DE19939422A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem der mittels einer Hochdruckpumpe (5) geförderte Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (9) in den Brennraum (8) der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, ist zwischen der Hochdruckpumpe (5) und den Injektoren (9) mindestens eine zentrale Druckübersetzungseinheit (10) für alle Injektoren (9) vorgesehen. Die Druckübersetzungseinheit ist bei Bedarf gezielt ansteuerbar, wodurch der unter dem höheren Druck stehende Kraftstoff besser mengenregelbar ist und sich entsprechend auch die Verluste durch Reibung reduzieren lassen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentan­ spruchs 1.

Ein derartiges Einpritzsystem ist beispielsweise durch die EP 0 711 914 A1 bekanntgeworden.

Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beschreibung werden zunächst einige Begriffe näher erläutert: Bei einem druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem 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 Zy­ linder austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, wäh­ rend unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff im Einspritzsystem zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Unter einem hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöff­ nung eines Injektors mit Hilfe eines verschieblichen Ven­ tilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuer­ raum erfolgen. Weiterhin ist im folgenden eine Anordnung als zentral bezeichnet, wenn sie gemeinsam für alle Zylin­ der vorgesehen ist, und als lokal, wenn sie für nur einen einzelnen Zylinder vorgesehen ist.

Bei dem aus der EP 0 711 914 A1 bekannten druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem wird mit Hilfe einer Hochdruck­ pumpe Kraftstoff auf einen ersten hohen Kraftstoffdruck von etwa 1200 bar komprimiert und in einem ersten Druck­ speicher 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 Kraft­ stoffdruck von ca. 400 bar aufrechterhalten wird. Über ei­ ne Ventilsteuereinheit wird entweder der tiefere oder hö­ here Kraftstoffdruck in den Düsenraum eines Injektors ge­ leitet. Dort wird durch den Druck ein federbelasteter Ven­ tilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß Kraft­ stoff aus der Düsenöffnung austreten kann.

Nachteilig bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem ist, daß zunächst der gesamte Kraftstoff erst auf das hö­ here Druckniveau komprimiert werden muß, um dann einen Teil des Kraftstoffs wieder auf das tiefere Druckniveau zu entlasten. Außerdem ist die Hochdruckpumpe, da sie von der Nockenwelle des Motors angetrieben wird, dauerhaft im Be­ trieb und zwar auch dann, wenn der gewünschte Druck im je­ weiligen Druckspeicher bereits aufgebaut ist. Diese perma­ nente Hochdruckerzeugung und die nachfolgende Entlastung auf das Niederdruckniveau stehen einem besseren Wirkungs­ grad entgegen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem weist zur Verbesse­ rung des Wirkungsgrads die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein höheres Druckniveau mittels einer zentralen Drucküber­ setzungseinheit zu erzeugen. Die Druckübersetzungseinheit ist, da er unabhängig von der Nockenwelle ist, bei Bedarf gezielt ansteuerbar, wodurch der Hochdruck besser mengen­ regelbar ist. Da die Druckübersetzungseinheit nicht perma­ nent im Betrieb ist, reduzieren sich entsprechend auch die Verluste durch Reibung.

Wenn die Hochdruckseite und die Niederdruckseite der zen­ tralen Druckübersetzungseinheit voneinander hydraulisch entkoppelt sind, können für beide Seiten unterschiedliche Betriebsstoffe, z. B. Öl für die Niederdruckseite und Kraftstoff für die Hochdruckseite, verwendet werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge­ genstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich­ nung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems mit einer zentralen Drucküber­ setzungseinheit sind in der Zeichnung schematisch darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein druckgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem für eine Einspritzung mit zwei, unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken, mit einer zentralen Druckübersetzungseinheit zwischen zwei zentralen Druckspeichern und jeweils einer lokalen Ventil­ anordnung für jeden Injektor;

Fig. 2 das Kraftstoffeinspritzsystem der Fig. 1 mit ei­ ner modifizierten lokalen Ventilanordnung;

Fig. 3 das Kraftstoffeinspritzsystem der Fig. 1 mit ei­ ner zentralen Verteilereinrichtung für den höhe­ ren Kraftstoffdruck und einer modifizierten loka­ len Ventilanordnung;

