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Dokumentenidentifikation DE60216903T2 18.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001377746
Titel KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTIL UND VERFAHREN ZUM EINSPRITZEN VON KRAFTSTOFF
Anmelder Wärtsilä Finland Oy, Vaasa, FI
Erfinder PARO, Daniel, FIN-66530 Kvevlax, FI
Vertreter Zipse Habersack Kritzenberger, 80639 München
DE-Aktenzeichen 60216903
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.04.2002
EP-Aktenzeichen 027129907
WO-Anmeldetag 04.04.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FI02/00289
WO-Veröffentlichungsnummer 2002084108
WO-Veröffentlichungsdatum 24.10.2002
EP-Offenlegungsdatum 07.01.2004
EP date of grant 20.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse F02M 61/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 61/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung gemäß Oberbegriff von Anspruch 8.

Bei der Kraftstoffeinspritzung werden üblicherweise so genannte Nadelventile verwendet, die im Stand der Technik im Allgemeinen verwendete Ventile mit einem länglichen und verhältnismäßig dünnen Ventilkörper bezeichnen. Kraftstoffzuführungssysteme, die insbesondere auf der Verwendung einer gemeinsamen Druckversorgung beruhen, haben eine größere Verbreitung gefunden, und beispielsweise kann auch Schweröl als Kraftstoff verwendet werden. Insbesondere ist es bei diesen Kraftstoffzuführungssystemen, die auf einer gemeinsamen Druckversorgung beruhen, sehr wichtig, dass der Einspritzvorgang gut gesteuert ist. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit ist es auch wesentlich, den Beginn der Einspritzung und den Verbrennungsprozess effizient zu steuern.

Ein System einer gemeinsamen Druckversorgung ist in EP 959 245 offenbart, in Verbindung mit welchem System die vorliegende Erfindung mit Erfolg Anwendung finden kann und hierdurch das dort offenbarte System verbessert wird. Bei dieser Art eines Systems herrscht stets ein hoher Druck in der gemeinsamen Druckversorgung, wodurch eine Fehlfunktion des Einspritzventils das Austreten von Kraftstoff in den Zylinder verursachen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Kraftstoffeinspritzventil und ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung zu schaffen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, eine neue Einspritzventilanordnung zu schaffen, die insbesondere bei Kraftstoffzuführungssystemen verwendet wird, die auf der Verwendung einer gemeinsamen Druckversorgung eines Kolbenmotors beruhen, wobei diese Anordnung zuverlässig ist und eine verbesserte Steuerung und Überwachung des Verbrennungsprozesses ermöglicht.

Die Aufgaben der Erfindung werden prinzipiell wie detaillierter in Anspruch 1 und 8 sowie in den anderen abhängigen Ansprüchen beschrieben gelöst.

Ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Erfindung weist eine Nadelventilbaugruppe, die in einem Ventilkörper angeordnet ist und eine Ventilnadel besitzt, auf, die dazu dient, die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder eines Motors aus einer Kraftstoffkammer zu steuern, die im Ventilkörper angeordnet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil weist eine Druckerfassungskammer auf, die in Verbindung mit der Kraftstoffkammer der Nadelventilbaugruppe angeordnet ist. Des Weiteren sind Druckerfassungsmittel in Verbindung mit der Druckerfassungskammer vorgesehen.

Die Druckerfassungskammer steht mit der Kraftstoffrückführungsleitung zur Führung des von dem Einspritzventil weg abgegebenen Kraftstoffs in Verbindung, wodurch Kraftstoff falls erforderlich von der Druckerfassungskammer weg strömen kann.

Die Druckerfassungskammer dient zur Wechselwirkung mit der Kraftstoffkammer über ein erstes druckreduzierendes Mittel, wodurch der Druck in der Druckerfassungskammer auf eine für das Messen des Drucks optimale Größe reduziert werden kann. Vorzugsweise befindet sich das druckmessende Mittel innerhalb der Druckerfassungskammer, so dass nur ein wesentlicher Druckverlust durch das erste druckreduzierende Mittel verursacht wird. Daher kann das druckmessende Mittel im Wesentlichen auf der Grundlage von Umständen ausgewählt werden, die durch das erste druckreduzierende Mittel in der Druckerfassungskammer geschaffen werden. Ferner ist ein Rückschlagventil oder ähnliches zwischen der Druckerfassungskammer und dem ersten druckreduzierenden Mittel angebracht. In ähnlicher Weise ist ein zweites druckreduzierendes Mittel zwischen der Druckerfassungskammer und der Kraftstoffrückführungsleitung angebracht. Das druckreduzierende Mittel weist eine Bohrung, eine Düse, einen Flansch oder ähnliches geeigneter Größe auf. Insbesondere weist das erste druckreduzierende Mittel ein austauschbares Düsenelement oder ähnliches auf, wobei eine Öffnung geeigneter Größe zur Schaffung eines gewünschten Druckverlusts vorgesehen ist.

Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Start- und Endmoment der Einspritzung überwacht werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere bei einer Einspritzanordnung anwendbar, die von einer so genannten Common-Rail-Druckversorgung Gebrauch macht, wodurch ein möglicher Kraftstoffaustritt aus der Common-Rail-Druckversorgung in das Einspritzventil durch die Erfindung überwacht werden kann. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, infolge der Verwendung des druckreduzierenden Mittels zwischen der Kraftstoffkammer und der Druckerfassungskammer eine Dimensionierung des druckmessenden Mittels für übermäßig hohe Drücke zu vermeiden. So bleibt die Empfindlichkeit der Anordnung hoch genug.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

1 schematisch eine erfindungsgemäße Nadelventilbaugruppe; und

2 schematisch ein Detail der erfindungsgemäßen Nadelventilbaugruppe.

In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Ventilkörper, der eine Nadelventilbaugruppe 2 enthält. Der Ventilkörper besteht aus zwei Teilen, und der untere Teil, der an einem Zylinder 11 eines Motors anliegt, weist eine Brennstoffkammer 5 auf, von der aus der Kraftstoff in den Zylinder 11 eingespritzt wird. Das Nadelventil 2' der Nadelventilbaugruppe ist in Verbindung mit der Kraftstoffkammer 5 angeordnet. Die Kraftstoffkammer 5 ist über einen Kanal 3 mit einer Kraftstoffversorgung 4 vorzugsweise einer Common-Rail-Druckversorgung verbunden. Auf der Grundlage seiner Stellung führt das Nadelventil die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffkammer 5 aus in den Motorzylinder 11. Die Nadelventilanordnung kann eine an sich bekannte Lösung aufweisen, die in einer bekannten Weise arbeitet, und daher wird die Struktur, die Arbeitsweise oder die Steuerung derselben hier nicht offenbart.

Erfindungsgemäß ist eine Druckerfassungskammer 6 im Ventilkörper 1 angeordnet, und ist eine druckmessende Einrichtung 7 in Verbindung hiermit angebracht. Die druckmessende Einrichtung misst den Druck in der Druckerfassungskammer 6 und sendet die Messdaten zur Weiterverarbeitung an das Motorsteuersystem (nicht dargestellt).

Die Druckerfassungskammer 6 steht mit der Kraftstoffkammer 5 über eine Ringnut 5" und einen Kanal 5' in Verbindung. Die Ringnut 5'' kann gleichmäßig, d.h. entlang ihrer gesamten Länge um die Längsachse des Ventilkörpers herum offen, sein, wodurch die Druckerfassungskammer 6 mit der Kraftstoffkammer 5 über den Kanal 5' und mit dem Kanal 3 über die Nut 5'' in Verbindung steht. Die Ringnut 5'' kann auch so angeordnet sein, dass sie sich nur teilweise um die Längsachse des Ventilkörpers herum erstreckt, wodurch die Druckerfassungskammer 6 mit dem Kanal 3 über die Kraftstoffkammer S in Verbindung steht. Die Ringnut ist zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Ventilkörpers angeordnet. Des Weiteren steht die Druckerfassungskammer 6 mit einer Kraftstoffrückführungsleitung 8 in Verbindung, durch die hindurch der vom Ventil abgegebene Kraftstoff ausströmen kann, beispielsweise zum Kraftstofftank (nicht dargestellt) zurück. In dem Ventilkörper 1 ist zwischen der Kraftstoffkammer 5 und der Druckerfassungskammer 6 ein erstes druckreduzierendes Mittel 9 angeordnet, mittels dessen der Druck in der Druckerfassungskammer 6 auf eine im Wesentlichen niedrigere Größe als diejenige des Drucks, der in der Kraftstoffkammer 5 herrscht, herabgesetzt werden kann. So kam die Empfindlichkeit der Druckmessung in geeigneter Weise hoch gehalten werden. In diesem Fall kann das druckreduzierende Mittel 9 genau dimensioniert werden, und kann seine Wirkung auf den Druckabfall genau vorhergesagt werden. Auch ist es durch Verwendung des druckreduzierenden Mittels 9 möglich, den Arbeitsbereich der druckmessenden Einrichtung 9 auszuwählen.

