DE10004617C2 - Common-Rail-Einspritzsystem mit railintegrierten Steuerventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Common-Rail-Einspritzsystem mit railintegrierten Steuerventilen.

Komfort-, Verbrauchs- und Umweltforderungen führen stetig zur weiteren Verbreitung von elektronisch geregelten Diesel- Einspritzsystemen und insbesondere von Direkteinspritzverfah­ ren mit Hochdruckspeicher bei Dieselmotoren. Solche Ein­ spritzsysteme sind bei Dieselmotoren unter der Bezeichnung "Common-Rail-Systeme" bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird mittels einer Hochdruckpumpe Kraftstoff aus einem Kraft­ stoffvorratsbehälter in den Hochdruckspeicher gefördert. Über den Speicher gelangt der Kraftstoff zu sogenannten Kraft­ stoff-Injektoren, die in den Zylinderköpfen des Motors einge­ baut sind und eine Ventil- sowie eine Düsenfunktion in einer kompakten Baugruppe integrieren. Der Injektor weist dabei im Allgemeinen ein Einspritzventil auf, das von einem Servoven­ til geöffnet und geschlossen wird, um den zeitlichen Verlauf des Kraftstoff-Einspritzvorganges in die Brennkammer festzu­ legen. Das Servoventil wird von einem elektrisch angesteuer­ ten Aktor betätigt. Die Einspritzvorgänge werden durch ein Bestromen der Einspritzventile des Injektors ausgelöst, wobei das Einspritzvolumen abhängig von dem an den Einspritzventi­ len anstehenden Druck und der Dauer der Bestromung ist. Um den Druck im Druckspeicher, der den Einspritzdruck bestimmt, präzise und schnell an den jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors anpassen zu können, ist der Hochdruckspei­ cher üblicherweise mit einem Druckregelventil versehen. Nachteilig am Stand der Technik ist insbesondere, daß die be­ engte Bauraumvorgabe für den Injektor zu einer stark motor­ spezifischen und teueren Injektorkonstruktion führt. Außerdem ist die Funktion des Injektors durch die beengte Baugröße z. B. bzgl. Druckfestigkeit und Speichervolumen ebenfalls be­ grenzt.

Aus der DE 198 12 170 A1 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem be­ kannt mit einer nockenangetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in eine als Hochdruckspeicher wirkende gemeinsame Versorgungsleitung, von der Einspritzlei­ tungen zu Einspritzdüsen führen. Das Einspritzsystem weist eine den jeweiligen Förderbeginn bestimmenden Magnetven­ tilsteuerung auf, wobei in jeder als freiliegende Kraftstoff­ leitung zwischen Versorgungsleitung und Einspritzdüse ausge­ führten Einspritzleitung ein den Förderbeginn steuerndes Mag­ netventil im nahen Bereich der gemeinsamen Versorgungsleitung vorgesehen ist.

In der DE 196 12 721 A1 ist ein Speichereinspritzsystem dar­ gestellt, bei welchem die Einstellung einer geeigneten Vor­ einspritzdauer ermöglicht wird. Hierbei ist eine Kraftstoff­ zuführleitung vorgesehen, in der eine als Rückströmdrossel ausgebildete Drossel angeordnet ist, mit einer Bypassleitung zur Umgehung der Drossel sowie mit einem Kolben, der in einem Zylinder axial gleitbar geführt ist und der die Bypassleitung aufsteuert. Eine Voreinspritzung über einen Drehzahlbereich wird dadurch erreicht, dass die Kraftstoffleitung aus zwei Abschnitten besteht, die auf verschiedenen Seiten des Kolbens in den Zylinder münden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile ei­ ner Einspritzanordnung eines Common-Rail-Einspritzsystems nach dem Stand der Technik zu verringern und eine Kraft­ stoffeinspritzanlage dahingehend weiterzubilden, dass eine gezielte Gestaltung der Einsprizzcharakteristiken ermöglicht wird.

Dies ist erfindungsgemäß bei einem Common-Rail- Einspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches er­ reicht. Durch die Anordnung des Einspritzventils zwischen der Einspritzdüse und dem Einspritzventil kann der Druck- und Durchflussverlauf bzw. ein Druckauf- und -abbau gezielt be­ einflusst werden.

Nachfolgend ist anhand einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Common-Rail- Einspritzsystems mit railintegrierten Steuerventilen be­ schrieben. In der einzigen Figur ist stark vereinfacht der Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems gezeigt, wie es in "Common-Rail-Systemen" insbesondere in der Dieselmotor- Technik eingesetzt werden kann. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 10 über eine Kraftstoffleitung 11 durch eine Vorförderpumpe 12 angesaugt. Diese Pumpe 12 fördert den Kraftstoff über einen Kraftstoff­ filter 13 zu einer Hochdruckpumpe 15. Dabei kann der Filter 13 strömungstechnisch auch vor der Vorförderpumpe 12 angeord­ net sein. Die bekannte Hochdruckpumpe 15 verdichtet den Kraftstoff und speist ihn bis zu einem Maximaldruck von ty­ pisch 1500 bar in einen Hochdruckspeicher 17 ein. Der Druck­ speicher 17 steht mit einer Einspritzanordnung 18 in Verbin­ dung, die nachfolgend näher beschrieben ist, über die der Kraftstoff gezielt in die Zylinder der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) eingespritzt werden kann. Der Einspritzvor­ gang wird dabei durch eine elektronische Steuereinheit 19 ge­ steuert, die über Signalleitungen 20 mit der Einspritzanord­ nung 18 verbunden ist. Der in der Einspritzanordnung 18 auf­ tretende Kraftstoff-Leckagestrom wird über Kraftstoff- Leckageleitungen 21 in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 zu­ rückgeführt.

