[0001] Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, sind Kraftstoffeinspritzsysteme
bekannt, die einen, üblicherweise von mehreren, über eine Kraftstoffhochdruckleitung
mit unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff versorgten Kraftstoffinjektor zum Einspritzen
des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs
enthalten. Zusätzlich kann bei einem solchen Kraftstoffeinspritzsystem ein in der
Kraftstoffhochdruckleitung dem Kraftstoffinjektor vorgeschaltetes Drucksteuerventil
zur Steuerung des Drucks des während des Einspritzvorgangs in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzten Kraftstoffs vorgesehen sein.
[0003] So ist aus der DE 197 34 354 A1 ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
dieser Art bekannt, welches ein Drucksteuerventil zur zeitabhängigen Modulation der
während des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffmenge aufweist. Gemäß einem
der dort beschriebenen Ausführungsbeispiele ist eine Verstelleinrichtung zur Steuerung
dieses Modulationsventils vorgesehen, welche einen beidseitig von Kraftstoff beaufschlagten
Kolben enthält. Dieser steuert einen Ventilnadelkörper des Modulationsventils aufgrund
einer resultierenden Kraftdifferenz der an beiden Seiten des Kolbens wirkenden Druckkräfte.
Dabei ist auf der Vorderseite des beidseitig wirkenden Kolbens ein von unter hohem
Druck stehenden Kraftstoff in Öffnungsrichtung des Modulationsventils beaufschlagter
erster Druckraum und auf der Rückseite des beidseitig wirkenden Kolbens ein von Kraftstoff
in Schließrichtung beaufschlagter zweiter Druckraum vorgesehen. Der zweite Druckraum
wird während der Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens im Sinne eines Öffnens
des Modulationsventils über einen mit einer Drosselstelle versehenen Ablaufkanal druckentlastet.
[0004] Aus der DE 199 30 276 A1 ist eine Speichereinspritzeinrichtung ähnlicher Art bekannt,
bei welchem zur Realisierung eines zweiten Druckniveaus in der den Kraftstoffinjektor
mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgenden Kraftstoffhochdruckleitung
ein Schaltventil vorgesehen ist. Bei geschlossenem Schaltventil wird der Kraftstoffinjektor
mit einem Restdruck versorgt, der über ein zwischen dem Schaltventil und dem Kraftstoffinjektor
in der Kraftstoffhochdruckleitung vorgesehenes Druckhalteventil gehalten wird.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Kraftstoff-Einspritzsystem zu
schaffen, bei dem die Möglichkeit der Formung des Einspritzdruckverlaufs besteht.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Kraftstoffeinspritzsystem
gelöst.
[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0008] Durch die Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere einen Dieselmotor, geschaffen. Das Kraftstoffeinspritzsystem enthält
einen über eine Kraftstoffhochdruckleitung mit unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff
versorgten Kraftstoffinjektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der
Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs. Weiterhin ist ein in der Kraftstoffhochdruckleitung
dem Kraftstoffinjektor vorgeschaltetes Drucksteuerventil zur Steuerung des Drucks
des während des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffs vorgesehen. Erfindungsgemäß
enthält das Drucksteuerventil einen frei verschieblichen beidseitig wirksamen Kolben
und einen in den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung geschalteten Schieber
zum Öffnen und Schließen des Durchgangsquerschnitts des Strömungsweges der Kraftstoffhochdruckleitung
in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens. An der Vorderseite des Kolbens ist ein den
Kolben in Öffnungsrichtung des Schiebers beaufschlagender erster Druckraum und an
der Rückseite des Kolbens ein den Kolben in Schließrichtung des Schiebers beaufschlagender
zweiter Druckraum ausgebildet. Ein Stellventil ist zum Einstellen der Drücke im ersten
und/oder zweiten Druckraum im Sinne einer Verschiebung des Kolbens in Öffnungs- oder
Schließrichtung vorgesehen.
[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems
steht der an der Vorderseite des Kolbens vorgesehene erste Druckraum über eine erste
Strömungsverbindung mit der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
in Verbindung, und der an der Rückseite des Kolbens vorgesehene zweite Druckraum steht
über eine zweite Strömungsverbindung mit der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
in Verbindung.
[0010] Vorzugsweise ist das Stellventil zum Einstellen des Drucks des ersten Druckraums
vorgesehen.
[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stellventil in einer an den ersten
Druckraum angeschlossenen Entlastungsleitung vorgesehen.
[0012] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems
umfasst das Stellventil eine Proportionalbetätigungseinrichtung.
[0013] Eine solche Proportionalbetätigungseinrichtung ist insbesondere vorteilhafterweise
durch einen Piezo-Aktor gebildet.
