DE10040526A1

DE10040526A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE10040526A1
Application number: DE10040526A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2002-03-14
Also published as: EP1311755A1; WO2002014681A1; EP1311755B1; DE50110459D1; US6810856B2; US20030029422A1; JP2004506839A

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist eine zwischen einem Druckspeicherraum und einem Düsenraum angeordnete Druckübersetzungseinheit (1) auf, die eine verschiebliche Kolbeneinheit (4) besitzt, um den Druck des dem Düsenraum zuzuführenden Kraftstoffs zu verstärken. Die Kolbeneinheit (4) weist zur Steuerung der Druckübersetzungseinheit (1) einen Übergang von einem größeren zu einem kleineren Kolbenquerschnitt und einen hierdurch ausgebildeten Differenzraum (2) auf, der über einen Füllpfad (13) mit einem Füllventil (10) an den Druckspeicherraum angeschlossen ist. Es wird eine Verringerung der Steuermenge während der Ansteuerung der Druckübersetzungseinheit (1) und die Durchführung einer schnellen Rückstellung der Kolbeneinheit (4) erreicht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung kann sowohl hubgesteuert als auch druckgesteuert ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, dass das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe eines verschieblichen Ventilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgt. Eine Druckabsenkung innerhalb des Steuerraums bewirkt einen Hub des Ventilglieds. Alternativ kann das Auslenken des Ventilglieds durch ein Stellglied (Aktor, Aktuator) erfolgen. Bei einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck das Ventilglied gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder) bewegt, so dass die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z. B. eine Führungsleckage), nicht zur Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefördert wird. Das Druckniveau dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird.

Eine hubgesteuerte Einspritzung ist beispielsweise durch die DE 196 19 523 A1 bekanntgeworden. Der erreichbare Einspritzdruck ist hier durch den Druckspeicherraum (rail) und die Hochdruckpumpe auf ca. 1600 bis 1800 bar begrenzt.

Zur Erhöhung des Einspritzdruckes ist eine Druckübersetzungseinheit möglich, wie sie beispielsweise aus der US 5,143,291 oder der US 5,522,545 bekannt ist. Der Nachteil dieser druckübersetzten Systeme liegt in einer mangelnden Flexibilität der Einspritzung und einer schlechten Mengentoleranz bei der Zumessung kleiner Kraftstoffmengen.

Eine im Injektor angeordnete Druckübersetzungseinheit ist aus der EP 0 691 471 A1 bekannt. Eine Bypass-Leitung für eine Druckeinspritzung und eine Druckkammer der Druckübersetzungseinheit liegen in Reihe, so dass die Bypass-Leitung nur durchgängig ist, solange eine verschiebliche Kolbeneinheit der Druckübersetzungseinheit nicht bewegt wird und vollständig zurückgezogen ist.

Gegenstand und Vorteile der Erfindung

Zur Erhöhung des Einspritzdrucks und der Flexibilität der Einspritzung ist bei einem Common-Rail-Einspritzsystem eine Druckübersetzungseinheit vorteilhaft. Um den fertigungstechnischen Aufwand und damit die Fertigungskosten gering zu halten, wird eine Steuerung der Druckübersetzungseinheit mit einem einfachen 2/2-Wege-Ventil verwendet.

Zur Verringerung der Steuermenge während der Ansteuerung der Druckübersetzungseinheit und zur Durchführung einer schnellen Rückstellung der Kolbeneinheit der Druckübersetzungseinheit wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.

Durch das Füllventil wird zur Rückstellung der Kolbeneinheit ein zusätzlicher Füllpfad freigegeben. Die Steuerung des Füllventils erfolgt ohne Aktor durch eine Druckdifferenz an der Druckübersetzungseinheit, um den konstruktiven Aufwand gering zu halten.

Um eine definierte Druckdifferenz am Ventilkörper des Füllventils zu erreichen, kann eine Drosselung zwischen dem Ventilkörper und der Führungsbohrung ausgebildet sein. Eine zusätzliche Zuleitung mit einer vorzugsweise kleingehaltenen Drossel dient dem Einleiten der Rückstellung der Kolbeneinheit. Wenn das Füllventil eine Feder und entsprechende durch Kraftstoff druckbeaufschlagbare Druckflächen zum Schalten des Füllventils aufweist, kann der Ventilkörper des Füllventils leicht in die geschlossene Stellung des Füllventils überführt werden.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Beschaltung einer Druckübersetzungseinheit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Beschaltung der Druckübersetzungseinheit;

