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Dokumentenidentifikation DE10102684A1 08.08.2002
Titel Vorrichtung zur Formung eines flexiblen Einspritzdruckverlaufes mittels eines schaltbaren Aktors
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Potschin, Roger, 74336 Brackenheim, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, Isenbruck, 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 22.01.2001
DE-Aktenzeichen 10102684
Offenlegungstag 08.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.08.2002
IPC-Hauptklasse F02M 45/04
IPC-Nebenklasse F02M 47/06   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit einem von einem Injektorgehäuse (2) umschlossenen Injektor (3), dessen Steuerraum (12) mit einem Steuervolumen beaufschlagt wird und Steuerventilen (14, 15) zum Druckaufbau bzw. zur Druckentlastung am Düsenraum (10) des Injektors (3) und am Steuerraum (12) des Injektors (3) enthalten sind. Die Steuerventile (14, 15; 35) sind parallel zueinander angeordnet. Sie sind nebenwirkungsfrei über einen Kopplungsraum (11) hydraulisch miteinander gekoppelt und werden mittels eines in unterschiedliche Hubniveaus schaltbaren Aktors (13) betätigt.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Formung eines flexiblen Einspritzdruckverlaufes, mit der einerseits ein höherer Freiheitsgrad hinsichtlich der Konstruktion und Auslegung eines Einspritzsystems für unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs erzielt werden kann und andererseits die Einspritzdruckverläufe sich an die unterschiedlichsten Rahmen - und Einsazbedingungen eines Einspritzsystems anpassen lassen. Bei heutigen Lösungen von Einspritzsystemen für Kraftstoff wird generell eine Reduktion der beweglichen Bauteile und damit einhergehend eine Reduktion der Teilevielfalt angestrebt.

Stand der Technik

Aus EP-0-823-549-A2 und EP-0-823-550-A1 sind Vorrichtungen zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen entweder ein variabler Düsenöffnungsdruck eingestellt werden kann oder sich eine der Haupteinspritzphase vorgelagerte der Druckaufbauphase (Boot- Phase) realisieren lässt. Zur Einstellung eines variablen Düsenöffnungsdruckes am Injektor für Kraftstoff wird der Ausfluss von Kraftstoff aus einem Düsennadelsteuerraum gesteuert, wobei bei diesen Lösungen Magnetventile eingesetzt werden. Die Magnetventile werden bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen oberhalb der Steuerventile angeordnet und erhöhen somit die Bauhöhe des Kraftstoffinjektors. Damit ergeben sich bei Konstruktion und Einbau dieser Ventile an Verbrennungskraftmaschinen zusätzliche Restriktionen, denen Rechnung zu tragen ist, um eine ordnungsgemäße Funktion des Einspritzsystems zu gewährleisten.

Da der variable Düsenöffnungsdruck bei dem aus EP-0-823-550-A1 bekannten Injektor durch Ausfluss eines Steuervolumens aus dem Düsennadelsteuerraum erfolgt, ist zu berücksichtigen, dass sich bei dieser Lösung aus dem Stand der Technik Zwischenstellungen der die Druckbeaufschlagung steuernden Steuerventile nur träge ändern und kürzere Schaltzeiten nur schwierig zu erzielen sind, was jedoch insbesondere bei höheren Drehzahlen bei Kraftstoffeinspritzsystemen sehr wichtig ist.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff, wobei der Kraftstoff unter einem extrem hohen Druck steht, lassen sich eine Voreinspritzphase, eine Haupteinspritzphase sowie eine der Haupteinspritzphase vorgelagerte Druckaufbauphase, ein variabler Düsenöffnungsdruck sowie eine Nacheinspritzung bei einem generell höheren Druckniveau einstellen. Daneben ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Absteuerrate des Pumpendruckes einstellbar. Gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich dieses durch einen den Druckaufbau und die Druckentlastung im Düsenraum des Injektors bzw. im Steuerraum des Injektors beeinflussenden Aktor realisieren, der über eine diesem zugeordnete Spannungsregelung mehreren Spannungs- bzw. Stromniveaus ausgesetzt werden kann, sodaß sich mehrere voneinander verschiedene Hubniveaus in Bezug auf die Vertikalbewegung des Aktors erzielen lassen.

