WO2001014727A1

WO2001014727A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2001014727A1
Application number: PCT/DE2000/002581
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: DE19939423A1; DE50009918D1; US6688277B1; EP1123463B1; EP1123463A1; JP2003507651A; ATE292238T1

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (10; 61) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, ist parallel zu einer Bypaßleitung (19) ein hydraulischer Druckübersetzer (11) zur Erzeugung des höheren Kraftstoffdruckes vorgesehen, wobei der Druckübersetzer (11) über eine Ventileinheit (13) aktivierbar und deaktivierbar ist. Da der Druckübersetzer nicht permanent im Betrieb ist und auch die Verluste durch Reibung reduziert sind, ist der Wirkungsgrad verbessert.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Einpritzsystem 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 tstof f 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 hubges teuerten Kraf tstof f einspri tzsys tem 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 Ventilsteuereinheit wird entweder der tiefere oder höhere Kraftstoffdruck in den Düsenraum eines Injektors ge- leitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ventilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß Kraftstoff aus der Düsenδffnung austreten kann.

Nachteilig bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem ist, daß zunächst der gesamte Kraftstoff erst auf das höhere Druckniveau komprimiert werden muß, um dann einen Teil des Kraftstoffs wieder auf das tiefere Druckniveau zu entlasten. Außerdem sind zwei Druckspeicher erforderlich, um die beiden Kraftstoffdrücke zu lagern. Die Hochdruckpumpe ist, da sie von der Nockenwelle des Motors angetrieben wird, dauerhaft im Betrieb und zwar auch dann, wenn der gewünschte Druck im jeweiligen Druckspeicher bereits aufgebaut ist . Diese permanente Hochdruckerzeugung und die nachfolgende Entlastung auf das Niederdruckniveau stehen einem besseren Wirkungsgrad entgegen. Bei Verwendung von Hochdruckspeichern ist der Kraftstoffdruck aus Festigkeitsgründen derzeit auf maximal ca. 1800 bar beschränkt.

Aus der WO 98/09068 ist ein hubgesteuertes Einspritzsystem bekannt, bei dem ebenfalls zwei Druckspeicher zur Lagerung der beiden Kraftstoffdrücke vorgesehen sind. Für jeden Druckspeicher ist eine eigene Hochdruckpumpe vorgesehen, die dauerhaft im Betrieb ist und zwar auch dann, wenn der gewünschte Druck im jeweiligen Druckspeicher bereits aufgebaut ist .

Vorteile der Erfindung

Zur Verbesserung des Wirkungsgrads wird erfindungsgemäß ein zweites höheres Druckniveau mittels eines Druckübersetzers erzeugt. Da dieser übersetzte Druck nicht in einem Druckspeicher gelagert wird, kann ein höherer Einspritzdruck erreicht werden. Die beiden Druckniveaus können zur Darstellung einer flexiblen Einspritzung wie einer boot- förmigen Einspritzung, Vor- und Nacheinspritzung verwendet werden.

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

Zeichnung

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

Fig. 1 ein erstes Kraftstoffeinspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und einer zentralen Druck- übersetzungseinheit ;

Fig. 2 ein zweites Einspritzsystem mit druckgesteuerten

Injektoren und jeweils einer für jeden Injektor vorgesehenen lokalen Druckübersetzungseinheit;

Fig. 3 ein drittes Einspritzsystem mit druckgesteuerten Injektoren und jeweils einer modifizierten lokalen Druckübersetzungseinheit für jeden Injektor; und t o o ut in

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einer Ventileinheit 13 an die Förderleitung 5 angeschlossen werden kann, so daß es durch den in einer Primärkammer 14 befindlichen Kraftstoff einenends druckbeaufschlagt wird. Ein Differenzraum 15 ist mittels einer Leckagelei- tung 16 druckentlastet, so daß das Druckmittel 12 zur Verringerung des Volumens einer Druckkammer 17 in Kompressionsrichtung verschoben werden kann. Dadurch wird der in der Druckkammer 17 befindliche Kraftstoff entsprechend entsprechend dem Flächenverhältnis von Primärkammer 14 und Druckkammer 17 auf den höheren Kraftstoffdruck verdichtet. Die Befüllung der Druckkammer 17 erfolgt über ein im Druckmittel 17 vorgesehenes Rückschlagventil 18. Der Druckübersetzer 11 kann durch eine parallele Bypaßleitung 19 umgangen werden, die mittels der Ventileinheit 13 akti- vierbar bzw. deaktivierbar ist. In Fig. la ist die Ventileinheit 13 vor dem Druckübersetzer 11 und als 3/2-Wege- Ventil ausgebildet. Die Teile 11, 13 und 19 bilden die zentrale Druckübersetzungseinheit 6.

