KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTIL MIT MECHANISCHER ZWANGSSTEUERUNG

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum eines Motors sowie ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung.

[0002] Kraftstoffeinspritzventile sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Moderne Kraftstoffeinspritzventile werden häufig in Verbindung mit Speichereinspritzanlagen verwendet, welche zur Speicherung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffes einen Druckspeicher aufweisen. Aus diesem Druckspeicher werden die den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeordneten Injektoren mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffzufuhr zu dem Druckspeicher erfolgt dabei über eine Hochdruckpumpe. Heutige Brennkraftmaschinen benötigen zur Erfüllung aller Anforderungen hinsichtlich ihrer Abgasgrenzwerte, ihres Verbrauchs, ihrer Geräusche, usw. in jedem Kennfeldpunkt einen exakt definierten Verlauf der Einspritzmenge über die Einspritzzeit. Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen wird bei einem bestimmten Druck der Volumenstrom durch die Düsenspritzlöcher, und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit, durch den Querschnitt bestimmt, den die Düsennadel in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Nadelhub freigibt. Bei einem vorgegebenen Druck gibt es demnach für jeden geforderten Durchfluss einen entsprechend zugehörigen, exakt definierten Düsennadelhub. Um somit einen bestimmten Volumenstrom einzustellen, müsste die Düsennadel auf einen bestimmten Hubwert eingestellt werden. Um einen bestimmten, geformten Einspritzverlauf auszuführen, müsste die Düsennadel innerhalb eines Einspritzzyklus auf mehrere exakt definierte Positionen angehoben und eventuell sogar wieder abgesenkt werden. Bei den heute bekannten Kraftstoffeinspritzventilen gibt es jedoch nur zwei exakt definierte Nadelpositionen, nämlich Null (Ventil geschlossen) und den Vollhub (Ventil vollständig geöffnet). Daher sind auch nur zwei exakt definierte Durchflüsse, nämlich.kein Durchfluss und der maximale Durchfluss, möglich.

[0003] Jeder Durchflusswert, der zwischen diesen beiden Extrema liegt, kann immer nur ungefähr erreicht werden, da bei den bekannten Einspritzventilen der entsprechende Nadelhub nur sehr ungenau durch Druckmodulation eingestellt werden kann. Hierbei "reitet" die Düsennadel auf einem hydraulischen Polster und unterliegt damit auch den in der Düse vorhandenen Druckwellen und -schwankungen. Dadurch ergibt sich aber an Stelle eines notwendigen, exakt definierten Nadelhubanschlags zur genauen Steuerung der Einspritzmenge nur ein ungefährer ballistischer Aufenthaltsort der Düsennadel. Hieraus resultieren ungefähre, stark streuende und sehr schlecht reproduzierbare Einspritzmengen, was zu einem nicht optimalen Verbrennungsablauf mit den damit verbundenen schlechten Emissions-, Geräusch- und Verbrauchsergebnissen führt.

[0004] Bei den heutzutage bekannten Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffflusses in den Brennraum wird dieser immer nur indirekt gesteuert, d.h. die Steuerung der Düsennadel erfolgt nur indirekt über einen hydraulischen Servokreislauf. Hierbei hängt jedoch die zeitliche und mengenmäßig Zumessung des Kraftstoffes in den Brennraum von sehr vielen Einflussfaktoren dieser Servohydraulik ab und streut entsprechend stark, was sich wiederum negativ auf die Qualität der Verbrennung im Motor auswirkt. Insbesondere kann durch eine digitale Schaltung des Servoventils (auf/zu) keine exakte Formung des Einspritzverlaufes ausgeführt werden. Insbesondere im unteren Teillastbereich, in dem sich die Düsennadel während der Einspritzung zwischen ihren beiden Extrempositionen befindet, führt die undefinierte Stellung der Düsennadel zu stark streuenden und nicht reproduzierbaren Einspritzmengen. Das gleiche Problem weisen die heute auch bekannten Pumpe-Düse-Systeme auf, da diese ebenfalls nur indirekt über Druckmodulation am Absteuerventil die Düsennadel öffnen bzw. schließen.

