein vom gemeinsamen Stellantrieb (30) betätigbares zweites Entlastungsventil (21) aufweist, das in Reihe zum ersten Entlastungsventil (20) geschaltet ist und nach dem dritten Stellweg (S3) schließt.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Ventilkörper der Ventilanordnung (18) und des Schaltventils (29) mit dem gemeinsamen Stellantrieb (30) ab jeweils unterschiedlichen Stellwegen bewegungsgekoppelt sind.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (29) und/oder das erste Entlastungsventil (20) und/oder das zweite Entlastungsventil (21) jeweils als 2/2-Wegeventil ausgebildet sind.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Stellantrieb (30) als piezoelektrischer Stellantrieb ausgebildet ist.
  7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der tiefere Einspritzdruck (P1) in einem zentralen Druckspeicher (2) gespeichert ist.
  8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzleitung (4) sowohl über ein Rückschlagventil (28) mit dem tieferen Einspritzdruck (P1) als auch mit der Druckkammer (26) eines durch das Schaltventil (29) aktivierbaren Druckübersetzungskolbens (23) verbunden ist.
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