DE19834763C2 - Pumpe-Leitung-Düse-System - Google Patents

Pumpe-Leitung-Düse-System

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DE19834763C2 DE1998134763 DE19834763A DE19834763C2 DE 19834763 C2 DE19834763 C2 DE 19834763C2 DE 1998134763 DE1998134763 DE 1998134763 DE 19834763 A DE19834763 A DE 19834763A DE 19834763 C2 DE19834763 C2 DE 19834763C2
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Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe-Leitung-Düse- Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Die PLD- Vorrichtung umfasst eine Pumpeneinheit, eine über eine Hochdruckleitung (3) mit der Pumpeneinheit verbundene Einspritzdüse und eine zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse in der Hochdruckleitung angeordnete hydraulisch- mechanische Einheit. Die hydraulisch-mechanische Einheit dient zum Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff während der Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung. Die Einheit weist ein während der Haupteinspritzung geöffnetes Ventil auf.
Die Erfindung betrifft außerdem eine hydraulisch-mechanische Einheit zum Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff während der Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung bei einer Pumpe-Leitung-Düse (PLD)- Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Die PLD- Vorrichtung weist eine Pumpeneinheit und eine über eine Hochdruckleitung mit der Pumpeneinheit verbundene Einspritzdüse auf. Die hydraulisch-mechanische Einheit ist zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse in der Hochdruckleitung angeordnet ist und weist ein während der Haupteinspritzung geöffnetes Ventil auf.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe- Leitung-Düse (PLD)-Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Pumpeneinheit und eine über eine Hochdruckleitung mit der Pumpeneinheit verbundene Einspritzdüse. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt über eine zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse in der Hochdruckleitung angeordneten hydraulisch-mechanischen Einheit mit einem während der Haupteinspritzung geöffneten Ventil.
Pumpe-Leitung-Düse (PLD)-Einspritzsysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das PLD- System ist ein modular aufgebautes, zeitgesteuertes Einzelpumpen-Einspritzsystem. Jeder Motorzylinder wird von einem eigenen PLD-System versorgt. Die Einspritzdüse wird mittels eines Düsenhalters in den Zylinderkopf eingebaut. Die Pumpeneinheit wird entweder direkt über Stößel oder indirekt über Kipphebel von der Motor-Nockenwelle angetrieben. Die Hochdruckleitung zwischen Pumpeneinheit und Einspritzdüse gibt einen konstruktiven Freiraum für die Anordnung der Nockenwelle im Motorblock oder Zylinderkopf. Jede Pumpeneinheit weist eine elektrisch angesteuerte Steuereinheit auf, die üblicherweise als Magnetventil ausgebildet ist. Das Magnetventil steuert kennfeldabhängig exakt den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge.
Der zeitliche Verlauf der Einspritzmenge an Kraftstoff, die während eines Einspritzvorgangs in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, hat einen nahezu rechteckigen Verlauf. Vor dem Einspritzvorgang wird kein Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt. Zu Beginn des Einspritzvorgangs steigt die Einspritzmenge steil an. Vom Anfang des Einspritzvorgangs bis zum Ende des Einspritzvorgangs wird eine nahezu konstante Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt. Nach dem Einspritzvorgang wird wieder kein Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt, der Verlauf der Einspritzmenge fällt steil ab und hat wieder den Wert Null.
Der zeitliche Verlauf des Drucks im Verbrennungsraum während eines Einspritzvorgangs weist einen in etwa sinusförmigen Verlauf auf. Der Druckverlauf steigt bereits vor dem Einspritzvorgang von Null langsam an, erreicht während des Einspritzvorgangs seinen größten Wert und fällt nach dem Einspritzvorgang wieder auf den Wert Null ab. Der abrupte Anstieg der Einspritzmenge zu Beginn eines Einspritzvorgangs hat einen starken Abfall des in der Hochdruckleitung herrschenden Drucks zur Folge. Dieser Druckabfall wird durch die elektrische Steuereinheit der Pumpeneinheit zumindest teilweise kompensiert. Aufgrund des Druckabfalls und der anschließenden Kompensation weist der sinusförmige Druckverlauf im Verbrennungsraum, insbesondere zu Beginn des Einspritzvorgangs, zahlreiche Druckspitzen auf. Diese Druckspitzen erzeugen in nachteilhafter Weise ein starkes Verbrennungsgeräusch.