Der Aktor kann in vorteilhafter Weise als ein Piezoaktor ausgebildet sein. Mit diesem Piezoaktor sind mehrere Funktionen realisierbar, sodaß ein zweiter Aktor entbehrlich ist. Damit lässt sich ein einfacher Steuergeräteaufbau realisieren, wobei insbesondere ein einfacherer Stecker durch eine geringere Anzahl vorzuhaltender Einsteckpins erzielbar ist, ein einfacherer Aufbau der Endstufe erzielbar ist sowie eine geringere Verlustleistung am Steuergerät bewirkt wird. Dadurch lässt sich das Steuergerät insgesamt kostengünstiger herstellen.

Gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind die den Druckaufbau bzw. die Druckentlastung von Steuerraum bzw. Düsenraum bewirkenden Steuerventile über einen Kopplungsraum hydraulisch miteinander gekoppelt, wobei der die Steuerventile betätigende Piezoaktor räumlich von diesen entkoppelt angeordnet werden kann. Dadurch stellt sich bei der Konstruktion des Hydraulikmoduls zur Steuerung der Steuerventile ein höherer Freiheitsgrad für die Konstruktion ein, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, die Steuerventile parallel zueinander anzuordnen. Eine parallele Anordnung der sich im wesentlichen längs erstreckenden Steuerventile gestattet eine kompaktere Bauform des Hydraulikmodules, wo hingegen beim Einsatz von Magnetventilen die Magnete der Ventile stets oberhalb der zu betätigenden Ventile aufgenommen sind. Bei der Magnetventillösung stellt sich daher eine im Gegensatz zur vorgeschlagenen Lösung höhere Bauhöhe ein.

Durch die parallele Anordnung der Steuerventile können diese unabhängig voneinander gefertigt werden und lassen sich insbesondere unabhängig voneinander einstellen, sodaß Toleranzen an einem Ventil oder die Änderung der Funktionsgröße an einem Ventil keine funktionale Änderung des anderen Ventils als zwangsläufige Folge nach sich zieht. Funktionsgrößen an den Steuerventilen sind beispielsweise der Ventilhub und die den Steuerventilen jeweils zugeordneten Druckfedern erzeugte Ventilvorspannkräfte. Eine Veränderung des Ventilhubes über die Ventillebensdauer eines erfindungsgemäß konfigurierten Steuerventiles wirkt demnach nicht zurück auf das Hubverhalten des weiteren Steuerventils im Hydraulikmodul.

Mit dem extrem schnelle Schaltzeiten realisierenden Piezoaktor, der über eine hydraulische Kopplung die beiden Steuerventile des Hydraulikmodules parallel beaufschlagt, lassen sich die für kurze Vor- bzw. Nacheinspritzphase geforderten extrem geringen Schaltzeiten problemlos realisieren. Mit dem Piezoaktor lassen sich darüber hinaus stabile Zwischenhübe der Ventilsteuerkörper der Steuerventile einstellen, da der am Piezoaktor einstellbare Hub durch das entsprechend anliegende Spannungs- bzw. Stromniveau signifikant bestimmt wird.

Das zweite Steuerventil des Hydraulikmoduls schaltet lediglich zwischen Hochdruck und Niederdruckniveau hin und her und wird nicht in einen Zwischenhubzustand geschaltet. Dadurch gestaltet sich die Auslegung des zweiten Steuerventiles wesentlich einfacher, da dieses nicht druchausgeglichen zu sein braucht. Damit lässt sich als zweites Steuerventil im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzsystem ein einfaches Serienventil einsetzten.

Ein weiterer zusätzlicher mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ein hergehender Vorteil ist der Umstand, dass durch die Beeinflußbarkeit der Absteuerrate des Steuervolumens die Geräuschemmision im Pumpenteil des erfindungsgemäß konfigurierten Einspritzsystemes herabgesetzt werden kann.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Die Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Druckaufbau/Druckentlastung eines Kraftstoff einspritzenden Injektors,

Fig. 2 die über die Zeitachse aufgetragenen Phasen des Kraftstoffeinspritzvorgangs,

Fig. 3, 4 die Gegenüberstellung von Einspritzdüsendruck und Aktorhub,

Fig. 5 die alternative Ausgestaltungsmöglichkeit des Einspritzsystemes mit zwei 2/2- Wegeventilen anstelle eines 2/3-Wegeventiles gemäß Fig. 1,

Fig. 6 eine Ausgestaltungsmöglichkeit eines Injektors,

Fig. 7 die detaillierte Darstellung des Injektors gemäß Fig. 6,

Fig. 8 die perspektivische Ansicht des Hydraulikmodules eines Kraftstoff einspritzenden Injektors und

Fig. 9 den Querschnitt durch das perspektivisch dargestellte Hydraulikmodul gemäß Fig. 8.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt die Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Druckaufbaus/Druckentlastung eines Kraftstoff einspritzenden Injektors.

