Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und wenigstens einem Injektor pro Arbeitszylinder zum Einspritzen von Kraftstoff in jeweils einen Arbeitszylinder, wobei der Injektor ein Mengenventil (20) und eine mit dem Mengenventil (20) über eine erste Kraftstoffleitung (40) verbundene Einspritzdüse (24) aufweist. Hierbei ist zusätzlich ein Standdruckeinstellventil (22) vorgesehen, welches einerseits mit der ersten Kraftstoffleitung (40) und andererseits mit einem Kraftstoffrücklauf (36) verbunden ist, wobei das Standdruckeinstellventil (22) derart ausgebildet ist, dass dieses unterhalb eines ersten Schaltdruckes in der ersten Kraftstoffleitung (40), welcher kleiner ist als ein Öffnungsdruck der Einspritzdüse (24), in einer ersten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf (36) von der Leitung (40) abtrennt, bei dem ersten Schaltdruck und oberhalb des ersten Schaltdruckes sowie unterhalb eines zweiten Schaltdruckes, welcher größer als der erste Schaltdruck und kleiner als der Öffnungsdruck der Einspritzdüse (24) ist, den Kraftstoffrücklauf (36) mit der ersten Kraftstoffleitung (40) in einer zweiten Arbeitsstellung fluidleitend verbindet, sowie bei und oberhalb des zweiten Schaltdruckes in einer dritten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf (36) von der ersten Kraftstoffleitung (40) abtrennt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und wenigstens einem Injektor pro Arbeitszylinder zum Einspritzen von Kraftstoff in jeweils einen Arbeitszylinder, wobei der Injektor ein Mengenventil und eine mit dem Mengenventil über eine erste Kraftstoffleitung verbundene Einspritzdüse aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Bekannte Einspritzsysteme weisen eine starke Abhängigkeit der Einspritzmenge von der der vorausgehenden Einspritzung auf, was zu Emissions- und Applikationsproblemen sowie einem reduzierten Wirkungsgrad vor allem bei kleinen Einspritzmengen führt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzsystem der o.g. Art hinsichtlich der Absteuermengen und der Strahlaufbereitung zu verbessern und gleichzeitig eine geringere Abhängigkeit der eingespritzten Kraftstoffmenge von der Voreinspritzung zu erzielen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftstoffeinspritzsystem der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

[0005] Dazu ist es bei einem Kraftstoffeinspritzsystem der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zusätzlich ein Standdruckeinstellventil vorgesehen ist, welches einerseits mit der ersten Kraftstoffleitung und andererseits mit einem Kraftstoffrücklauf verbunden ist, wobei das Standdruckeinstellventil derart ausgebildet ist, dass dieses unterhalb eines ersten Schaltdruckes in der ersten Kraftstoffleitung, welcher kleiner ist als ein Öffnungsdruck der Einspritzdüse, in einer ersten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf von der Leitung abtrennt, bei dem ersten Schaltdruck und oberhalb des ersten Schaltdruckes sowie unterhalb eines zweiten Schaltdruckes, welcher größer als der erste Schaltdruck und kleiner als der Öffnungsdruck der Einspritzdüse ist, den Kraftstoffrücklauf mit der ersten Kraftstoffleitung in einer zweiten Arbeitsstellung fluidleitend verbindet, sowie bei und oberhalb des zweiten Schaltdruckes in einer dritten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf von der ersten Kraftstoffleitung abtrennt.

[0006] Dies hat den Vorteil, dass ein Einspritzsystem ohne Separationszeitempfindlichkeit und mit reduzierten Absteuermengen bei besserer Strahlaufbereitung durch den Entfall einer Sitzdrossel zur Verfügung steht. Das erfindungsgemäße Einspritzsystem erzielt einen geringeren Applikationsaufwand, eine verkürzte Baulänge, ein kleineres Kraftstoffverteilrohrvolumen bzw. Railvolumen (Bauraum) und geringere Steuermengen. In der Folge wird weniger Antriebsleitung für die CR(Common Rail)-Pumpe benötigt sowie der Wirkungsgrad verbessert, was auch einen CO₂-Vorteil bedingt.

