DE102017221203A1

DE102017221203A1 - Kraftstoffeinspritzsystem und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems

Info

Publication number: DE102017221203A1
Application number: DE102017221203.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Fitzner; Stephan KOLK
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-05-29
Also published as: CN109838327A; US10519914B2; US20190162146A1; CN109838327B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) für einen Verbrennungsmotor (5) eines Kraftfahrzeugs (1) und eine Einspritzdüse (12), welche in einer Einspritzdüsenbohrung (14), die in einem Zylinderkopf (16) des Verbrennungsmotors (5) ausgebildet ist, montiert ist, wobei eine Spitze (12a) der Einspritzdüse (12) in eine Brennkammer (18) ragt, und mit einem Positioniersystem (20), welches dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) zu verstellen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems (10).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Bei der Verbrennung eines Verbrennungsmotors spielt die Kraftstoffeinspritzung eine wichtige Rolle. Innerhalb der Brennkammer ist die Korrelation der Einspritzdüse zu der Anordnung des Kolbenbodens der Hauptfaktor einer sauberen und effizienten Verbrennung.
Bei Direkteinspritzer-Motoren gemäß dem Stand der Technik ist die Einspritzdüse in die Einspritzdüsenbohrung mit einer Unterlegscheibe am unteren Ende eingebaut. Die Spitze der Einspritzdüse ragt mit einem festen Vorsprung in den Brennraum hinein. Die Position der Einspritzdüse und damit die Anordnung von Kolbenboden zu Düse ist durch die Wahl einer definierten Dicke der Unterlegscheibe festgelegt. Die letztendlich gewählte Position der Einspritzdüse muss bei maximaler Leistung und hohen Drehzahlen sowie bei niedrigen Drehzahlen und niedrigen Lasten nutzbar und während eines Motorbetriebs nicht veränderbar sein. Am Ende ist die gewählte Position der Einspritzdüse immer ein Kompromiss und stimmt nicht mit der besten Position der Einspritzdüse für jeden Motorbetriebspunkt überein.
US 9664160 B2 offenbart eine Hochdruck-Direkteinspritzer-Einspritzdüse für Kraftfahrzeuge mit einem Ventilsitzkörper zur Kraftstoffzerstäubung. Ein Düsenloch weist einen elektrischen Querschnitt auf, sodass die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit erhöht werden kann, wodurch ein Kraftstoffzerstäubungseffekt maximiert werden kann.
Demzufolge besteht ein Bedarf, ein Kraftstoffeinspritzsystem sowie ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzverfahren weiter zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs nach Patentanspruch 14.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Das Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Einspritzdüse auf, welche in einer in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildeten Einspritzdüsenbohrung montiert ist, wobei eine Spitze der Einspritzdüse in eine Brennkammer ragt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem weist ferner ein Positioniersystem auf, welches dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung einzustellen.
Das Positioniersystem weist eine Spannvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine erste Axialkraft auf die Einspritzdüse auszuüben, welche in eine erste axiale Richtung gerichtet ist.
Das Positioniersystem weist eine Verstelleinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine zweite Axialkraft auf die Einspritzdüse auszuüben, wobei die zweite Axialkraft in eine entgegengesetzte Richtung als die erste Axialkraft gerichtet ist, und wobei die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, die auf die Einspritzdüse ausgeübte zweite Axialkraft zu variieren, wobei die axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen einstellbar ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Einspritzdüse, welche in einer in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildeten Einspritzdüsenbohrung montiert ist, wobei eine Spitze der Einspritzdüse in eine Brennkammer ragt und ein Bereitstellen eines Positioniersystems zum Einstellen einer axialen Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung.
Das Verfahren umfasst ferner ein Ausüben einer ersten Axialkraft auf die Einspritzdüse mittels einer Spannvorrichtung, welche in eine erste axiale Richtung gerichtet ist.
Das Verfahren umfasst ferner ein Anwenden einer zweiten Axialkraft auf die Einspritzdüse mittels einer Verstelleinrichtung, welche in eine zweite axiale Richtung gerichtet ist, wobei die zweite Axialkraft in eine entgegengesetzte Richtung als die erste Axialkraft gerichtet ist.
Das Verfahren umfasst zusätzlich ein Variieren der auf die Einspritzdüse ausgeübten zweiten Axialkraft, wobei die axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen eingestellt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem hierin beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystem.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Positioniersystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung einzustellen, und so effektiv eine optimale Einspritzdüsenposition zu erreichen, insbesondere eine optimierte Position einer Spitze in der Brennkammer in einer Mehrzahl von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors zu erreichen. Dadurch können der Wirkungsgrad des Motors und die Partikelemissionen deutlich verbessert werden. Durch Positionieren der Einspritzdüse an einer optimierten Position in Abhängigkeit einer Motordrehzahl und Belastung können die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften erreicht werden.