Der Prinzipskizze gemäß Fig. 1 ist entnehmbar, dass das dort dargestellte Einspritzsystem einen in einem Gehäuse 2 aufgenommenen Injektorkörper 3 enthält. Mittels des Injektorkörpers 3 ist eine Düse 22, welche über einen im Injektorgehäuse 2 enthaltenen Düsenraum 10 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar ist, zu öffnen bzw. zu verschließen. Der Düsenraum 10 des Injektorgehäuses 2 wird über eine Druckleitung 9 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Die Druckleitung 9 steht mit einem Pumpenraum 4 in Verbindung. Im Pumpenraum 4 wird ein Kraftstoffvolumen mittels eines Kolbens verdichtet, welcher einen Kolbenteller 6 aufweist. Der Kolbenteller 6 wird einerseits durch ein Federelement 5 vorgespannt und ist andererseits an seiner dem Federelement gegenüberliegenden Oberseite durch einen Nocken 7, der exzentrisch an einer antreibbaren Welle 8 gelagert ist, in vertikaler Richtung oszillierend auf und ab bewegbar.

Das aus dem Pumpenraum 4 austretende hochverdichtete Kraftstoffvollumen tritt in die Druckleitung 9 ein und wird über diese einerseits in den Düsenraum 10 des Injektorgehäuses 2 des Einspritzsystemes eingeleitet und andererseits über eine Zulaufleitung 16, in der eine Zulaufdrossel 17 aufgenommen ist, in einen Steuerraum 12 eingeleitet, der im oberen Teil des Injektorgehäuses 2 aufgenommen ist. Von der Druckleitung 9 zweigt eine Rücklaufleitung 24 ab, die unter Zwischenschaltung eines noch näher zu beschreibenden ersten Steuerventiles 14 in ein Kraftstoffreservoir 21 mündet.

Der Steuerraum 12 im Injektorgehäuse 2 des Injektors des in Fig. 1 dargestellten Einspritzsystemes ist neben einer Zulaufleitung 16 mit einer Rücklaufleitung verbunden, in der eine Ablaufdrossel 18 aufgenommen ist. Die Rücklaufleitung 24 mündet ebenfalls in den Kraftstoffreservoir 21. Die Rücklaufleitung 24 passiert ein weiteres Steuerventil 15, welches unmittelbar der Ablaufdrossel 18 in der Rücklaufleitung 24 nachgeschaltet ist.

Oberhalb der beiden bereits erwähnten Steuerventile 14 bzw. 15 ist ein Aktor 13 aufgenommen, der in vorteilhafter Ausführungsweise als Piezoaktor beschaffen ist. Durch die Variabilität des Hubweges des Aktorkolbens in vertikale Richtung lassen sich durch geeignete Beschaltung des Piezoaktors unterschiedlichen Hubniveaus am Kolben einstellen. Da die über den Kopplungsraum 11 hydraulisch miteinander gekoppelten Steuerventile 14 bzw. 15 gemäß der Darstellung von Fig. 1 parallel mit dem im Kopplungsraum 11 aufgenommenen Steuervolumen beaufschlagt werden, kann der die Steuerventile 14 bzw. 15 beaufschlagende Piezoaktor räumlich von diesen untergebracht werden. Dadurch ist eine größere Konstruktionsfreiheit bei der Gestaltung der Steuerventile 14, 15 gegeben. Die Steuerventile 14 bzw. 15 lassen sich dadurch beispielsweise parallel zueinander anordnen, was die Bauhöhe eines erfindungsgemäß konfigurierten Injektors erheblich verringert. Im Gegensatz zur Anordnung von Magnetventilen, bei der die Steuerventile 14 bzw. 15 und die diese ansteuernden Magneten übereinander montiert werden müssen, ergibt sich eine geringere Bauhöhe eines erfindungsgemäß gestalteten Injektors.