[0005] Aus der US 2,073,164 ist ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Kraftstoffeinspritzung mechanisch zwangsgesteuert wird.

[0006] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche ein exakt definierbares Anfahren von Düsennadelöffnungspositionen ermöglichen und leicht reproduzierbar sind.

[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0008] Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ist derart aufgebaut, dass eine Düsennadel des Kraftstoffeinspritzventils mechanisch zwangsgesteuert ist. Diese mechanische Zwangssteuerung der Düsennadel ermöglicht ein definiertes Anfahren von beliebigen Positionen zwischen den beiden Extremstellungen der Düsennadel, nämlich vollständig geöffnet und vollständig geschlossen. Die mechanische Zwangssteuerung stellt somit jeweils einen Anschlag für die Düsennadel bereit, so dass immer eine definierte Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt werden kann. Durch die mechanische Zwangssteuerung ist die Einspritzung von Kraftstoff auch auf einfache Weise reproduzierbar. Somit kann durch entsprechende Ausbildung der mechanischen Zwangssteuerung, d.h. der Geometrie der mechanischen Zwangssteuerung, der Verlauf einer Kraftstoffeinspritzung geformt werden. Durch die erfindungsgemäße Kombination einer mechanischen Zwangssteuerung mit einem Kraftstoffeinspritzventil erfolgt somit eine direkte Kopplung eines mechanischen Steuergliedes mit der Düsennadel. Aufgrund dieser Zwangskopplung bleibt für die Düsennadel kein Freiheitsgrad mehr, da sie dem mechanischen Steuerglied folgen muss. Hierdurch kann auch für den Fachmann in überraschend einfacher Weise eine genaue und reproduzierbare Zwangssteuerung der Düsennadel verwirklicht werden, welche insbesondere unabhängig vom Druck des eingespritzten Kraftstoffs ist. Die mechanische Zwangssteuerung ist dabei einfach aufgebaut und kann relativ kostengünstig bereitgestellt werden. Weiterhin ist nur ein geringer Einbauraum für die mechanische Zwangssteuerung notwendig. Darüber hinaus vereinfacht die erfindungsgemäße Kombination auch den Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils, da nur eine mechanische Verbindung zwischen dem mechanischen Steuerungsglied und der Düsennadel notwendig ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit auf überraschend einfache Weise eine exakte Formung der Kraftstoffeinspritzung und somit können positive Wirkungen in Bezug auf die Abgasgrenzwerte, den Verbrauch sowie die Geräusche der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.

[0009] Vorzugsweise ist die mechanische Zwangssteuerung zum Öffnen der Düsennadel und/oder zum Schließen der Düsennadel vorgesehen. Wenn die mechanische Zwangssteuerung sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen der Düsennadel eingesetzt werden soll, kann dies vorzugsweise mittels einer desmodromischen Düsennadelsteuerung ausgeführt werden, bei der z.B. ein erster Kipphebel zum Öffnen und ein zweiter Kipphebel zum Schließen vorgesehen ist. Durch die desmodromische Ventilsteuerung kann die Düsennadel auch bei hohen Drehzahlen rasch weit geöffnet werden und so lange wie gewünscht offen bleiben, bevor sie schnell und doch sanft, weil präzise, wieder geschlossen wird. D.h. auch bei einem großen Hub sind keine langen Steuerzeiten notwendig, wodurch sich positive Auswirkungen auf die Motorcharakteristik bei niederen bis mittleren Drehzahlen ergeben, da die Düsennadel sofort auf die Vorgaben des mechanischen Steuergliedes reagiert und nicht drehzahlabhängig wegen der dynamischen Feder/Masse-Vorgänge bei mittels Federn geöffneten bzw. geschlossenen Ventilen mehr oder weniger nacheilt. Wenn die mechanische Zwangssteuerung nur zum Öffnen bzw. nur zum Schließen der Düsennadel verwendet werden soll, erfolgt die jeweilige Bewegung vorzugsweise entgegen einer Federkraft einer Feder und die entgegengesetzte Bewegung, d.h. das Schließen bzw. Öffnen, erfolgt dabei durch die Feder.