Des Weiteren ist das Positioniersystem für das Kraftstoffeinspritzsystem nach der vorliegenden Erfindung nicht an ein spezifisches Einspritzsystem eines Herstellers gebunden, sodass die Verwendung des Positioniersystems bei allen Einspritzsystemen möglich ist. Das Positioniersystem nach der vorliegenden Erfindung kann in einfacher Art und Weise in eine existierende Anordnung integriert werden, wobei lediglich geringfügige Anpassungen des Zylinderkopfes und/oder der Einspritzdüse erforderlich sind. Des Weiteren bietet die vorliegende Erfindung einen zusätzlichen Freiheitsgrad, indem sie die Möglichkeit bietet, ein Einstellverfahren entsprechend vorgegebener Konstruktionsgrenzen des Einspritzsystems zu wählen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen die erste Axialkraft, welche durch die Spannvorrichtung auf die Einspritzdüse ausgeübt wird, und die zweite Axialkraft, welche durch die Verstelleinrichtung auf die Einspritzdüse ausgeübt wird, einen im Wesentlichen gleichen Betrag auf. Dies weist den vorteilhaften Effekt auf, dass die auf die Einspritzdüse ausgeübte Kraft über den vollständigen Motorzyklus im Wesentlichen konstant ist. Dadurch bleibt eine präzise Kraftstoffeinspritzfähigkeit der Einspritzdüse erhalten, da keine Kraftungleichgewichte auf die Einspritzdüse wirken und die Einspritzqualität nicht negativ beeinflusst wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein Abstand der Spitze der in die Brennkammer ragenden Einspritzdüse auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen durch Einstellen der axialen Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung einstellbar. Damit kann für sämtliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors eine optimale Position der Spitze der Einspritzdüse realisiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Spannvorrichtung ein Federelement auf, welches mit der Einspritzdüse in solch einer Weise verbunden ist, dass eine Federkraft des Federelements in die auf die Einspritzdüse ausgeübte erste Axialkraft umgewandelt wird, welche in die erste axiale Richtung gerichtet ist. Durch die Bereitstellung des Federelements wird die Einspritzdüse somit derart federbelastet, dass diese sicher in der Einspritzbohrung gehalten wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Spannvorrichtung ferner einen Kipphebel, ein Einspritzdüsenbefestigungselement und ein Einspritzdüsenklemmelement auf, wobei das Federelement im Wesentlichen parallel zu der Einspritzdüse angeordnet ist und eine Federkraft auf eine erste Seite des Kipphebels ausübt, wobei der Kipphebel zwischen dem Einspritzdüsenbefestigungselement gehalten wird, welches an einer zweiten Seite des Kipphebels angeordnet ist, wobei das Einspritzdüsenbefestigungselement an dem Zylinderkopf befestigt ist, und wobei das Einspritzdüsenklemmelement an der ersten Seite des Kipphebels benachbart zu dem Federelement angeordnet ist, wobei das Einspritzdüsenklemmelement an einer vorgegebenen axialen Position an die Einspritzdüse geklemmt ist.
Durch Bereitstellen des Einspritzdüsenbefestigungselements kann eine obere Grenze für die Bewegung der Einspritzdüse vorgesehen werden, wobei der Kipphebel durch das Einspritzdüsenbefestigungselement vorteilhaft abgestützt ist, sodass der Kipphebel auf das Einspritzdüsenklemmelement eine Kraft ausüben kann, welche in die erste axiale Richtung, d.h. nach unten in Richtung der Brennkammer, gerichtet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Federelement dazu eingerichtet, den Kipphebel derart zu kippen, dass der Kipphebel auf das Einspritzdüsenklemmelement eine Axialkraft ausübt, wobei das Einspritzdüsenklemmelement dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung einzustellen. Aufgrund dessen, dass der Kipphebel zwischen dem Einspritzdüsenbefestigungselement und dem Einspritzdüsenklemmelement gehalten wird, kann die auf den Kipphebel ausgeübte Federkraft effektiv in eine Axialbewegung der Einspritzdüse umgewandelt werden, indem der Kipphebel die Kraft auf das Einspritzdüsenklemmelement ausübt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Verstelleinrichtung eine erste flexible Dichtung auf, welche an einem axialen Endabschnitt der Einspritzdüsenbohrung benachbart zu der Brennkammer angeordnet ist, wobei die erste flexible Dichtung mit einer Fluidversorgung in Fluidverbindung steht, und wobei die erste flexible Dichtung dazu eingerichtet ist, dass eine Dicke der ersten flexiblen Dichtung in einer Axialrichtung der Einspritzdüse durch Einstellen eines Fluiddrucks, welcher der ersten flexiblen Dichtung zugeführt wird, einstellbar ist.
Die erste flexible Dichtung ist somit in der Lage, ihre Dicke in Reaktion auf eine Änderung des Fluiddrucks, welcher der ersten flexiblen Dichtung von der Fluidversorgung zugeführt wird, einzustellen, wodurch sehr schnelle Verstellgeschwindigkeiten der Positionen der Einspritzdüse erreicht werden können, wie sie während des Betriebs des Verbrennungsmotors bzw. der Brennkraftmaschine erforderlich sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die erste flexible Dichtung dazu eingerichtet, die zweite Axialkraft, welche auf die Einspritzdüse ausgeübt wird, zu ändern, wobei die axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung durch die erste flexible Dichtung auf die vorbestimmte Position innerhalb des Bereichs vorbestimmter Positionen in Abhängigkeit der Dicke der ersten flexiblen Dichtung einstellbar ist. Die erste flexible Dichtung kann somit durch Variieren der zweiten Axialkraft, welche eine Gegenkraft zu der ersten Axialkraft, die durch das Federelement bereitgestellt wird, ist, präzise eingestellt werden, sodass eine jeweilige Position der Einspritzdüse eingestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Spannvorrichtung eine zweite flexible Dichtung auf, welche an einem axialen Endabschnitt der Einspritzdüsenbohrung benachbart zu der Brennkammer angeordnet ist, wobei die zweite flexible Dichtung mit einem Fluid befüllt ist, und wobei die zweite flexible Dichtung dazu eingerichtet ist, die zweite Axialkraft auf die Einspritzdüse, welche in eine zweite axiale Richtung gerichtet ist, auszuüben. Da die zweite flexible Dichtung unter Beibehaltung einer gewissen Flexibilität mit einem Fluid befüllt ist, ermöglicht diese, die zweite Axialkraft auf die Einspritzdüse anzuwenden, welche in die zweite Axialrichtung entgegen der durch die Kolbenanordnung bereitgestellten ersten Axialkraft gerichtet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zweite flexible Dichtung dazu eingerichtet, die zweite Axialkraft in die zweite axiale Richtung in Abhängigkeit einer Dicke der zweiten flexiblen Dichtung in der Axialrichtung der Einspritzdüse auszuüben. Eine erste Axialkraft, welche durch eine Kolbenanordnung bereitgestellt wird, muss somit erhöht werden, um eine Dicke der flexiblen Dichtung zu verringern, d.h., die flexible Dichtung liefert eine Gegenkraft, die in Abhängigkeit von einer Verringerung der Dicke der flexiblen Dichtung zunimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Verstelleinrichtung eine Kolbenanordnung auf, welche mit der Einspritzdüse derart verbunden ist, dass eine Kolbenbewegung der Kolbenanordnung in die erste Axialkraft umgewandelt wird, die in der ersten axialen Richtung auf die Einspritzdüse wirkt. Durch die Kolbenanordnung wird die Einspritzdüse also effektiv mit einer Axialkraft beaufschlagt, sodass diese sicher in der Einspritzdüsenbohrung gehalten wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Kolbenanordnung der Verstellvorrichtung eine Kolbenstange auf, von welcher ein erster axialer Endabschnitt mit einem Kolben verbunden ist, der in einer Kammer angeordnet ist, die in Fluidverbindung mit einer Fluidversorgung steht, und wobei ein zweiter axialer Endabschnitt der Kolbenstange an einem Kipphebel anliegt, wobei die Kolbenstange im Wesentlichen parallel zu der Einspritzdüse angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Kraft auf eine erste Seite des Kipphebels anzuwenden, wobei der Kipphebel zwischen einem Einspritzdüsenbefestigungselement, das an einer zweiten Seite des Kipphebels angeordnet ist, wobei das Einspritzdüsenbefestigungselement an dem Zylinderkopf befestigt ist, und einem Einspritzdüsenklemmelement gehalten wird, welches an der ersten Seite des Kipphebels benachbart zu der Kolbenstange angeordnet ist, wobei das Einspritzdüsenklemmelement an einer vorgegebenen axialen Position an die Einspritzdüse geklemmt ist.