[0007] Zweckmäßigerweise ist ein mit dem Injektor über eine Leitung verbundenes Kraftstoffverteilerrohr (Common Rail) oder Kraftstoffspeicher und eine mit dem Kraftstoffverteilerrohr verbundene Hochdruckpumpe vorgesehen, wobei der Kraftstoffrücklauf mit einem Kraftstoffstank verbunden ist.

[0008] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Standdruckeinstellventil als 2/3-Wegeventil ausgebildet.

[0009] Das Standdruckeinstellventil weist beispielsweise einen axial in Abhängigkeit von dem Druck in der Leitung in die drei Arbeitsstellungen verschiebbaren Kolben auf, welcher in der ersten und der dritten Arbeitsstellung an einer Dichtfläche anschlägt. Hierbei weist das Standdruckeinstellventil bevorzugt ein Federelement auf, welches den Kolben in Richtung der ersten Schaltstellung mit Kraft beaufschlagt.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Aktuator für das Mengenventil als Elektromagnet oder Piezoelement oder Magnetorestriktiv ausgebildet.

[0011] Ein kontrolliertes Überströmen von der ersten Kraftstoffleitung in den Kraftstoffrücklauf erzielt man dadurch, dass das Standdruckeinstellventil in der zweiten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf mit der ersten Kraftstoffleitung über eine Drossel verbindet.

[0012] In einer alternativen Ausführungsform ist ein Gegenkolben mit einem Druckraum axial zur Einspritzdüse derart vorgesehen, dass der Gegenkolben bei Druck im Druckraum eine axiale Kraft in Richtung der Schließstellung der Einspritzdüse ausübt. Hierbei ist bevorzugt der Druckraum des Gegenkolbens über eine zweite Kraftstoffleitung mit dem Injektorvolumen verbunden.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mengenventil als 2/2-Wegeventil ausgebildet.

[0014] Zweckmäßigerweise ist in einem Kraftstofftank und/oder im Kraftstoffrücklauf eine Kraftstoffkühlvorrichtung vorgesehen.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1

ein schematisches Schaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems,

Fig. 2

ein schematisches Schaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems,

Fig. 3

ein Standdruckeinstellventil in Form eines 2/3-Wegeventils für ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem in schematischer Schnittansicht in einer Ausgangsstellung (erste Sperrstellung),

Fig. 4

das Standdruckeinstellventil gemäß Fig. 3 in Durchflussstellung mit Drossel,

Fig. 5

das Standdruckeinstellventil gemäß Fig. 3 in zweiter Sperrstellung,

Fig. 6

das Standdruckeinstellventil gemäß Fig. 3 in erster Sperrstellung in vergrößerter Darstellung und

Fig. 7

eine alternative Ausführungsform des Standdruckeinstellventil in schematischer Schnittansicht.

