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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung gemäß Oberbegriff
von Anspruch 8.
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Bei
der Kraftstoffeinspritzung werden üblicherweise so genannte Nadelventile
verwendet, die im Stand der Technik im Allgemeinen verwendete Ventile
mit einem länglichen
und verhältnismäßig dünnen Ventilkörper bezeichnen.
Kraftstoffzuführungssysteme,
die insbesondere auf der Verwendung einer gemeinsamen Druckversorgung
beruhen, haben eine größere Verbreitung
gefunden, und beispielsweise kann auch Schweröl als Kraftstoff verwendet
werden. Insbesondere ist es bei diesen Kraftstoffzuführungssystemen,
die auf einer gemeinsamen Druckversorgung beruhen, sehr wichtig,
dass der Einspritzvorgang gut gesteuert ist. Zur Gewährleistung
der Betriebssicherheit ist es auch wesentlich, den Beginn der Einspritzung
und den Verbrennungsprozess effizient zu steuern.
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Ein
System einer gemeinsamen Druckversorgung ist in
EP 959 245 offenbart, in Verbindung mit
welchem System die vorliegende Erfindung mit Erfolg Anwendung finden
kann und hierdurch das dort offenbarte System verbessert wird. Bei
dieser Art eines Systems herrscht stets ein hoher Druck in der gemeinsamen
Druckversorgung, wodurch eine Fehlfunktion des Einspritzventils
das Austreten von Kraftstoff in den Zylinder verursachen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Kraftstoffeinspritzventil
und ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung zu schaffen. Die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, eine neue Einspritzventilanordnung
zu schaffen, die insbesondere bei Kraftstoffzuführungssystemen verwendet wird,
die auf der Verwendung einer gemeinsamen Druckversorgung eines Kolbenmotors
beruhen, wobei diese Anordnung zuverlässig ist und eine verbesserte
Steuerung und Überwachung
des Verbrennungsprozesses ermöglicht.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden prinzipiell wie detaillierter in Anspruch
1 und 8 sowie in den anderen abhängigen
Ansprüchen
beschrieben gelöst.
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Erfindung
weist eine Nadelventilbaugruppe, die in einem Ventilkörper angeordnet
ist und eine Ventilnadel besitzt, auf, die dazu dient, die Kraftstoffeinspritzung
in den Zylinder eines Motors aus einer Kraftstoffkammer zu steuern,
die im Ventilkörper
angeordnet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil weist eine Druckerfassungskammer
auf, die in Verbindung mit der Kraftstoffkammer der Nadelventilbaugruppe
angeordnet ist. Des Weiteren sind Druckerfassungsmittel in Verbindung
mit der Druckerfassungskammer vorgesehen.
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Die
Druckerfassungskammer steht mit der Kraftstoffrückführungsleitung zur Führung des
von dem Einspritzventil weg abgegebenen Kraftstoffs in Verbindung,
wodurch Kraftstoff falls erforderlich von der Druckerfassungskammer
weg strömen
kann.
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Die
Druckerfassungskammer dient zur Wechselwirkung mit der Kraftstoffkammer über ein erstes
druckreduzierendes Mittel, wodurch der Druck in der Druckerfassungskammer
auf eine für
das Messen des Drucks optimale Größe reduziert werden kann. Vorzugsweise
befindet sich das druckmessende Mittel innerhalb der Druckerfassungskammer,
so dass nur ein wesentlicher Druckverlust durch das erste druckreduzierende
Mittel verursacht wird. Daher kann das druckmessende Mittel im Wesentlichen auf
der Grundlage von Umständen
ausgewählt
werden, die durch das erste druckreduzierende Mittel in der Druckerfassungskammer
geschaffen werden. Ferner ist ein Rückschlagventil oder ähnliches
zwischen der Druckerfassungskammer und dem ersten druckreduzierenden
Mittel angebracht. In ähnlicher Weise
ist ein zweites druckreduzierendes Mittel zwischen der Druckerfassungskammer
und der Kraftstoffrückführungsleitung
angebracht. Das druckreduzierende Mittel weist eine Bohrung, eine
Düse, einen Flansch
oder ähnliches
geeigneter Größe auf.
Insbesondere weist das erste druckreduzierende Mittel ein austauschbares
Düsenelement
oder ähnliches
auf, wobei eine Öffnung
geeigneter Größe zur Schaffung eines
gewünschten
Druckverlusts vorgesehen ist.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Anordnung kann
der Start- und Endmoment der Einspritzung überwacht werden. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist insbesondere bei einer Einspritzanordnung anwendbar, die von
einer so genannten Common-Rail-Druckversorgung
Gebrauch macht, wodurch ein möglicher
Kraftstoffaustritt aus der Common-Rail-Druckversorgung in das Einspritzventil durch
die Erfindung überwacht
werden kann. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, infolge
der Verwendung des druckreduzierenden Mittels zwischen der Kraftstoffkammer
und der Druckerfassungskammer eine Dimensionierung des druckmessenden
Mittels für übermäßig hohe
Drücke
zu vermeiden. So bleibt die Empfindlichkeit der Anordnung hoch genug.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigen:
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1 schematisch
eine erfindungsgemäße Nadelventilbaugruppe;
und
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2 schematisch
ein Detail der erfindungsgemäßen Nadelventilbaugruppe.