Fig. 4 das Kraftstoffeinspritzsystem der Fig. 3, wobei auch der tiefere Kraftstoffdruck mittels der zen­ tralen Verteilereinrichtung zugemessen wird;

Fig. 5 ein hubgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem für eine Einspritzung mit zwei, unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken, mit einer zentralen Drucküber­ setzungseinheit zwischen zwei zentralen Druck­ speichern und einer lokalen Ventilanordnung;

Fig. 6 das Kraftstoffeinspritzsystem der Fig. 5, jedoch mit einer zentralen Verteilereinrichtung für den höheren Kraftstoffdruck;

Fig. 7 ein druckgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem der höhere Kraftstoffdruck mittels einer lokalen Absteuereinheit auf einen tieferen Kraft­ stoffdruck abgesenkt werden kann;

Fig. 8 ein der Fig. 7 entsprechendes, allerdings hubge­ steuertes Kraftstoffeinspritzsystem;

Fig. 9 ein druckgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem ein höherer Kraftstoffdruck mittels einer lokalen Druckübersetzungseinheit erzeugt werden kann;

Fig. 10 ein der Fig. 9 entsprechendes, allerdings hubge­ steuertes Kraftstoffeinspritzsystem;

Fig. 11 ein der Fig. 8 entsprechendes hubgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem mit einer modifizierten lokalen Absteuereinheit;

Fig. 12 ein der Fig. 7 entsprechendes druckgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem, allerdings ohne zwei­ ten Druckspeicher, wobei der jeweilige Kraft­ stoffdruck mittels einer zentralen Verteilerein­ richtung zugemessen wird;

Fig. 13 verschiedene der Fig. 12 entsprechende druckge­ steuerte Kraftstoffeinspritzsysteme, jedoch mit jeweils modifizierter zentraler Drucküberset­ zungseinheit;

Fig. 14 ein der Fig. 13c entsprechendes druckgesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem mit einer piezoelektri­ schen Ventileinheit in der zentralen Drucküber­ setzungseinheit;

Fig. 15 ein der Fig. 12 entsprechendes druckgesteuertes Einspritzsystem, allerdings ohne Druckspeicher und mit modifizierter zentraler Drucküberset­ zungseinheit;

Fig. 16 ein der Fig. 15 entsprechendes Kraftstoffein­ spritzsystem, jedoch mit modifizierter zentraler Druckübersetzungseinheit und ohne lokale Absteu­ ereinheit; und

Fig. 17 ein weiteres druckgesteuertes Kraftstoffein­ spritzsystem mit einer zentralen Drucküberset­ zungseinheit zwischen einem zentralem Druckspei­ cher und einer zentralen Verteilereinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems 1 för­ dert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3 aus einem Vorratstank 4 über eine Förderleitung 5 in einen ersten zentralen Druckspeicher 6 (Common-Rail), von dem mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum 8 der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuer­ ten Injektoren 9 (Einspritzeinrichtung) abführen. Mit Hil­ fe der Kraftstoffpumpe 2 wird so ein erster (tieferer) Kraftstoffdruck (z. B. ca. 300 bar) erzeugt und im ersten Druckspeicher 6 (Common Rail) gelagert. Dieser Kraftstoff­ druck kann zur Voreinspritzung und bei Bedarf zur Nachein­ spritzung (HC-Anreicherung zur Abgasnachbehandlung) sowie zur Darstellung eines Einspritzverlaufs mit Plateau (Boot­ injektion) verwendet werden. Dem ersten Druckspeicher 6 ist eine zentrale Druckübersetzungseinheit 10 nachgeord­ net, mittels der Kraftstoff aus dem ersten Druckspeicher 6 auf einen zweiten, höheren Kraftstoffdruck für eine Haupt­ einspritzung komprimiert wird. Der höhere Kraftstoffdruck wird in einem zweiten Druckspeicher 11 (Common Rail) gela­ gert, von dem ebenfalls mehrere, der Anzahl der Zylinder entsprechende Druckleitungen 12 zu den einzelnen Injekto­ ren 9 abführen. In diesem Druckspeicher 11 kann ein Kraft­ stoffdruck von ca. 300 bar bis 1800 bar gelagert werden.