[0016] Die in Fig. 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für einen Dieselmotor, umfasst eine Hochdruckpumpe 10 und ein Kraftstoffverteilrohr bzw. ein Rail 12, von dem zu einem Injektor bzw. Motorzylinder eine Leitung 14 mit einer Drossel 16 abzweigt. Vorliegend ist lediglich aus Gründen einer vereinfachten Darstellung jeweils ein 1-Zylindermotor dargestellt. Der Injektor umfasst im Wesentlichen ein Injektorvolumen 18, ein Mengenventil 20 in Form eines 2/2-Wegeventil, welches beispielsweise von einem Piezoelement oder einem Elektromagnet (nicht dargestellt) angetrieben wird, ein Standdruckeinstellventil 22 in Form eines 2/3-Wegeventils und eine Einspritzdüse 24, mit Düsennadelfeder (passive Düse). Weiterhin weist das Einspritzsystem einen mit dem Kraftstoffverteilrohr 12 verbundenen Raildrucksensor 26, ein den Druck im Kraftstoffverteilrohr 12 regelndes Druckregelventil 28, einen Kraftstofftank 30 sowie eine mit dem Druckregelventil 28, dem Kraftstofftank 30, dem Standdruckeinstellventil 22 und der Einspritzdüse 24 verbundene Leckölleitung 32 auf. Mit 34 ist eine elektrische Steuerung für das Mengenventil 20 bezeichnet. Eine Kraftstoffleitung bzw. Rücklaufleitung 36 verbindet den Kraftstofftank 30 mit dem Standdruckeinstellventil 22 und über das Druckregelventil 28 mit dem Kraftstoffverteilrohr 12. Zur Dämpfung der durch die Kolben der Hochdruckpumpe 10 erzeugten Druckstöße befindet sich; zwischen dem Rail 12 und dem Injektorspeicher 18 mindestens eine Drossel 16. Die Drossel kann in den Injektor bzw. ins Rail 12 integriert sein. Die Leitungslänge der Leitung 14 zwischen Rail 12 und Injektor ist für alle Zylinder gleich. Der Injektorspeicher 18 ist durch eine Aushöhlung des Injektorkörpers erzeugt ausgebildet. Die Einspritzmengenfreigabe erfolgt durch das 2/2-Wegeventil 20 (Mengenventil). Das 2/3-Wegeventil 22 stabilisiert den Standdruck zwischen der Einspritzdüse 24 und dem Mengenventil 20. Das Lecköl fließt, ggf. durch einen Kühler (nicht dargestellt), über die Leckölleitung 32 und die Kraftstoffleitung 36 zurück zum Kraftstofftank 30. Die Leitungen im Injektor sind so kurz wie möglich ausgeführt. Eine erste Leitung 40 verbindet die Einspritzdüse 24 mit dem Mengenventil 20. Ein Anschluss des Standdruckeinstellventils 22 ist mit der ersten Leitung 40 verbunden. Das Mengenventil ist durch eine Feder 44 in Richtung Schließstellung mit Kraft beaufschlagt.

[0017] Das 2/3-Wegeventil 22 weist drei Stellungen auf, die zusätzlich in Fig. 3 bis 5 veranschaulicht sind. In einer ersten Schaltstellung gemäß Fig. 3 ist das 2/3-Wegeventil 22 geschlossen. In einer zweiten Schaltstellung gemäß Fig. 4 verbindet das 2/3-Wegeventil 22 die erste Leitung 40 mit der Rücklaufleitung 36 über eine in dem 2/3-Wegeventil 22 ausgebildete Drossel 46. In einer dritten Schaltstellung gemäß Fig. 5 ist diese Verbindung zwischen der ersten Leitung 40 und der Rücklaufleitung 36 wieder getrennt. Das 2/3-Wegeventil 22 ist derart ausgebildet, dass ein über die erste Leitung 40 im 2/3-Wegeventil 22 anstehender Druck zwischen den zuvor genannten Schaltstellungen umschaltet. Hierbei ist die erste Schaltstellung gemäß Fig. 3 eine Ausgangsstellung des 2/3-Wegeventil 22 bei einem Druck in der ersten Leitung 40 unterhalb einem ersten Schaltdruck. Bei Überschreiten des ersten Schaltdruckes und unterhalb eines zweiten Schaltdruckes in der ersten Leitung 40 wechselt das 2/3-Wegeventil 22 in die zweite Schaltstellung gemäß Fig. 4, wobei Kraftstoff über die Drossel 46 von der Leitung 40 in den Rücklauf 36 strömt. Bei Überschreiten auch des zweiten Schaltdruckes in der ersten Leitung 40 wechselt das 2/3-Wegeventil 22 schließlich in die dritte Schaltstellung gemäß Fig. 5, so dass die Verbindung zwischen erster Leitung 40 und Rücklauf 36 wieder geschlossen ist. Ausgehend von einem Druck oberhalb des zweiten Schaltdruckes in der ersten Leitung 40 wechselt bei nachlassendem Druck dementsprechend das 2/3-Wegeventil 22 nacheinander von der dritten Schaltstellung zurück in die zweite Schaltstellung und schließlich wieder in die erste Schaltstellung. Das 2/3-Wegeventil 22 ist derart ausgebildet, dass der erste Schaltdruck weit unterhalb des Öffnungsdruckes der Einspritzdüse 24 und der zweite Schaltdruck knapp unterhalb des Öffnungsdruckes der Einspritzdüse 24 liegt.