Um diese Druckspitzen zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, vor dem eigentlichen Einspritzvorgang eine geringe Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum einzuspritzen. Durch das Steuern von Zeitpunkt und Kraftstoffmenge der Voreinspritzung kann das Verhalten von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bezüglich einer Reduzierung des Geräusch- und Abgasniveaus, in vorteilhafter Weise beeinflusst werden. Das Steuern der Voreinspritzung erfolgt nach dem Stand der Technik durch die elektrische Steuereinheit, die dafür entsprechend ausgebildet sein muss.
Der Zeitpunkt der Voreinspritzung kann so gewählt werden, dass die Voreinspritzung unmittelbar vor dem Einspritzvorgang erfolgt und die voreingespritzte Kraftstoffmenge ein Teil der Kraftstoffmenge ist, die während des eigentlichen Einspritzvorgangs eingespritzt wird. Durch eine derartige Voreinspritzung bleibt die Einspritzmenge des eigentlichen Einspritzvorgangs konstant. Der Verlauf der Einspritzmenge steigt zu Beginn des Einspritzvorgangs aber nicht mehr abrupt, sondern zweistufig an, nämlich zunächst auf den Wert der Voreinspritzung und dann erst auf den Wert des eigentlichen Einspritzvorgangs. Der Verlauf der Einspritzmenge weist nunmehr einen stiefelförmigen Verlauf auf, weshalb bei einer derartigen Voreinspritzung auch von einer "Boot-Injection" gesprochen wird. Aufgrund des zweistufigen Anstiegs der Einspritzmenge können die Druckspitzen zu Beginn des Einspritzvorgangs entscheidend reduziert werden. Bei dem Stand der Technik hat es sich als nachtteilig erwiesen, dass eine Voreinspritzung nur bei solchen Verbrennungskraftmaschinen mit PLD-System möglich ist, deren Steuereinheit entsprechend ausgebildet ist. Um eine ältere, bereits im Einsatz befindliche Verbrennungskraftmaschine mit PLD-System, die nicht die Möglichkeit einer Voreinspritzung bietet, so umzurüsten, dass eine Voreinspritzung möglich ist, muss nach dem Stand der Technik die gesamte alte Steuereinheit gegen eine neue Steuereinheit, die eine entsprechende Ansteuerung der Pumpeneinheit ermöglicht, ausgetauscht werden. Ein solcher Austausch ist jedoch sehr Zeit- und kostenaufwendig und wird deshalb in der Praxis kaum durchgeführt.
Aus der DE 15 26 637 A ist eine PLD-Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einer Pumpeneinheit und einer über eine Hochdruckleitung mit dieser verbundene Einspritzdüse auf. Zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse ist eine hydraulisch-mechanische Einheit zum Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff während der Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung angeordnet. Die Einheit weist ein Schieberventil auf, das während der Haupteinspritzung geöffnet ist.
Bei der bekannten PLD-Vorrichtung wird die Menge an Kraftstoff für die Voreinspritzung durch das Volumen einer zylinderförmigen Ausnehmung bestimmt, die in einem ersten Ventilkörper der hydraulisch-mechanischen Einheit ausgebildet ist und zur Aufnahme eines zweiten Ventilkörpers der Einheit dient. Die Voreinspritzmenge kann nur dadurch verändert werden, dass das Volumen der zylinderförmigen zweiten Ausnehmung an die gewünschte Kraftstoffmenge angepasst wird. Das ist jedoch sehr aufwendig uns lässt sich nur mit einem großen konstruktiven Aufwand bewerkstelligen. Durch eine Veränderung der Charakteristik der Pumpeneinheit oder durch Verändern der Federkonstanten der in der hydraulisch- mechanischen Einheit vorgesehenen Federelemente kann lediglich die Zeitdauer der Voreinspritzung variiert werden, auf die Voreinspritzmenge haben derartige Veränderungen keinen Einfluss.
Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um bei PLD-Systemen die Menge von im Rahmen einer Voreinspritzung einzuspritzendem Kraftstoff auf möglichst einfache Weise und ohne großen Aufwand zu variieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die hydraulisch-mechanische Einheit parallel zu dem Ventil eine Drosselbohrung aufweist, die die Pumpenseite der Einheit mit der Düsenseite verbindet, wobei zumindest während der Voreinspritzung von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch die Drosselbohrung fließt.