[0014] Vorzugsweise ist in der den ersten Druckraum mit der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
in verbindenden ersten Strömungsverbindung eine Zulaufdrossel vorgesehen.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn in der mit der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
in Verbindung stehenden zweiten Strömungsverbindung eine Dämpfungsdrossel vorgesehen
ist.
[0015] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die den an der
Rückseite des Kolbens vorgesehenen zweiten Druckraum mit der stromabwärtigen Seite
der Kraftstoffhochdruckleitung verbindende zweite Strömungsverbindung als ein in dem
Kolben verlaufender Strömungskanal ausgebildet.
[0016] Alternativ dazu kann die den an der Rückseite des Kolbens vorgesehenen zweiten Druckraum
mit der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung verbindende zweite Strömungsverbindung
als ein außenliegender Kanal ausgebildet sein.
[0017] Vorzugsweise ist der Schieber einstückig mit dem Kolben ausgebildet, wobei die ersten
und zweiten Druckräume an den Enden des Kolbens vorgesehen sind und der Schieber in
einem Mittelbereich des Kolbens vorgesehen ist.
[0018] Bei der letztgenannten Ausführungsform ist es insbesondere von Vorteil, wenn der
Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung eine Querverbindung durch den Mittelbereich
des Kolbens bildet.
[0019] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der
die zweite Strömungsverbindung bildende Strömungskanal in Längsrichtung des Kolbens
von dem zweiten Druckraum zu der den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung bildenden
Querverbindung verläuft.
[0020] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
[0021] Die Figur zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems.
[0022] Das Bezugszeichen 1 bedeutet einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, während
eines Einspritzvorgangs. Dem Kraftstoffinjektor 1 wird unter hohem Druck vorgehaltener
Kraftstoff über eine Kraftstoffhochdruckleitung 13 zugeführt. Die Kraftstoffhochdruckleitung
13 ist an einen in der Figur nicht eigens dargestellten Hochdruckspeicher angeschlossen,
der nach Art eines ölelastischen Hochdruckspeichers arbeitet und in den der Kraftstoff
mittels einer, ebenfalls nicht dargestellten Hochdruckpumpe aus einem Kraftstoffvorrat
gefördert wird (Common-Rail-System).
[0023] Der Kraftstoffinjektor 1 kann in herkömmlicher Weise aufgebaut sein, umfassend eine
Einspritzdüse 28, welche bei Entlastung eines in dem Kraftstoffinjektor 1 vorgesehenen
Steuerraums 41 geöffnet wird. Dem Steuerraum 41 wird von der Kraftstoffhochdruckleitung
13 über eine Steuerdruckleitung 42, in welcher eine Zulaufdrossel 4 vorgesehen ist,
unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt. Weiterhin mit dem Steuerraum 41
verbunden ist eine Entlastungsleitung 44, in welche eine Rücklaufdrossel 10 geschaltet
ist und die mittels eines Steuerventils 5 zu einer Leckageleitung 48 druckentlastbar
ist, wobei eine Steuermenge R anfällt. Das Steuerventil 5 ist über eine Betätigungseinrichtung
8 steuerbar, beispielsweise mittels eines Piezo-Aktors. Beim Öffnen der Düse 28 des
Kraftstoffinjektors 1 wird der über die Kraftstoffhochdruckleitung 13 zugeführte Kraftstoff
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
[0024] In dem Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung 13 ist dem Kraftstoffinjektor
1 vorgeschaltet ein Drucksteuerventil 26 vorgesehen. Dieses enthält einen frei verschieblichen
beidseitig wirksamen Kolben 30 und, einstückig mit diesem ausgebildet, einen Schieber
32 zum Öffnen und Schließen des Durchgangsquerschnitts des Strömungsweges der Hochdruckleitung
13 in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens 30. An der Vorderseite des Kolbens 30
ist ein diesen in Öffnungsrichtung des Schiebers 32 beaufschlagender erster Druckraum
36 vorgesehen, und an der Rückseite des Kolbens 30 ist ein den Kolben 30 in Schließrichtung
des Schiebers 32 beaufschlagender zweiter Druckraum 38 ausgebildet.
[0025] Der an der Vorderseite des Kolbens 30 vorgesehene erste Druckraum 36 ist über eine
erste Strömungsverbindung 20 mit der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
13 verbunden. Der an der Rückseite des Kolbens 30 vorgesehene zweite Druckraum steht
über eine zweite Strömungsverbindung mit der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
13 in Verbindung, welche den Kraftstoff zu dem Kraftstoffinjektor 1 liefert.
