DE10111293A1

DE10111293A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10111293A1
Application number: DE2001111293
Authority: DE
Inventors: Achim Brenk; Wolfgang Klenk; Uwe Gordon; Manfred Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: DE10111293B4; WO2002073022A1

Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit jeweils einem in einer Druckleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventil (4) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine und mit einem den Öffnungshub des Ventilglieds (12) des Einspritzventils (4) begrenzenden hydraulischen Hubanschlag (32), der als hydraulischer Dämpfungsraum (34) ausgebildet ist und ein hydraulisch steuerbares Steuerventil (36) aufweist, welches in Abhängigkeit des in seiner Steuerleitung (42) herrschenden Drucks die Verbindung des Dämpfungsraums (34) zur Niederdruckseite (27) sperrt, sind die Druckleitungen (3) der einzelnen Einspritzvenile (4) an einen Hochdruckspeicher (2) für den Kraftstoff angeschlossen und sind die Steuerleitungen (42) der einzelnen Steuerventile (36) über eine erste Drossel (28) mit dem Hochdruckspeicher (2) verbunden und über ein Druckabbauventil (29) mit der Niederdruckseite (27) verbindbar.

Description

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrich tung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine sol che aus der DE 197 39 905 A1 bekannte Kraftstoffeinspritz vorrichtung umfaßt ein Einspritzventil mit einem nach außen aus einer Bohrung des Ventilkörpers austauchenden Ven tilglied. An dem Ventilglied sind zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern vorgesehen, die beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilglieds nach einander aufsteuerbar sind. Das Einspritzventil weist ei nen den Öffnungshub des Ventilglieds begrenzenden zweistu figen hydraulischen Hubanschlag auf, der als hydraulischer Dämpfungsraum mit zusteuerbarer Entlastung ausgebildet ist. Bei der Öffnungshubbewegung wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum durch zwei Anschliffe am Ventilglied und über jeweils den Anschliffen zugeordnete Entlastungslei tungen in einen Niederdruckraum gepreßt. Die Dichtkante des ersten Anschliffs ist dabei brennraumnäher als die des zweiten Anschliffs ausgebildet, so daß die Dichtkante des ersten Anschliffs in die Bohrung eintaucht, sobald eine Einspritzöffnungsreihe aus der Bohrung ausgetaucht ist. In der weiteren Huböffnungsphase wird der Kraftstoff im Dämp fungsraum ausschließlich über den zweiten Anschliff und dessen Entlastungsleitung geleitet. In der Entlastungslei tung des zweiten Anschliffs ist ein hydraulisch gesteuer tes Entlastungsventil angeordnet, das erst dann öffnet, wenn der im Dämpfungsraum herrschende Druck die Schließ kraft der auf das Ventilglied des Entlastungsventils wir kenden Schließfeder überschreitet. Die Schließfeder ist an der einen Stirnfläche eines axial verschiebbaren Kolbens abgestützt, dessen andere abgewandte Stirnseite einen hy draulischen Arbeitsraum begrenzt. Indem der Arbeitsraum über eine Steuerleitung mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit aus einem Hydrauliksystem beauf schlagt wird, läßt sich der Kolben und damit die Schließ kraft der Schließfeder in Abhängigkeit vom Betriebskenn feld der Brennkraftmaschine verstellen. Über den Steuerdruck läßt sich somit steuern, wie weit das Ventilglied bei der Öffnungshubbewegung aus der Bohrung austaucht und ob nur eine oder beide Einspritzöffnungsreihen freigegeben werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der im Hochdruckspeicher gelagerte Kraftstoff auch zum Steuern des hydraulischen Hubanschlags genutzt wird. Vorzugsweise ist das Druckabbauventil dauerbestrombar und bleibt gegen den im Hochdruckspeicher herrschenden hydraulischen Druck (z. B. 1600 bar) allein durch Federkraft geschlossen.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung ermög licht geringe Absteuermengen und damit einen hohen hydrau lischen Wirkungsgrad sowie einen geringen Förderratenbe darf einer den Hochdruckspeicher versorgenden Einspritz pumpe, eine geringe Temperaturbelastung des Kraftstoff tanksystems durch geringe Rücklaufmengen mit hoher Ab steuertemperatur, eine einfache konstruktive Lösung, einen Druckaufbau in der Steuerleitung ohne Druckschwingungen, da diese durch hydraulische Drossel gedämpft sind, und nur ein einziges Druckabbauventil für alle Injektoren der Brennkraftmaschine. Insbesondere in Verbindung mit einer oder zwei hydraulischen Drosseln ist eine Kraftstoffein spritzvorrichtung realisierbar, die eine sehr günstige Energiebilanz ermöglicht.