Fig. 2 eine zweite Beschaltung der Druckübersetzungseinheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Common Rail Systems. Dieser umfasst eine Druckübersetzungseinheit 1, deren Ansteuerung aus der Fig. 1 ersichtlich ist, und einen Injektor (zur Durchführung des Einspritzvorgangs verschiebliche Düsennadel). Zur Steuerung der Druckübersetzungseinheit 1 wird der Druck im durch einen Übergang von einem größeren zu einem kleineren Kolbenquerschnitt ausgebildeten Differenzraum 2 verwendet. Zur Wiederbefüllung und Deaktivierung der Druckübersetzungseinheit 1 wird der Differenzraum 2 mit einem Versorgungsdruck (Raildruck) beaufschlagt, indem die Druckübersetzungseinheit 1 über eine Versorgungsleitung 3 an einen in der Fig. 1 nicht gezeigten gemeinsamen Druckspeicherraum (Rail) des Common Rail Systems angeschlossen ist. Dann herrschen an allen Druckflächen einer Kolbeneinheit 4 die gleichen Druckverhältnisse (Raildruck). Die Kolbeneinheit 4 ist druckausgeglichen. Durch eine zusätzliche Feder 5 wird die Kolbeneinheit 4 in ihre Ausgangsstellung gedrückt. Zur Aktivierung der Druckübersetzungseinheit 1 wird der Differenzraum 2 mit Hilfe eines Ventils 6 druckentlastet und die Druckübersetzungseinheit 1 erzeugt eine Druckverstärkung gemäß dem Flächenverhältnis. Durch diese Art der Steuerung kann erreicht werden, dass zur Rückstellung der Druckübersetzungseinheit 1 und zum Wiederbefüllen einer Druckkammer 7 eine große Primärkammer 8 nicht druckentlastet werden muß. Bei einer kleinen hydraulischen Übersetzung können damit die Entspannungsverluste stark reduziert werden. Weiterhin kann durch diese Art eine Steuerung der Druckübersetzungseinheit 1 mittels eines einfachen 2/2-Wege-Ventils erreicht werden.

Zur Steuerung der Druckübersetzungseinheit 1 dienen ein Rückschlagventil 9, ein Füllventil 10 und eine Drossel 11. Die Drossel 11 und das Füllventil 10 verbinden den Differenzraum 2 mit unter Versorgungsdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckspeicherraum. Das 2/2-Wege-Ventil 6 schließt den Differenzraum 2 an eine Leckageleitung 12 an. Zur Aktivierung der Druckübersetzungseinheit 11 öffnet Ventil 6. Der Differenzraum 2 wird über das Ventil 6 druckentlastet. Der Druck im Differenzraum 2 fällt stark ab. Während das Ventil 2 geöffnet ist, fließt über die Drossel 11 eine Verlustmenge in die Leckageleitung 12. Die Drossel 11 sollte möglichst klein ausgelegt werden. Die Steuermenge während der Einspritzung wird verringert. Die Drossel 11 kann in den Ventilkörper oder den Ventilsitz im Füllpfad 13 integriert sein. Ebenso kann die Drossel 11 in die Kolbeneinheit 4 integriert sein oder durch die Spaltleckage der Kolbenführungen ausgebildet sein. Evtl. kann bei entsprechender Auslegung auch auf den gedrosselten Zulauf 13' verzichtet werden.

Der Druck im Differenzraum 2 wird zur Steuerung des Füllventils 10 verwendet. Fällt der Druck im Differenzraum 2 während der Aktivierung der Druckübersetzungseinheit 1 ab, schließt das Füllventil 10 den Füllpfad 13. Somit kann keine Verlustmenge über den Füllpfad 13 in die Leckage strömen.

Zur Deaktivierung der Druckübersetzungseinheit 1 wird das Ventil 6 geschlossen und im Differenzraum 2 baut sich über die Drossel 11 der Raildruck auf. Dann öffnet das Füllventil 10 und gibt den Füllpfad 13 frei. Die bei Zurückstellung der Kolbeneinheit 4 erforderliche Befüllung des Differenzraums 2 kann schnell und ohne starke Drosselung erfolgen. Dadurch ist zur Rückstellung eine kleinere Federkraft erforderlich. Dies bringt große konstruktive Vorteile, da bei modernen Motoren im vorhandenen Bauraum keine großen Federkräfte realisiert werden können.

Das Füllventil 10 ist so ausgebildet, dass es bei einer bestimmten Druckdifferenz Δp1 zwischen dem Ventilzulauf und dem Differenzraum 2 schließt. Der Ventilkörper 14 weist dazu eine Druckfläche zum Ventilzulauf und eine Druckfläche zum Differenzraum 2 auf. Weiterhin ist der Ventilkörper 14 mit einer öffnenden Federkraft beaufschlagt. Fällt der Druck im Differenzraum 2 gegenüber dem Druck im Ventilzulauf unter die eingestellte Druckdifferenz Δp1, so schließt das Füllventil 10. Steigt der Druck im Differenzraum 2 nach Deaktivierung der Druckübersetzungseinheit 1 wieder an und erreicht den Druck im Ventilzulauf abzüglich der Druckdifferenz Δp1, öffnet das Füllventil 10 und der Füllpfad 13 wird wieder freigegeben.

Hierdurch ergibt sich eine schnelle Füllung des Differenzraumes 2. Die zum Schalten des Füllventils 10 notwendige Druckdifferenz wird durch die Federkraft und die Druckflächen festgelegt. Zum Erreichen einer definierten Druckdifferenz am durch eine Kugel ausgebildeten Ventilkörper 14 muß eine Drosselung zwischen dem Ventilkörper 14 und dem Ventilgehäuse vorhanden sein. Dies kann z. B. durch Begrenzung des Ventilhubes oder durch eine Drosselung zwischen dem Ventilkörper 14 und dessen Führungsbohrung erfolgen.

