KRAFTSTOFFEINSPRITZSYSTEM FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

[0002] Ein derartiges Einpritzsystem ist beispielsweise durch die EP 0 711 914 A1 bekanntgeworden.

[0003] Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beschreibung werden zunächst einige Begriffe näher erläutert: Bei einem druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilkörper (z.B. eine Düsennadel) gegen die Wirkung einer Schließkraft aufgesteuert und so die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffes freigegeben. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in den Zylinder austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet. Unter einem hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung eines Injektors mit Hilfe eines verschieblichen Ventilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgen. Weiterhin ist im folgenden eine Anordnung als zentral bezeichnet, wenn sie gemeinsam für alle Zylinder vorgesehen ist, und als lokal, wenn sie für nur einen einzelnen Zylinder vorgesehen ist.

[0004] Bei dem aus der EP 0 711 914 A1 bekannten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird mit Hilfe einer Hochdruckpumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen Kraftstoffdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druckspeicher gespeichert. Weiterhin wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspeicher gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr mittels eines 2/2-Wegventils ein zweiter hoher Kraftstoffdruck von ca. 400 bar aufrechterhalten wird. Über eine zentrale Ventilsteuereinheit und eine zentrale Verteilereinrichtung wird entweder der tiefere oder höhere Kraftstoffdruck in den Düsenraum eines Injektors geleitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus dem Düsenraum austreten kann.

[0005] Bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem wird der Kraftstoff für eine Einspritzung aus dem jeweiligen zentralen Druckspeicher über die zentrale Ventileinheit und die zentrale Verteilereinrichtung auf die einzelnen Injektoren aufgeteilt. Das jeweils maximal mögliche Einspritzfenster ist damit durch die Ventileinheit und die Verteilereinrichtung gemeinsam bestimmt.

[0006] Aus der WO 98/09068 ist weiterhin ein hubgesteuertes Einspritzsystem bekannt, bei dem ebenfalls zwei Druckspeicher zur Lagerung der beiden Kraftstoffdrücke vorgesehen sind. Auch hier erfolgt die Zumessung des jeweiligen Kraftstoffdruckes über zentrale Ventileinheiten.

[0007] Aus den Druckschriften JP 06 093936 A und EP 0 740 067 A sind Kraftstoffeinspritzsysteme mit einem ersten Druckspeicher für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher gespeisten zweiten Druckspeicher bekannt.

Vorteile der Erfindung

[0008] Das erfindungsgemäße Einspritzsystem weist zum Erreichen einer verbesserten Dosierung des tieferen Kraftstoffdrukkes die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

[0009] Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den tieferen Kraftstoffdruck nicht zentral, sondern für jeden Injektor jeweils lokal über eine Ventileinheit zu steuern. Aufgrund der kurzen Leitung zwischen lokaler Ventileinheit und Düsenraum des Injektors sind Leitungsverluste auf ein Minimum reduziert. Zusätzlich zur besseren Dosiermöglichkeit bestehen weitere Vorteile in der guten Reproduzierbarkeit der Vor- und Nacheinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck sowie in einem verringerten Einfluß von Bauteiltoleranzen auf die Vor- und Nacheinspritzung.

[0010] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

[0011] Verschiedene Beispiele Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen Kraftstoff mit zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken in zwei Druckspeichern gelagert und eingespritzt wird, sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein erstes erfindungsgemäßes Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer lokalen Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoffdruck;

Fig. 2

ein zweites erfindungsgemäßes Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer modifizierten lokalen Ventileinheit;

Fig. 3

ein drittes nicht erfindungsgemäßes Einspritzsystem mit hubgesteuerten Injektoren und der in Fig. 2 gezeigten lokalen Ventileinheit; und

Fig. 4

ein viertes nicht erfindungsgemäßes Einspritzsystem mit modifizierten hubgesteuerten Injektoren und der in Fig. 2 gezeigten lokalen Ventileinheit.

Beschreibung der Beispiele

[0012] Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems 1 fördert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 mit einem Druck von ca. 300 bis 1800 bar aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen ersten zentralen Druckspeicher 6 (Common-Rail) und in einen zweiten zentralen Druckspeicher 7 (Common-Rail), von denen jeweils mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 8 bzw. 9 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuerten Injektoren 10 (Einspritzeinrichtung) abführen. In Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 10 näher dargestellt.

