EINSPRITZSYSTEM

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit mehreren zu versorgenden Zylindern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein solches Einspritzsystem kann ein Einzelzylindersystem darstellen, bei dem die Einspritzpumpe beispielsweise von einer Nockenwelle angetrieben wird. Bei Betätigung durch einen Nocken wird in der Kraftstoffpumpe der einzuspritzende Kraftstoff unter Druck gesetzt und der Einspritzdüse zugeführt. Der Förderbeginn und das Förderende der Kraftstoffpumpe kann beispielsweise mittels eines Schieberventils gesteuert werden, das in einem ersten Zustand den Förderraum der Pumpe mit einer Rücklaufleitung verbindet, so daß eine Kraftstofförderung nicht erfolgt, und in einem zweiten Zustand die Verbindung zur Rücklaufleitung schließt, so daß ein Druckaufbau möglich ist. Auf diese Weise können der Einspritzbeginn und über eine Steuerung der Länge des Einspritzvorganges auch die Einspritzmenge gesteuert werden. Jedoch ist der Einspritzdruck eine Funktion der Drehzahl der die Pumpe antreibenden Nockenwelle. Auch können der Einspritzverlauf und eine Voreinspritzung nur pumpenseitig beeinflußt werden. Dies führt zu Einschränkungen hinsichtlich der Voreinspritzmenge und der Formung des Einspritzverlaufs sowie zu unakzeptablen Streuungen zwischen den einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine.

[0003] Aus der DE 197 32 447 A1 ist ein Einspritzsystem der eingangs genannten Art bekannt, das ein Common-Rail-Kraftstoffsystem darstellt. Bei diesem System werden mehrere Zylinder von einer Kraftstoffpumpe versorgt, die über eine Verbindungsleitung an mehrere Einspritzdüsen angeschlossen ist. Die Einspritzdüsen sind mit einer Düsennadel und einem Ventil versehen, welches das Öffnen der Düsennadel steuern kann.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Einzelzylinder-Einspritzsystem dahingehend weiterzubilden, daß nicht nur die Einspritzmenge und der Spritzbeginn, sondern auch Einspritzdruck, Einspritzverlauf, Voreinspritzung, Nacheinspritzung und Multi-Einspritzung in der gewünschten Weise beeinflußt werden können.

Vorteile der Erfindung

[0005] Das erfindungsgemäße Einspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch geeignete Betätigung des elektronisch gesteuerten Ventils an der Einspritzdüse das von der Kraftstoffpumpe gelieferte Kraftstoffvolumen in der gewünschten Weise eingespritzt werden kann, wobei zusätzliche Parameter für die Steuerung des Einspritzverlaufs bereitgestellt werden, die von Förderbeginn und Förderende der Kraftstoffpumpe unabhängig sind. Anders als bei herkömmlichen Systemen, bei denen sich die Düsennadel automatisch geöffnet hat, sobald nach Förderbeginn der Kraftstoffpumpe ein vorbestimmter Druck überschritten wurde, und sich die Düsennadel ebenfalls automatisch wieder geschlossen hat, sobald gegen Förderende ein bestimmter Mindestdruck unterschritten wurde, kann mit dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem nunmehr im wesentlichen unabhängig von der Förderrate der Kraftstoffpumpe eingespritzt werden. Es ist weiterhin möglich, bei gleichen Abmessungen der Kraftstoffpumpe nunmehr den gesamten Hub der Pumpe zu nutzen und dadurch die Leistung des Systems bei gleichen Abmessungen zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur geringe Modifikationen gegenüber den herkömmlichen Systemen erforderlich sind. Es muß lediglich die bisher verwendete Einspritzdüse durch eine elektronisch geregelte Einspritzdüse ersetzt werden.

[0006] Im Vergleich mit sogenannten "Common-Rail-Systemen", bei denen eine einzige Kraftstoffpumpe zur Versorgung eines Hochdruckspeichers verwendet wird, aus dem dann der Kraftstoff in die einzelnen Zylinder eingespritzt wird bietet das erfindungsgemäße System eine höhere Betriebssicherheit, da bei einem eventuellen Ausfall der Kraftstoffpumpe nur, aufgrund des modularen Aufbaus des Systems, der entsprechende Zylinder der Verbrennungskraftmaschine betroffen ist. Der Einspritzverlauf kann dabei in gleicher Weise variabel gesteuert werden, wie dies bei einem Common-Raif-System möglich ist.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnungen

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

• Fig. 1 in einer schematischen, teilgeschnittenen Ansicht ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von Fig. 1;
• Fig. 3 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Fig. 1 ein Einspritzsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 4 in einer Schnittansicht eine Einspritzdüse, die bei einem Einspritzsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann;
• Fig. 5 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt V von Fig. 4; und
• die Fig. 6a bis 6d verschiedene Diagramme von Kenngrößen, die für den Einspritzverlauf relevant sind, der mit dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem erzielbar ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0009] In Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Es enthält als die wesentlichsten Bauteile eine Kraftstoffpumpe 10, eine Einspritzdüse 12 sowie eine Verbindungsleitung 14 zwischen der Kraftstoffpumpe und der Einspritzdüse.

[0010] Die Kraftstoffpumpe 10 wird von einem sich drehenden Nocken 16 betätigt und weist einen Pumpkolben 18 auf, der sich in einem Druckraum 20 verstellt. Der einzuspritzende Kraftstoff wird der Kraftstoffpumpe 10 durch einen schematisch dargestellten Kraftstoff-Zulauf 22 zugeführt. Zur Rückführung zu einem Kraftstoff-Vorratsbehälter ist ein Kraftstoff-Rücklauf 24 vorgesehen. Das vom Kraftstoff-Zulauf 22 und einer Vorförderpumpe für den Kraftstoff gebildete Niederdrucksystem sowie das vom Kraftstoff-Rücklauf 24 gebildete drucklose Rückführsystem sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Ebenfalls nicht im Detail dargestellt sind verschiedene Leckage-Rückläufe 26, die dem Kraftstoff-Rücklauf 24 zugerechnet werden können.

[0011] Die Kraftstoffpumpe 10 ist mit einem Steuerschieber 28 versehen, der von einem elektronisch gesteuerten Stellglied 30 betätigt wird, das mit einer elektronischen Steuereinheit 32 in Verbindung steht. Der Steuerschieber 28 kann in Abhängigkeit von Anweisungen von der Steuereinheit 32 vom Steuerglied 30 zwischen einer offenen Stellung, in welcher der Druckraum 20 der Kraftstoffpumpe mit dem Kraftstoff-Zulauf 22 und dem Kraftstoff-Rücklauf 24 verbunden ist, so daß keine Kraftstofförderung stattfindet, und einer geschlossenen Stellung verstellt werden, in welcher die Verbindung zum Kraftstoff-Zulauf und zum Kraftstoff-Rücklauf geschlossen ist und eine Verschiebung des Pumpkolbens 18 im Druckraum 20 dazu führt, daß der im Druckraum 20 vorhandene Kraftstoff über die Verbindungsleitung 14 zur Einspritzdüse 12 gefördert wird.

[0012] Die Einspritzdüse 12. die mit einem Speicherraum 13 versehen ist, weist eine Düsennadel 34 auf, die zwischen einer geschlossenen Stellung, in der der bereitgestellte Kraftstoff nicht aus der Einspritzdüse 12 austreten kann. und einer geöffneten Stellung verschiebbar ist, in welcher der bereitgestellte Kraftstoff in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die Düsennadel 34 stützt sich an einer Druckstange 36 (siehe Fig. 2) ab, die einen Steuerdruckraum 38 an einer Seite abschließt. Der Steuerdruckraum 38 ist mit einem Zulauf 40 versehen, der eine als Bohrung mit kleinem Querschnitt ausgebildete Zulaufdrossel 42 aufweist, sowie mit einem Ablauf 44, der eine ebenfalls als Bohrung mit kleinem Querschnitt ausgebildete Ablaufdrossel 46 aufweist. Der Querschnitt der Ablaufdrossel 46 ist dabei größer als der Querschnitt der Zulaufdrossel 42.