Durch Bereitstellen des Einspritzdüsenbefestigungselements kann eine obere Grenze für die Bewegung der Einspritzdüse vorgesehen werden, wobei der Kipphebel durch das Einspritzdüsenbefestigungselement vorteilhaft abgestützt ist, sodass der Kipphebel eine Kraft auf das Einspritzdüsenbefestigungselement ausüben kann, welche in der ersten axialen Richtung, d.h. nach unten in Richtung Brennkammer, gerichtet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Kolbenstange dazu eingerichtet, den Kipphebel derart zu kippen, dass der Kipphebel eine Axialkraft auf das Einspritzdüsenklemmelement ausübt, wobei das Einspritzdüsenklemmelement dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung einzustellen. Aufgrund dessen, dass der Kipphebel zwischen dem Einspritzdüsenbefestigungselement und dem Einspritzdüsenklemmelement gehalten wird, kann die auf den Kipphebel durch die Kolbenanordnung ausgeübte Kraft in eine axiale Bewegung der Einspritzdüse umgewandelt werden, indem der Kipphebel diese Kraft auf das Einspritzdüsenklemmelement bzw. Einspritzdüsenspannelement ausübt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet, die Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors einzustellen, wobei die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors zumindest eines von einer Motordrehzahl, einem Motordrehmoment und einer Kraftstoffeinspritzmenge umfassen. Durch die stufenlose Verstellung der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung wird ein maximaler Wirkungsgrad unter allen Motorbetriebspunkten erreicht.
Die hierin beschriebenen Merkmale des Kraftstoffeinspritzsystems sind ebenfalls in dem Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, dem Kraftfahrzeug und umgekehrt offenbart.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verwiesen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand exemplarischer Ausführungsformen näher erläutert, die in den schematischen Abbildungen der Zeichnungen angegeben sind. Es zeigen:

1a eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1b eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 1a gezeigten Abschnitts A des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
1 c eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 1 a gezeigten Abschnitts B des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht einer flexiblen Dichtung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4a eine Querschnittsansicht des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4b eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 4a gezeigten Abschnitts C des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4c eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 4a gezeigten Abschnitts D des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Ansicht des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 6 gezeigten Abschnitts E des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß den Ausführungsformen der Erfindung; und
9 ein Automobil bzw. Kraftfahrzeug gemäß den Ausführungsformen der Erfindung.

Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente der Zeichnungen.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
1a zeigt eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 10 für den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs weist eine Einspritzdüse 12 auf, welche in einer in einem Zylinderkopf 16 des Verbrennungsmotors ausgebildeten Einspritzdüsenbohrung 14 montiert ist, wobei eine Spitze 12a der Einspritzdüse 12 in eine Brennkammer 18 ragt.
Ein Positioniersystem 20 ist dazu eingerichtet, eine axiale Position der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 einzustellen, wobei das Positioniersystem 20 eine Spannvorrichtung 22 aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine erste Axialkraft F1, welche in eine erste axiale Richtung D1 gerichtet ist, auf die Einspritzdüse 12 auszuüben.
Das Positioniersystem weist des Weiteren eine Verstelleinrichtung bzw. Einstelleinrichtung 24 auf, welche dazu eingerichtet ist, eine zweite Axialkraft F2 auf die Einspritzdüse 12 auszuüben, wobei die zweite Axialkraft F2 in eine entgegengesetzte Richtung als die erste Axialkraft F1 gerichtet ist, und wobei die Verstelleinrichtung 24 dazu eingerichtet ist, die zweite Axialkraft F2, welche auf die Einspritzdüse 12 ausgeübt wird, zu variieren.
Die axiale Position der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung ist somit auf eine vorgegebene Position in einem Bereich vorgegebener Positionen einstellbar.
Insbesondere weisen die erste Axialkraft F1, welche auf die Einspritzdüse 12 durch die Spannvorrichtung 22 ausgeübt wird, und die zweite Axialkraft F2, welche auf die Einspritzdüse 12 durch die Verstelleinrichtung 24 ausgeübt wird, einen im Wesentlichen gleichen Betrag auf.