[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die mechanische Zwangssteuerung direkt oder indirekt (über mechanische Verbindungselemente) mittels einer Nockenwelle oder einer Kurvenscheibe oder einem Kurvenlineal. Bei diesen mechanischen Möglichkeiten zur Zwangssteuerung kann selbstverständlich auch durch Zwischenschalten mechanischer Glieder wie z.B. Kipphebeln, Schwinghebeln, Schlepphebeln oder Tassenstößeln eine Kraft- und/oder Wegübersetzung des Hubes erfolgen.

[0011] Um einen Ausgleich eines Ventilspiels zu ermöglichen, sind vorzugsweise weiter Ventilspielausgleichselemente, z.B. mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich, vorgesehen.

[0012] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die mechanische Zwangssteuerung dreidimensional ausgebildet. Dadurch kann auf einfache Weise auch eine Anpassung an verschiedene Hubbewegungen realisiert werden. Bei der dreidimensional ausgebildeten mechanischen Zwangssteuerung sind die mechanischen Steuerelemente (Nockenwelle, Steuerscheibe oder Kurvenlineal) noch in der dritten Dimension ausgebildet, so dass durch ein axiales Verschieben verschiedene, dem jeweiligen Motorzustand angepasste Düsennadelöffnungsverläufe ausgeführt werden können. Beispielsweise kann für höhere Drehzahlen eine nicht mehr benötigte Voreinspritzung dadurch zugunsten einer zusätzlichen Haupt- und/oder Nacheinspritzung abgebildet werden. Durch die dritte Dimension der mechanischen Steuerkurve ist es somit möglich, je nach Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine auch die entsprechend optimalen Nadelhubverläufe zu definieren.

[0013] Vorzugsweise wird bei einem als Nockenwelle ausgebildeten mechanischen Steuerelement der Antrieb für alle Kraftstoffeinspritzventile der Brennkraftmaschine direkt über eine einzige Nockenwelle vorgesehen. Diese Nockenwelle wird vorzugsweise wiederum direkt von der Brennkraftmaschine angetrieben. Ein derartiger Aufbau hätte den entscheidenden Vorteil, dass die Motorkonstruktion deutlich leichter und einfacher ausgeführt werden kann. Hierbei sind für die mechanische Zwangssteuerung der Düsennadel auch nur kleine Kräfte erforderlich. Weiterhin ist der Antrieb der Düsennadel jedes Einspritzventils durch die direkte Kopplung mit der Motordrehzahl bestmöglich synchronisiert.

[0014] Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt der Antrieb der Kraftstoffeinspritzdüsen über eine separate Nockenwelle, welche beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben wird. Hierbei müssten jedoch entsprechende Sensoren und Stellglieder vorgesehen werden, um eine Synchronisation mit der Motordrehzahl zu erreichen. Bei dieser Variante ist jedoch vorteilhaft, dass insbesondere eine axiale Verschiebung der Nockenwelle zur Anpassung der Steuerkurve (dreidimensional) an den Motorzustand einfach umsetzbar ist.

[0015] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist für jedes Kraftstoffeinspritzventil eine separate mechanische Zwangssteuerung mit integriertem Einzelantrieb vorgesehen. Hierdurch sind individuelle Anpassungen der einzelnen Kraftstoffeinspritzventile möglich, allerdings bedeutet dies auch einen entsprechenden Mehraufwand, da für jedes Kraftstoffeinspritzventil eine mechanische Steuerkurve mit entsprechendem Antrieb integriert werden muss.

