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Die
Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine
solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE A bekannt.
Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe
und ein mit dieser eine Baueinheit bildendes Kraftstoffeinspritzventil
auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine
in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum
begrenzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist wenigstens ein Einspritzventilglied auf,
durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird. Das
Einspritzventilglied ist von dem in einem mit dem Pumpenarbeitsraum
verbundenen Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils herrschenden
Druck in Öffnungsrichtung
beaufschlagt und durch wenigstens eine vorgespannte Schließfeder in Schließrichtung
beaufschlagt. Es ist außerdem
ein elektrisch betätigtes
Steuerventil vorgesehen, durch das zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
zumindest mittelbar eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem
Entlastungsbereich gesteuert wird. Durch das Steuerventil wird der
Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die eingespritzte Kraftstoffmenge
bestimmt, indem das Steuerventil während des Förderhubs des Pumpenkolbens
zu einem durch eine elektronische Steuereinrichtung abhängig von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Zeitdauer
geschlossen wird, so dass sich im Pumpenarbeitsraum und im Druckraum
Hochdruck aufbaut.
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Wenn
der im Pumpenarbeitsraum und im Druckraum herrschende Druck so hoch
ist, dass die auf das Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung wirkende Druckkraft
größer ist
als die in Schließrichtung wirkende
Kraft der Schließfeder,
so öffnet
das Einspritzventilglied und die Kraftstoffeinspritzung beginnt.
Kurze Zeit nachdem das Einspritzventilglied geöffnet hat wird der Ausweichkolben
durch den ansteigenden Druck im Pumpenarbeitsraum bis zu einem Anschlag
verschoben, wodurch die Vorspannung der Schließfeder erhöht wird, so dass das Einspritzventilglied
wieder schließt
und die Voreinspritzung beendet ist. Nachfolgend steigt der Druck
im Pumpenarbeitsraum und im Druckraum weiter an und das Einspritzventilglied öffnet zur
Haupteinspritzung, wenn die in Öffnungsrichtung
auf dieses wirkende Druckkraft größer ist als die erhöhte Schließkraft der
Schließfeder.
Nachteilig bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, dass der
zeitliche Abstand zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung
nicht veränderbar
ist, da dieser durch die hydraulische Auslegung des Ausweichkolbens
festgelegt ist. Die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge
ist ebenfalls durch die hydraulische Auslegung des Ausweichkolbens
festgelegt und nicht veränderbar.
Die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge ändert sich
abhängig
von der Drehzahl, des Einspritzbeginns und der Temperatur, wobei
diese Änderung
nicht ausgeglichen werden kann. Während der Voreinspritzung öffnet das
Einspritzventilglied unter Umständen
nicht vollständig, wodurch
die eingespritzte Kraftstoffmenge schwanken kann. Weiterhin können die Öffnungsdrücke des Einspritzventilglieds
zur Voreinspritzung und zur Haupteinspritzung nicht unabhängig voneinander festgelegt
werden, da diese durch die hydraulische Auslegung des Ausweichkolbens
miteinander gekoppelt sind.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass der zeitliche Abstand zwischen der Voreinspritzung
und der Haupteinspritzung, die bei der Voreinspritzung eingespritzte
Kraftstoffmenge sowie der Öffnungsdruck
des Einspritzventilglieds bei der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung
durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils variabel sind.
Außerdem
ist sichergestellt, dass sich das Einspritzventilglied bei der Voreinspritzung
mit einem definierten Öffnungshub öffnet, so
dass auch kleine Kraftstoffeinspritzmengen bei der Voreinspritzung
exakt dosiert werden können. Schließlich können die
Einflüsse
der Drehzahl, des Einspritzbeginns und der Temperatur auf die bei
der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge durch entsprechende
Ansteuerung des Steuerventils kompensiert werden, so dass bei allen
Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine die erforderliche Kraftstoffmenge eingespritzt
wird.
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In
den abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
angegeben.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung in schematischer
Darstellung und 2 in vergrößerter Darstellung einen in 1 mit
II bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit
einem Einspritzventilglied in einer geschlossenen Stellung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise
eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise
eine selbstzündende
Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Für jeden
Zylinder der Brennkraftmaschine ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
vorgesehen, die als Pumpe-Düse-Einheit
ausgebildet ist und die für jeden
Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und
ein mit dieser eine Baueinheit bildendes Kraftstoffeinspritzventil 12 aufweist.