Die Position wird als ein Abstand der Spitze 12a der Einspritzdüse 12 von einer oberen Wand der Brennkammer 18, d.h. der Abstand, den die Spitze 12a der Einspritzdüse 12 in die Brennkammer 18 ragt, gemessen. Beispielhafte Abstände sind z.B. Vorsprünge von 1,0 mm, 1,5 mm und 2,0 mm, wobei ein Vorsprung von 1,0 mm als vorteilhafteste Position für hohe Motordrehzahlen mit geringem Kraftstoffverbrauch und geringen Partikelemissionen gewählt wurde. Darüber hinaus hat sich ein Vorsprung von 1,5 mm bei mittleren Motordrehzahlen, z.B. um 2000 U/min, als vorteilhaft erwiesen, wobei im Vergleich zu anderen Werten der Vorsprünge ebenfalls ein niedriger Kraftstoffverbrauch und geringe Partikelemissionen erreicht werden können.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass ein Vorsprung von 2,0 mm bei niedrigen Motordrehzahlen, z.B. um 1000 U/min, am vorteilhaftesten ist, bei dem ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch und niedrigere Partikelemissionen im Vergleich zu anderen Vorsprüngen der Spitze 12a der Einspritzdüse 12 in die Brennkammer 18 erreicht werden können.
Die oben genannten Vorsprungswerte sind nur beispielhaft und können je nach Parametern wie Hubraum, Brennraumabmessungen, z.B. Geometrie, sowie der Geometrie eines Kolbenbodens variieren.
Des Weiteren ist die Verstelleinrichtung 24 dazu eingerichtet, die Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, die zumindest eine von einer Motordrehzahl, einem Motordrehmoment und einer Kraftstoffeinspritzmenge umfassen, kontinuierlich zu verstellen bzw. einzustellen. Durch kontinuierliches bzw. stufenloses Verstellen der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 kann der Vorsprung der Spitze 12a der Einspritzdüse 12 in die Brennkammer 18 ebenfalls kontinuierlich verstellt werden. So können optimale Ergebnisse hinsichtlich des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und der Partikelemissionen erzielt werden. Alternativ können, wie bereits erwähnt, spezifische Vorsprünge bzw. Vorsprünge der Spitze 12a der Einspritzdüse 12 in die Brennkammer 18 bestimmten Motordrehzahlen zugeordnet werden, z.B. ein erster Vorsprungswert für geringe Motordrehzahlen, ein zweiter Vorsprungswert für mittlere Motordrehzahlen und ein dritter Vorsprungswert für hohe Motordrehzahlen. Die Anzahl der spezifischen Vorsprungswerte kann natürlich auch zusätzliche Werte umfassen.
Ein Abstand 26 der Spitze 12a der Einspritzdüse 12, um welchen die Einspritzdüse 12 in die Brennkammer 18 ragt, ist somit auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen durch Verstellen der axialen Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung 14 verstellbar bzw. einstellbar.
Die Spannvorrichtung 22 weist ein Federelement 28 auf, welches mit der Einspritzdüse 12 in solch einer Art verbunden ist, dass eine Federkraft F3 des Federelements 28 in die erste Axialkraft F1 umgewandelt wird, welche in die erste Axialrichtung D1 auf die Einspritzdüse 12 wirkt.
Auf diese Weise ist es möglich, durch die Bereitstellung des Federelements 28 die Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 derart zu spannen, d.h. vorzuspannen, dass die Einspritzdüse 12 durch die erste Axialkraft F1, die auf die Einspritzdüse 12 in der ersten Axialrichtung D1 wirkt, sicher in der Einspritzbohrung 14 gehalten wird.
1b zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 1a gezeigten Abschnitts A des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Spannvorrichtung 22 weist ferner einen Kipphebel 30, ein Einspritzdüsenbefestigungselement 32 und ein Einspritzdüsenspannelement bzw. Einspritzdüsenklemmelement 34 auf.
Das Federelement 28 ist im Wesentlichen parallel zu der Einspritzdüse 12 angeordnet und übt eine Federkraft F3 auf eine erste Seite 30a des Kipphebels 30 aus. Der Kipphebel 30 wird zwischen dem Einspritzdüsenbefestigungselement 32 gehalten, welches an einer zweiten Seite 30b des Kipphebels 30 angeordnet ist. Das Einspritzdüsenbefestigungselement 32 selbst ist am Zylinderkopf 16 montiert bzw. befestigt.
Das Einspritzdüsenklemmelement 34 ist an der ersten Seite 30a des Kipphebels 30 benachbart zu dem Federelement 28 angeordnet, wobei das Einspritzdüsenklemmelement 34 an einer vorgegebenen Axialposition an die Einspritzdüse 12 geklemmt ist. Das Einspritzdüsenklemmelement 34 ist somit an der Einspritzdüse 12 an der Einbaulage fest verbunden.
Das Federelement 28 ist dazu eingerichtet, den Kipphebel 30 derart zu kippen, dass der Kipphebel 30 eine Axialkraft auf das Einspritzdüsenklemmelement 34 ausübt. Das Einspritzdüsenklemmelement 34 ist dazu eingerichtet, eine axiale Position der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 zu verstellen.
Erreicht wird dies durch den Kipphebel 30, welcher die Axialkraft F1 auf das Einspritzdüsenklemmelement 34 ausübt, wobei das Einspritzdüsenklemmelement 34 an der Einspritzdüse 12 befestigt ist und somit die Kraft F1, welche auf das Einspritzdüsenklemmelement 34 ausgeübt wird, mittels des Kipphebels 30 in eine axiale Bewegung der Einspritzdüse 12 überträgt.
Der Kipphebel 30 weist ferner ein Begrenzungselement 30c auf, welches sich von der ersten Seite 30a des Kipphebels 30 in die erste axiale Richtung D1 erstreckt und zumindest teilweise in einem vorbestimmten Grad zur Einspritzdüse 12 hin zu einer axialen Richtung X der Einspritzdüse 12 gebogen ist. Das Begrenzungselement 30c dient als unterer Anschlag, um eine Bewegung der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 zu begrenzen.
Des Weiteren ist ein weiterer Anschlag durch die Geometrie des Kipphebels 30 definiert, wobei sich der Kipphebel 30 im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung X der Einspritzdüse 12 erstreckt, sodass er in unmittelbarer Nähe zur Einspritzdüse 12 endet.