Um den Volumenstrom der Hochdruckpumpe 15 entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine be­ darfsabhängig einstellen zu können, ist in der Kraftstofflei­ tung 11 zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 15 ein Saugdrosselventil 14 angeordnet, mit dessen Hilfe der Förderstrom der Hochdruckpumpe geregelt werden kann. Die Steuereinheit 19 steuert das Saugdrosselventil 14 dabei be­ darfsgerecht über eine Ventilsteuerleitung 22. Alternativ kann der Förderstrom der Hochdruckpumpe 15 jedoch auch über ein variables Übersetzungsgetriebe für den Antrieb der Hoch­ druckpumpe oder auch durch eine druck- oder/und drehzahl­ geregelte Auslegung der Vorförderpumpe 12 beeinflusst werden. Um den Druck im Druckspeicher 17 entsprechend den gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine einstellen zu kön­ nen, ist weiterhin zwischen der Hochdruckpumpe 15 und dem Druckspeicher 17 ein Druckregelventil 16 in die Kraftstoff­ leitung 11 geschaltet. Dieses Druckregelventil 16 steuert über eine Kraftstoffleitung 25 überschüssigen Kraftstoff, der nicht zur Aufrechterhaltung des gewünschten Druckes im Hoch­ druckspeicher 17 benötigt wird, in den Vorratsbehälter 10 ab. Das Druckregelventil 16 wird dabei von der Steuereinheit 19 über eine Steuerleitung 24 entsprechend dem Druck einge­ stellt, der von einem am Druckspeicher 17 angebrachten Druck­ sensor 23 gemessen wird. Weiterhin erhält die Steuereinheit 19 zahlreiche Zusatzinformation über nicht näher dargestellte Elemente, wie z. B. ein Pedalwertgeber, ein Nockenwellensen­ sor, ein Kraftstofftemperaturfühler, ein Drehzahlsensor usw. Der Hochdruckspeicher 17 ist über Einspritzkraftstoffleitun­ gen 27 mit in den entsprechenden Einbauräumen des Zylinder­ kopfes (nicht gezeigt) montierten Einspritzdüsen 29 verbun­ den. Zur Vereinfachung der Darstellung ist lediglich eine der zahlreichen Einspritzanordnungen 18 prinzipiell dargestellt. Die Funktion und der Aufbau der Einspritzdüsen 29 ist den be­ kannten beispielsweise in konventionellen Diesel-Hochdruck- Direkteinspritzsystemen mit Radialkolben- Verteilereinspritzpumpe verwendeten Düsen vergleichbar. Die Steuerung der Einspritzung erfolgt mittels Steuer- bzw. Ein­ spritzventilen 31 der Einspritzanordnung 18, die direkt am oder zumindest räumlich nahe dem Hochdruckspeicher 17 ange­ ordnet sind. Die Ventile können sowohl in bekannter Piezo- als auch in Solenoidtechnik ausgeführt sein und werden von der Steuereinheit 19 gesteuert. Der in den Einspritzventilen 31 beim Einspritzvorgang auftretende Kraftstoff-Leckagestrom wird über die Kraftstoff-Leckageleitungen 21 in den Vorrats­ behälter 10 zurückgeführt. In der Einspritzkraftstoffleitung 27 können jeweils weitere Einspritzhilfsventile 33 angeordnet sein, die den Druck- und Durchflußverlauf bzw. den Druckauf­ bau und -abbau gezielt beeinflussen können, um beispielsweise Nachspritzer zu vermeiden oder einen geeigneten Standdruck zu realisieren. Durch eine geeignete Wahl der Leitungslänge der Einspritzkraftstoffleitung 27 kann erreicht werden, daß die sich beim Öffnen des Ventils vom Druckspeicher 17 in die Ein­ spritzkraftstoffleitung 27 ausbreitende Druckwelle im Bereich der Einspritzdüse 29 so reflektiert wird, daß durch die Über­ lagerung der Druckwellen ein erhöhter Einspritzdruck im Ein­ spritzsystem bereitgestellt werden kann. Die Kombination der Merkmale des erfindungsgemäßen Einspritzsystems führt insbe­ sondere auch zu einem insgesamt günstigen Einspritzverhalten.

Claims (1)

1. Common-Rail-Einspritzsystem, insbesondere für einen Dieselmo­ tor, mit einer Hochdruckpumpe (15), die in einen Hochdruck­ speicher (17) Kraftstoff fördert, den eine von einer Steuer­ einheit (19) gesteuerte Einspritzanordnung (18) über eine Kraftstoffleitung (27) in einen Motorzylinder einspritzt, wobei die Einspritzanordnung (18) aus einer am Motorzylinder angeordneten Einspritzdüse (29) und einem in der Kraftstoff­ leitung (27) unmittelbar am Hochdruckspeicher (17) angeordne­ ten Einspritzventil (31) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffleitung (27) zwischen der Einspritzdüse (29) und dem Einspritzventil (31) ein Einspritzhilfsventil (33) angeordnet ist, mit dem ein Druck- und Durchflußverlauf bzw. ein Druckauf- und -abbau gezielt beeinflusst werden kann.