[0026] Ein Stellventil 14, 16, welches allgemein zum Einstellen der Druckverhältnisse in
den beiden Druckräumen 36, 38 im Sinne einer Verschiebung des Kolbens 30 in Öffnungsoder
Schließrichtung dient, ist bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel
zum Einstellen des Drucks des ersten Druckraums 36 in einer an den ersten Druckraum
36 angeschlossenen Entlastungsleitung 40 vorgesehen. Mittels eines Ventilkörpers 14
des Stellventils 14, 16 ist der erste Druckraum 36 über die Entlastungsleitung 40
zu einer Leckageleitung 46 druckentlastbar, wobei eine Steuermenge R anfällt. Das
Stellventil enthält weiterhin eine Proportionalbetätigungseinrichtung 16, welche ein
proportionales Öffnen und Schließens des Ventilkörpers 14 des Stellventils 14, 16
über einen vorgegebenen Stellbereich gestattet. Die Proportionalbetätigungseinrichtung
16 ist insbesondere durch einen Piezo-Aktor gebildet.
[0027] In der den ersten Druckraum 36 mit der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
13 verbindenden ersten Strömungsverbindung ist eine Zulaufdrossel 18 vorgesehen, über
die der erste Druckraum 36 von der Kraftstoffhochdruckleitung 13 mit einer vorgegebenen
Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit befüllt wird. Aus dem Verhältnis der über die erste
Strömungsverbindung 20 dem ersten Druckraum 36 zuströmenden Kraftstoffmenge und der
über die Entlastungsleitung 40 und das Stellventil 14, 16 abfließenden Kraftstoffmenge
ergibt sich der Druck im ersten Druckraum 36, welcher den Kolben 30 in Öffnungsrichtung
des Schiebers 32 beaufschlagt.
[0028] In der zweiten Strömungsverbindung 22; 24, über welche der zweite Druckraum 38 mit
der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung 13 in Verbindung steht, ist
eine Dämpfungsdrossel 27 vorgesehen, welche eine Dämpfung der aus dem zweiten Druckraum
38 zu der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung 13 bei einer Verschiebung
des Kolbens 30 zu- oder abfließenden Kraftstoffmenge bewirkt.
[0029] Gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches in der Figur mit durchgezogenen Linien dargestellt
ist, ist die den an der Rückseite des Kolbens 30 vorgesehenen zweiten Druckraum 38
mit der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung 13 verbindende zweite
Strömungsverbindung als ein Strömungskanal 22 vorgesehen, der in dem Kolben 30 zentral
in dessen Längsrichtung verlaufend ausgebildet ist und von dem zweiten Druckraum 38
zu der den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung 13 bildenden Querverbindung
führt.
[0030] Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches in der Figur mit gestrichelten
Linien dargestellt ist, ist diese zweite Strömungsverbindung als ein außenliegender
Kanal 24 ausgebildet, welcher außerhalb des Kolbens 30 von dem zweiten Druckraum 38
zu der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung 13 führt.
[0031] Beim Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems wird der an der Kraftstoffhochdruckleitung
13 unter hohem Druck anstehende Kraftstoff als Arbeitsfluid über die in der ersten
Strömungsverbindung 20 vorgesehene Zulaufdrossel 18 dem ersten Druckraum 36 zugeführt.
Mittels des Ventilkörpers des Stellventils 14, 16 (2/2-Ventil), das von dem Piezo-Aktor
16 gesteuert wird, kann in dem ersten Druckraum 36 ein beliebiger Druck eingestellt
werden. Dieser Druck stellt die Führungsgröße für das proportional arbeitende Drucksteuerventil
26 dar. Der in den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung 13 geschaltete Schieber
32 nimmt eine Stellung ein, die aus der Druckbilanz in den ersten und zweiten Druckräumen
36, 38 an dem beidseitig wirkenden Kolben 30 definiert ist. Daraus ergibt sich eine
Verschiebung des Kolbens 30 und damit des einstückig mit diesem ausgebildeten Schiebers
32 so lange, bis ein Druckgleichgewicht zwischen dem ersten Druckraum 36 und dem zweiten
Druckraum 38 eingestellt ist. Herrscht im ersten Druckraum 36 ein Überdruck gegenüber
dem zweiten Druckraum 38, so bewegt sich der Kolben 30 und zusammen mit diesem der
Schieber 32 in Öffnungsrichtung zu dem zweiten Druckraum 38, der Schieber 32 öffnet
den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung 13 und sorgt damit wieder für einen
Druckausgleich auf höherem Niveau. Damit ist der für den Einspritzvorgang maßgebliche
Druck auf der stromabwärtigen Seite des Drucksteuerventils 36 gleichzeitig die Regelgröße
für das Proportionalventil 26. Auf diese Weise ist es möglich, nur durch Veränderung
der Ansteuerung des Drucksteuerventils 26 über den Piezo-Aktor 16 nahezu beliebige
Einspritzverläufe darzustellen.