[0013] Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird so ein erster höherer Kraftstoffdruck von bis zu 1800 bar erzeugt, der im ersten Druckspeicher 6 gelagert wird. Der unter diesem Druck stehende Kraftstoff wird auch in den zweiten Druckspeicher 7 gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr mittels eines 2/2-Wegventils 11 ein zweiter tieferer Kraftstoffdruck von ca. 300 bar aufrechterhalten wird. Für beide Druckspeicher 6, 7 ist jeweils ein Regelkreis mit einem Drucksensor vorgesehen. Das tiefere Druckniveau kann für eine Voreinspritzung und je nach Bedarf auch für eine Nacheinspritzung (HC-Anreicherung zur Abgasnachbehandlung) verwendet werden, während eine Haupteinspritzung mit dem höheren Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 erfolgt.

[0014] Die Umschaltung zwischen entweder dem tieferen oder dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt für jeden Zylinder bzw. Injektor 10 getrennt und zwar jeweils über eine lokale Ventilanordnung 12, die als Schaltelement für den höheren Kraftstoffdruck in der Druckleitung 8 ein 2/2-Wege-Ventil 13 aufweist. Dessen Ausgang ist von der Druckleitung 9 durch ein Rückschlagventil 14 abgekoppelt. Über ein 3/2-Wege-Ventil 15 wird dann der jeweils anstehende Druck über eine Druckleitung 16 in einen Düsenraum 17 des Injektors 10 geleitet. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 18 (Düsennadel), dessen konische Ventildichtfläche 19 mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse zusammenwirkt und so die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 20 verschließt. Innerhalb des Düsenraums 17 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 18 weisende Druckfläche des Ventilgliedes 18 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, wobei sich der Düsenraum 17 über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 18 und der Führungsbohrung bis an die Ventildichtfläche 19 des Injektors 10 fortsetzt. Durch den im Düsenraum 17 herrschenden Druck wird das die Einspritzöffnungen 20 abdichtende Ventilglied 18 gegen die Wirkung einer Schließkraft (Schließfeder 21) aufgesteuert, wobei der Federraum 22 mittels einer Leckageleitung 23 druckentlastet ist.

[0015] Die Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 13 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 15. Die Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt bei bestromtem 3/2-Wege-Ventil 15 durch Bestromen des 2/2-Wege-Ventils 13, wobei das Rückschlagventil 14 einen ungewollten Rücklauf in die Druckleitung 9 verhindert. Am Ende der Einspritzung wird bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 13 das 3/2-Wege-Ventil 15 auf Leckage 23 zurückgeschaltet. Dadurch werden die Druckleitung 16 und der Düsenraum 17 druckentlastet, so daß das federbelastete Ventilglied 18 die Einspritzöffnungen 20 wieder verschließt.

[0016] Die in Fig. 1 insgesamt mit 24 bezeichnete Anordnung aus lokaler Ventilanordnung 12 und 3/2-Wege-Ventil 15 kann innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 1a) oder außerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 1b), z.B. im Bereich der Druckspeicher 6, 11, angeordnet sein. So läßt sich eine kleinere Baugröße des Injektorgehäuses und durch Ausnutzung von Wellenreflexionen in der nun längeren Druckleitung 16 ein erhöhter Einspritzdruck erreichen.

[0017] Nachfolgend werden in der Beschreibung zu den weiteren Figuren lediglich die Unterschiede zum Kraftstoffeinspritzsystem nach Fig. 1 behandelt. Identische bzw. funktionsgleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht näher erläutert.

[0018] Anders als beim Einspritzsystem 1 wird bei dem in Fig. 2 gezeigten Einspritzsystem 30 der höhere Kraftstoffdruck des ersten Druckspeichers 6 über eine Verteilereinrichtung 31 zentral auf die einzelnen Injektoren 10 aufgeteilt. Die Zumessung des im ersten Druckspeicher 6 gelagerten Kraftstoffs wird mit einem 3/2-Wege-Ventil 32 vor der Verteilereinrichtung 31 zentral gesteuert. Die Umschaltung zwischen den beiden Druckleitungen 8, 9 erfolgt für jeden Injektor 10 jeweils lokal über die insgesamt mit 33 bezeichnete Ventilanordnung, in der als Schaltelement ein 3/2-Wege-Ventil 34 vorgesehen ist. Die Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei stromlosem 3/2-Wege-Ventil 32 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 34, während die Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck bei bestromtem 3/2-Wege-Ventil 32 und unbestromtem 3/2-Wege-Ventil 34 erfolgt. Am Ende dieser Einspritzung wird bei stromlosem 3/2-Wege-Ventil 34 das 3/2-Wege-Ventil 32 auf Leckage 35 zurückgeschaltet, wodurch die Verteilereinrichtung 31 und der Injektor 10 druckentlastet werden. Die lokale Ventileinheit 33 kann entweder innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 2a) oder außerhalb (Fig. 2b) angeordnet sein.