Auf diese Weise werden die Anschläge, d.h. der obere und der untere Anschlag, die durch die Geometrie des Kipphebels 30 vorgegeben sind, derart ausgebildet, dass sie das Einspritzdüsenklemmelement 34 vollständig aufnehmen, sodass nur eine Bewegung des Einspritzdüsenklemmelements zusammen mit einer Bewegung der Einspritzdüse 12 innerhalb eines vordefinierten Bereichs von dem oberen Anschlag zu dem unteren Anschlag möglich ist, wodurch eine übermäßige Bewegung der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung im Falle von z.B. Druckschwankungen eines Druckfluids, das einen Druck auf die Einspritzdüse 12 ausübt, verhindert werden kann.
Durch konzentriertes Betätigen auf der Dichtungsseite wird eine Gegenkraft zum Klemmen der Einspritzdüse 12 durch die Spannvorrichtung 22 abgedeckt.
1c zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 1a gezeigten Abschnitts B des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Verstelleinrichtung 24 weist eine erste flexible Dichtung 36 auf, welche an einem axialen Endabschnitt 13a der Einspritzdüsenbohrung 14 benachbart zur Brennkammer 18 angeordnet ist.
Die erste flexible Dichtung 36 ist mit einer Fluidversorgung 38 in Fluidverbindung. Die erste flexible Dichtung 36 ist überdies dazu eingerichtet, eine Dicke der ersten flexiblen Dichtung 36 in Axialrichtung der Einspritzdüse 12 durch Einstellen eines Fluiddrucks P, mit welchem die erste flexible Dichtung 36 mittels der Fluidversorgung 38 versorgt wird, einzustellen.
Die erste flexible Dichtung 36 ist somit dazu eingerichtet, die zweite Axialkraft F2, welche auf die Einspritzdüse 12 ausgeübt wird, zu variieren, wobei die axiale Position der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 durch die erste flexible Dichtung 36 auf die vorbestimmte Position innerhalb des Bereichs vorbestimmter Positionen in Abhängigkeit einer Dicke der ersten flexiblen Dichtung 36 einstellbar ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Das Federelement 28 ist durch eine Schraubenfeder ausgebildet. Alternativ können anstelle der Schraubenfeder beispielsweise andere Arten von Federn mit anderen Geometrien verwendet werden.
Der Kipphebel 30 weist eine im Wesentlichen plattenartige Form auf und ist in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zu der Axialrichtung X der Einspritzdüse 12 angeordnet.
Das Einspritzdüsenbefestigungselement 23 ist gleichfalls derart angeordnet, dass es im Wesentlichen senkrecht zu der Axialrichtung X der Einspritzdüse 12 angeordnet ist, wobei das Einspritzdüsenbefestigungselement 32 die Einspritzdüse 12 vollständig umschließt und auf einer Oberfläche des Zylinderkopfes 16 abgestützt ist.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer flexiblen Dichtung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die flexible Dichtung 36 ist durch ein Metallgewebe ausgebildet, welches ein hohles Innenvolumen aufweist, das mit Fluid gefüllt ist. Die erste flexible Dichtung 36 weist eine (in 3 nicht gezeigte) Öffnung auf, sodass ein Fluiddruck des Fluids im Inneren der ersten flexiblen Dichtung 36 durch Variieren des durch die Fluidversorgung bereitgestellten Fluiddrucks P variiert werden kann.
Alternativ kann anstelle der ersten flexiblen Dichtung 36 beispielsweise ein Faltenbalg als Federelement vorgesehen werden. Der Faltenbalg kann an eine Fluidversorgung angeschlossen sein oder nicht. Eine Variation des Fluiddrucks des Fluids im Inneren der ersten flexiblen Dichtung 36 kann somit die Dicke 40 der ersten flexiblen Dichtung 36 ändern. Ein hoher Fluiddruck resultiert somit in einer erhöhten Dicke 40, wobei ein Fluiddruck bewirkt, dass das in die erste flexible Dichtung 36 gefüllte Fluid in eine Expansionskammer 36a bewegt wird, die an den jeweiligen Seitenabschnitten der ersten flexiblen Dichtung 36 angeordnet ist, wenn die (in 3 nicht dargestellte) Einspritzdüse einen Druck auf eine obere Oberfläche der ersten flexiblen Dichtung 36 ausübt.
4a zeigt eine Querschnittsansicht des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Anstelle des in der ersten Ausführungsform verwendeten Federelements kommt gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung eine Kolbenanordnung 44 zum Einsatz. Die Kolbenanordnung 44 ist mit der Einspritzdüse 12 derart verbunden, dass eine Kolbenbewegung der Kolbenanordnung 44 in die erste Axialkraft F1 umgewandelt wird, die in der ersten axialen Richtung D1 auf die Einspritzdüse 12 wirkt.
Die Spannvorrichtung 22 weist eine zweite flexible Dichtung 42 auf, die an einem axialen Endabschnitt 14a der Einspritzdüsenbohrung 14 neben der Brennkammer 18 angeordnet ist. Die zweite flexible Dichtung 42 ist mit einem Fluid befüllt, wobei die zweite flexible Dichtung 42 dazu eingerichtet ist, dass sie die zweite Axialkraft F2 auf die Einspritzdüse 12 ausübt, die in eine zweite axiale Richtung D2 gerichtet ist.
4b zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 4a gezeigten Abschnitts C des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Kolbenanordnung 44 der Verstelleinrichtung 24 weist eine Kolbenstange 46 auf, wobei ein erster axialer Endabschnitt 46a der Kolbenstange 46 mit einem Kolben 48 verbunden ist, welcher in einer Kammer 50 angeordnet ist, die mit einer Fluidversorgung 138 in Fluidverbindung steht.
Ein zweiter axialer Endabschnitt 46b der Kolbenstange 46 liegt an einem Kipphebel 30 an. Die Kolbenstange 46 ist im Wesentlichen parallel zur Einspritzdüse 12 angeordnet. Alternativ kann die Kolbenanordnung 44 in jedem anderen geeigneten Winkel zur Einspritzdüse 12 angeordnet werden.