Aus der Konfiguration gemäß Fig. 1 geht hervor, dass das erste Steuerventil 14 ein 2/3- Wegeventil ist, welches über eine Rückstellfeder 19 in seine Ruhelage positionierbar ist. Das 2/3-Wegeventil, d. h. Steuerventil 14 erreicht in seiner ersten Position 14.1 seine Schließstellung, wohingegen in der mit 14.2 bezeichneten Position eine dem Drosselquerschnitt entsprechende Absteuerrate, d. h. das Volumen des abzublasenden Kraftstoffdruckes über die Rückleitung 24 in dem Kraftstofftank 21 variierbar ist. In der dritten Stellung 14.3, welche mit dem ersten Steuerventil 14 realisierbar ist, fließt das Kraftstoffvolumen, wie in Fig. 1, dargestellt durch den Absteuerquerschnitt am offenen Ventil über die Rückleitung 24 in das Kraftstoffreservoir 21 zurück.

Demgegenüber ist das weitere Steuerventil 15 gemäß Fig. 1 als ein 2/2 Wegeventil gestaltet, welches lediglich eine Schließstellung 15.1 und eine Durchschlussstellung 15.2 realisieren kann. Dem weiteren Steuerventil 15 unmittelbar vorgeschaltet befindet sich in der Rücklaufleitung 24 die Ablaufdrossel 18. Dem weiteren Steuerventil 15 ist darüber hinaus eine Rückstellfeder 20 zugeordnet, mit welchem das Steuerteil des weiteren Steuerventil 15 bei Entlastung des Kopplungsraumes 11 durch Ausfahren des Aktorkolbens 13 aus diesem in seine Ruheposition zurückführt.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht in schematischer Form der Verlauf eines Einspritzvorganges aufgetragen über der Zeitachse hervor.

Mit Bezugszeichen 25 ist die Achse des Koordinatensystems bezeichnet, auf welchem das sich einstellende Druckniveau unterhalb der Düsennadel 22 ablesbar ist, während die andere Achse des Koordinatensystems gemäß Fig. 2 die Zeitachse darstellt. Die Einspritzung lässt sich im Wesentlichen in eine Voreinspritzung 26, eine sich an diese anschließende Haupeinspritzung mit vorgelagerter Druckaufbauphase 27 sowie eine nach Ende der Haupteinspritzung erfolgende Nacheinspritzung 29 aufteilen. Die Voreinspritzung 26 von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff erfolgt durch kurzzeitiges Öffnen bzw. Schließen des ersten Steuerventiles 14 oder 15 bei hohem Druck. Das erste Steuerventil 14, sei es als ein 2/3-Wegeventil ausgelegt oder wie weiter unten noch dargestellt wird aus zwei 2/2- Wegeventilen aufgebaut, kann in drei Schaltstellungen 14.1, 14.2 und 14.3 geschaltet werden. Ist der Piezoaktor 13 spannungslos, wird der durch den Pumpenhub geförderte Kraftstoff durch den Absteuerquerschnitt am offenen Ventil in Stellung 14.3 des Ventilsteuerkörpers ausgeschoben. Der Kraftstoff fließt direkt über die Rücklaufleitung 24 in das Kraftstoffreservoir 21.

In der über eine Variation der Spannungsregelung bzw. des Stromniveaus am Piezoaktor 13 erreichbaren weiteren Schaltpossition 14.2 des ersten Steuerventiles 14 wird dieses auf einen geringeren Absteuerquerschnitt geschaltet, angedeutet durch das in Fig. 1 mit Positionszeichen 14.2 dargestellte Drosselsymbol. In 14.2 ist somit gezieltes Abblasen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff möglich, sodaß sich nicht der volle Pumpendruck einstellt, sondern sich ein niedrigeres Einspritzdruckniveau einstellt, welches gemäß Bezugszeichen 27 in der Darstellung gemäß Fig. 2 während der Druckaufbauphase, die einer Haupteinspritzung vorgelagert ist, gehalten wird. Der sich einstellende Druck während der Druckaufbauphase 27 ist abhängig vom in Schaltposition 14.2 am ersten Steuerventil 14realisierbaren Absteuerquerschnitt, der Pumpendrehzahl, der Pumpenkolbenfläche sowie des Profils des Nockens 7 dem Düsendurchfluss durch die Einspritzdüse 21.