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Die
Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 mit
einer Zylinderbohrung 16 auf, in der ein Pumpenkolben 18 dicht
geführt
ist. Der Pumpenkolben 18 wird zumindest mittelbar durch
einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine
entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer
Hubbewegung angetrieben. Der Pumpenkolben 18 begrenzt in
der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22,
in dem beim Förderhub
des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet
wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird Kraftstoff aus einem
Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs
mittels einer Förderpumpe 25 zugeführt.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen Ventilkörper 26 auf,
der mehrteilig ausgebildet sein kann, und in dem wenigstens ein
Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar
geführt
ist. Der Ventilkörper 26 weist
an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich
wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf. Das
Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten
Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf,
die mit einem im Ventilkörper 26 in
dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt,
von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im
Ventilkörper 26 ist
zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum
Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der
in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch
eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden
Druckraum 40 übergeht.
Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch
eine Querschnittsverringerung zu seinem dem Brennraum zugewandten
Ende hin eine Druckschulter 42 auf.
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Vom
Pumpenarbeitsraum 22 führt
durch den Pumpenkörper 14 und
den Ventilkörper 26 ein
Kanal 50 ab, der in den Druckraum 40 mündet. Vom
Kanal 50 führt
eine Verbindung zu einem Entlastungsbereich ab, der der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder
die Druckseite der Förderpumpe 25 sein
kann. Die Verbindung des Kanals 50 und damit des Pumpenarbeitsraums 22 und
des Druckraums 40 mit dem Entlastungsbereich wird durch
ein elektrisch betätigtes Steuerventil 52 gesteuert,
das durch eine elektronische Steuereinrichtung 54 angesteuert
wird. Das Steuerventil 52 kann einen elektromagnetischen oder
piezoelektrischen Aktor 56 aufweisen. Der Steuereinrichtung 54 werden über entsprechende
Sensoren 58 Informationen über verschiedene Betriebsparameter
der Brennkraftmaschine zugeführt,
insbesondere über
die Drehzahl, Last, Kraftstofftemperatur und gegebenenfalls weitere
Parameter.
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Das
Einspritzventilglied 28 wird durch eine an diesem angreifende
erste vorgespannte Schließfeder 60 in Schließrichtung
beaufschlagt, die in einer sich an die Bohrung 30 zum Pumpenarbeitsraum 22 hin
anschließenden
Bohrung 62 im Ventilkörper 26 angeordnet
ist. Die erste Schließfeder 60 ist
als Schraubendruckfeder ausgebildet und zwischen dem Einspritzventilglied 28 und
dem Ventilkörper 26 eingespannt.
Die erste Schließfeder 60 kann
sich direkt oder über
eine Druckstange 64 am Einspritzventilglied 28 abstützen. Es
ist außerdem
eine zweite vorgespannte Schließfeder 66 für das Einspritzventilglied 28 vorgesehen,
die jedoch erst auf das Einspritzventilglied 28 wirkt,
wenn dieses ausgehend von seiner Schließstellung einen bestimmten Öffnungshub
h1 ausgeführt
hat. Die zweite Schließfeder 66 ist
zwischen der ersten Schließfeder 60 und
dem Einspritzventilglied 28 in der Bohrung 62 angeordnet. Die
zweite Schließfeder 66 stützt sich
einerseits über eine
in die Bohrung 62 fest eingefügte Trennwand 68 zur
ersten Schließfeder 60 hin
ab und andererseits über
einen Federteller 70 an einem Stützelement 72 ab. Das
Stützelement 72 ist
in einer im Durchmesser gegenüber
der Bohrung 62 kleineren Bohrung 74 in einem Teil
des Ventilkörpers 26 verschiebbar
geführt. Das
Einspritzventilglied 28 oder die Druckstange 64 tritt
durch das hohl ausgebildete Stützelement 72 hindurch.
Das Stützelement 72 kommt
in der nicht komprimierten Ausgangslage der zweiten Schließfeder 66 mit
einem das Einspritzventilglied 28 umgebenden Rand 73 an
einem Teil des Ventilkörpers 26 zur Anlage.
Das Einspritzventilglied 28 kommt nach dem Öffnungshub
h1 mit einer an diesem ausgebildeten Ringschulter 76 am
Stützelement 72 zur
Anlage. Der Abstand zwischen der Ringschulter 72 des Einspritzventilglieds 28 und
dem Stützelement 72 bestimmt somit
den Öffnungshub
h1 des Einspritzventilglieds 28, auf dem nur die erste
Schließfeder 60 wirkt.