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In
der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Ventilkörper, der
eine Nadelventilbaugruppe 2 enthält. Der Ventilkörper besteht
aus zwei Teilen, und der untere Teil, der an einem Zylinder 11 eines
Motors anliegt, weist eine Brennstoffkammer 5 auf, von der
aus der Kraftstoff in den Zylinder 11 eingespritzt wird.
Das Nadelventil 2' der
Nadelventilbaugruppe ist in Verbindung mit der Kraftstoffkammer 5 angeordnet.
Die Kraftstoffkammer 5 ist über einen Kanal 3 mit einer
Kraftstoffversorgung 4 vorzugsweise einer Common-Rail-Druckversorgung
verbunden. Auf der Grundlage seiner Stellung führt das Nadelventil die Kraftstoffeinspritzung
von der Kraftstoffkammer 5 aus in den Motorzylinder 11.
Die Nadelventilanordnung kann eine an sich bekannte Lösung aufweisen,
die in einer bekannten Weise arbeitet, und daher wird die Struktur,
die Arbeitsweise oder die Steuerung derselben hier nicht offenbart.
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Erfindungsgemäß ist eine
Druckerfassungskammer 6 im Ventilkörper 1 angeordnet,
und ist eine druckmessende Einrichtung 7 in Verbindung
hiermit angebracht. Die druckmessende Einrichtung misst den Druck
in der Druckerfassungskammer 6 und sendet die Messdaten
zur Weiterverarbeitung an das Motorsteuersystem (nicht dargestellt).
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Die
Druckerfassungskammer 6 steht mit der Kraftstoffkammer 5 über eine
Ringnut 5" und
einen Kanal 5' in
Verbindung. Die Ringnut 5'' kann gleichmäßig, d.h.
entlang ihrer gesamten Länge
um die Längsachse
des Ventilkörpers
herum offen, sein, wodurch die Druckerfassungskammer 6 mit
der Kraftstoffkammer 5 über
den Kanal 5' und
mit dem Kanal 3 über
die Nut 5'' in Verbindung
steht. Die Ringnut 5'' kann auch so
angeordnet sein, dass sie sich nur teilweise um die Längsachse
des Ventilkörpers
herum erstreckt, wodurch die Druckerfassungskammer 6 mit
dem Kanal 3 über
die Kraftstoffkammer S in Verbindung steht. Die Ringnut ist zwischen
dem oberen und dem unteren Teil des Ventilkörpers angeordnet. Des Weiteren
steht die Druckerfassungskammer 6 mit einer Kraftstoffrückführungsleitung 8 in
Verbindung, durch die hindurch der vom Ventil abgegebene Kraftstoff
ausströmen
kann, beispielsweise zum Kraftstofftank (nicht dargestellt) zurück. In dem
Ventilkörper 1 ist
zwischen der Kraftstoffkammer 5 und der Druckerfassungskammer 6 ein
erstes druckreduzierendes Mittel 9 angeordnet, mittels
dessen der Druck in der Druckerfassungskammer 6 auf eine
im Wesentlichen niedrigere Größe als diejenige
des Drucks, der in der Kraftstoffkammer 5 herrscht, herabgesetzt
werden kann. So kam die Empfindlichkeit der Druckmessung in geeigneter
Weise hoch gehalten werden. In diesem Fall kann das druckreduzierende
Mittel 9 genau dimensioniert werden, und kann seine Wirkung
auf den Druckabfall genau vorhergesagt werden. Auch ist es durch
Verwendung des druckreduzierenden Mittels 9 möglich, den
Arbeitsbereich der druckmessenden Einrichtung 9 auszuwählen.
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In
gleicher Weise ist hinter der Druckerfassungskammer 6 ein
zweites druckreduzierenden Mittel 9' vorgesehen. Durch korrekte Wahl
des ersten druckreduzierenden Mittels 9 und des zweiten druckreduzierenden
Mittels 9',
d.h. durch geeignete Dimensionierung ihrer Strömungswiderstände, kann die
Größe des Drucks
in der Druckerfassungskammer 6 auf eine Größe eingestellt
werden, die optimale Bedingungen für die Druckmessung schafft.
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Die
druckreduzierenden Mittel 9, 9' können beispielsweise eine Bohrung,
eine Düse,
einen Flansch oder dergleichen geeigneter Größe aufweisen, durch die irgendein
Druckabfall in der Kraftstoffströmung
zu Stande gebracht wird. Eine geeignete Drosselung kann für jede Düse und/oder
jeden Motortyp experimentell, d.h. in jedem Fall einzeln, bestimmt
werden. Das erste druckreduzierende Mittel 9 weist vorzugsweise
ein Düsen/Flanschelement
auf, das entsprechend der Anwendung ausgetauscht werden kann. Das
zweite druckreduzierende Mittel 9' weist vorzugsweise eine Öffnung geeigneter
Größe in einem
Strömungskanal
auf. Die Wechselwirkung zwischen diesen sorgt für eine vorteilhafte Gesamtlösung.