[0018] In Fig. 2 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen funktionsgleiche Teile wie in Fig. 1 und 3 bis 5 bezeichnen, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 und 3 bis 5 verwiesen wird. Zusätzlich zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 umfasst die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2 einen Gegenkolben 38 an der Einspritzdüse 24. Ein Raum für den Gegenkolben 38 ist über eine zweite Leitung 42 mit dem Injektorvolumen 18 verbunden. Dieser Gegenkolben 38 übt eine zusätzliche Schließkraft auf die Einspritzdüse 24 aus.

[0019] Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems anhand der ersten Ausführungsform gemäß der Fig. 1 erläutert. Diese Erläuterung gilt jedoch analog auch für die zweite Ausführungsform gemäß der Fig. 2.

[0020] Erste Einspritzung:

1. Vor der Einspritzung:

a. Die erste Leitung 40 zwischen Mengenventil 20 und Einspritzdüse 24 ist drucklos. Das 2/3-Wegeventil 22 ist geschlossen. Dies ist die Ausgangsstellung des 2/3-Wegeventil 22 gemäß Fig. 3.

b. Das Mengenventil 20 öffnet aufgrund einer Betätigung durch beispielsweise einen Elektromagneten oder ein Piezoelement (nicht dargestellt).

c. Der Druck in der Leitung 40 zwischen Mengenventil 20 und Einspritzdüse 24 steigt, bis er den Öffnungsdruck (erster Schaltdruck) für die 2. Schaltstufe des 2/3-Wegeventils 22 überschreitet und das 2/3-Wegeventils 22 wechselt zur 2. Schaltstellung "Durchfluss mit Drossel 46" (Fig. 4). ,

d. Kraftstoff strömt über die Drossel 46 des 2/3-Wegeventils 22, wie in Fig. 4 dargestellt, in den Rücklauf 36 zum Kraftstofftank 30. Der Druck für die 2. Schaltstufe des 2/3-Wegeventils 22 liegt unter dem Öffnungsdruck der Einspritzdüse 24.

e. Der Druck in der Leitung 40 zwischen Mengenventil 20 und Einspritzdüse 24 steigt weiter. Das 2/3-Wegeventil 22 wechselt bei Überschreiten eines vorbestimmten zweiten Schaltdruckes in der ersten Leitung 40 in die 3. Schaltstufe "zweite Sperrstellung" (Fig. 5). Es sperrt den Durchfluss in die Rücklaufleitung 36 erneut ab. Dieser zweite Schaltdruck ist bevorzugt etwas kleiner als der Öffnungsdruck der Einspritzdüse 24.

2. Einspritzung:

a. Der weiterhin durch das Mengenventil 20 tretende Kraftstoff hebt den Druck in der Leitung 40 zwischen Mengenventil 20 und Einspritzdüse 24 so weit an, dass der Öffnungsdruck der Einspritzdüse 24 überschritten wird und dementsprechend die Einspritzung beginnt.

b. Da der freie Querschnitt des Mengenventils 20 deutlich größer (ca. 4-5 mal) als der der Einspritzdüse 24 ist, tritt keine merkliche Drosselung über das Mengenventil 20 auf. Der Druckverlust ist beispielsweise kleiner als 5% des Druckes in dem Rail 12.

c. Die federbelastete Einspritzdüse 24 "schnappt" auf, d.h. kaum Nadeldrosselung. Die Nadel schaltet quasi digital von zu nach auf.