In der Stellung 14.3 schließt das erste Steuerventil 1 vollständig ab, so daß sich ein Druckanstieg mit maximalem Gradienten 28.3 einstellen lässt (Vergleiche Verlauf des Öffnungsdruckes 28 zu Beginn der Haupeinspritzung). Für die Druckverläufe 28.1 und 28.3 muß das erste Ventil und das zweite Steuerventil 15 geschlossen bleiben (14.1 und 15.1). Es baut sich ein Druck in der Pumpe auf, ohne dass die Düsennadel 3 bzw. 22 öffnet. Der Öffnungsdruck wird gewährt durch den Zeitpunkt, zu dem das weitere Steuerventil 15 in Stellung 15.2 geschaltet wird. Die Düsennadel 3/22 öffnet bei angehobenem Druckniveau, so dass sich der Druckverlauf zwischen einem dreieckförmigen bis zu einem annähernd rechteckförmigen Verlauf 27, 28.3 ohne Bootphase bzw. 28.2 einstellt. Gemäß des in Fig. 2 dargestellten Doppelpfeiles lassen sich auch weitere Druckverläufe zu Beginn der Haupteinspritzphase realisieren.

Während der Druckaufbauphase 27 sowie der sich an diese anschließende Haupeinspritzphase bleibt das weitere Steuerventil 15 in seiner geöffneten Stellung 15.2, sodaß sich im Steuerraum 12 im Injektorgehäuse 2 entsprechend der Dimensionierung von Zulaufdrossel 17 bzw. Ablaufdrossel 18 ein niedriger Druck einstellt. Die Düsennadel der Düse 22, auf welche die Kraft des Steuerkolbens 3 wirkt, kann öffnen. Wird das weitere Steuerventil 15 durch eine weitere Anhebung der Steuerspannung bzw. Stromniveaus am Aktor 13 geschlossen, stellt sich im Steuerraum 12 der Pumpenhochdruck ein, so daß die Nadel der Düse 22 wieder geschlossen wird. Zur Realisierung der in Fig. 2 dargestellten Nacheinspritzung 29 wird das weitere Steuerventil 2 kurz geöffnet und anschließend wieder geschlossen.

Damit lässt sich eine aktive Nadelhubsteuerung für die Nadel der Düse 22 zu Beendigung der Haupteinspritzphase erzielen, obwohl der Druck im Pumpenraum 4 aufrecht erhalten bleibt.

Bei Rückstellung des Aktors 13 in seiner Ausgangslage fährt das erste Steuerventil 14 in Position 14.3 und gibt dabei den vollen Absteuerquerschnitt frei. Dadurch wird der Druck im Pumpenraum 4 schnellstmöglich abgebaut, wohingegen bei der Mittelstellung 14.2 des ersten Steuerventils 14 nur ein geringerer Absteuerquerschnitt freigegeben wird, so dass sich die Druckentlastung (spill rate) langsamer vollzieht und sich das Pumpengeräusch absenkt.

Aus den Fig. 3 und 4 geht die Gegenüberstellung von sich einstellenden Einspritzdüsendruck und dazugehöriger Aktorhubstellung näher hervor.

Mit Bezugszeichen 25 sich einstellende Druckverlauf an der Einspritzdüse 22 gekennzeichnet, der sich im Wesentlichen in eine Voreinspritzphase 26, eine dieser nachgeordnete Druckaufbauphase 27 sowie eine Haupteinspritzphase 30 unterteilen lässt. An diese schließt sich eine Nacheinspritzphase 29 an.