Die Kolbenstange 46 ist dazu eingerichtet, dass sie eine Kraft F3 auf eine erste Seite 30a des Kipphebels 30 ausübt. Der Kipphebel 30 wird zwischen einem Einspritzdüsenbefestigungselement 32 gehalten, das an einer zweiten Seite 30b des Kipphebels 30 angeordnet ist. Das Einspritzdüsenbefestigungselement 32 ist am Zylinderkopf 16 befestigt. Ein Einspritzdüsenklemmelement 34 bzw. Einspritzdüsenspannelement ist an der ersten Seite 30a des Kipphebels 30 benachbart zur Kolbenstange 46 angeordnet.
Das Einspritzdüsenklemmelement 34 ist an der Einspritzdüse 12 an einer vorgegebenen axialen Position derart geklemmt bzw. eingespannt, dass eine Bewegung des Einspritzdüsenklemmelements 34 in einer Bewegung der Einspritzdüse 12 resultiert.
Die Kolbenstange 40 ist dazu eingerichtet, den Kipphebel 30 derart zu kippen, dass der Kipphebel 30 eine Axialkraft auf das Einspritzdüsenklemmelement 34 in die erste Axialrichtung D1 ausübt. Das Einspritzdüsenklemmelement 34 ist somit dazu eingerichtet, eine axiale Position der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 zu verstellen.
Durch Betätigung der Einspritzdüse 12 über die Kolbenstange 46 drückt ein Fluiddruck die Einspritzdüse 12 tiefer in die zweite flexible Dichtung 42. Die zweite flexible Dichtung 42 verformt sich somit in einer berechneten Art und Weise und hält ein Volumen innerhalb der zweiten flexiblen Dichtung im Wesentlichen konstant. Daher ist auch der Fluiddruck in der zweiten flexiblen Dichtung 42 im Wesentlichen konstant.
4c zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 4a gezeigten Abschnitts D des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die zweite flexible Dichtung ist dazu eingerichtet, dass sie die zweite Axialkraft F2 in der zweiten axialen Richtung D2 in Abhängigkeit von der Dicke der zweiten flexiblen Dichtung 42 in der Axialrichtung X der Einspritzdüse 12 ausübt.
In der vorliegenden zweiten Ausführungsform muss die zweite flexible Dichtung 42 somit nicht in Fluidverbindung mit einer Fluidversorgung stehen, da sie dazu dient, die Einspritzdüse 12 gegen die von der Kolbenanordnung auf die Einspritzdüse ausgeübte Kraft zu spannen, d.h. sie dient dazu, der durch die Kolbenanordnung erzeugten Kraft entgegenzuwirken und somit effektiv zu spannen, d.h. die Einspritzdüse vorzuspannen.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Kolbenstange 46 der Kolbenanordnung 44 ist derart ausgebildet, dass sie eine vordefinierte Länge aufweist, die spezifischen Packageanforderungen entspricht. Die Länge der Kolbenstange 46 kann alternativ beispielsweise von dem abweichen, was gemäß der zweiten Ausführungsform gezeigt ist.
Der Kipphebel 30 weist eine im Wesentlichen plattenartige Form auf und ist in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung X der Einspritzdüse 12 angeordnet.
Das Einspritzdüsenbefestigungselement 32 ist ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung X der Einspritzdüse 12 angeordnet, wobei das Einspritzdüsenbefestigungselement 32 die Einspritzdüse 12 vollständig umschließt und auf einer Oberfläche des Zylinderkopfes 16 abgestützt ist.
6 zeigt eine schematische Ansicht des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Der Kipphebel 30 gemäß der zweiten Ausführungsform umgibt die Einspritzdüse 12 teilweise, d.h. er ist halbkreisförmig in der Draufsicht derart ausgebildet, dass er zumindest die Hälfte des Umfangs der Einspritzdüse 12 umgibt.
Bei dieser Konstruktion befindet sich der Kipphebel 30 auf dem Einspritzdüsenklemmelement, d.h., er sitzt auf einer Oberseite des Einspritzdüsenklemmelements 34 und überträgt so die von der Kolbenanordnung 44 erzeugte Axialkraft optimal in der ersten Axialrichtung D1.
7 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des in 6 gezeigten Abschnitts E des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Der Kipphebel 30 weist einen Drehpunkt 31 auf, welcher im Wesentlichen an einen Mittelpunkt des Kipphebels kreisig angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Kipphebel 30 an seiner zweiten Seite 30b nicht durch das Einspritzdüsenbefestigungselement getragen bzw. unterstützt, sondern liegt an einem radialen Vorsprung 13 der Einspritzdüse 12 an.
Auf diese Weise kann der Kipphebel 30 die von der Kolbenanordnung 44 erzeugte Kraft F3 effektiv in die erste Axialkraft F1 umwandeln, die in der ersten Axialrichtung D1 gerichtet ist, und so eine Abwärtsbewegung der Einspritzdüse 12 durch Bewegen des Einspritzdüsenklemmelements 34 erzeugen.
Der Kipphebel 13 weist des Weiteren ein Begrenzungselement 30c auf, welches sich von der ersten Seite 30a des Kipphebels 30 in der ersten axialen Richtung D1 erstreckt und zumindest teilweise in einem vorbestimmten Grad zur Einspritzdüse 12 hin zu einer axialen Richtung X der Einspritzdüse 12 gebogen ist. Das Begrenzungselement 30c dient als unterer Anschlag, um eine Bewegung der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung 14 zu begrenzen.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß den Ausführungsformen der Erfindung.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S1 einer Einspritzdüse, welche in einer Einspritzdüsenbohrung montiert ist, die in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildet ist, wobei eine Spitze der Einspritzdüse in eine Brennkammer ragt, und ein Bereitstellen S2 eines Positioniersystems zum Einstellen einer axialen Position der Einspritzdüse 12 in der Einspritzdüsenbohrung.
