WO2001014737A1

WO2001014737A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2001014737A1
Application number: PCT/DE2000/002553
Authority: WO
Inventors: Bernd Mahr; Martin Kropp; Hans-Christoph Magel; Wolfgang Otterbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2002-02-20
Also published as: US6520152B1; EP1125058B1; ATE294925T1; EP1125058A1; DE19939418A1; DE50010227D1; JP2003507656A

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (10) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, mit einem zentralen ersten Druckspeicher (6) für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher (6) gespeisten zentralen zweiten Druckspeicher (7), in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr der tiefere Kraftstoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoffdruck ist die Ventileinheit (12) zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoffdruck lokal für jeden Injektor (10) vorgesehen. Mit diesem Einspritzsystem ist eine verbesserte Dosierung des tieferen Kraftstoffdruckes möglich.

Description

Kraftstoffeinspritzsvstem für eine Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem KraftStoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentan- soruchs 1. Ein derartiges Einpritzsyste ist beispielsweise durch die EP 0 711 914 AI bekanntgeworden.

Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beschreibung werden zunächst einige Begriffe näher erläutert: Bei einem druckgesteuerten Kraf tεto ff einspri tzsystem wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck ein Ventilkörper (z.B. eine Düsennadel) gegen die Wirkung einer Schließkraft aufgesteuert und so die Einspritzöff- nung für eine Einspritzung des Kraftstoffes freigegeben.

Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in den Zylinder austritt, wird als Einspri tzdruck bezeichnet. Unter einem hubgesteuerten Kraf tstoff einspri tzsystem wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung eines Injektors mit Hilfe eines verschieblichen Ventilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgen. Weiterhin ist im folgenden eine Anordnung als zentral bezeichnet, wenn sie gemeinsam für alle Zylinder vorgesehen ist, und als lokal , wenn sie für nur einen einzelnen Zylinder vorgesehen ist.

Bei dem aus der EP 0 711 914 AI bekannten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird mit Hilfe einer Hochdruck- pumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen Kraftstoffdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druckspeicher gespeichert. Weiterhin wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff auch in einen zweiten Druckspeicher gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzu- fuhr mittels eines 2/2 -Wegventils ein zweiter hoher Kraftstoffdruck von ca. 400 bar aufrechterhalten wird. Über eine zentrale Ventilsteuereinheit und eine zentrale Verteilereinrichtung wird entweder der tiefere oder höhere Kraftstoffdruck in den Düsenraum eines Injektors geleitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus dem Düsenraum austreten kann.

Bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem wird der Kraftstoff für eine Einspritzung aus dem jeweiligen zentralen Druckspeicher über die zentrale Ventileinheit und die zentrale Verteilereinrichtung auf die einzelnen Injek- toren aufgeteilt. Das jeweils maximal mögliche Einspritz - fenster ist damit durch die Ventileinheit und die Verteilereinrichtung gemeinsam bestimmt.

Aus der WO 98/09068 ist weiterhin ein hubgesteuertes Ein- spritzsystem bekannt, bei dem ebenfalls zwei Druckspeicher zur Lagerung der beiden Kraftstoffdrücke vorgesehen sind. Auch hier erfolgt die Zumessung des jeweiligen KraftStoff- druckes über zentrale Ventileinheiten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem weist zum Erreichen einer verbesserten Dosierung des tieferen Kraftstoffdruk- kes die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den tieferen Kraft- stoffdruck nicht zentral, sondern für jeden Injektor jeweils lokal über eine Ventileinheit zu steuern. Aufgrund der kurzen Leitung zwischen lokaler Ventileinheit und Düsenraum des Injektors sind Leitungsverluste auf ein Mini- mum reduziert. Zusätzlich zur besseren Dosiermöglichkeit bestehen weitere Vorteile in der guten Reproduzierbarkeit der Vor- und Nacheinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck sowie in einem verringerten Einfluß von Bauteiltole- ranzen auf die Vor- und Nacheinspritzung.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen Kraftstoff mit zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken in zwei Druckspeichern gelagert und eingespritzt wird, sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer lokalen Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoffdruck;

Fig. 2 ein zweites Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer modifizierten lokalen Ventileinheit;

Fig. 3 ein drittes Einspritzsystem mit hubgesteuerten

Injektoren und der in Fig. 2 gezeigten lokalen Ventileinheit; und Fig. 4 ein viertes Einspritzsystem mit modifizierten hubgesteuerten Injektoren und der in Fig. 2 gezeigten lokalen Ventileinheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems 1 för- dert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 mit einem Druck von ca. 300 bis 1800 bar aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen ersten zentralen Druckεpeicher 6 (Common-Rail) und in einen zweiten zentralen Druckspeicher 7 (Common-Rail) , von denen jeweils mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende

Druckleitungen 8 bzw. 9 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuerten Injektoren 10 (Einspritzeinrichtung) abführen. In Fig. 1 ist lediglich einer der Injektoren 10 näher dar- gestellt.

Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 2 wird so ein erster höherer Kraftstoffdruck von bis zu 1800 bar erzeugt, der im ersten Druckspeicher 6 gelagert wird. Der unter diesem Druck ste- hende Kraftstoff wird auch in den zweiten Druckspeicher 7 gefördert, in welchem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr mittels eines 2/2 -Wegventils 11 ein zweiter tieferer Kraftstoffdruck von ca. 300 bar aufrechterhalten wird. Für beide Druckspeicher 6, 7 ist jeweils ein Regelkreis mit einem Drucksensor vorgesehen. Das tiefere Druckniveau kann für eine Voreinspritzung und je nach Bedarf auch für eine Nacheinspritzung (HC-Anreicherung zur Abgasnachbehandlung) verwendet werden, während eine Haupteinspritzung mit dem höheren Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 erfolgt .

Die Umschaltung zwischen entweder dem tieferen oder dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt für jeden Zylinder bzw. Injektor 10 getrennt und zwar jeweils über eine lokale Ventilanordnung 12, die als Schaltelement für den höheren Kraftstoffdruck in der Druckleitung 8 ein 2/2 -Wege-Ventil 13 aufweist. Dessen Ausgang ist von der Druckleitung 9 durch ein Rückschlagventil 14 abgekoppelt. Über ein 3/2-

Wege-Ventil 15 wird dann der jeweils anstehende Druck über eine Druckleitung 16 in einen Düsenraum 17 des Injektors 10 geleitet. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 18 (Düsennadel) , dessen konische Ventildichtfläche 19 mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse zusammenwirkt und so die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 20 verschließt. Innerhalb des Düsenraums 17 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 18 weisende Druckfläche des Ventilgliedes 18 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, wobei sich der Düsenraum 17 über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 18 und der Führungsbohrung bis an die Ventildichtfläche 19 des Injektors 10 fortsetzt. Durch den im Düsenraum 17 herrschenden Druck wird das die Einspritzöffnungen 20 abdichtende Ventilglied 18 gegen die Wirkung einer Schließkraft (Schließfeder 21) aufgesteuert , wobei der Federraum 22 mittels einer Leckageleitung 23 druckentlastet ist.

Die Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei unbestromtem 2/2 -Wege-Ventil 13 durch Bestromen des 3/2-Wege-Ventils 15. Die Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt bei bestromtem 3/2-Wege-Ventil 15 durch Bestromen des 2/2-Wege-Ventils 13, wobei das Rückschlagventil 14 einen ungewollten Rücklauf in die Druckleitung 9 verhindert. Am Ende der Einspritzung wird bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 13 das 3/2 -Wege-Ventil 15 auf Leckage 23 zurückgeschaltet. Dadurch werden die Druckleitung 16 und der Düsenraum 17 druckentlastet, so daß das federbelastete Ventilglied 18 die Einspritzöffnungen 20 wieder verschließt.

Die in Fig. 1 insgesamt mit 24 bezeichnete Anordnung aus lokaler Ventilanordnung 12 und 3/2 -Wege-Ventil 15 kann innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. la) oder außerhalb des Injektorgehäuses (Fig. lb) , z.B. im Bereich der Druckspei- cher 6, 11, angeordnet sein. So läßt sich eine kleinere Baugröße des Injektorgehäuses und durch Ausnutzung von

Wellenreflexionen in der nun längeren Druckleitung 16 ein erhöhter Einspritzdruck erreichen.

Nachfolgend werden in der Beschreibung zu den weiteren Fi- guren lediglich die Unterschiede zum Kraftstoffeinspritzsystem nach Fig. 1 behandelt. Identische bzw. funktionsgleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht näher erläutert.

Anders als beim Einspritzsystem 1 wird bei dem in Fig. 2 gezeigten Einspritzsystem 30 der höhere Kraftstoffdruck des ersten Druckspeichers 6 über eine Verteilereinrichtung 31 zentral auf die einzelnen Injektoren 10 aufgeteilt. Die Zumessung des im ersten Druckspeicher 6 gelagerten Kraft- Stoffs wird mit einem 3/2-Wege-Ventil 32 vor der Verteilereinrichtung 31 zentral gesteuert. Die Umschaltung zwischen den beiden Druckleitungen 8, 9 erfolgt für jeden Injektor 10 jeweils lokal über die insgesamt mit 33 bezeich- t- H H σ o LΠ o LΠ o LΠ

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Claims

Patentansprüche

1. Kraftstoffeinspritzsystem (1; 30; 40; 50) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (10; 41; 51) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann,

mit einem zentralen ersten Druckspeicher (6) für den höheren Kraftstoffdruck und einem vom ersten Druckspeicher (6) gespeisten zentralen zweiten Druckspeicher (7) , in dem durch Regelung seiner Kraftstoffzufuhr der tiefere Kraftstoffdruck aufrechterhalten wird, und mit einer Ventileinheit zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventileinheit (12; 33) zum Umschalten zwischen dem höheren und dem tieferen Kraftstoff lokal für jeden Injektor (10; 41; 51) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Ventileinheit (12) als

Schaltelement für den höheren Kraftstoffdruck ein 2/2-Wege-Ventil (13) aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Ventileinheit (33) als

Schaltelement zwischen dem höheren und tieferen Kraftstoffdruck ein 3/2-Wege-Ventil (34) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren (10) für eine Drucksteuerung ausgebildet sind.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren (41; 51) für eine Hubsteuerung ausgebildet sind.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ventileinheit (12, 33) der Düsenraum (17) und der Steuerraum (44) gemeinsam entweder mit niederem oder hohem Kraftstoffdruck beaufschlagbar sind.