Im darunterliegenden Diagramm ist der sich einstellende Aktorhubverlauf 31 über der Zeitachse aufgetragen, wobei mit Bezugszeichen 32 auf der den Aktorhubweg identifizierenden Achse 31 ein Maximalhub ablesbar ist. Mit den in horizontale Richtung verlaufenden gestrichelten Linien, die mit den Bezugszeichen 33 und 34 bezeichnet sind (hier schließen das erste Ventil und das zweite Steuerventil), lassen sich ein erstes Hubniveau 33 sowie ein zweites Hubniveau 34 des Aktors 13 näher charakterisiert, der vorzugsweise als ein Piezoaktor ausgebildet ist. Zur Erzeugung der Voreinspritzung 26 fährt der Kolben des Aktors 13 über das erste Hubniveau 34 hinaus in den Kopplungsraum 11 ein und bewirkt dadurch eine sich einstellende Einspritzung einer geringen Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine. Dies ist ein erstes Ansteuerungsbeispiel. Die Verläufe 28.1 und 28.2 lassen sich auch durch die gestrichelte Ansteuerungsmöglichkeit erreichen. Danach fährt der Aktor 13 in seine Ruhestellung zurück, um zur Erzielung einer Druckaufbauphase 27 teilweise wieder in den Kopplungsraum 11 einzufahren und die beiden dort miteinander hydraulisch gekoppelten Steuerventile 14 und 15 anzusteuern. Der Kolben des Aktors 13 verdrängt ein höheres Volumen aus dem Kopplungsraum 11 während der Haupeinspritzphase 30 und wird gegen Ende der Haupteinspritzphase in seine Maximalposition 32 geschaltet. In dieser verbleibt der Aktorkolben, bis während der Nacheinspritzung 29 eine Rückstellung bis auf das während der Haupteinspritzphase 30 herrschende Hubniveau eintritt. Danach stellt sich nach Abschluss der Nacheinspritzphase 29 eine Druckentlastungsphase 41 ein.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 5 geht eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit des Einspritzsystemes mit 2/2 Wegeventilen hervor, welche das 2/3 Vegeventil gemäß Fig. 1 ersetzen. Bei dieser Ausgestalltungsvariante wird der Kopplungsraum 11 ebenfalls über einen Kolben eins Aktors beispielsweise eines Piezoaktors 13 beaufschlagt. Im Unterschied zur in Fig. 1 wiedergegebenen Prinzipskizze steht das erste Steuerventil 14 aus zwei parallelgeschalteten 2/2-Wegeventilen 14 bzw. 35. Ferner ist das 2/2-Wegeventil 35 mit einer diesem vorgeschalteten Gleichdruckventil 36 versehen.

Analog zur in Fig. 1 dargestellten Prinzipskizze des Einspritzsystemes 1 ist dem weiteren Steuerventil 15 eine ablaufseitige Drossel 18 vorgeschaltet, welche in Position 15.2 des weiteren Steuerventiles 15 mit dem Kraftstoffreservoir 21 verbunden werden kann. Analog zur in Fig. 1 dargestellten Prinzipskizze wird über die Zulaufleitung 16 der Steuerraum 12 des Injektors 3 über eine Zulaufdrossel 17 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, wobei die Zulaufleitung 16 von der Druckleitung 9 zum Düsenraum 10 des Injektorgehäuses 2 abzweigt. Mit der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsvariante wird das in Fig. 1 dargestellte 2/3-Wegeventil, welches in drei Schaltstellungen 14.1, 14.2 und 14.3 schaltbar ist, ersetzt. Anstelle eines 2/3-Wegeventils lässt sich dessen Funktion mit zwei 2/2-Ventilen darstellen. Der damit erzielbare Vorteil der 2/2-Wegeventile 14 und 34 ist daran zu erblicken, das diese wesentlich einfacher zu fertigen sind und durch das hinzugekommene Ventil auch ein Gleichdruckventil 36 oder eine sich außerhalb des Steuerventiles 14 befindende Drossel geschaltet werden kann. Mittels eines Gleichdruckventiles 36 ist der während der Druckaufbauphase 27 erzeugte Druck nicht mehr von der Drehzahl abhängig, sondern kann entsprechend des Öffnungsdruckes des Gleichdruckventiles 36 auf einen konstanten Wert eingestellt werden.

Auch bei der Anordnung von das erste Steuerventil 14 bildenden zwei 2/2-Wegeventilen lässt sich eine parallele Anordnung der Ventile zueinander erreichen. Toleranzen an einem der Ventile oder einer Änderung der Funktionsgrößen wie beispielsweise Ventilhub und über die Rückstellfeder 19 bzw. 20 erzeugte Ventilvorspannkräfte bewirken keine funktionale Änderung des jeweils anderen Ventiles. So hat eine Veränderung des Ventilhubes über die Lebensdauer des einen Ventiles keine Auswirkungen auf den Hub des verbleibenden Ventiles.