3. Einspritzende:

a. Das Mengenventil 20 wird durch die Feder 44 geschlossen. Der Druck in der Leitung 40 zwischen Mengenventil 20 und Einspritzdüse 24 fällt sehr schnell ab.

b. Die Einspritzdüse 24 schließt, sobald ein Schließbeginndruck erreicht bzw. unterschritten wird.

c. Das 2/3-Wegeventil 22 bewegt sich in die Mittelstellung (Fig. 4). Über die Drossel 46 in dem 2/3-Wegeventil 22 fließt zusätzlich Kraftstoff aus der Leitung 40 in den Rücklauf 36 ab, so dass der Druckabfall in der Leitung 49 beschleunigt wird.

d. Die Einspritzdüse 24 schließt, wobei aufgrund des schnellen Druckabfalls in der ersten Leitung 40 während der Schließphase wenig Kraftstoff austritt. Daraus folgt eine gute Zerstäubung ohne Sitzdrosselung (siehe auch SAE 2003-01-0698). Die zum Mengenventil 20 rücklaufende Druckwelle aufgrund des Schließens der Einspritzdüse 24 wird über die Drossel 46 in dem 2/3-Wegeventil 22 abgebaut. Ein Nachspritzen der Einspritzdüse 24 wird dadurch funktionssicher vermieden.

e. Sobald der Standdruck (erster Schaltdruck) in der Leitung 40 zwischen Mengenventil 20 und Einspritzdüse 24 erreicht wird, schließt das 2/3-Wegeventil 22 und es bewegt sich in die Grundstellung zurück (Fig. 3). Der Standdruck bleibt erhalten.

4. Folgende Einspritzungen:
Wie oben, wobei jedoch die Leitung 40 bereits unter Standdruck steht und nicht mehr so weit vorgespannt werden muss. Das Öffnen des Mengenventils 20 bewirkt sofort ein Überschreiten des ersten Schaltdruckes in der Leitung 40 und dementsprechend ein Schalten des 2/3-Wegeventils 22 in die 2. Schaltstufe. Der restliche Ablauf wie unter Punkten 3. und 4 oben ist analog. Der Standdruck verhindert Kavitation und ein unbekanntes "Luftvolumen" in der Leitung. Weiterhin ergibt sich ein Wirkungsgradvorteil durch vorweggenommene Kraftstoffkompressibilität.

Kleinstmengen (fakultativ):

[0021] Um Einfluss auf den Einspritzverlauf zu nehmen bzw. die Dosierfähigkeit bei Kleinstmengen zu verbessern, wird der Aktuator, der das Mengenventil 20 betätigt, optional derart angesteuert, dass das Mengenventil 20 lediglich einen Teilhub ausführt. Die Einspritzrate wird durch Drosselung über das Mengenventil 20 dargestellt. Da es sich um ein 2/2-Wegeventil 20 handelt führt diese Drosselung nicht zu einer Reduktion des volumetrischen Wirkungsgrades. Gegenüber einer Sitzdrosselung in der Einspritzdüse, wie beispielsweise bei herkömmlichen, bekannten CR(Common Rail)-Systemen vorgesehen, ist die Gemischbildungsgüte verbessert. Die Sitzdrosselung führt zu Kavitation vor und in den Düsenlöchern und damit zu einer unregelmäßigen bzw. ungleichmäßigen Verteilung des Kraftstoffes auf die einzelnen Einspritzlöcher.