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

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraft stoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsge mäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem als I-Düse ausgebildeten Einspritzventil in einer schematischen Gesamtdarstellung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Einspritzventils der Fig. 1; und

Fig. 3 ein als A-Düse ausgebildetes Einspritzventil, das in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1 anstelle der I-Düse verwendet werden kann, in ei ner Darstellung analog zu Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Kraft stoffeinspritzvorrichtung 1 für Brennkraftmaschinen umfaßt einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail) für den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff. Vom Hochdruckspeicher 2 wird der Kraftstoff jeweils über Druckleitungen 3 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brenn kraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile 4 abgeführt, von denen in Fig. 1 nur eines gezeigt ist. Zur Steuerung des Einspritzvorgangs weist jede Druckleitung 3 ein elektrisch betätigbares Zumeßventil 5 in Form z. B. ei nes 3/2-Wege-Magnetventils auf. Über die Druckleitung 3 ist das Einspritzventil 4 bei geöffnetem, d. h. bestromtem Zumeßventil 5 mit dem Hochdruckspeicher 2 für eine Kraft stoffeinspritzung und bei geschlossenem, d. h. unbestromtem Zumeßventil 5 durch Verbindung mit einem Rücklauf (Nieder druckseite) 43 entlastet.

Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt das als I-Düse ausgebildete Ein spritzventil 4 einen Düsenkörper 6, der zusammen mit einer Hülse 7 und einer Zwischenscheibe 8 durch eine Überwurf mutter 9 an einen Düsenhalter 10 festgespannt ist. In ei ner axialen Führungsbohrung 11 des Düsenkörpers 6 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 12 in Form einer Düsennadel verschiebbar gelagert, deren Ventildichtfläche 13 durch eine Schließfeder 14 gegen eine konische Ventilsitzfläche 15 gedrückt wird. Die Druckleitung 3 mündet im Einspritz ventil 4 in einen ringförmigen Druckraum 16 des Düsenkör pers 2. Das Ventilglied 12 hat im Bereich des Druckraumes 16 eine Druckschulter 17, an welcher der über die Druck leitung 3 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d. h. nach innen) am Ventilglied 12 angreift. Von der Ventilsitzflä che 15 führt ein Ringspalt (nicht dargestellt) zwischen dem dem Düsenhalter 10 abgewandten Kopfabschnitt 18 des Ventilglieds 12 und der Bohrungswand des Düsenkörpers 6 zu einem Ringraum 19, der durch eine am Kopfabschnitt 18 vor gesehene Ringnut gebildet ist. Der Kopfabschnitt 18 ist in einer Sackbohrung geführt, deren Bodenraum 20 über im Kopfabschnitt 18 vorgesehene Quer- und Längsbohrungen 21 mit dem Ringraum 19 verbunden ist. In der in Fig. 1 ge zeigten Stellung verschließt der Kopfabschnitt 18 zwei von der Sackbohrung abgehende und in den Brennraum der zu ver sorgenden Brennkraftmaschine mündende untere und obere Einspritzkanäle 22, 23. Auf der dem Kopfabschnitt 18 abge wandten Seite geht das Ventilglied 12 in einen Schaft 24 über, der sich durch eine Bohrung in der Zwischenscheibe 8 bis in einen Federraum 25 erstreckt. Dort hat der Schaft 24 einen Federteller 26, an dem die anderenends im Feder raum 25 abgestützte Schließfeder 14 angreift. Der Feder raum 25 ist über eine Leckageleitung 27 an die Nieder druck- bzw. Leckölseite angeschlossen. An diese Leckage leitung 27 ist auch der Hochdruckspeicher 2 über eine er ste Drossel 28, ein elektrisch ansteuerbares Druckabbau ventil 29 in Form z. B. eines 2/2-Wege-Magnetventils und eine zweite Drossel 30 einerseits und über die erste Dros sel 28 und eine dritte Drossel 31 andererseits angeschlos sen.