Auch für die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsvariante des Einspritzsystemes 1 gilt, dass das weitere Steuerventil 15 als einfaches 2/2-Wegeventil ausgestalltet seien kann, welches lediglich zwischen Hochdruck und Niederdruck hin und her schaltet und dadurch keinen Druckausgleich erfordert. Damit kann es als einfaches Serienventil und damit als Gleichteil im erfindungsgemäß konfigurierten Einspritzsystems Verwendung finden.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 6 geht eine Ausgestaltungsmöglichkeit eines Injektors näher hervor.

Seitlich an den Injektor des Einspritzsystemes 1 ist ein in einem Pumpenraum 4 bewegbarer Kolben vorgesehen, mit welchem ein Hydraulikmodul 40 des Injektors 3 über einer Druckleitung 9 mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann. Das Hydraulikmodul 40 umfasst zwei parallel zueinander angeordnete Steuerventile 14 bzw. 15, von denen das Steuerventil 15 aus 2/2-Wegeventilen mit zwei Schaltpositionen 15.1 und 15.2 beschaffen ist, während das erste Steuerventil 14 entweder als 2/3-Wegeventil konfiguriert sein kann, welches in drei Schaltpositionen schaltbar ist oder wie aus der Darstellung gemäß Fig. 5 hervorgeht, aus zwei 2/2-Wegeventilen gebildet seien kann.

Jedes der Steuerventile 14 und 15 ist mit einer eigens konfigurierten Rückstellfeder 19 bzw. 20 versehen; Im vorderen Teil des Injektorgehäuses 2 des Injektors 3 ist ein die Düsennadel umgebender Düsenraum 10 vorgesehen, über welchen die Düse 22 mit einem in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zu spritzenden Kraftstoffvolumen beaufschlagt werden kann.

Fig. 7 zeigt das Hydraulikmodul 40 des Injektors 3 gemäß Fig. 6 in leicht vergrößertem Maßstab. Aus der Konfiguration gemäß Fig. 7 geht hervor, das die beiden Steuerventile 14 bzw. 15, jeweils eine Steuerventilkörper 37 bzw. 38 enthalten, an deren Enden befinden sich in die Windungen der Rückstellfedern 19 bzw. 20 hinragende Fortsätze 39. Dem ersten Steuerventil 14 ist seitlich eine Rücklaufleitung 24 zugeordnet, während oberhalb des weiteren Steuerventiles 15 die Verbindungsleitung 9 erkennbar ist, die den geteilten Kopplungsraum 11 verbindet.

Aus der Fig. 8 geht die perspektivische Ansicht des Hydraulikmodules des Injektors näher hervor.

Die beiden Steuerventile 14 bzw. 15 nehmen Steuerventilkörper 37 bzw. 38 auf, die durch an den beiden Steuerventilen oder gemeinsamen Kopplungsraum 11 über ein dort über den Piezoaktor 13 verdrängbares Steuervolumen parallel zueinander steuerbar sind und hydraulisch gekoppelt sind; Fig. 8 sind ferner Druckleitungen 9 sowie eine Zulaufleitung 16 aufnehmbar.

Durch die Bezugszeichen 14 und 38 bzw. 15 und 37 werden jeweils zusammen die Steuerventile gebildet. In Fig. 8 sind diese nicht dargestellt, in dieser Figur sind lediglich die Modulkörper ohne Ventile wiedergegeben um die einzelnen Bohrungsverläufe darzustellen.

Die Darstellung gemäß Fig. 9 zeigt den Querschnitt durch das perspektivisch dargestellte Hydraulikmodul 40 gemäß Fig. 8.