[0016] Allgemein sei angemerkt, dass sich als Antriebe für die mechanische Zwangssteuerung beispielsweise Elektromotoren, Elektromagnete, Piezoaktuatoren, Hydraulikantriebe und/oder Federwerke eignen. Weiterhin kann bei rotatorischen mechanischen Steuerkurven (Nockenwelle, Steuerscheibe) durch ein Verdrehen des rotatorischen Steuerelements die Steuerkurve einfach verstellt werden. Bei translatorischen Steuerelementen (lineare Steuerkurve) können als Antriebe beispielsweise Hubmagnete, Piezoaktoren, Hydraulikkolben und/oder Pneumatikkolben verwendet werden. Allgemein gesagt kann somit die Kraftstoffeinspritzung durch Verstellung der jeweiligen mechanischen Steuerelemente eingestellt werden. Die Verstellung kann dabei durch eine Verdrehung des Steuerelements und/oder eine Axialverschiebung (bei dreidimensionalen Steuerelementen) erfolgen.

[0017] Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil in Kombination mit einem Speichereinspritzsystem, wie z.B. einem Common-Rail-System, verwendet, da hier die Druckerzeugung und die Druckspeicherung von anderen Komponenten übernommen wird. Die Steuerung der Düsennadel hat dabei die einzige und alleinige Aufgabe, in Abhängigkeit von dem im Druckspeicher des Speichereinspritzsystems anliegenden Druck die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Zeit zu definieren. Weiterhin ermöglicht der Druckspeicher das Aufrechterhalten eines konstanten Drucks, so dass die Kraftstoffeinspritzung durch die erfindungsgemäße Zwangssteuerung der Ventile mit höchster Genauigkeit erfolgen kann.

[0018] Durch ein Verfahren, welches eine mechanische Zwangssteuerung zur Steuerung der Düsennadel eines Kraftstoffeinspritzventils bei einem Direkteinspritzsystem verwendet, können ebenfalls die oben erläuterten Vorteile erreicht werden.

[0019] Durch die Zwangskopplung der Düsennadel ergibt sich für die Düsennadel kein Freiheitsgrad mehr. Sie muss der vorgegebenen mechanischen Steuerkurve·folgen, wodurch die hohe Reproduzierbarkeit des Düsennadelhubes gewährleistet werden kann. Die mechanische Steuerkurve stellt somit einen für einen bestimmten Zeitpunkt der Einspritzung festen, aber innerhalb des gesamten Einspritzzyklus doch variablen Hubanschlag dar. Diese ermöglicht eine minimal mögliche shotto-shot-Steuerung. Erfindungsgemäß kann eine Anpassung an unterschiedliche Drehzahlen dadurch erreicht werden, dass die mechanische Steuerkurve unterschiedliche schnell abgefahren wird. Dies ist insbesondere bei einer direkten Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und der Düsennadel, z.B. über eine Nockenwelle, möglich. Somit wird erfindungsgemäß auch für den Fachmann in überraschend einfacher Weise eine in vieler Hinsicht vorteilhafte Düsennadelsteuerung bei Kraftstoffdirekteinspritzventilen verwirklicht.

[0020] Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

Figur 1

eine Seitenansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im montierten Zustand;

Figur 2

eine Schnittansicht des in Figur 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils;

Figur 3a

eine Schnittansicht einer das grundlegende Steuerprinzip verdeutlichenden Nockenwelle;

Figur 4a

eine graphische Darstellung eines Nadelhubs über die Zeit im Prinzip bei Drehung der in Figur 3a gezeigten Nockenwelle;

Figur 3b

eine Schnittansicht einer gegenüber Fig. 3a invers ausgebildeten Nockenwelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 4b

eine graphische Darstellung des Nadelhubs über die Zeit bei Drehung der in Figur 3b gezeigten Nockenwelle;

Figur 5

eine Schnittansicht eines mechanischen Steuerelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Figur 6

eine graphische Darstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Nadelhub bei der in Figur 5 gezeigten Steuereinrichtung.