Der vom Ventilglied 12 beim Öffnen durchgeführte Hub wird durch einen hydraulischen Hubanschlag 32 gesteuert. Dazu ist am Schaft 24 zwischen Ventilglied 12 und Federteller 26 ein Kolben 33 vorgesehen, der in der Hülse 7 geführt ist und mit seiner dem Kopfabschnitt 18 abgewandten Stirn seite einen Dämpfungsraum 34 begrenzt. Über eine Öffnung 35 in der Hülsenwand ist der Dämpfungsraum 34 über ein hy draulisch betätigbares Steuerventil 36 und über eine Ent lastungsleitung 37 mit dem Federraum 25 verbindbar. Das Steuerventil 36 umfaßt einen im Düsenhalter 10 gegen die Wirkung einer Schließfeder 38 verschiebbaren Steuerkolben 39, an dessen einem Ende das Ventilglied 40 des Steuerven tils 36 vorgesehen ist. Das andere Ende des Steuerkolbens 39 begrenzt einen hydraulischen Arbeitsraum 41, der über eine Steuerleitung 42 sowohl über die erste Drossel 28 mit dem Hochdruckspeicher 2 verbunden als auch über das Druck abbauventil 29 mit der Leckageleitung 27 verbindbar ist.

Bei geöffnetem, d. h. bestromtem Druckabbauventil 29 ist die Steuerleitung 42 entlastet, so daß das Steuerventil 36 geschlossen ist. Dann wird beim Öffnen des Ventilglieds 12 der im Dämpfungsraum 34 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 33 komprimiert. Dadurch wird der Öffnungshub des Ventilglieds 12 hydraulisch so begrenzt, daß vom Kopfab schnitt 18 nur der untere Einspritzkanal 22 für eine Ein spritzung freigegeben wird.

Bei geschlossenem, d. h. unbestromtem Druckabbauventil 29 herrscht in der Steuerleitung 42 der Raildruck, so daß das Steuerventil 36 geöffnet wird. Dann wird beim Öffnen des Ventilglieds 12 der im Dämpfungsraum 34 befindliche Kraft stoff zunächst nicht komprimiert, sondern strömt über die Öffnung 35 und die Entlastungsleitung 37 ab, so daß eine Hubbegrenzung nicht stattfindet. Erst wenn der Kolben 33 bei seiner Hubbewegung die Öffnung 35 verschließt, wird der im Dämpfungsraum 34 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 33 komprimiert und dadurch der Öffnungshub des Ven tilglieds 12 hydraulisch begrenzt. Bei diesem Maximalhub des Ventilglieds 12 sind vom Kopfabschnitt 18 beide Ein spritzkanäle 22, 23, also ein größerer Einspritzquer schnitt, freigegeben.