[0022] Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 wirkt ein ständig durch den Druck im Injektorspeicher 18 vorgespannter Kolben 38 zusätzlich auf die Rückseite der Düsennadel 24 ein. Dadurch steigt der Düsenöffnungs- und -schließdruck mit dem Raildruck an. Dies erlaubt einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Abstimmung des Einspritzsystems. Die Funktion entspricht der der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1, wie zuvor beschrieben.

[0023] Das Mengenventil 20 ist zu 100% statisch druckausgeglichen, um die Betätigungskräfte zu minimieren. Zusätzlich ist das Mengenventil 20 größtenteils dynamisch druckausgeglichen ausgebildet..Der effektive Querschnitt des Mengenventils 20 ist beispielsweise 4 mal, bevorzugt 4 1/2-mal so groß wie der der Einspritzdüse 24, damit kein merklicher Druckverlust über das Mengenventil 20 auftritt. Das 2/3-Wegeventil 22 ist in der Ausgangstellung (Fig. 3) ein Sitzventil. Die 2. Schaltstellung und die 3. Schaltstellung werden über Spalte abgedichtet (Schieberventil), wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich. Die Sitzabdichtung in der Ausgangsstellung (Fig. 3) erlaubt ein sicheres Halten des Standdrucks, da keine Leckage über das geschlossene Ventil 22 auftritt. Die durch das Ventil 22 durchtretende Menge lässt sich bei der Ausführung gemäß Fig. 6 über die Länge eines Stopfens 48, der einen Drosselquerschnitt (Drosselkante) freigibt, einstellen. Alternativ kann dies über die Abstimmung der (Quer-) Bohrungsdurchmesser im Ventilschieber erfolgen.

[0024] Eine Vergrößerung der Druckspreizung zwischen den ersten Schaltstellungen (Fig. 3) und der dritten Schaltstellung (Fig. 5) lässt sich dadurch erzielen, dass der Sitz des Sitzventils auf einen größeren Durchmesser gelegt wird als der Schieberdurchmesser, wie in Fig. 7 dargestellt. Mit 50 ist der Dichtdurchmesser für die Ausgangsstellung (erste Schaltstellung) analog Fig. 3 bezeichnet. Mit 52 ist der Dichtdurchmesser für die dritte Schaltstellung analog Fig. 5 bezeichnet. Die Drücke, und damit die erforderlichen Federkräfte, verhalten sich wie die zu den Durchmessern gehörigen Flächen auf denen abgedichtet wird. Der auf die obere Stirnfläche wirkende Leitungsdruck verschiebt den Ventilschieber. Die Federkraft und die Federsteifigkeit, zusammen mit dem Ventilweg bestimmen die Drücke für die beiden Schaltstufen. Der Anschluss der Stich leitung zum 2/3-Wegeventil 22 befindet sich in unmittelbarer Nähe zum Mengenventil 20, um dort die rücklaufende Druckwelle nach dem Schließen der Einspritzdüse 24 "einzuebnen" bzw. zu absorbieren.

[0025] Es ergibt sich eine geringere Mengenstreuung durch direkte Freigabe der Einspritzmenge. Die Einspritzmenge wird direkt über das Mengenventil 20 dosiert. Damit entfallen die Fehler aus der Steuerkette eines üblichen Injektors. Bei diesen wird über einen Elektromagneten oder einen Piezoaktuator ein Vorsteuerventil bewegt. Dieses wiederum entlastet die Rückseite der Einspritznadel. Diese hebt vom Nadelsitz ab und die Einspritzung beginnt. Um die Einspritzung zu beenden wird das Vorsteuerventil geschlossen, was zu einem Druckaufbau auf der Rückseite der Einspritznadel und zur Initiation der Schließbewegung führt.