Das Verfahren umfasst ferner das Ausüben S3 einer ersten Axialkraft auf die Einspritzdüse, welche in einer ersten axialen Richtung mittels einer Spannvorrichtung gerichtet ist.
Das Verfahren umfasst ferner ein Ausüben S4 einer zweiten Axialkraft auf die Einspritzdüse, welche in einer zweiten axialen Richtung mittels einer Verstellvorrichtung gerichtet ist, wobei die zweite Axialkraft in eine entgegengesetzte Richtung als die erste Axialkraft gerichtet ist. Das Verfahren umfasst zusätzlich ein Variieren S5 der zweiten Axialkraft, die auf die Einspritzdüse ausgeübt wird, wobei die axiale Position der Einspritzdüse in der Einspritzdüsenbohrung auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen eingestellt wird.
Das Verfahren umfasst ferner, dass die erste Axialkraft, die von der Spannvorrichtung auf die Einspritzdüse ausgeübt, und die zweite Axialkraft, die von der Verstellvorrichtung auf die Einspritzdüse ausgeübt wird, im Wesentlichen einen gleichen Betrag aufweisen.
9 zeigt ein Automobil bzw. Kraftfahrzeug gemäß den Ausführungsformen der Erfindung.
Das Kraftfahrzeug 1 bzw. Automobil weist einen Verbrennungsmotor 5 und ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf.
Obwohl das vorstehend genannte Einspritzsystem im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen beschrieben wurde, ist es einem Fachmann bekannt, dass das hier beschriebene Einspritzsystem natürlich auch auf andere Objekte, die Verbrennungsmotoren umfassen, angewendet werden kann.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen illustriert und beschrieben wurden, ist es dem Fachmann verständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen existieren. Es sollte beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise einzuschränken.
Vielmehr liefert die vorstehend genannte Zusammenfassung und ausführliche Beschreibung dem Fachmann eine bequeme Anleitung zur Implementierung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform, wobei verständlich ist, dass verschiedene Änderungen im Funktionsumfang und der Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente abzuweichen. Im Allgemeinen beabsichtigt diese Anmeldung, Änderungen bzw. Anpassungen oder Variationen der hierin dargelegten Ausführungsformen abzudecken.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
5: Verbrennungsmotor
10: Kraftstoffeinspritzsystem
12: Einspritzdüse
12a: Spitze der Einspritzdüse
13: radialer Vorsprung
14: Einspritzdüsenbohrung
14a: axialer Endabschnitt der Einspritzdüsenbohrung
16: Zylinderkopf
18: Brennkammer
20: Positioniersystem
22: Spannvorrichtung
24: Verstellvorrichtung
26: Abstand
28: Federelement
30: Kipphebel
30a: erste Seite des Kipphebels
30b: zweite Seite des Kipphebels
30c: Begrenzungselement
31: Drehpunkt
32: Einspritzdüsenbefestigungselement
34: Einspritzdüsenklemmelement
36: erste flexible Dichtung
36a: Expansionskammer
36b: zweiter axialer Endabschnitt
38: Fluidversorgung
40: Dicke
42: zweite flexible Dichtung
44: Kolbenanordnung
46: Kolbenstange
46a: erster axialer Endabschnitt
48: Kolben
50: Kammer
138: Fluidversorgung
D1: erste Axialrichtung
D2: zweite Axialrichtung
F1: erste Axialkraft
F2: zweite Axialkraft
F3: Federkraft
P: Fluiddruck
X: Axialrichtung der Einspritzdüse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9664160 B2 [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem (10) für einen Verbrennungsmotor (5) eines Kraftfahrzeugs (1), mit: einer Einspritzdüse (12), welche in einer in einem Zylinderkopf (16) des Verbrennungsmotors (5) ausgebildeten Einspritzdüsenbohrung (14) montiert ist, wobei eine Spitze (12a) der Einspritzdüse (12) in eine Brennkammer (18) ragt; und ein Positioniersystem (20), welches dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) zu verstellen, wobei das Positioniersystem (20) eine Spannvorrichtung (22) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine erste Axialkraft (F1) auf die Einspritzdüse (12) auszuüben, welche in eine erste axiale Richtung (D1) gerichtet ist, wobei das Positioniersystem (20) eine Verstellvorrichtung (24) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine zweite Axialkraft (F2) auf die Einspritzdüse (12) auszuüben, wobei die zweite Axialkraft (F2) in eine entgegengesetzte Richtung als die erste Axialkraft (F1) gerichtet ist, und wobei die Verstellvorrichtung (24) dazu eingerichtet ist, die auf die Einspritzdüse (12) ausgeübte zweite Axialkraft (F2) zu variieren, wobei die axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen einstellbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Axialkraft (F1), die von der Spannvorrichtung (22) auf die Einspritzdüse (12) ausgeübt wird, und die zweite Axialkraft (F2), die von der Verstellvorrichtung (24) auf die Einspritzdüse (12) ausgeübt wird, im Wesentlichen einen gleichen Betrag aufweisen.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Brennraum (18) ragender Abstand (26) der Spitze (12a) der Einspritzdüse (12) durch Verstellen der axialen Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) auf eine vorgegebene Position innerhalb eines Bereichs vorgegebener Positionen einstellbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (22) ein Federelement (28) aufweist, das mit der Einspritzdüse (12) derart verbunden ist, dass eine Federkraft (F3) des Federelements (28) in die erste Axialkraft (F1) umgewandelt wird, die in der ersten axialen Richtung (D1) auf die Einspritzdüse (12) gerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (22) ferner einen Kipphebel (30), ein Einspritzdüsenbefestigungselement (32) und ein Einspritzdüsenklemmelement (34) aufweist, wobei das Federelement (28) im Wesentlichen parallel zur Einspritzdüse (12) angeordnet ist und eine Federkraft (F3) auf eine erste Seite (30a) des Kipphebels (30) ausübt, wobei der Kipphebel (30) zwischen dem an einer zweiten Seite (30b) des Kipphebels (30) angeordneten Einspritzdüsenbefestigungselement (32), wobei das Einspritzdüsenbefestigungselement am Zylinderkopf (16) montiert ist, und dem Einspritzdüsenklemmelement (34), welches an der ersten Seite (30a) des Kipphebels (30) benachbart zu dem Federelement (28) gehalten wird, wobei das Einspritzdüsenklemmelement (34) an die Einspritzdüse (12) an einer vorbestimmten axialen Position geklemmt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (28) dazu eingerichtet ist, den Kipphebel (30) derart zu kippen, dass der Kipphebel (30) eine Axialkraft auf das Einspritzdüsenklemmelement (34) ausübt, wobei das Einspritzdüsenklemmelement (34) dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) zu verstellen.