[0019] Vom dem Einspritzsystem 1 unterscheidet sich das Einspritzsystem 40 durch die Verwendung der lokalen Ventilanordnung 33 und die Verwendung hubgesteuerter Injektoren 41, von denen lediglich einer näher dargestellt ist. Ausgehend von dem druckgesteuerten Injektor 10 der Fig. 1 greift bei einem hubgesteuerten Injektor 41 an dem Ventilglied 18 koaxial zu der Ventilfeder 21 ein Druckstück 42 an, das mit seiner der Ventildichtfläche 19 abgewandten Stirnseite 43 einen Steuerraum 44 begrenzt. Der Steuerraum 44 hat von der Druckleitung 16 her einen Kraftstoffzulauf mit einer ersten Drossel 45 und einen Kraftstoffablauf zu einer Druckentlastungsleitung 46 mit einer zweiten Drossel 47, die durch ein 2/2-Wege-Ventil 48 auf Leckage 49 steuerbar ist. Über den Druck im Steuerraum 44 wird das Druckstück 42 in Schließrichtung druckbeaufschlagt. Unter dem ersten oder zweiten Kraftstoffdruck stehender Kraftstoff füllt ständig den Düsenraum 17 und den Steuerraum 44. Bei Betätigung (Öffnen) des 2/2-Wege-Ventils 48 kann der Druck im Steuerraum 44 abgebaut werden, so daß in der Folge die in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 18 wirkende Druckkraft im Düsenraum 17 die in Schließrichtung auf das Ventilglied 18 wirkende Druckkraft übersteigt. Die Ventildichtfläche 19 hebt von der Ventilsitzfläche ab, und Kraftstoff wird eingespritzt. Dabei lassen sich der Druckentlastungsvorgang des Steuerraums 44 und somit die Hubsteuerung des Ventilglieds 18 über die Dimensionierung der beiden Drosseln 45 und 47 beeinflussen. Das Ende der Einspritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) des 2/2-Wege-Ventils 48 eingeleitet, das den Steuerraum 44 wieder von der Leckageleitung 49 abkoppelt, so daß sich im Steuerraum 44 erneut ein Druck aufbaut, der das Druckstück 42 in Schließrichtung bewegen kann. Die Umschaltung auf hohes Druckniveau wird für jeden Injektor durch Bestromen der Ventilanordnung 33 realisiert. Nach Beendigung der Einspritzung kann sich der komprimierte Kraftstoff im Injektor über die Ventileinheit 33 in das Niederdruckrail entspannen, so daß die Ventileinheit 11 bei geeigneter Auslegung entfallen kann. Die Ventilanordnung 33 kann entweder innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 3a) oder außerhalb (Fig. 3b) angeordnet sein.

[0020] In den 3/2-Wege-Ventilen können Magnetaktoren oder auch Piezosteller mit entsprechendem Temperaturausgleich und der notwendigen Kraft- oder Wegübersetzung verwendet werden. Piezosteller ermöglichen schnellere Ventilschaltzeiten und eine bessere Dosiermöglichkeit. Durch Verwendung eines Piezostellers kann außerdem auf eine bzw. auf beide Drosseln im hubgesteuerten Injektor verzichtet werden.

[0021] Das ansonsten dem in Fig. 3b entsprechende Einspritzsystem 50 (Fig. 4) weist modifizierte hubgesteuerte Injektoren 51 mit jeweils piezogesteuertem 3/2-Wege-Ventil 52 auf. Der Steuerraum 53 jedes Injektors 51 wird als ein Volumen, das über das 3/2-Wege-Ventil 52 geschaltet wird, mit nur einer Zuleitung von der Druckleitung 16 her befüllt bzw. über die Leckage 54 entlastet. Für eine Einspritzung mit dem in der Druckleitung 16 jeweils anstehenden Kraftstoffdruck wird der ebenfalls unter diesem Druck stehende Steuerraum 53 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 52 entlastet, und die Einspritzung erfolgt hubgesteuert.