Sind die 2/2-Wege-Ventile 6 und 16 geschlossen, so steht der Injektor unter dem Druck des Druckspeicherraums 7. Die Druckübersetzungseinheit 1 befindet sich in der Ausgangsstellung. Nun kann durch Öffnen des Ventils 16 eine Einspritzung mit Raildruck erfolgen, weil sich eine Düsennadel 17 in Folge der hydraulischen Druckverhältnisse an der Düsennadel 17 von einer Dichtfläche 18 abheben kann. Wird eine Einspritzung mit höherem Druck gewünscht, so wird das 2/2-Wege-Ventil 6 angesteuert (geöffnet) und damit eine Druckverstärkung erreicht.

Eine alternative Ansteuerung des Druckübersetzungseinheit 1 ergibt sich aus der Fig. 2. Der Zulauf zu dem Differenzraum 2 wird durch die Drossel 11 und das Füllventil 19 geregelt. Die Zulaufseite (vor dem Dichtsitz) des Füllventil 19 ist druckausgeglichen. Im Bereich des Dichtsitzes befindet sich eine Druckfläche 20, die mit einem im Differenzraum 2 vorhandenen Druck beaufschlagt ist. Fällt der Druck im Differenzraum 2 unter den Schließdruck wird die Druckkraft 20 kleiner als die Kraft einer Feder 23 und das Füllventil 19 schließt den Füllpfad 13. Steigt der Druck im Differenzraum 2 über den Schließdruck wird die Druckkraft auf die Druckfläche 20 größer als die Kraft der Feder 23 und das Füllventil 19 öffnet den Füllpfad 13.

Zum Erreichen einer definierten Druckdifferenz am Ventilkörper des Füllventils 19 muss eine Drosselung im Dichtsitz ausgebildet oder aber eine zusätzliche Drossel 23 muß dem Füllventil 19 vorgeschaltet sein. Die Kolbeneinheit 4 kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein. Das Füllventil 19 kann auch in der Kolbeneinheit 4 integriert sein. Die Kolbeneinheit 4 kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein. Das Füllventil 10, 19 kann auch in der Kolbeneinheit 4 integriert sein. Bei deaktivierter Druckübersetzungseinheit wird der Raildruck über das Rückschlagventil 9 stromabwärts bis zum Injektor geführt. Daher kann der Zulauf des Füllventils 10, 19 ebenfalls stromabwärts des Rückschlagventils 9 angeschlossen sein. Hierbei ergibt sich eine Verbindung des Füllventilzulaufs mit unter Versorgungsdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckspeicherraum über das Rückschlagventil 9.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Druckübersetzungseinheit

2

Differenzraum

3

Versorgungsleitung

4

Kolbeneinheit

5

Feder

6

Ventil

7

Druckkammer

8

Primärkammer

9

Rückschlagventil

10

Füllventil

11

Drossel

12

Leckageleitung

13

Füllpfad

13

Zulauf

14

Ventilkörper

15

Dichtsitz

16

Ventil

17

Düsennadel

18

Dichtfläche

19

Füllventil

20

Druckfläche

21

Leckageleitung

22

Feder

23

Drossel

Claims

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer zwischen einem Druckspeicherraum und einem Düsenraum angeordneten Druckübersetzungseinheit (1), die eine verschiebliche Kolbeneinheit (4) aufweist, um den Druck des dem Düsenraum zuzuführenden Kraftstoffs zu verstärken, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (4) zur Steuerung der Druckübersetzungseinheit (1) einen Übergang von einem größeren zu einem kleineren Kolbenquerschnitt und einen hierdurch ausgebildeten Differenzraum (2) aufweist, der über eine Füllpfad (13) mit einem Füllventil (10; 19) an den Druckspeicherraum angeschlossen ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (10; 19) durch die Druckverhältnisse im Differenzraum (2) steuerbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzraum (2) zusätzlich über eine Zuleitung (13') mit einer Drossel (11) an den Druckspeicherraum angeschlossen ist.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Füllventil (19) eine Drosselung im Dichtsitz aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (10; 19) eine Feder und entsprechende durch Kraftstoff druckbeaufschlagbare Druckflächen zum Schalten des Füllventils (10; 19) aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (10; 19) derart ausgebildet ist, dass das Füllventil (10; 19) geöffnet ist, wenn der Druck im Differenzraum (2) höher ist als Druck im Ventilzulauf abzüglich der eingestellten Druckdifferenz Δp1.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (10; 19) derart ausgebildet ist, dass das Füllventil (10; 19) geschlossen ist, wenn der Druck im Differenzraum (2) geringer ist als Druck im Ventilzulauf abzüglich der eingestellten Druckdifferenz Δp1.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Druckübersetzungseinheit (1) ein 2/2-Wege-Ventil (6) zwischen dem Differenzraum (2) und der Leckageleitung (12) vorgesehen ist.