In 2 ist das Einspritzventilglied 28 in
seiner geschlossenen Stellung dargestellt. Das Einspritzventilglied 28 kann
zusätzlich
zum Öffnungshub
h1 einen weiteren Öffnungshub
h2 ausführen,
auf dem dann beide Schließfedern 60 und 66 auf
das Einspritzventilglied 28 wirken. Der Öffnungshub
h2 ist dadurch begrenzt, dass das Stützelement 72 an einer
durch eine Durchmesserverringerung der Bohrung 74 gebildeten
Ringschulter 78 am Ventilkörper 26 zur Anlage
kommt.
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Nachfolgend
wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim
Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 52 geöffnet, so
dass der Pumpenarbeitsraum 22 durch die Förderpumpe 25 mit
Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 befüllt wird.
Beim Förderhub
wird der Pumpenkolben 18 durch den Nocken 20 in
die Zylinderbohrung 16 hineinbewegt, wobei sich ein durch das
Profil des Nockens 20 bestimmter Druckverlauf im Pumpenarbeitsraum 22 einstellt.
Zu einem durch die Steuereinrichtung 54 bestimmten Zeitpunkt
wird durch diese das Steuerventil 52 geschlossen, so dass
sich im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 Hochdruck
aufbaut. Wenn der Druck so hoch ist, dass die durch diesen über die
Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 erzeugte
Kraft größer ist
als die Kraft der ersten Schließfeder 60,
so öffnet
das Einspritzventilglied 28 zu einer Voreinspritzung von
Kraftstoff mit dem Öffnungshub
h1, bis es mit seiner Ringschulter 76 am Stützelement 72 zur Anlage
kommt. Die auf das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 wirkende
Druckkraft ist jedoch zu gering, um das Einspritzventilglied 28 gegen
die zusätzliche
Kraft der zweiten Schließfeder 66 weiter zu öffnen, so
dass das Einspritzventilglied 28 nur. den Öffnungshub
h1 ausführt.
Wenn die von der Steuereinrichtung 54 für die Voreinspritzung festgelegte
Kraftstoffmenge eingespritzt ist, so wird das Steuerventil 52 durch
die Steuereinrichtung 54 geöffnet, so dass der Druck im
Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 so stark
abfällt,
dass das Einspritzventilglied 28 bedingt durch die erste
Schließfeder 60 wieder
schließt
und die Voreinspritzung beendet ist.
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Zu
einem wiederum durch die Steuereinrichtung 54 bestimmten
Zeitpunkt wird durch diese das Steuerventil 52 wieder geschlossen,
so dass sich im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 wieder Hochdruck
aufbaut. Wenn der Druck so hoch ist, dass die durch diesen über die
Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 erzeugte
Kraft größer ist als
die Kraft der ersten Schließfeder 60,
so öffnet
das Einspritzventilglied 28 zu einer Haupteinspritzung von
Kraftstoff zunächst
mit dem Öffnungshub
h1, bis es mit seiner Ringschulter 76 am Stützelement 72 zur Anlage
kommt. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 steigt
bedingt durch das Profil des Nockens 20 weiter an, so dass
die auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Druckkraft
so groß ist, dass
das Einspritzventilglied 28 den weiteren Öffnungshub
h2 gegen die zusätzliche
Kraft der zweiten Schließfeder 66 ausführt. Wenn
die von der Steuereinrichtung 54 für die Haupteinspritzung festgelegte Kraftstoffmenge
eingespritzt ist, so wird das Steuerventil 52 durch die
Steuereinrichtung 54 geöffnet,
so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 so
stark abfällt,
dass das Einspritzventilglied 28 bedingt durch die beiden
Schließfedern 60, 66 wieder
schließt
und die Haupteinspritzung beendet ist. Zu einer Nacheinspritzung
von Kraftstoff, wie dies beispielsweise für Abgasreinigungseinrichtungen
wie Partikelfilter erforderlich sein kann, kann das Steuerventil 52 durch
die Steuereinrichtung 54 nochmals geschlossen werden.
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Der
zeitliche Abstand zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung,
der Druck, bei dem die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung beginnt
sowie die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge
können
durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils 52 durch
die Steuereinrichtung 54 variabel abhängig von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine festgelegt werden.
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Durch
die Steuereinrichtung 54 kann außerdem der Einfluss der Betriebsparameter
auf die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge korrigiert
werden, so dass bei allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine
die erforderliche Voreinspritzmenge gewährleistet ist. Während der Voreinspritzung
ist das Einspritzventilglied 28 mit dem definierten Öffnungshub
h1 geöffnet,
so dass auch geringe Kraftstoffmengen bei der Voreinspritzung exakt
dosiert werden können.