Das Druckabbauventil 29 ist im stromlosen Zustand ge schlossen und ermöglicht eine Entlastung der Steuerleitung 42 zur Leckageleitung 27. Der Steuerdruck, der zum Betäti gen des hydraulischen Hubanschlags 32, d. h. des Steuerven tils 36, benötigt wird, wird vom Hochdruckspeicher 2 auf gebracht. Die erste Drossel 28 baut den Druck in der Steu erleitung 42 mehr oder weniger langsam auf. Dadurch werden Druckwellenerscheinungen vermieden, die zu Drucküberhöhun gen und -einbrüchen führen können. Die erste Drossel 28 kann so ausgelegt werden, daß in einem gewünschten Zeit fenster der Druck in der Steuerleitung 42 auf Raildruckni veau gebracht werden kann. Im Sinne der Auslegung des hy draulischen Hubanschlags 32 macht das Einspritzventil 4 dann nur den für die Einspritzquerschnittsteuerung erfor derlichen Teilhub. Soll der Aufbau des Steuerdrucks ver mieden werden, weil für einen anderen motorischen Be triebszustand kein Teilhub des querschnittgesteuerten Ein spritzventils 4 gewünscht wird, wird das Druckabbauventil 29 durch Bestromen geöffnet. Die aus der Steuerleitung 42 über das Druckabbauventil 29 abzusteuernde Kraftstoffmenge kann direkt oder wie im gezeigten Ausführungsbeispiel über die dem Druckabbauventil 29 nachgeschaltete zweite Drossel 30 in die Leckageleitung 27 entweichen. Diese zweite Dros sel 30 vermindert die starke Entlastungswelle, die beim Öffnen am Druckabbauventil 29 entsteht und sich mit Schallgeschwindigkeit in die Steuerleitung 42 hinein aus breitet. Die richtig ausgelegte und gefertigte Kombination der beiden Drosselquerschnitte von erster und zweiter Drossel 28, 30 ermöglicht einen konstanten Standdruck in der Steuerleitung 42. Durch kontinuierliches Takten des Druckabbauventils 29 ist es ebenfalls möglich, einen qua sikonstanten Standdruck in der Steuerleitung 42 zu erzeugen. Die Auslegung der beiden Drosseln 28, 30 erfolgt im Hinblick auf die gewünschte Funktion, z. B. erforderliche Zeit für Steuerdruckaufbau und Steuerdruckabbau, und unter der Maßgabe minimaler Absteuermengen. Durch die in Reihe mit der ersten Drossel 28 geschaltete dritte Drossel 31 läßt sich ein zweites Druckniveau in der Steuerleitung 42 erzeugen, das kleiner ist als der Raildruck. Allerdings sind dann die Hochdruckseite und die Leckölseite kontinu ierlich, wenn auch über Drosseln, miteinander verbunden.

Vorzugsweise ist das Druckabbauventil 29 dauerbestrombar und bleibt gegen den im Hochdruckspeicher 2 herrschenden Raildruck von z. B. 1600 bar allein durch Federkraft ge schlossen. In Verbindung mit einer oder mehreren hydrauli schen Drosseln ist somit eine Schaltung realisierbar, die eine wesentlich günstigere Energiebilanz im Verhältnis zu einem intermitterenden Magnetventil mit Steuerkolben er möglicht.

Fig. 3 zeigt ein als A-Düse ausgebildetes Einspritzventil 50, das anstelle des Einspritzventils 4 in der Kraftstoff einspritzvorrichtung 1 einsetzbar ist. Das axial ver schiebbare Ventilglied 51 des Einspritzventils 50 hat im Bereich des Druckraums 52 eine Druckschulter 53, an wel cher der über die Druckleitung 3 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d. h. nach außen) am Ventilglied 51 an greift. Das Ventilglied 51 ist in der Führungsbohrung 54 geführt und hat an seinem äußeren Ende untere und obere Einspritzkanäle 55, 56, die über Längskanäle 57 mit dem Druckraum 52 verbunden sind. In der in Fig. 3 gezeigten geschossenen Stellung des Einspritzventils 50 sind beide Einspritzkanäle 55, 56 durch die Wand der Führungsbohrung 54 verschlossen. Die im Federraum 58 vorgesehene Schließ feder 59 des Ventilglieds 51 ist an der Zwischenscheibe 60 und am Federteller 61 des Schafts 62 abgestützt. Der vom Ventilglied 51 beim Öffnen durchgeführte Hub wird durch einen hydraulischen Hubanschlag 63 gesteuert. Der dazu am Schaft 62 vorgesehene Kolben 64 ist in einer Innenhülse 65 geführt und begrenzt mit seiner einen Stirnseite den Dämp fungsraum 66. Am Schaft 62 sind außerdem einander gegen überliegend und zueinander axial versetzt zwei Anschliffe 67, 68 mit Steuerkanten 69 bzw. 70 vorgesehen. Bei ge schlossenem Einspritzventil 50 verbindet der erste An schliff 67 den Dämpfungsraum 66 über einen in der Innen hülse 65 verlaufenden ersten Entlastungskanal 71 mit einem Entlastungsraum 72, der in der Innenhülse 65 durch die Zwischenscheibe 60 und den Kolben 64 begrenzt ist, und verbindet der zweite Anschliff 68 den Dämpfungsraum 66 über einen zweiten Entlastungskanal 73 und ein hydraulisch gesteuertes Steuerventil 74 mit der Steuerleitung 42. Das Steuerventil 74 öffnet, wenn der im Dämpfungsraum 66 herr schende Druck ausreicht, das Ventilglied 75 des Steuerven tils 74 gegen die Wirkung der Schließfeder 76 und des in der Steuerleitung 42 herrschenden Steuerdrucks aufzusteu ern.