Der an der Verteilereinrichtung 8 jeweils anstehende

Kraftstoffdruck wird über die Druckleitung 9 in einen Düsenraum 20 des Injektors 10 geleitet. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 21 (Düsennadel) , dessen konische Ventildichtfläche 22 mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse zusammenwirkt und so die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 23 verschließt. Innerhalb des Düsenraums 20 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 21 weisende Druckfläche des Ventilgliedes 21 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, wobei sich der Düsenraum 20 über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 21 und der Führungsbohrung bis an die Ventildichtfläche 22 des Injektors 10 fortsetzt. Durch den im Düsenraum 20 herrschenden Druck wird das die Einspritzöffnungen 23 abdichtende Ventilglied 21 gegen die Wirkung einer Schließkraft (Schließfeder 24) aufgesteuert , wobei der Federraum 25 mittels einer Leckageleitung 26 druckentla- stet ist. Hinter der Verteilereinrichtung 8 ist für jeden Injektor 10 jeweils noch eine Rückschlagventilanordnung 27 vorgesehen, die den Kraftstoff in Richtung Injektor 10 über ein erstes Rückschlagventil 28 durchläßt und den Rückfluß von Kraftstoff aus dem Injektor 10 mittels einer Drossel 29 und eines zweiten Rückschlagventils 30 zur Entlastung der Verteilereinrichtung 8 und zum Druckabbau zuläßt.

Eine Voreinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck er- folgt bei stromloser Ventileinheit 13 durch Bestromen des 2/2-Wege-Ventils 7. Durch Bestromen auch der Ventileinheit 13 erfolgt dann die Haupteinspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck. Für eine Nacheinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck wird die Ventileinheit 13 wieder in den stromlosen Zustand zurückgeschaltet. Wird die Primärkammer 14 mit Hilfe der Ventileinheit 13 bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 7 an den Eingang der Hochdruckpumpe 2 angeschlossen, so erfolgen die Rückstellung des Druckmittels 12 und die Wiederbefüllung der Druckkammer 17, die über das Rückschlagventil 18 an die Förderleitung 5 angeschlossen ist. Aufgrund der Druckverhältnisse in der Primärkammer 14 und in der Druckkammer 17 öffnet das Rückschlagventil 18, so daß die Druckkammer 17 unter dem Kraftstoff- druck der Hochdruckpumpe 2 steht und das Druckmittel 12 hydraulisch in seine Ausgangsstellung zurückgefahren wird.

Zur Verbesserung des Rückstellverhaltens können eine oder mehrere Federn in den Räumen 14, 15 und 17 angeordnet sein. J t H H o o in σ cn o n

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Steuerraum 65 begrenzt. Der Steuerraum 65 hat von der Druckleitung 9 her einen KraftstoffZulauf mit einer ersten Drossel 66 und einen Kraftstoffablauf zu einer Druckentla- stungsleitung 67 mit einer zweiten Drossel 68, die durch ein 2/2-Wege-Ventil 69 auf Leckage 70 steuerbar ist. Über den Druck im Steuerraum 65 wird das Druckstück 63 in Schließrichtung druckbeaufschlagt. Unter dem tieferen oder höheren Kraftstoffdruck stehender Kraftstoff füllt ständig den Düsenraum 20 und den Steuerraum 65. Bei Betätigung (Öffnen) des 2/2-Wege-Ventils 69 kann der Druck im Steuerraum 65 abgebaut werden, so daß in der Folge die in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 21 wirkende Druckkraft im Düsenraum 20 die in Schließrichtung auf das Ventilglied 21 wirkende Druckkraft übersteigt. Die Ventildichtfläche 22 hebt von der Ventilsitzfläche ab, und Kraftstoff wird eingespritzt. Dabei läßt sich der Druckentlastungsvorgang des Steuerraums 65 und somit die Hubsteuerung des Ventil - glieds 21 über die Dimensionierung der beiden Drosseln 66 und 68 beeinflussen. Das Ende der Einspritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) des 2/2-Wege-Ventils 69 eingeleitet, das den Steuerraum 65 wieder von der Leckageleitung 70 abkoppelt, so daß sich im Steuerraum 65 erneut ein Druck aufbaut, der das Druckstück 63 in Schließrichtung bewegen kann. Die Umschaltung des Kraftstoffs auf entweder den tieferen oder den höheren Kraftstoffdruck erfolgt für jeden Injektor 61 in der lokalen Druckübersetzungseinheit 53 durch die Ventileinheit 55. Die Druckübersetzungseinheit 53 kann entweder innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 4a) oder außerhalb (Fig. 4b) angeordnet sein.

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren 10 in o in

Claims

Patentansprüche

1. Kraftstoffeinspritzsystem (1; 40; 50; 60) für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (10; 61) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann,

dadurch gekennzeichnet,

daß parallel zu einer Bypaßleitung (19; 45; 58) ein hydraulischer Druckübersetzer (11; 42; 54) zur Erzeugung des höheren Kraftstoffdruckes vorgesehen ist, wobei der Druckübersetzer (11; 42; 54) über eine Ventileinheit (13; 13a; 44; 55) aktivierbar und deaktivierbar ist .

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (19; 45; 58) bei aktiviertem Druckübersetzer (11; 42; 54) geschlossen ist .

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, da- durch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (13; 44;

55) vor dem Druckübersetzer (11; 42; 54) angeordnet ist .

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, da- durch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (13a) nach dem Druckübersetzer (11) angeordnet ist.

Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzer (11) zentral für alle Injektoren (10) vorgesehen ist .

Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzer (42; 54) lokal für jeden Injektoren (10; 61) einzeln vorgesehen ist.

Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zentraler Druckspeicher (51) zur Lagerung des tieferen Kraftstoffdruckes vorgesehen ist.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung des Kraftstoffdruckes auf die einzelnen Injektoren (10; 61) eine zentrale Verteilereinrichtung (8) vorgesehen ist.

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

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren (61) für eine Hubsteuerung ausgebildet sind.