[0021] Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einen ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.

[0022] Wie in der Übersichtsdarstellung von Figur 1 gezeigt, ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 in bekannter Weise in einem Motorgehäuse 4 derart angeordnet, dass es Kraftstoff direkt in einen Brennraum 5 der Brennkraftmaschine einspritzen kann. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum wird dabei mittels einer Zündkerze 6 entzündet. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist als mechanische Zwangssteuerung eine Nockenwelle 2 vorgesehen, welche über einen Kipphebel 3 direkt mit einer Düsennadel 7 des Kraftstoffeinspritzventils verbunden ist.

[0023] In Figur 2 ist nochmals genauer der Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 1 dargestellt. Wie in Figur 2 gezeigt, umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 1 die Düsennadel 7, welche einen Dichtsitz 8 freigibt bzw. verschließt, um Kraftstoff in den Brennraum 5 einzuspritzen bzw. eine Einspritzung zu beenden. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist aus einem Düsenkörper 9 und einem Injektorkörper 15 gebildet, in welchen eine Hochdruckbohrung 11 angeordnet ist. Dabei ist die Düsennadel 7 im Düsenkörper 9 angeordnet und in diesem geführt. Das dem Dichtsitz 8 entgegengesetzte Ende der Düsennadel 7 steht mit einem Druckbolzen 12 in Verbindung, welcher zur Fixierung einer Zugstange 16 dient. Dadurch ist die Zugstange 16 fest mit der Düsennadel 7 verbunden. Im Injektorkörper 15 sind weiter eine Druckfeder 13 sowie eine Federeinstellstrebe 14 angeordnet. Der Druckbolzen 12 dient gleichzeitig auch als Federsitz für die Druckfeder 13 (vgl. Figur 2). In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Druckfeder 13 zur Rückstellung der Düsennadel 7 in ihre geschlossene Position auf dem Dichtsitz 8. Die Bauteile 9, 15 werden mittels einer Düsenspannmutter 10 in bekannter Weise gegeneinander verspannt.

[0024] Weiterhin ist die Zugstange 16 mit einem Ende des Kipphebels 3 verbunden, wobei das andere Ende des Kipphebels 3 mit der Nockenwelle 2 in Verbindung steht (vgl. Figur 2). Der Kipphebel kann sich um eine Achse M drehen.

[0025] Nachfolgend wird die Funktion des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils beschrieben. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, gibt die äußere Kontur der Nockenwelle 2 den Ablauf der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum vor. Dabei sind die Nockenwelle 2 und der Kipphebel 3 derart angeordnet, dass der Kipphebel 3 in ständigem Kontakt mit der Nockenwelle 2 verbleibt und somit bei Drehung der Nockenwelle um ihre Drehachse N deren Kontur abfährt. Da sich der Kipphebel 3 dabei um seine Drehachse M dreht und beispielsweise mittels einer Mutter auf der Zugstange 16 fixiert ist, wird die Düsennadel 7 über die Zugstange 16 von ihrem Dichtsitz abgehoben und bewegt sich nach oben, so dass eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen kann.