[0013] Der Ablauf 44 aus dem Steuerdruckraum 38 wird von einem Ventilelement 48 gesteuert, das von einem Stellglied 50, das ebenfalls mit der Steuereinheit 32 in Verbindung steht, zwischen einer den Ablauf 44 verschließenden Stellung und einer den Ablauf 44 freigebenden Stellung verstellbar ist. Wenn das Ventilelement 48 den Ablauf 44 verschließt, wird im Steuerdruckraum 38 ein über den Zulauf 40 zugeführtes Fluid, üblicherweise Kraftstoff, aufgestaut. Dadurch wird über die Druckstange 36 eine Kraft auf die Düsennadel 34 ausgeübt, welche diese entgegen einer Öffnungskraft, die von dem an der Düsennadel anliegenden Kraftstoffdruck erzeugt wird, in der geschlossenen Stellung hält. Wenn dagegen das Ventilelement 48 den Ablauf 44 freigibt, kann das im Steuerdruckraum 38 aufgestaute Fluid aus diesem ausströmen, da die Ablaufdrossel 46 einen größeren Querschnitt hat als die Zulaufdrossel 46. Somit wird einer Verschiebung der Druckstange 36 keine Kraft mehr entgegengesetzt, und die Düsennadel 34 wird von dem auf sie einwirkenden Kraftstoffdruck von ihrem Ventilsitz abgehoben, so daß der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt werden kann.

[0014] Die Funktionsweise des beschriebenen Einspritzsystems ist die folgende: Der Einspritzvorgang wird mit der Aktivierung des Stellgliedes 30 eingeleitet. Dieses verschiebt den Steuerschieber 28 in die Stellung. in der die Verbindung zwischen Druckraum und Kraftstoff-Zulauf sowie Kraftstoff-Rücklauf geschlossen ist. so daß die Kraftstoffpumpe fördert. Dadurch wird vom Pumpkolben 18 Kraftstoff in der Verbindungsleitung 14 und in der Einspritzdüse 12 komprimiert. Die Düsennadel 34 verbleibt dabei solange in ihrer geschlossenen Stellung, bis das gewünschte Druckniveau erreicht ist; die Zeit zwischen dem Schließen des Steuerschiebers 28 und dem Öffnen der Düsennadel 34 definiert dadurch den zur Verfügung stehenden Einspritzdruck. Wenn der Einspritzvorgang beginnen soll, wird der Ablauf 44 vom Ventilelement 48 geöffnet, so daß sich die Düsennadel 34 von ihrem Ventilsitz abheben kann. Dabei kann durch die vom Steuerschieber 28 unabhängige Betätigung des Ventilelementes 48 eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung mit einem beliebigen Einspritzverlauf sowie eine Nacheinspritzung gesteuert werden. Die verschiedenen Kenngrößen, die dabei relevant sind, sind im Diagramm der Fig. 6a bis 6d dargestellt.

[0015] In Fig. 6a ist der Strom durch das Stellglied 30 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Kurbelwelle der mit Kraftstoff zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine gezeigt. In Fig. 6a ist der Strom durch das Stellglied 50 der Einspritzdüse in Abhängigkeit vom Kurbelwellen-Drehwinkel gezeigt. In Fig. 6c ist der Hub des Steuerschiebers 28 in Abhängigkeit vom Kurbelwellen-Drehwinkel gezeigt. In Fig. 6d ist schließlich der Hub des Ventilelementes 48 in Abhängigkeit vom Kurbelwellen-Drehwinkel dargestellt.

[0016] In den Diagrammen ist deutlich zu sehen, daß die Steuerung des Ventilelementes 48 unabhängig von der Steuerung des Steuerschiebers 28 erfolgen kann, so daß der gewünschte Einspritzverlauf frei wählbar ist.

[0017] In Fig. 3 ist ein Einspritzsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Einspritzsystem dadurch, daß im Inneren der Kraftstoffpumpe 10 ein Hochdruck-Sammelraum 21 zwischen dem Pumpkolben 18 und dem Steuerschieber 28 angeordnet ist. Der Hochdruck-Sammelraum 21 wirkt nach Art eines Druckspeichers, so daß eine noch größere Zeitverzögerung zwischen dem Förderbeginn der Kraftstoffpumpe 10 und dem Öffnen der Düsennadel 34 der Einspritzdüse 12 möglich ist.

[0018] In den Fig. 4 und 5 ist eine Einspritzdüse 12 für ein Einspritzsystem gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Anstelle des Ventilelementes 48 wird hier ein Ventilschieber 52 verwendet, so daß ein 3/2-Wege-Ventil gebildet ist. Auch hier sind eine Zulaufdrossel 42 und eine Ablaufdrossel 46 vorgesehen, wobei mit Öffnen des Ventilschiebers 52 der Zulauf zur Düsennadel 34 geöffnet wird. Im geschlossenen Zustand des Ventilschiebers 52 wird der Zulauf zur Düsennadel 34 sowie der Düsenraum insgesamt durch den Ventilschieber 52 zum Kraftstoff-Rücklauf 24 entlastet. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Einspritzdüse nur während der Einspritzung mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.