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (24) eine erste flexible Dichtung (36) aufweist, welche an einem axialen Endabschnitt (14a) der Einspritzdüsenbohrung (14) benachbart zur Brennkammer (18) angeordnet ist, wobei die erste flexible Dichtung (36) mit einer Fluidversorgung (38) in Fluidverbindung ist, und wobei die erste flexible Dichtung (36) dazu eingerichtet ist, dass eine Dicke (40) der ersten flexiblen Dichtung (36) in einer Axialrichtung (X) der Einspritzdüse (12) durch Einstellen eines Fluiddrucks (P), mit welchem die erste flexible Dichtung (36) versorgt wird, verstellbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste flexible Dichtung (36) dazu eingerichtet ist, die zweite Axialkraft (F2), welche auf die Einspritzdüse (12) ausgeübt wird, zu variieren, wobei die axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) durch die erste flexible Dichtung (36) auf die vorbestimmte Position innerhalb des Bereichs vorbestimmter Positionen in Abhängigkeit der Dicke (40) der ersten flexiblen Dichtung (36) einstellbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (22) eine zweite flexible Dichtung (42) aufweist, welche an einem axialen Endabschnitt (14) der Einspritzdüsenbohrung (14) benachbart zur Brennkammer (18) angeordnet ist, wobei die zweite flexible Dichtung (42) mit einem Fluid befüllt ist, und wobei die zweite flexible Dichtung (42) dazu eingerichtet ist, die zweite Axialkraft (F2) auf die Einspritzdüse (12) auszuüben, welche in eine zweite axiale Richtung (D2) gerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite flexible Dichtung (42) dazu eingerichtet ist, die zweite Axialkraft (F2) in der zweiten axialen Richtung (D2) in Abhängigkeit einer Dicke (40) der zweiten flexiblen Dichtung (42) in der axialen Richtung (X) auf die Einspritzdüse (12) auszuüben.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (24) eine Kolbenanordnung (44) aufweist, welche mit der Einspritzdüse (12) derart verbunden ist, dass eine Kolbenbewegung der Kolbenanordnung (44) in die erste Axialkraft (F1) umgewandelt wird, die in der ersten axialen Richtung (D1) auf die Einspritzdüse (12) gerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (44) der Verstelleinrichtung (24) eine Kolbenstange (46) aufweist, von welcher ein erster axialer Endabschnitt (46a) mit einem Kolben (48) verbunden ist, der in einer Kammer (50) angeordnet ist, die in Fluidverbindung mit einer Fluidversorgung (138) steht, und einen zweiten axialen Endabschnitt (46), welcher an dem Kipphebel (30) anliegt, wobei die Kolbenstange (46) im Wesentlichen parallel zu der Einspritzdüse (12) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Kraft (F3) auf eine erste Seite (30a) des Kipphebels (30) auszuüben, wobei der Kipphebel zwischen einem Einspritzdüsenbefestigungselement (32), das an einer zweiten Seite (30b) des Kipphebels (30) angeordnet ist, wobei das Einspritzdüsenbefestigungselement (32) am Zylinderkopf (16) montiert ist, und einem Einspritzdüsenklemmelement (34), welches an der ersten Seite (30a) des Kipphebels (30) benachbart zu der Kolbenstange (46) angeordnet ist, gehalten wird, wobei das Einspritzdüsenklemmelement (34) an die Einspritzdüse (12) an einer vorbestimmten axialen Position geklemmt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange dazu eingerichtet ist, den Kipphebel (30) in solch einer Weise zu kippen, dass der Kipphebel (30) eine Axialkraft auf das Einspritzdüsenklemmelement (34) ausübt, wobei das Einspritzdüsenklemmelement (34) dazu eingerichtet ist, eine axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) zu verstellen.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (24) dazu eingerichtet ist, die Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) in Abhängigkeit vorbestimmter Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (5) aufweisend zumindest eines von einer Motordrehzahl, einem Motordrehmoment und einer Kraftstoffeinspritzmenge kontinuierlich zu verstellen.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor (5) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (S1) einer Einspritzdüse (12), welche in einer Einspritzdüsenbohrung (14), die in einem Zylinderkopf (16) des Verbrennungsmotors (5) ausgebildet ist, montiert ist, wobei eine Spitze (12a) der Einspritzdüse (12) in eine Brennkammer (18) ragt und Bereitstellen (S2) eines Positioniersystems (20) zum Verstellen einer axialen Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14); Ausüben (S3) einer ersten Axialkraft (F1) auf die Einspritzdüse (12), welche mittels einer Spannvorrichtung (22) in eine erste axiale Richtung (D1) gerichtet ist; Ausüben (S4) einer zweiten Axialkraft (F2) auf die Einspritzdüse (12), welche mittels einer Verstellvorrichtung (24) in einer zweiten axialen Richtung gerichtet ist, wobei die zweite Axialkraft (F2) in eine entgegengesetzte Richtung als die erste Axialkraft (F1) gerichtet ist; und Variieren (S5) der zweiten Axialkraft (F2), welche auf die Einspritzdüse (12) ausgeübt wird, wobei die axiale Position der Einspritzdüse (12) in der Einspritzdüsenbohrung (14) auf eine vorbestimmte Position innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Positionen eingestellt wird.
Kraftfahrzeug (1) mit einem Verbrennungsmotor (5) und einem Kraftstoffeinspritzsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.