Die hydraulisch-mechanische Einheit kann ohne großen Zeitaufwand auch nachträglich in der Hochdruckleitung von PLD- Systemen angeordnet werden. Es bedarf keiner Erweiterung der Steuereinheit oder gar eines Austauschs der gesamten Steuereinheit. Vielmehr können sämtliche Komponenten (Pumpeneinheit, Hochdruckleitung, Einspritzdüse) eines herkömmlichen PLD-Systems weiterhin verwendet werden; sie werden lediglich durch die hydraulisch-mechanische Einheit ergänzt.
Die erfindungsgemäße PLD-Vorrichtung bietet in vorteilhafter Weise unter Verwendung von Komponenten herkömmlicher PLD- Systeme, die Möglichkeit einer Voreinspritzung, insbesondere einer Boot-Injection.
Zum Ansteuern der hydraulisch-mechanischen Einheit bedarf es keines zusätzlichen elektronischen Steuergeräts. Die Einheit wird vielmehr von dem durch die Hochdruckleitung fließenden Kraftstoff unmittelbar angesteuert. Eine hydraulisch- mechanische Einheit ist besonders robust und arbeitet sicher und zuverlässig. Sie eignet sich deshalb insbesondere für den Einsatz in PLD-Systemen von Nutzkraftwagen.
Das während der Haupteinspritzung geöffnete Ventil ist vorzugsweise als ein Sitzventil ausgebildet.
Vorteilhafterweise steigt beim Aufbau eines Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung vor der hydraulisch-mechanischen Einheit die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch die Vorrichtung zweistufig an. Durch die Drosselbohrung strömt der Kraftstoff in einer ersten Stufe bei einem niedrigen Einspritzdruck (während der Voreinspritzung). In einer zweiten Stufe strömt der von der Pumpeneinheit geförderte Kraftstoff bei einem hohen Einspritzdruck (während der Haupteinspritzung) durch die Drosselbohrung und durch das geöffnete Ventil. Dadurch wird auf einfache Weise ein zweistufiger Anstieg der Durchflussmenge erzielt. Durch den zweistufigen Anstieg wird ein zu abrupter Anstieg der Einspritzmenge verhindert, wodurch die Spitzen des Druckverlaufs entscheidend reduziert werden können. Grundsätzlich ist auch ein Anstieg der Durchflussmenge in mehr als zwei Stufen denkbar. Dadurch kann ein noch sanfterer Anstieg der Einspritzmenge und ein Druckverlauf mit noch weniger Druckspitzen erreicht werden.
Vorteilhafterweise baut sich der Einspritzdruck nach der eigentlichen Haupteinspritzung über die Drosselbohrung und das geöffnete Ventil der hydraulisch-mechanischen Einheit ab. Das hat den Vorteil, dass der Einspritzdruck nach dem Schließen der hydraulisch-mechanischen Einheit rasch abgebaut werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die hydraulisch-mechanische Einheit ein Gehäuse mit einer axialen Durchlassbohrung und einer ersten Ausnehmung aufweist, in der ein erster Ventilkörper mit einer zweiten Ausnehmung axial verschiebbar angeordnet ist, in der ein zweiter Ventilkörper mit der Drosselbohrung axial verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Ausnehmung ein erstes Federelement, das sich an dem ersten Ventilkörper und dem Gehäuse abstützt, und in der zweiten Ausnehmung ein zweites Federelement, das sich an dem zweiten Ventilkörper und dem ersten Ventilkörper abstützt, angeordnet ist und wobei an dem Gehäuse in einem axialen Abstand zu dem zweiten Ventilkörper ein Anschlag ausgebildet ist.
Der erste Ventilkörper wird durch das erste Federelement in Richtung der Pumpeneinheit gedrückt. Der zweite Ventilkörper wird durch das zweite Federelement in Richtung der Einspritzdüse gegen einen Ventilsitz, der in dem ersten Ventilkörper ausgebildet ist, gedrückt. Das Ventil ist geschlossen. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung kann lediglich durch die Drosselbohrung durch die hydraulisch- mechanische Einheit zu der Einspritzdüse strömen.