In gleicher Weise ist hinter der Druckerfassungskammer 6 ein zweites druckreduzierenden Mittel 9' vorgesehen. Durch korrekte Wahl des ersten druckreduzierenden Mittels 9 und des zweiten druckreduzierenden Mittels 9', d.h. durch geeignete Dimensionierung ihrer Strömungswiderstände, kann die Größe des Drucks in der Druckerfassungskammer 6 auf eine Größe eingestellt werden, die optimale Bedingungen für die Druckmessung schafft.

Die druckreduzierenden Mittel 9, 9' können beispielsweise eine Bohrung, eine Düse, einen Flansch oder dergleichen geeigneter Größe aufweisen, durch die irgendein Druckabfall in der Kraftstoffströmung zu Stande gebracht wird. Eine geeignete Drosselung kann für jede Düse und/oder jeden Motortyp experimentell, d.h. in jedem Fall einzeln, bestimmt werden. Das erste druckreduzierende Mittel 9 weist vorzugsweise ein Düsen/Flanschelement auf, das entsprechend der Anwendung ausgetauscht werden kann. Das zweite druckreduzierende Mittel 9' weist vorzugsweise eine Öffnung geeigneter Größe in einem Strömungskanal auf. Die Wechselwirkung zwischen diesen sorgt für eine vorteilhafte Gesamtlösung.

Der Ventilkörper ist vorzugsweise auch mit Rückschlagventilen 10, 10' ausgestattet. Das erste Rückschlagventil 10 ist zwischen dem ersten druckreduzierenden Mittel 9 und der Druckerfassungskammer 6 angebracht. Das erste Rückschlagventil 10 verhindert, dass Kraftstoff zu der Kraftstoffkammer 5 zurückströmt. Das zweite Rückschlagventil 10' ist hinter der Druckerfassungskammer 6, vorzugsweise hinter dem zweiten druckreduzierenden Mittel 9', angebracht. Das zweite Rückschlagventil 10' ermöglicht auch die Überwachung des Austritts von Kraftstoff, da kein Kraftstoff von der Rückführungsleitung 8 zu der Druckerfassungskammer 6 strömen kann.

In einigen Fällen kann die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems mittels eines Kolbenelements 21 verbessert werden, das in 2 dargestellt ist. Dieses Kolbenelement weist einen ersten Abschnitt 22, der zum Einpassen im Inneren des ersten druckreduzierenden Mittels 9 bestimmt ist, und einen zweiten Abschnitt 23 auf, dessen Querschnitt in der Richtung seiner Längsachse größer als derjenigen des ersten Abschnitts 22 ist. Entsprechend ist der Durchmesser des Kolbenelements an verschiedenen Punkten entlang seiner Längsachse unterschiedlich. Das Kolbenelement 21 dient dazu, sich durch die Wirkung der Kraftstoffströmung und der Druckänderungen zwischen den Stellungen, in denen der erste Abschnitt 22 im Inneren des druckreduzierenden Mittel 9 angeordnet ist bzw. sich der erste Abschnitt 22 außerhalb des druckreduzierenden Mittels 9 befindet, zu bewegen. Somit dient das Kolbenelement 21 dazu, wie ein Rückschlagventil zu arbeiten. Das Kolbenelement kann als Element arbeiten, das das Rückschlagventil 10 ersetzt, und kann auch einen Beitrag zur Herabsetzung des Kraftstoffdrucks leisten.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet einer solchen Weise, dass, da die Nadelventilbaugruppe über den Kanal 3 mit der Kraftstoffversorgung 4, vorzugsweise mit einer Common-Rail-Druckversorgung, verbunden ist, der Druck in der Kraftstoffkammer 5 auf den Einspritzdruck ansteigt. Daher strömt der Kraftstoff entlang des Kanals 5' zur Ringnut 5'' und weiter zu der Druckerfassungskammer 6 über das erste druckreduzierenden Mitte1 9 und das Rückschlagventil 10. Von der Druckerfassungskammer aus kann eine kleine Kraftstoffinenge durch das zweite druckreduzierenden Mittel 9' und das Rückschlagventil 10' zu der Kraftstoffrückführungsleitung 8 strömen. Infolge dieser Anordnung verhält sich der Druck in der Druckerfassungskammer 6 in einer solchen Weise, dass eine Drucküberwachung mit einer ausreichenden Genauigkeit durchgeführt werden kann. Durch die Überwachung des Drucks, dessen Größe niedriger als diejenige des Einspritzdrucks ist, ist es möglich, Informationen zu dem Zustand der Ventilbaugruppe und ihrer Arbeitsweise zu erhalten, wobei der Verbrennungsprozess des Motors auf der Grundlage dieser Information besser als zuvor gesteuert werden kann und sogar ihre Arbeitsweise und Leistung so verbessert werden.