[0026] Die mechanische Zwangssteuerung für die Düsennadel des Kraftstoffeinspritzventils wird somit durch die Verbindung zwischen der Zugstange 16 und dem Kipphebel 3 mit der Nockenwelle 2 erreicht. Bei Drehung der Nockenwelle 2 um ihre Achse N tastet der Kipphebel 3 den äußeren Umfang der Nockenwelle 2 ab und dreht sich dabei dementsprechend um seine Drehachse M, wodurch die Düsennadel 7 bewegt wird. Eine Rückstellung der Düsennadel 7 erfolgt dabei mittels der Federkraft der Druckfeder 13. Dabei muss die Vorspannkraft der Druckfeder 13 größer sein als die Kraft, die sich aus dem in der Hochdruckbohrung 11 anstehenden Druck und der bei voll geöffneter Düsennadel 7 druckbeaufschlagten Fläche ergibt. Wenn beispielsweise der Druck in der Hochdruckbohrung 1600 bar beträgt und ein Nadelführungsdurchmesser 4 mm beträgt, so ergibt sich die benötigte Federkraft F der Druckfeder 13 durch : F = 1600 bar • Π/4 • 4² = 2010 N. Somit wird die Düsennadel 7 mittels einer mechanischen Zwangssteuerung gesteuert. Wie schnell sich die Düsennadel 7 aus ihrem Sitz bewegt, bzw. wie groß der Nadelhub zu einem bestimmten Zeitpunkt der Einspritzung ist, oder ob die Düsennadel 7 nach einer ersten Voreinspritzung nochmals auf ihre Dichtsitz 8 gedrückt wird, hängt einzig und allein von der Geometriegebung des Außenumfangs der Nockenwelle ab.

[0027] Um eine hohe Reproduzierbarkeit der Steuerung über die Laufzeit zu gewährleisten, ist die Kontaktstelle zwischen der Düsennadel 7 und der Steuerkurve entsprechend verschleißfrei auszulegen. Hierzu sind minimal mögliche Flächenpressungen (Hertzsche Pressung) durch möglichst große Kontaktradien, bestmögliche Oberflächenqualitäten, verschleißreduzierte Beschichtungen und/oder bestmögliche Schmierverhältnisse anzustreben. Weiterhin kann die Reibung auch durch entsprechende Wahl der Werkstoffe der miteinander in Kontakt stehenden Reibpartner beeinflusst werden. Weiterhin muss sichergestellt sein, dass die Düsennadel 7 zum Schließen der Düse ungehindert und frei in ihren Dichtsitz 8 absenkbar ist. Hierzu ist bei geschlossener Düse ein möglichst kleines Spiel zwischen der Steuerkurve und der Düsennadel notwendig.

[0028] Weiterhin sei angemerkt, dass, um ein definiertes Nachfolgen der Nadelbewegung zu jedem Zeitpunkt der Einspritzung sicherzustellen, zwischen der Steuerkurve und der Düsennadel möglichst immer Formschluss herrschen muss. Ein Abheben der Steuerrolle von der Steuerkurve ist also zu vermeiden. Deshalb ist es wichtig, die Auslegung und die Abstimmung der Federkraft besonders genau auszuführen.

[0029] Erfindungsgemäß kann somit eine einfach aufgebaute mechanische Zwangssteuerung bereitgestellt werden, um eine hohe Genauigkeit der Einspritzung zu gewährleisten sowie eine sehr gute Reproduzierbarkeit der einzelnen Einspritzzyklen zu gewährleisten. Durch ein Verdrehen der Nockenwelle, bzw. bei einer dreidimensionalen Steuerkurve auf der Nockenwelle durch ein axiales Verschieben der Nockenwelle, kann die mechanische Steuerkurve auf einfache Weise verstellt werden und somit die Kraftstoffeinspritzung an unterschiedliche Zustände der Brennkraftmaschine angepasst werden.

[0030] In den Figuren 3 und 4 sind beispielhaft Ausbildungen eines rotatorischen mechanischen Steuerelements wie z.B. einer Nockenwelle oder einer Steuerscheibe zunächst im Prinzip sowie anschließend gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie in Figur 3a, welche das Steuerprinzip mittels einer Nockenwelle grundlegend verdeutlichen soll, gezeigt, wird die rotatorische Steuerkurve 2 in Richtung des Pfeils R gedreht und weist zwei Aussparungen 21 und 22 an ihrem Umfang auf, um eine Einspritzung von Kraftstoff zu definieren. Hierbei ist eine erste Aussparung 21 mit einer Tiefe h₁ für eine Voreinspritzung vorgesehen und die zweite Aussparung 22 verläuft über mehr als die Hälfte des Umfangs und ist für die Haupteinspritzung vorgesehen. Hierbei wird, bedingt durch die Höhe h₂ in der Haupteinspritzung, zuerst eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt, bis die Haupteinspritzung dann zur Höhe h_max übergeht, in welcher die Düsennadel vollständig geöffnet ist.