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Der
Ventilkörper
ist vorzugsweise auch mit Rückschlagventilen 10, 10' ausgestattet.
Das erste Rückschlagventil 10 ist
zwischen dem ersten druckreduzierenden Mittel 9 und der
Druckerfassungskammer 6 angebracht. Das erste Rückschlagventil 10 verhindert,
dass Kraftstoff zu der Kraftstoffkammer 5 zurückströmt. Das
zweite Rückschlagventil 10' ist hinter
der Druckerfassungskammer 6, vorzugsweise hinter dem zweiten
druckreduzierenden Mittel 9',
angebracht. Das zweite Rückschlagventil 10' ermöglicht auch
die Überwachung
des Austritts von Kraftstoff, da kein Kraftstoff von der Rückführungsleitung 8 zu
der Druckerfassungskammer 6 strömen kann.
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In
einigen Fällen
kann die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems mittels eines Kolbenelements 21 verbessert
werden, das in 2 dargestellt ist. Dieses Kolbenelement
weist einen ersten Abschnitt 22, der zum Einpassen im Inneren
des ersten druckreduzierenden Mittels 9 bestimmt ist, und
einen zweiten Abschnitt 23 auf, dessen Querschnitt in der
Richtung seiner Längsachse
größer als
derjenigen des ersten Abschnitts 22 ist. Entsprechend ist der
Durchmesser des Kolbenelements an verschiedenen Punkten entlang
seiner Längsachse
unterschiedlich. Das Kolbenelement 21 dient dazu, sich durch
die Wirkung der Kraftstoffströmung
und der Druckänderungen
zwischen den Stellungen, in denen der erste Abschnitt 22 im
Inneren des druckreduzierenden Mittel 9 angeordnet ist
bzw. sich der erste Abschnitt 22 außerhalb des druckreduzierenden
Mittels 9 befindet, zu bewegen. Somit dient das Kolbenelement 21 dazu,
wie ein Rückschlagventil
zu arbeiten. Das Kolbenelement kann als Element arbeiten, das das
Rückschlagventil 10 ersetzt,
und kann auch einen Beitrag zur Herabsetzung des Kraftstoffdrucks leisten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
arbeitet einer solchen Weise, dass, da die Nadelventilbaugruppe über den
Kanal 3 mit der Kraftstoffversorgung 4, vorzugsweise
mit einer Common-Rail-Druckversorgung, verbunden ist, der Druck
in der Kraftstoffkammer 5 auf den Einspritzdruck ansteigt.
Daher strömt
der Kraftstoff entlang des Kanals 5' zur Ringnut 5'' und weiter zu der Druckerfassungskammer 6 über das
erste druckreduzierenden Mitte1 9 und das Rückschlagventil 10.
Von der Druckerfassungskammer aus kann eine kleine Kraftstoffinenge
durch das zweite druckreduzierenden Mittel 9' und das Rückschlagventil 10' zu der Kraftstoffrückführungsleitung 8 strömen. Infolge
dieser Anordnung verhält
sich der Druck in der Druckerfassungskammer 6 in einer
solchen Weise, dass eine Drucküberwachung
mit einer ausreichenden Genauigkeit durchgeführt werden kann. Durch die Überwachung
des Drucks, dessen Größe niedriger
als diejenige des Einspritzdrucks ist, ist es möglich, Informationen zu dem
Zustand der Ventilbaugruppe und ihrer Arbeitsweise zu erhalten, wobei
der Verbrennungsprozess des Motors auf der Grundlage dieser Information
besser als zuvor gesteuert werden kann und sogar ihre Arbeitsweise
und Leistung so verbessert werden.
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Die
vorliegende Anordnung ermöglicht
eine genaue Messung der Druckänderungen
in der Druckerfassungskammer 6, in der ein Druck herrscht, der
beträchtlich
niedriger als derjenigen in der Kraftstoffkammer 5 ist.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
ist vorzugsweise so dimensioniert, dass der Druck in der Druckerfassungskammer 6, wenn
das Ventil arbeitet, typischerweise auf weniger als 50 bar ansteigt,
obwohl das Maximum bei nur einigen Hundert bar liegt, während der
Einspritzdruck in der Kraftstoffkammer 5 typischerweise
im Bereich von 1.000 bis 1.500 bar liegen kann.
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Das
Druckmessmittel 7 zum des kann in einigen Fällen auch
eine separate Einrichtung sein, die nur arbeitstechnisch mit dem
Ventilkörper
verbunden ist. Die Erfindung kann bei solchen Anordnungen, bei denen
der Kraftstoffdruck im Einspritzventil zwischen den Einspritzungen
herrscht, oder bei Anordnungen, bei denen der Druck zwischen den
Einspritzungen nicht aufrechterhalten wird, Anwendung finden.
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Somit
ist ersichtlich, dass die oben beschriebenen technischen Lösungen nur
beispielhaft sind, wodurch die Erfindung nicht auf die obige Anwendung
beschränkt
ist, sondern mehrere anderweitige Modifikationen im Umfang der beigefügten Ansprüche vorstellbar
sind.