Der erste Ventilkörper ist in der ersten Ausnehmung entgegen der Kraft des ersten Federelements mitsamt dem zweiten Ventilkörper in Richtung der Einspritzdüse axial verschiebbar. Sobald der erste Ventilkörper über den axialen Abstand zwischen dem zweiten Ventilkörper und dem Anschlag am Gehäuse hinaus axial verschoben wird, wird der zweite Ventilkörper durch den Anschlag entgegen der Kraft des zweiten Federelements von dem Ventilsitz abgehoben und das Ventil ist geöffnet. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung kann nun durch die Drosselbohrung und durch den geöffneten Ventilsitz durch die hydraulisch-mechanische Einheit zu der Einspritzdüse strömen.
Vorteilhafterweise ist das erste Federelement als eine Druckfeder und/oder das zweite Federelement als eine Druckfeder ausgebildet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Federelemente als Zugfedern auszubilden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Ventilkörper während der Voreinspritzung durch einen Druck des Kraftstoffs auf der Pumpenseite der Einheit entgegen der Kraft des ersten Federelements um den axialen Abstand in Richtung der Einspritzdüse verschiebbar und dann für die Haupteinspritzung durch einen höheren Druck des Kraftstoffs auf der Pumpenseite der Einheit entgegen der gemeinsamen Kraft des ersten Federelements und des zweiten Federelements in Richtung der Einspritzdüse verschiebbar.
Die hydraulisch-mechanische Einheit ist vorzugsweise in der Hochdruckleitung klemmend befestigt. Um die hydraulisch- mechanische Einheit in der Hochdruckleitung anzubringen, muss einfach die Hochdruckleitung an einer bestimmten Stelle durchtrennt werden. Die Einheit wird dann klemmend mit den Enden der aufgetrennten Hochdruckleitung verbunden. Die Klemmverbindungen können bei Bedarf zusätzlich gesichert werden, bspw. durch Klebstoff, einen Sicherungsring oder einen Spannring.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von der hydraulisch-mechanischen Einheit der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die hydraulisch- mechanische Einheit parallel zu dem Ventil eine Drosselbohrung aufweist, die die Pumpenseite der Einheit mit der Düsenseite verbindet, wobei zumindest während der Voreinspritzung von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch die Drosselbohrung fließt.
Das Ventil der hydraulisch-mechanischen Einheit ist vorzugsweise als ein Sitzventil ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die hydraulisch-mechanische Einheit ein Gehäuse mit einer axialen Durchlassbohrung und einer ersten Ausnehmung auf, in der ein erster Ventilkörper mit einer zweiten Ausnehmung axial verschiebbar angeordnet ist, in der ein zweiter Ventilkörper mit der Drosselbohrung axial verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Ausnehmung ein erstes Federelement, das sich an dem ersten Ventilkörper und dem Gehäuse abstützt, und in der zweiten Ausnehmung ein zweites Federelement, das sich an dem zweiten Ventilkörper und dem ersten Ventilkörper abstützt, angeordnet ist und wobei an dem Gehäuse in einem axialen Abstand zu dem zweiten Ventilkörper ein Anschlag ausgebildet ist.
Als noch eine weitere Lösung der genannten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ausgehend von Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass parallel zu dem Ventil eine Drosselbohrung die Pumpenseite der Einheit mit der Düsenseite verbindet und dass beim Aufbau eines Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung durch die Pumpeneinheit die Durchflussmenge des Kraftstoffes durch die Einheit zweistufig ansteigt, wobei zumindest während der ersten Stufe von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch die Drosselbohrung fließt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Durchflussmenge des Kraftstoffs zumindest während der Voreinspritzung durch die Querschnittsfläche einer Drosselbohrung der Einheit beeinflussbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Durchflussmenge des Kraftstoffs während der Haupteinspritzung durch die Summe der Querschnittsfläche der Drosselbohrung und der Durchtrittsfläche eines Ventils der Einheit begrenzt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe- Leitung-Düse-Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine hydraulisch-mechanische Einheit eines PLD- Systems mit geschlossenem Ventil;
Fig. 2 die hydraulisch-mechanische Einheit aus Fig. 1 mit geöffnetem Ventil; und
Fig. 3 den Verlauf der Einspritzmenge der erfindungsgemäßen PLD-Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine hydraulisch-mechanische Einheit in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Eine solche Vorrichtung 1 ist Bestandteil einer erfindungsgemäßen Pumpe- Leitung-Düse-Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen. Das PLD-System weist auf einer Pumpenseite 2 eine Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks (nicht dargestellt) und auf einer Düsenseite 4 eine mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung 3 verbundene Einspritzdüse (nicht dargestellt) auf. Der Kraftstoff wird mittels der Einspritzdüse in den Verbrennungsraum eingespritzt.