Die vorliegende Anordnung ermöglicht eine genaue Messung der Druckänderungen in der Druckerfassungskammer 6, in der ein Druck herrscht, der beträchtlich niedriger als derjenigen in der Kraftstoffkammer 5 ist. Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil ist vorzugsweise so dimensioniert, dass der Druck in der Druckerfassungskammer 6, wenn das Ventil arbeitet, typischerweise auf weniger als 50 bar ansteigt, obwohl das Maximum bei nur einigen Hundert bar liegt, während der Einspritzdruck in der Kraftstoffkammer 5 typischerweise im Bereich von 1.000 bis 1.500 bar liegen kann.

Das Druckmessmittel 7 zum des kann in einigen Fällen auch eine separate Einrichtung sein, die nur arbeitstechnisch mit dem Ventilkörper verbunden ist. Die Erfindung kann bei solchen Anordnungen, bei denen der Kraftstoffdruck im Einspritzventil zwischen den Einspritzungen herrscht, oder bei Anordnungen, bei denen der Druck zwischen den Einspritzungen nicht aufrechterhalten wird, Anwendung finden.

Somit ist ersichtlich, dass die oben beschriebenen technischen Lösungen nur beispielhaft sind, wodurch die Erfindung nicht auf die obige Anwendung beschränkt ist, sondern mehrere anderweitige Modifikationen im Umfang der beigefügten Ansprüche vorstellbar sind.


Anspruch[de]
Kraftstoffeinspritzventil, das eine Nadelventilbaugruppe (2) aufweist, die in einem Ventilkörper (1) angeordnet ist, wobei ein Nadelventil (2') zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder (11) eines Motors aus einer Kraftstoffkammer (5) dient, die im Ventilkörper (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil eine Druckerfassungskammer (6) aufweist, die mit der Kraftstoffkammer (5) in Verbindung stehend angeordnet ist, und dass ein druckmessendes Mittel (7) mit der Druckerfassungskammer (6) in Verbindung stehend angeordnet ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerfassungskammer (6) mit einer Kraftstoffrückführungsleitung (8) verbunden ist, um abgegebenen Kraftstoff vom Einspritzventil wegzuführen. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerfassungskammer (6) mit der Kraftstoffkammer (5) über ein erstes druckreduzierendes Mittel (9) in Verbindung stehend angeordnet ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (10) zwischen der Druckerfassungskammer (6) und dem ersten druckreduzierenden Mittel (9) angebracht ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite druckreduzierende Mittel (9') zwischen der Druckerfassungskammer (6) und der Rückführungsleitung (8) angebracht ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Rückschlagventil (10') zwischen dem zweiten druckreduzierenden Mittel (9') und der Kraftstoffrückführungsleitung angebracht ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die druckreduzierenden Mittel (9, 9') eine Bohrung, eine Düse oder einen Flansch geeigneter Größe aufweisen. Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung, wobei Kraftstoff unter einem erhöhten Druck, der durch eine Ventilnadel (2'), die in einem Ventilkörper (1) angeordnet ist, gesteuert wird, aus einer Kraftstoffkammer (5) zu einem Zylinder (11) eines Motors geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff von der Kraftstoffkammer (5) unter einem erhöhten Druck über ein druckreduzierendes Mittel (9), das im Ventilkörper angeordnet ist, zu einer Druckerfassungskammer (6) geführt wird, in der ein druckmessendes Mittel (7) zur Überwachung des Betriebs des Einspritzventils angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffdruck auf mindestens ein Zehntel des Drucks herabgesetzt wird, der in der Kraftstoffkammer (5) herrscht, wenn der Kraftstoff über das druckreduzierende Mittel (9) zu der Druckerfassungskammer (6) geführt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff von der Druckerfassungskammer (6) zu einer Kraftstoffrückführungsleitung (8) geführt wird.






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