[0026] Nachfolgend wird die Dämpfung bzw. Verhinderung der Druckwellenwirkung auf die Einspritzmenge näher erläutert. Die meist mit 2/2-Wegeventilen durchgeführte, Vorsteuerung führt dazu, dass die Absteuermenge bedeutsam wird. Bei kleinen Einspritzmengen, beispielsweise Voreinspritzungen von 1 mg, beträgt die Absteuermenge ein Mehrfaches der Einspritzmenge. Die Absteuermenge wird, genau wie die Einspritzmenge, dem Injektor und damit der Kraftstoffverteilleiste entzogen. Dieser Mengenverlust löst eine starke Druckwelle aus. Diese Druckwelle führt ihrerseits zum Effekt der sich verändernden Einspritzmenge in Abhängigkeit des Abstandes zwischen zwei Einspritzungen. Um die Wirkung der Druckwellen zu minimieren werden bei der vorliegenden Erfindung folgende Maßnahmen ergriffen:

1. Die gesamte dem System entzogenen Menge (Absteuer- und Einspritzmenge) ist minimiert, da damit die Anregung der Druckwellen minimiert wird.

2. Die Leitungslänge zwischen dem Mengenventil bzw. Vorsteuerventil 20 ist minimiert, damit die Störung möglichst hochfrequent ist. Je größer die Frequenz der Schwingung, desto größer wird die Dämpfung, d.h. die Zeit, nach der die Störung abgeklungen ist, verkürzt sich.

3. Die Druckwelle wird nah am Entstehungspunkt gedämpft. Die Dämpfung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem durch die kombinierte Anwendung eines Volumens (Injektorspeicher 18) und der Drossel 46.

[0027] Durch die Kombination der drei vorgenannten Maßnahmen wird die Druckwelle wirksam beruhigt, was den Mengeneffekt auf die einzelnen Einspritzungen minimiert.

[0028] Weiterhin ergeben sich Wirkungsgradvorteile, d.h. geringere Absteuermengen. Die Einspritzmenge entspricht der aus dem Speicher entnommenen Menge unter Berücksichtigung der kleinen Menge die beim Druckaufbau und Druckabbau durch das 2/3-Wegeventil 22 entweicht. Diese Absteuermenge ist unabhängig von der Einspritzmenge, sie wird leicht durch den Speicherdruck beeinflusst. Die Absteuermenge ist klein (<2mm³).

[0029] Die Betriebsicherheit wird durch das 2/3-Wegeventil 22 gesteigert, da kleine Leckagen (undichtes Mengenventil) durch verschieben des 2/3-Wegeventils 22 in die zweite Schaltstellung (Fig. 4) abgefangen werden, ohne das es zu einer Dauereinspritzung kommt.

[0030] Durch eine Weg-/Geschwindigkeitsmessung der Nadel des 2/3-Wegeventils 22 und/oder der Düsennadel 24 kann eine für die OBD verwertbare Rückmeldung über den Zustand des Einspritzsystems erzeugt werden:

a. Innere Leckage über 2/3-Wegeventil

b. Einspritzdauer bzw. Spritzverzug über Düsennadel bzw. 2/3-Wegeventilsensierung

[0031] Es wird weiterhin eine Baulänge sparende Bauweise insbesondere für 2-V-Motoren (Schrägeinbau) und MSV-Konzepte (MSV = Mehrstufenverbrennung) erzielt mit einer Länge < 130mm bzw. < 100mm. Der Injektorspeicher 18 ist groß dimensioniert und in Richtung der Einspritzdüsennadelachse orientiert. Der Aktuator ist grob in Richtung der Einspritzdüsennadelachse orientiert (auf Düse). Der Injektorspeicher 18 und der Hochdruckanschluss sind seitlich angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist auch als Einspritzventilsteuerung für den CRID einsetzbar. In diesem Fall kommt an die Stelle des Injektorspeichers 18 der Druckverstärker des CRID.