Die hydraulisch-mechanische Einheit 1 ist in der Hochdruckleitung 3 angeordnet. Sie ermöglicht vor der eigentlichen Haupteinspritzung das Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum. Sie weist ein Gehäuse 5 mit einer axialen Durchlassbohrung 6 und einer ersten Ausnehmung 7 auf. In der ersten Ausnehmung 7 ist ein erster Ventilkörper 8 mit einer zweiten Ausnehmung 9 axial verschiebbar angeordnet. In der zweiten Ausnehmung 9 ist ein zweiter Ventilkörper 10 mit einer Drosselbohrung 11 axial verschiebbar angeordnet. In der ersten Ausnehmung 7 ist ein erstes Federelement 12 angeordnet, das sich an dem ersten Ventilkörper 8 und dem Gehäuse 5 abstützt. In der zweiten Ausnehmung 9 ist ein zweites Federelement 13, das sich an dem zweiten Ventilkörper 10 und dem ersten Ventilkörper 8 abstützt, angeordnet. An dem Gehäuse 5 ist in einem axialen Abstand h1 zu dem zweiten Ventilkörper 10 ein Anschlag 14 ausgebildet.
Der erste Ventilkörper 8 wird durch das erste Federelement 12 in Richtung der Pumpeneinheit gedrückt. Der zweite Ventilkörper 10 wird durch das zweite Federelement 13 in Richtung der Einspritzdüse gegen einen Ventilsitz 15, der in dem ersten Ventilkörper 8 ausgebildet ist, gedrückt. Das Ventil ist geschlossen. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung 3 kann lediglich durch die Drosselbohrung 11 durch die hydraulisch-mechanische Einheit 1 zu der Einspritzdüse strömen.
In Fig. 2 ist die hydraulisch-mechanische Einheit 1 mit geöffnetem Ventil dargestellt. In Fig. 2 werden für übereinstimmende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der erste Ventilkörper 8 ist in der ersten Ausnehmung 7 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 mitsamt dem zweiten Ventilkörper 10 in Richtung der Einspritzdüse axial verschiebbar. Sobald der erste Ventilkörper 8 über den axialen Abstand h1 zwischen dem zweiten Ventilkörper 10 und dem Anschlag 14 hinaus axial verschoben wird, wird der zweite Ventilkörper 10 durch den Anschlag 14 entgegen der Kraft des zweiten Federelements 13 und dem Hub h2 von dem Ventilsitz 15 abgehoben, und das Ventil ist geöffnet. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung 3 kann nun durch die Drosselbohrung 11 und durch den geöffneten Ventilsitz 15 durch die hydraulisch-mechanische Einheit 1 zu der Einspritzdüse strömen.
Durch den zweistufigen Anstieg der Einspritzmenge wird verhindert, dass es aufgrund eines abrupten Anstiegs der Einspritzmenge zu Beginn des Einspritzvorgangs im Druckverlauf zu großen Druckspitzen kommt. Der erste Ventilkörper 8 wird durch einen hohen Einspritzdruck in der Hochdruckleitung 3 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 um den axialen Abstand h1 in die Richtung der Einspritzdüse verschoben. Sobald der Einspritzdruck einen bestimmten Wert übersteigt, wird der erste Ventilkörper 8 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 und des zweiten Federelements 13 um den Hub h2 verschoben.
Nach der eigentlichen Haupteinspritzung baut sich der Einspritzdruck über die Drosselbohrung 11 und den geöffneten Ventilsitz 15 der hydraulisch-mechanischen Einheit 1 ab.