Bezugszeichenliste
[0032]
- 1
- Kraftstoffinjektor
- 4
- Zulaufdrossel
- 5
- Steuerventil
- 8
- Aktor
- 10
- Rücklaufdrossel
- 13
- Kraftstoffhochdruckleitung
- 14
- Stellventil
- 16
- Aktor
- 18
- Zulaufdrossel
- 20
- erste Strömungsverbindung
- 22
- zweite Strömungsverbindung
- 24
- zweite Strömungsverbindung
- 26
- Drucksteuerventil
- 27
- Dämpfungsdrossel
- 29
- Dämpfungsdrossel
- 30
- Kolben
- 32
- Schieber
- 34
- Steuerkanten
- 36
- erster Druckraum
- 38
- zweiter Druckraum
- 40
- Entlastungsleitung
- 41
- Steuerraum
- 42
- Steuerdruckleitung
- 44
- Entlastungsleitung
- 46
- Leckageleitung
- 48
- Leckageleitung
- R
- Steuermenge
1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor,
mit einem über eine Kraftstoffhochdruckleitung (13) mit unter hohem Druck vorgehaltenem
Kraftstoff versorgten Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den
Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs und mit einem in
der Kraftstoffhochdruckleitung (13) dem Kraftstoffinjektor (1) vorgeschalteten Drucksteuerventil
(26) zur Steuerung des Drucks des während des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffs,
dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerventil (26) einen frei verschieblichen beidseitig wirksamen Kolben
(30) und einen in den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung (13) geschalteten
Schieber (32) zum Vergrößern (Öffnen) und Verkleinern (Schließen) des Durchgangsquerschnitts
des Strömungsweges der Kraftstoffhochdruckleitung in Abhängigkeit von der Lage des
Kolbens (30) enthält, wobei an der Vorderseite des Kolbens (30) ein den Kolben (30)
in Öffnungsrichtung des Schiebers (32) beaufschlagender erster Druckraum (36) und
an der Rückseite des Kolbens (30) ein den Kolben (30) in Schließrichtung des Schiebers
(32) beaufschlagender zweiter Druckraum (38) ausgebildet ist, und dass ein Stellventil
(14, 16) zum Einstellen der Drücke im ersten und/oder zweiten Druckraum (36, 38) im
Sinne einer Verschiebung des Kolbens (30) in Öffnungs- oder Schließrichtung vorgesehen
ist.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Vorderseite des Kolbens (30) vorgesehene erste Druckraum (36) über eine
erste Strömungsverbindung (20) mit der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
(13) in Verbindung steht, und dass der an der Rückseite des Kolbens (30) vorgesehene
zweite Druckraum (38) über eine zweite Strömungsverbindung (22; 24) mit der stromabwärtigen
Seite der Kraftstoffhochdruckleitung (13) in Verbindung steht.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (14, 16) zum Einstellen des Drucks des ersten Druckraums (36) vorgesehen
ist.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (14, 16) in einer an den ersten Druckraum (36) angeschlossenen Entlastungsleitung
(40) vorgesehen ist.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (14, 16) eine Proportionalbetätigungseinrichtung (16) umfasst.
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Proportionalbetätigungseinrichtung (16) ein Piezo-Aktor ist.
7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der den ersten Druckraum (36) mit der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung
(13) verbindenden ersten Strömungsverbindung (20) eine Zulaufdrossel (18) vorgesehen
ist.
8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der mit der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung (13) in Verbindung
stehenden zweiten Strömungsverbindung (22; 24) eine Dämpfungsdrossel (27) vorgesehen
ist.
9. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den an der Rückseite des Kolbens (30) vorgesehenen zweiten Druckraum (38) mit
der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung (13) verbindende zweite Strömungsverbindung
als ein in dem Kolben (30) verlaufender Strömungskanal (22) ausgebildet ist.
10. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den an der Rückseite des Kolbens (30) vorgesehenen zweiten Druckraum (38) mit
der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffhochdruckleitung (13) verbindende zweite Strömungsverbindung
als ein außenliegender Kanal (24) ausgebildet ist.
11. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (32) einstückig mit dem Kolben (30) ausgebildet ist, wobei die ersten
und zweiten Druckräume (36, 38) an den Enden des Kolbens (30) vorgesehen sind und
der Schieber (32) in einem Mittelbereich des Kolbens (30) vorgesehen ist.
12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung (13) eine Querverbindung durch den
Mittelbereich des Kolbens (30) bildet.
13. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der die zweite Strömungsverbindung (22) bildende Strömungskanal in Längsrichtung
des Kolbens (30) von dem zweiten Druckraum (38) zu der den Strömungsweg der Kraftstoffhochdruckleitung
(13) bildenden Querverbindung verläuft.