In einer der Umfangsbohrungen der Umfangsfläche des Injektorgehäuses 2 mündet die Rücklaufleitung 24, welche über das erste Steuerventil 14 verschließbar bzw. freigebbar oder mit einer variabel vorgebbaren Absteuerrate beaufschlagbar ist. Oberhalb der Ventilkörper 37 bzw. 38 ist der den beiden Steuerventilen 14 bzw. 15 gemeinsame Kopplungsraum 11 dargestellt. Mit Bezugszeichen 18 ist in der Darstellung gemäß Fig. 9 die Ablaufdrossel des Steuerraumes 12 dargestellt, in welche die Druckstange 3 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einspritzsystemes eintaucht. Bezugszeichenliste 1 Einspritzsystem

2 Injektorgehäuse

3 Druckstange

4 Pumpenraum

5 Rückstellfeder

6 Teller

7 Nocken

8 Welle

9 Verbindungsleitung

10 Düsenraum

11 Kopplungsraum

12 Steuerraum

13 Aktor

141. Ventil

14.1 Sperrung

14.2 variabler Absteuerquerschnitt

14.3 Entlastung

15 weiteres Steuerventil

15.1 Sperrung

15.2 Entlastung

16 Zulaufleitung

17 Zulaufdrossel

18 Ablaufdrossel

19 Rückstellfeder

20 Rückstellfeder

21 Kraftstoffreservoir

22 Düsennadel

23 Druckfeder

24 Rücklaufleitung

25 Druckverlauf Düse

26 Voreinspritzphase

27 Bootphase

28 Druckverlauf

28.1 Druckverlauf

28.2 Druckverlauf

29 Nacheinspritzung

30 Haupteinspritzung (27 mit 28.3 oder 28.1 oder 28.2)

31 Aktorhubverlauf

32 max. Aktorhub

33 Hubniveau zu dem Ventil 2 schließt

34 Hubniveau zu dem Ventil 1 schließt

35 drittes Ventil

36 Gleichdruckventil

37 -

38 -

39 Fortsatz

40 Hydraulikmodul

41 Entlasstungsphase


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem von einem Injektorgehäuse (2) umschlossenen Injektor (3), dessen Steuerraum (12) mit einem Steuervolumen beaufschlagbar ist und Steuerventile (14, 15) zum Druckaufbau/Druckentlasstung am Düsenraum (10) des Injektors (3) und am Steuerraum (12) des Injektors (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (14, 15; 35) parallel zueinander angeordnet, nebenwirkungsfrei über einen Kopplungsraum (11) hydraulisch miteinander gekoppelt sind und über einen in unterschiedliche Hubniveaus schaltbare, Aktor (13) betätigbar sind.
  2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (14), (15; 35) über einen mit einem Fluitvolumen beaufschlagbaren Kopplungsraum (11) hydraulisch gekoppelt sind.
  3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) zur Erzielung kürzester Schaltzeiten als Piezoaktor ausgebildet ist.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) über eine Spannungs/Stromregelung in mehrere, die Steuerventile (14, 15) in unterschiedliche Schaltstellungen (14.1, 14.2, 14.3; 15.1, 15.2) bewegende Hubniveaus schaltbar ist.
  5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch (4), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (14) als ein in drei Schaltstellungen (14.1, 14.2, 14.3) bewegbares 2/3- Wegeventil ausgeführt ist.
  6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch (4), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (14)ein die Absteuerrate des verdichteten Kraftstoffes steuernden Absteuerquerschnitt zur Realisierung einer Bootphase (27) am Injektor (3) des Einspritzsystemes (1) ausgeführt ist.
  7. 7. Vorrichtung gemäß Anspruch (4), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (14) aus zwei parallel geschalteten 2/2-Wegeventilen gebildet wird und durch ein Gleichdruckventil (36) ein von der Drehzahl unabhängiger Druck für die Druckaufbauphase (27) einstellbar ist.
  8. 8. Vorrichtung gemäß Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Steuerventil 15 in zwei Schaltstellungen 15.1, 15.2 schaltbar ist und während der Druckaufbauphase 27 und der Haupteinspritzphase 30 in seiner offenen Position 15.2 verbleibt.
  9. 9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Steuerung des Aktors (13) in seiner Ruheposition das erste Steuerventil (14) in eine Position (14.3), den vollen Absteuerquerschnitt zur Druckentlasstung freigibt und vor Erreichen der Freigabeposition (14.3) in einer Mittelstellung (14.2) einer allmählichen Druckentlasstung erfolgt.
  10. 10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Voreinspritzphase (26) durch kurzes Öffnen bzw. Schließen des ersten Steuerventiles (14) oder des weiteren Steuerventiles (15) erfolgt.
  11. 11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nacheinspritzung (29) durch Öffnen/Schließen des weiteren Steuerventiles (15) erfolgt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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