Das erste Federelement 12 und das zweite Federelement 13 sind beide als Druckfedern ausgebildet. Die hydraulisch-mechanische Einheit 1 ist in der Hochdruckleitung 3 mittels Klemmverbindungen befestigt. Die Klemmverbindungen können bei Bedarf zusätzlich gesichert werden, beispielsweise durch Klebstoff, einen Sicherungsring oder einen Spannring.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Einspritzmenge q1 in einem Diagramm über der Zeit t aufgetragen. Ein Anstieg des Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung 3 zum Zeitpunkt t0 führt auch zu einem Anstieg der Durchflussmenge qein durch die hydraulisch-mechanische Einheit 1. Vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 ist der Ventilsitz 15 in der Einheit 1 geschlossen, so dass die gesamte Durchflussmenge qein durch die Drosselbohrung 11 strömt. Von dem Zeitpunkt t0 an wird der erste Ventilkörper 8 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 in Richtung Einspritzdüse verschoben bis er nach dem Hub h1 zum Zeitpunkt t1 den Anschlag 14 erreicht. Bis zum Erreichen des Öffnungsdrucks des Ventilkörpers 10 bleibt die Durchflussmenge qein konstant. Ein weiterer Anstieg des Einspritzdruckes führt nun dazu, dass der erste Ventilkörper 8 weiter in Richtung Einspritzdüse 4 verschoben wird und dass gleichzeitig der zweite Ventilkörper 10 in Richtung der Pumpeneinheit 2 verschoben wird. Dadurch wird der Ventilsitz 15 zwischen dem ersten Ventilkörper 8 und dem zweiten Ventilkörper 10 geöffnet und die Durchflussmenge qein kann außer durch die Drosselbohrung 11 nun auch durch den geöffneten Ventilsitz 15 durch die Einheit 1 strömen, bis zum Zeitpunkt t2 nach dem Hub h3 = h1 + h2 die maximale Durchflussmenge q2 erreicht ist. Vom Zeitpunkt t2 wird die Einheit 1 von der maximalen Durchflussmenge q2 durchströmt, bis zum Zeitpunkt t3 die gewünschte Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum eingespritzt worden ist und die hydraulisch- mechanische Einheit 1 wieder geschlossen wird.
Zum Schließen der hydraulisch-mechanischen Einheit 1 wird der Einspritzdruck über die Einspritzdüse 4 abgebaut und durch die Pumpeneinheit 2 heruntergefahren. Dadurch entsteht auf der Pumpenseite 2 der Einheit 1 ein geringerer Druck als auf der Düsenseite 4. Der erste Ventilkörper 8 wird aufgrund dieser Druckdifferenz schlagartig zurückgefahren, bis er auf einen Anschlag 17 des Gehäuses 5 trifft. Der zweite Ventilkörper 10 bleibt aufgrund der Druckdifferenz weiter in der zurückgefahrenen Stellung, so dass der Druck auf der Düsenseite 4 der Einheit 1 über den geöffneten Ventilsitz 15 und die Drosselbohrung 11 rasch abgebaut werden kann und der Verlauf der Durchflussmenge qein nach dem Zeitpunkt t3 steil auf den Wert 0 abfällt. Der Bewegungsimpuls zum Schließen der Einheit 1 wird durch das erste Federelement 12 unterstützt.

Claims (15)

1. Pumpe-Leitung-Düse (PLD)-Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit einer Pumpeneinheit, mit einer über eine Hochdruckleitung (3) mit der Pumpeneinheit verbundenen Einspritzdüse und mit einer zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse in der Hochdruckleitung (3) angeordneten hydraulisch- mechanischen Einheit (1) zum Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff während der Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung, wobei die Einheit (1) ein während der Haupteinspritzung geöffnetes Ventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch- mechanische Einheit (1) parallel zu dem Ventil eine Drosselbohrung (11) aufweist, die die Pumpenseite (2) der Einheit (1) mit der Düsenseite (4) verbindet, wobei zumindest während der Voreinspritzung von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch die Drosselbohrung (11) fließt.
2. PLD-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als ein Sitzventil ausgebildet ist.
3. PLD-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbau eines Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung (3) vor der hydraulisch- mechanischen Einheit (1) die Durchflußmenge des Kraftstoffs durch die hydraulisch-mechanische Einheit (1) zweistufig ansteigt.
4. PLD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Haupteinspritzung von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch das geöffnete Ventil und durch die Drosselbohrung (11) fließt.