Ansprüche

1. Einspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit mehreren zu versorgenden Zylindern,
   wobei das Einspritzsystem eine elektronische Steuereinheit (32) und für jeden einzelnen Zylinder folgendes umfaßt:

- eine Kraftstoffpumpe (10),

- eine Einspritzdüse (12), die mit einer Düsennadel (34) und mit einem elektronisch gesteuerten Ventil (48, 50; 50, 52) versehen ist, welches das Öffnen der Düsennadel (34) steuern kann,

- eine Verbindungsleitung (14) zwischen der Kraftstoffpumpe (10) und der Einspritzdüse (12),

   wobei sowohl jede der Kraftstoffpumpen (10) als auch jedes der elektronisch gesteuerten Ventile (48, 50; 50, 52) mit der elektronischen Steuereinheit (32) verbunden sind und von dieser gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einspritzdüse (12) mit einem Speicherraum (13) versehen ist, der sowohl mit der Verbindungsleitung (14) als auch mit der Düsennadel (34) in Strömungsverbindung steht und in dem ein Fluid mittels des elektronisch gesteuerten Ventils (48, 50; 50, 52) aufgestaut werden kann, so daß der dann wirkende Druck die Düsennadel (34) in ihrer geschlossenen Stellung hält.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftstoffpumpe (10) mit einem elektronisch gesteuerten Steuerschieber (28) versehen ist.

3. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftstoffpumpe (10) mit einem Hochdruckraum (21) versehen ist.

4. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektronisch gesteuerte Ventil ein 3/2-Wege-Ventil ist, das mit einem Ventilschieber (52) versehen ist.

Claims

1. Injection system for an internal combustion engine having a plurality of cylinders to be supplied, the injection system comprising an electronic control unit (32) and, for each individual cylinder, the following:

- a fuel pump (10),

- an injection nozzle (12) which is provided with a nozzle needle (34) and with an electronically controlled valve (48, 50; 50, 52) which can control the opening of the nozzle needle (34),

- a connecting line (14) between the fuel pump (10) and the injection nozzle (12),

both each of the fuel pumps (10) and each of the electronically controlled valves (48, 50; 50, 52) being connected to the electronic control unit (32) and being controlled by the latter, characterized in that each injection nozzle (12) is provided with a storage space (13) which is flow-connected both to the connecting line (14) and to the nozzle needle (34) and in which a fluid can be built up by means of the electronically controlled valve (48, 50; 50, 52), so that the pressure then acting holds the nozzle needle (34) in its closed position.

2. Injection system according to Claim 1, characterized in that each fuel pump (10) is provided with an electronically controlled control slide (28).

3. Injection system according to one of Claims 1 and 2, characterized in that each fuel pump (10) is provided with a high-pressure space (21).

4. Injection system according to one of Claims 1 to 3, characterized in that each electronically controlled valve is a 3/2-way valve is provided with a valve slide (52).

Revendications

1. Système d'injection pour un moteur à combustion interne avec plusieurs cylindres à alimenter,
le système d'injection comprenant une unité de commande électronique (32) et pour chacun des cylindres :

- une pompe à combustible (10),

- un injecteur (12) muni d'une aiguille d'injection (34) et d'une soupape (48, 50 ; 50, 52) à commande électronique pouvant commander l'ouverture de l'aiguille d'injection (34),

- une conduite de liaison (14) entre la pompe à combustible (10) et l'injecteur (12),

aussi bien chacune des pompes à carburant (10) que chacune des soupapes (48, 50 ; 50, 52) à commande électronique étant reliées à l'unité de commande électronique (32) et commandées par celle-ci,
caractérisé en ce que
chaque injecteur (12) est muni d'une chambre d'accumulation (13) qui est en liaison d'écoulement aussi bien avec la conduite de liaison (14) qu'avec l'aiguille d'injecteur (34) et dans laquelle un fluide peut être accumulé au moyen de la soupape (48, 50 ; 50, 52) à commande électronique, de telle sorte que la pression alors effective maintient l'aiguille d'injection (34) dans sa position fermée.

2. Système d'injection selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
chaque pompe à combustible (10) est munie d'un tiroir de commande (28) à commande électronique.

3. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que
chaque pompe à combustible (10) est munie d'une chambre haute pression (21).

4. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
chaque soupape à commande électronique est une soupape à 3/2 orifices munie d'un tiroir de soupape (52).

Zeichnung