Bezugszeichenliste

[0032] 

10

Hochdruckpumpe

12

Kraftstoffverteilrohr bzw. ein Rail

14

Leitung

16

Drossel

18

Injektorvolumen

20

Mengenventil / 2/2-Wegeventil

22

Standdruckeinstellventil / 3/2-Wegeventil

24

Einspritzdüse

26

Raildrucksensor

28

Druckregelventil

30

Kraftstofftank

32

Leckölleitung

34

Steuerung für das Mengenventil 20

36

Kraftstoffleitung / Rücklaufleitung

38

Gegenkolben

40

erste Kraftstoffleitung

42

zweite Kraftstoffleitung

44

Feder

46

Drossel in 2/3-Wegeventil 22

48

Stopfen

50

Dichtdurchmesser für die Ausgangsstellung (erste Schaltstellung)

52

Dichtdurchmesser für die dritte Schaltstellung

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und wenigstens einem Injektor pro Arbeitszylinder zum Einspritzen von Kraftstoff in jeweils einen Arbeitszylinder, wobei der Injektor ein Mengenventil (20) und eine mit dem Mengenventil (20) über eine erste Kraftstoffleitung (40) verbundene Einspritzdüse (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Standdruckeinstellventil (22) vorgesehen ist, welches einerseits mit der ersten Kraftstoffleitung (40) und andererseits mit einem Kraftstoffrücklauf (36) verbunden ist, wobei das Standdruckeinstellventil (22) derart ausgebildet ist, dass dieses unterhalb eines ersten Schaltdruckes in der ersten Kraftstoffleitung (40), welcher kleiner ist als ein Öffnungsdruck der Einspritzdüse (24), in einer ersten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf (36) von der Leitung (40) abtrennt, bei dem ersten Schaltdruck und oberhalb des ersten Schaltdruckes sowie unterhalb eines zweiten Schaltdruckes, welcher größer als der erste Schaltdruck und kleiner als der Öffnungsdruck der Einspritzdüse (24) ist, den Kraftstoffrücklauf (36) mit der ersten Kraftstoffleitung (40) in einer zweiten Arbeitsstellung fluidleitend verbindet, sowie bei und oberhalb des zweiten Schaltdruckes in einer dritten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf (36) von der ersten Kraftstoffleitung (40) abtrennt.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Injektor über eine Leitung (14) verbundenes Kraftstoffverteilerrohr (12) (Common Rail) oder Kraftstoffspeicher und eine mit dem Kraftstoffverteilerrohr (12) verbundenen Hochdruckpumpe (10) vorgesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffrücklauf (36) mit einem Kraftstofftank (30) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standdruckeinstellventil (22) als 2/3-Wegeventil ausgebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standdruckeinstellventil (22) einen axial in Abhängigkeit von dem Druck in der Leitung (40) in die drei Arbeitsstellungen verschiebbaren Kolben aufweist, welcher in der ersten und der dritten Arbeitsstellung an einer Dichtfläche anschlägt.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Standdruckeinstellventil (22) ein Federelement aufweist, welches den Kolben in Richtung der ersten Schaltstellung mit Kraft beaufschlagt.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator für das Mengenventil (20) als Elektromagnet oder Piezoelement oder Magnetorestriktiv ausgebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standdruckeinstellventil (22) in der zweiten Arbeitsstellung den Kraftstoffrücklauf (36) mit der ersten Kraftstoffleitung (40) über eine Drossel (46) verbindet.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenkolben (38) mit einem Druckraum axial zur Einspritzdüse (24) derart vorgesehen ist, dass der Gegenkolben (38) bei Druck im Druckraum eine axiale Kraft in Richtung der Schließstellung der Einspritzdüse (24) ausübt.

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum des Gegenkolbens (38) über eine zweite Kraftstoffleitung (42) mit dem Injektorvolumen (18) verbunden ist.

11. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenventil (20) als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist.

12. Kraftstoffeinspritzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kraftstofftank (30) und/oder im Kraftstoffrücklauf (36) eine Kraftstoffkühlvorrichtung vorgesehen ist.

Zeichnung