5. PLD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch- mechanische Einheit (1) ein Gehäuse (5) mit einer axialen Durchlassbohrung (6) und einer ersten Ausnehmung (7) aufweist, in der ein erster Ventilkörper (8) mit einer zweiten Ausnehmung (9) axial verschiebbar angeordnet ist, in der ein zweiter Ventilkörper (10) mit der Drosselbohrung (11) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Ausnehmung (7) ein erstes Federelement (12), das sich an dem ersten Ventilkörper (8) und dem Gehäuse (5) abstützt, und in der zweiten Ausnehmung (9) ein zweites Federelement (13), das sich an dem zweiten Ventilkörper (10) und dem ersten Ventilkörper (8) abstützt, angeordnet ist und wobei an dem Gehäuse (5) in einem axialen Abstand zu dem zweiten Ventilkörper (10) ein Anschlag (14) ausgebildet ist.
6. PLD-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (12) als eine Druckfeder ausgebildet ist.
7. PLD-Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (13) als eine Druckfeder ausgebildet ist.
8. PLD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilkörper (8) während der Voreinspritzung durch einen Druck des Kraftstoffs auf der Pumpenseite (2) der Einheit (1) entgegen der Kraft des ersten Federelements (12) um den axialen Abstand in Richtung der Einspritzdüse verschiebbar ist und dann für die Haupteinspritzung durch einen höheren Druck des Kraftstoffs auf der Pumpenseite (2) der Einheit (1) entgegen der gemeinsamen Kraft des ersten Federelements (12) und des zweiten Federelements (13) in Richtung der Einspritzdüse verschiebbar ist.
9. PLD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch- mechanische Einheit (1) in der Hochdruckleitung (3) klemmend befestigt ist.
10. Hydraulisch-mechanische Einheit (1) zum Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff während der Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung bei einer Pumpe-Leitung-Düse (PLD)-Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei die PLD- Vorrichtung eine Pumpeneinheit und eine über eine Hochdruckleitung (3) mit der Pumpeneinheit verbundene Einspritzdüse aufweist und wobei die hydraulisch- mechanische Einheit (1) zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse in der Hochdruckleitung (3) angeordnet ist und ein während der Haupteinspritzung geöffnetes Ventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch-mechanische Einheit (1) parallel zu dem Ventil eine Drosselbohrung (11) aufweist, die die Pumpenseite (2) der Einheit (1) mit der Düsenseite (4) verbindet, wobei zumindest während der Voreinspritzung von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch die Drosselbohrung (11) fließt.
11. Einheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil der Einheit (1) als ein Sitzventil ausgebildet ist.
12. Einheit (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch-mechanische Einheit (1) ein Gehäuse (5) mit einer axialen Durchlassbohrung (6) und einer ersten Ausnehmung (7) aufweist, in der ein erster Ventilkörper (8) mit einer zweiten Ausnehmung (9) axial verschiebbar angeordnet ist, in der ein zweiter Ventilkörper (10) mit der Drosselbohrung (11) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Ausnehmung (7) ein erstes Federelement (12), das sich an dem ersten Ventilkörper (8) und dem Gehäuse (5) abstützt, und in der zweiten Ausnehmung (9) ein zweites Federelement (13), das sich an dem zweiten Ventilkörper (10) und dem ersten Ventilkörper (8) abstützt, angeordnet ist und wobei an dem Gehäuse (5) in einem axialen Abstand zu dem zweiten Ventilkörper (10) ein Anschlag (14) ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe-Leitung-Düse (PLD)-Vorrichtung, die eine Pumpeneinheit und eine über eine Hochdruckleitung (3) mit der Pumpeneinheit verbundene Einspritzdüse aufweist, und mittels einer zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse in der Hochdruckleitung (3) angeordneten hydraulisch- mechanischen Einheit (1) mit einem während der Haupteinspritzung geöffneten Ventil, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Ventil eine Drosselbohrung (11) die Pumpenseite (2) der Einheit (1) mit der Düsenseite (4) verbindet und dass beim Aufbau eines Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung (3) durch die Pumpeneinheit die Durchflussmenge des Kraftstoffes durch die Einheit (1) zweistufig ansteigt, wobei zumindest während der ersten Stufe von der Pumpeneinheit geförderter Kraftstoff durch die Drosselbohrung (11) fließt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge des Kraftstoffs zumindest während der Voreinspritzung durch die Querschnittsfläche der Drosselbohrung (11) der Einheit (1) beeinflussbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge des Kraftstoffs während der Haupteinspritzung durch die Summe der Querschnittsfläche der Drosselbohrung (11) und der Durchtrittsfläche eines Ventils der Einheit (1) begrenzt wird.
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