[0022] Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, mit einem zentralen ersten Druckspeicher 6 für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher 6 gespeisten zentralen zweiten Druckspeicher 7, in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr der tiefere Kraftstoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff ist die Ventileinheit 12 zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff lokal für jeden Injektor 10 vorgesehen. Mit diesem Einspritzsystem ist eine verbesserte Dosierung des tieferen Kraftstoffdruckes möglich.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzsystem (1; 30) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (10) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann,
mit einem zentralen ersten Druckspeicher (6) für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher (6) gespeisten zentralen zweiten Druckspeicher (7), in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr der tiefere Kraftstoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff,
wobei durch den im Düsenraum (17) des Injektors (12 herrschenden Kraftstoffdruck dessen Ventilkörper (18) gegen die Wirkung einer Schließfeder aufgesteuerbar ist und so die Einspritzöffnung (20) des Injektors (10) für eine Einspritzung des Kraftstoffs freigegeben wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinheit (12; 33) zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff lokal für jeden Injektor (10; 41; 51) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Ventileinheit (12) als Schaltelement für den höheren Kraftstoffdruck ein 2/2-Wege-Ventil (13) aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Ventileinheit (33) als Schaltelement zwischen dem höheren und tieferen Kraftstoffdruck ein 3/2-Wege-Ventil (34) aufweist.

Claims

1. Fuel injection system (1; 30) for an internal combustion engine, in which fuel having at least two different fuel pressures can be injected into the combustion space of the internal combustion engine via injectors (10), with a first central pressure accumulator (6) for the higher fuel pressure and with a second central pressure accumulator (7) which is fed from the first pressure accumulator (6) and in which the lower fuel pressure is maintained as a result of the regulation of its fuel supply, and with a valve unit for the changeover between the higher-pressure and the lower-pressure fuel, the valve body (18) of the injector (12) being capable of being opened, counter to the action of a closing spring, by means of the fuel pressure prevailing in the nozzle space (17) of the said injector, and the injection orifice (20) of the injector (10) thus being released for an injection of the fuel, characterized in that the valve unit (12; 33) for the changeover between the higher-pressure and the lower-pressure fuel is provided locally for each injector (10; 41; 51).

2. Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the local valve unit (12) has a 2/2-way valve (13) as a switching element for the higher fuel pressure.

3. Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the local valve unit (33) has a 3/2-way valve (34) as a switching element between the higher and the lower fuel pressure.

Revendications

1. Système d'injection de carburant (1, 30) pour un moteur à combustion interne qui permet d'injecter du carburant sous au moins deux pressions de carburant de niveaux différents par des injecteurs (10) dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne, et comprenant

- un premier accumulateur de pression (6), central, pour la pression de carburant la plus élevée et un second accumulateur de pression (7), central, alimenté à partir du premier accumulateur de pression (6) et dans lequel une régulation de son alimentation en carburant maintient la pression du carburant à un niveau plus faible, et

- une unité de vanne pour commuter entre le carburant de pression élevée et celui de pression plus faible, qui permet de commander dans le sens de l'ouverture le corps de soupape (18) de l'injecteur (12) par la pression régnant dans la chambre de buse (17) de l'injecteur (12) contre l'action d'un ressort de fermeture, et libérer ainsi l'orifice d'éjection (20) de l'injecteur (10) pour injecter du carburant,

caractérisé en ce que
l'unité de vanne (12, 33) est prévue localement pour chaque injecteur (10, 41, 51) pour commuter entre le carburant à pression élevée et celui à pression plus faible.

2. Système d'injection de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'unité de vanne (12), locale, comporte comme élément de commutation un distributeur à 2/2 voies (13) pour la pression de carburant élevée.

3. Système d'injection de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'unité de vanne locale (33) comporte comme élément de commutation un distributeur à 3/2 voies (34) pour commuter entre la pression de carburant élevée et la pression de carburant faible.

Zeichnung