[0031] Figur 4a zeigt eine graphische Darstellung eines Nadelhubs im Prinzip über die Zeit bei Drehung der in Figur 3a gezeigten Nockenwelle.

[0032] Figur 3b zeigt die spezielle Schnittansicht einer gegenüber Figur 3a invers ausgebildeten Nockenwelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

[0033] In Figur 4b ist der Nadelhub bei Drehung der in Figur 3b gezeigten Nockenwelle während einer vollständigen Umdrehung der rotatorischen Steuerkurve 2 über die Zeit dargestellt, wobei die Durchflussmenge um so größer ist, je größer der Nadelhub ist.

[0034] In den Figuren 5 und 6 ist eine mechanische Zwangssteuerung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt.

[0035] Im Unterschied zu den vorhergehenden mechanischen Zwangssteuerungen ist bei der mechanischen Zwangssteuerung des dritten Ausführungsbeispiels ein Kurvenlineal 18 vorgesehen, um eine translatorische mechanische Zwangssteuerung auszuführen. Das Kurvenlineal 18 führt eine translatorische Bewegung in Richtung des Pfeils L aus, bis es an einen Anschlag 19 anschlägt. Dabei ist das Kurvenlineal 18 mittels einer Feder 20, die eine Federkraft F bereitstellt, vorgespannt. Wenn das Kurvenlineal 18 in Richtung des Pfeils L bewegt wird, fährt das mit dem Kurvenlineal ständig in Kontakt befindliche Ende der Düsennadel 7 die Geometrie des Kurvenlineals 18 ab, so dass in entsprechender Weise zur Geometrie ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventils erfolgt. In Figur 6 ist die Durchflussmenge Q_hyd über die Hubhöhe h_N der Düsennadel 7 dargestellt. Eine Anpassung an unterschiedliche Drehzahlen erfolgt dabei durch Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit v des Kurvenlineals 18. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, so dass auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet werden kann.

[0036] Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Kraftstoffeinspritzventil sowie ein Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum 5 einer Brennkraftmaschine, wobei eine mechanische Zwangssteuerung 2, 3 für eine Düsennadel 7 des Kraftstoffeinspritzventils vorgesehen ist, um eine Einspritzung von Kraftstoff auszuführen.

[0037] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzventil (1) zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum (5) einer Brennkraftmaschine, bei dem eine mechanische Zwangssteuerung (2, 3; 18) für eine Düsennadel (7) des Kraftstoffeinspritzventils (1) vorgesehen ist, um die Einspritzung von Kraftstoff auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil über eine separate Nockenwelle mit separatem Antrieb, welcher mit der Motordrehzahl synchronisiert ist, um alle Kraftstoffeinspritzventile (1) zu betreiben, angetrieben ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung (2, 3; 18) zum Öffnen der Düsennadel (7) oder zum Schließen der Düsennadel (7) oder zum Öffnen und Schließen der Düsennadel (7) vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung direkt mittels einer Nockenwelle (2) oder einer Kurvenscheibe oder einem Kurvenlineal (18) ausgeführt ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung mittelbar über Kipphebel (3) oder Schwinghebel oder Schlepphebel oder Tastenstößel erfolgt.

5. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung eine Wegübersetzung und/oder eine Kraftübersetzung aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ventilspielausgleichselemente zum Ausgleich eines Ventilspiels.

7. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zwangssteuerung, insbesondere die Nockenwelle (2), zur Anpassung der Steuerkurve an den Motorzustand axial verschiebbar ausgebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Kraftstoffeinspritzventil (1) eine separate mechanische Zwangssteuerung vorgesehen ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzung durch Verstellung der Nockenwelle (2) bzw. der Kurvenscheibe bzw. des Kurvenlineals (18) verstellbar ist.

10. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufgeschwindigkeit der mechanischen Zwangssteuerung änderbar ist.

11. Speichereinspritzsystem mit einem Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Claims

1. Fuel injection valve (1) for injecting fuel into a combustion chamber (5) of an internal combustion engine, with which a mechanical positive-control valve gear (2, 3; 18) for a nozzle needle (7) of the fuel injection valve (1) is provided in order to carry out the injection of fuel,
characterised in that
the fuel injection valve is driven by way of a separate camshaft having a separate drive which is synchronized with the engine speed in order to operate all fuel injection valves (1).

2. Fuel injection valve (1) according to claim 1,
characterised in that
the mechanical positive-control valve gear (2, 3; 18) is provided for opening the nozzle needle (7) or for closing the nozzle needle (7) or for opening and closing the nozzle needle (7).

3. Fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the mechanical positive control is carried out directly by means of a camshaft (2) or a cam plate or a curve template (18).

4. Fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the mechanical positive control is carried out indirectly via tipping levers (3) or swing levers or drag levers or key rods.

5. Fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the mechanical positive-control valve gear has a power transfer and/or a displacement transfer.

6. Fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised by
valve-clearance compensating elements for compensating valve clearance.

7. Fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the mechanical positive-control valve gear, in particular the camshaft (2), is axially movably fashioned to adjust the cam to the engine status.

8. Fuel injection valve (1) according to any one of the claims 1 to 7,
characterised in that
a separate mechanical positive-control valve gear is provided for each fuel injection valve (1).

9. A fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the injection of fuel can be adjusted by adjusting the camshaft (2) or the cam plate or the curve template (18).

10. Fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims,
characterised in that
the operating speed of the mechanical positive-control valve gear is changeable.

11. Storage injection system having a fuel injection valve (1) according to any one of the preceding claims.

Revendications

1. Injecteur de carburant (1) servant à injecter du carburant dans une chambre de combustion (5) d'un moteur à combustion interne, dans lequel est prévue une commande forcée mécanique (2, 3 ; 18) pour une aiguille (7) de l'injecteur de carburant (1) afin de réaliser l'injection de carburant,
caractérisé en ce que l'injecteur de carburant est actionné par un arbre à cames séparé pourvu d'un entraînement séparé synchronisé avec la vitesse de rotation du moteur pour entraîner tous les injecteurs de carburant (1).

2. Injecteur de carburant (1) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la commande forcée mécanique (2, 3 ; 18) est prévue pour ouvrir l'aiguille d'injecteur (7) ou bien pour fermer l'aiguille d'injecteur (7) ou encore pour ouvrir et fermer l'aiguille d'injecteur (7).

3. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la commande forcée mécanique est effectuée directement à l'aide d'un arbre à cames (2) ou bien d'un disque à cames ou d'une règle à cames (18).

4. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la commande forcée mécanique est effectuée indirectement à l'aide de culbuteurs (3) ou de basculeurs ou de leviers oscillants ou de poussoirs.

5. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la commande forcée mécanique (2, 3 ; 18) présente une démultiplication de course et/ou une démultiplication de force.

6. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé par des éléments de compensation du jeu de soupape pour compenser un jeu de soupape.

7. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la commande forcée mécanique, en particulier l'arbre à cames (2) est réalisée pour adapter la courbe de commande à l'état du moteur en déplacement axial.

8. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce qu'une commande forcée mécanique séparée est prévue pour chaque injecteur de carburant (1).

9. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'injecteur de carburant peut être réglé en réglant l'arbre à cames (2) ou le disque à cames ou la règle à cames (18).

10. Injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la vitesse du processus de la commande forcée mécanique est modifiable.

11. Système d'injection à accumulateur comprenant un injecteur de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes.

Zeichnung