Bei geschlossenem, d. h. unbestromtem Druckabbauventil 29 herrscht in der Steuerleitung 42 der Raildruck, so daß das Steuerventil 74 geschlossen ist. Bei geschlossenem Steuer ventil 74 strömt der vom Kolben 64 verdrängte Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 66 beim Öffnen des Ventilglieds 51 über den ersten Anschliff 67 und den ersten Entlastungska nal 71 in den Entlastungsraum 72 ab. Wenn bei der Hubbewe gung der Schaft 62 mit seiner ersten Steuerkante 69 den ersten Entlastungskanal 71 verschließt, wird der im Dämp fungsraum 66 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 64 komprimiert und dadurch der Öffnungshub des Ventilglieds 51 hydraulisch so begrenzt, daß nur der untere Einspritz kanal 55 für eine Einspritzung freigegeben wird.

Bei geöffnetem, d. h. bestromtem Druckabbauventil 29 ist die Steuerleitung 42 entlastet, und der vom Kolben 64 ver drängte Kraftstoff strömt beim Öffnen des Ventilglieds 51 aus dem Dämpfungsraum 66 über den zweiten Anschliff 68 und den zweiten Entlastungskanal 73 in die Steuerleitung 42 ab. Wenn bei der Hubbewegung der Schaft 62 mit seiner zweiten Steuerkante 70 den zweiten Entlastungskanal 73 verschließt, wird der im Dämpfungsraum 66 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 64 komprimiert und dadurch der Öffnungshub des Ventilglieds 51 hydraulisch begrenzt. Bei diesem Maximalhub des Ventilglieds 51 sind beide Ein spritzkanäle 55, 56, also ein größerer Einspritzquer schnitt, freigegeben.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftma schinen, mit jeweils einem in einer Druckleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventil (4; 50) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine und mit ei nem den Öffnungshub des Ventilglieds (12; 51) des Einspritzventils (4; 50) begrenzenden hydraulischen Hubanschlag (32; 63), der als hydraulischer Dämp fungsraum (34; 66) ausgebildet ist und ein hydrau lisch steuerbares Steuerventil (36; 74) aufweist, welches in Abhängigkeit des in seiner Steuerleitung (42) herrschenden Drucks die Verbindung des Dämp fungsraums (34; 66) zur Niederdruckseite (27) sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (3) der einzelnen Einspritz ventile (4; 50) an einen Hochdruckspeicher (2) für den Kraftstoff angeschlossen sind und daß die Steuer leitungen (42) der einzelnen Steuerventile (36; 74) über eine erste Drossel (28) mit dem Hochdruckspei cher (2) verbunden und über ein Druckabbauventil (29) mit der Niederdruckseite (27) verbindbar sind.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckabbauven til (29) und der Niederdruckseite (27) eine zweite Drossel (30) angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen (42) jeweils über eine dritte Drossel (31) mit der Niederdruckseite (27) verbunden sind.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckabbauventil (29) im bestromten Zustand die Steu erleitungen (42) mit der Niederdruckseite (27) ver bindet.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckabbauventil (29) als elektrisch ansteuerbares 2/2-wege-Magnetventil ausgebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (4; 50) als A-Düse oder als I-Düse ausgebildet ist.