Die Druckübersetzungseinheit 10 umfaßt eine Ventileinheit 13 zur Druckübersetzungsansteuerung, einen Druckübersetzer 14 mit einem Druckmittel 14' in Form eines verschieblichen Kolbenelements sowie zwei Rückschlagventile 15 und 16. Das Druckmittel 14' kann einenends mit Hilfe der Ventileinheit 13 an den ersten Druckspeicher 6 angeschlossen werden, so daß es durch den in einer Primärkammer 17 befindlichen Kraftstoff einenends druckbeaufschlagt wird. Ein Diffe­ renzraum 18 ist mittels einer Leckageleitung 19 druckent­ lastet, so daß das Druckmittel 14' zur Verringerung des Volumens einer Druckkammer 20 in Kompressionsrichtung ver­ schoben werden kann. Dadurch wird der in der Druckkammer 20 befindliche Kraftstoff entsprechend dem Flächenverhält­ nis von Primärkammer 17 und Druckkammer 20 auf einen zwei­ ten höheren Kraftstoffdruck verdichtet und dem zweiten Druckspeicher 11 zugeführt. Das Rückschlagventil 15 ver­ hindert den Rückfluß von komprimiertem Kraftstoff aus dem zweiten Druckspeicher 11. Wird die Primärkammer 17 mit Hilfe der Ventileinheit 13 an eine Leckageleitung 21 ange­ schlossen, so erfolgen die Rückstellung des Druckmittels 14' und die Wiederbefüllung der Druckkammer 20, die über das Rückschlagventil 16 an die Druckleitung 7 angeschlos­ sen ist. Aufgrund der Druckverhältnisse in der Primärkam­ mer 17 und in der Druckkammer 20 öffnet das Rückschlagven­ til 16, so daß die Druckkammer 20 unter dem ersten Kraft­ stoffdruck (Raildruck des ersten Druckspeichers 6) steht und das Druckmittel 14' hydraulisch in seine Ausgangsstel­ lung zurückgefahren wird. Zur Verbesserung des Rückstell­ verhaltens können eine oder mehrere Federn in den Räumen 17, 18 und 20 angeordnet sein. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Ventileinheit 13 lediglich beispiel­ haft als 3/2-Wege-Ventil dargestellt.

Eine Kraftstoffzumessung mit entweder dem tieferen oder dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt für jeden Zylinder bzw. Injektor 9 getrennt und zwar jeweils über eine lokale Ventilanordnung 22, die im dargestellten Ausführungsbei­ spiel durch ein 3/2-Wege-Ventil 23 für den tieferen Kraft­ stoffdruck und ein 2/2-Wege-Ventil 24 für den höheren Kraftstoffdruck gebildet ist. Der jeweils anstehende Druck wird dann über eine Druckleitung 25 in einen Düsenraum 26 des Injektors 9 geleitet. Die Einspritzung erfolgt druck­ gesteuert mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 27 (Düsenna­ del), dessen konische Ventildichtfläche 28 mit einer Ven­ tilsitzfläche am Injektorgehäuse 29 zusammenwirkt und so die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 30 verschließt. Innerhalb des Düsenraums 26 ist eine in Öffnungsrichtung des Ventilglieds 27 weisende Druckfläche des Ventilgliedes 27 dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, wobei sich der Düsenraum 26 über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 27 und der Führungsbohrung bis an die Ventildichtfläche 28 des Injektors 9 fortsetzt. Durch den im Düsenraum 26 herr­ schenden Druck wird das die Einspritzöffnungen 29 abdich­ tende Ventilglied 27 gegen die Wirkung einer Schließkraft (Schließfeder 31) aufgesteuert, wobei der Federraum 32 mittels einer Leckageleitung 33 druckentlastet ist. Die Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 24 durch Bestromen des 3/2- Wege-Ventils 23. Die Einspritzung mit dem höheren Kraft­ stoffdruck erfolgt bei bestromtem 3/2-Wege-Ventil 23 durch Bestromen des 2/2-Wegventils 24, wobei ein Rückschlagven­ til 36 einen ungewollten Rücklauf in die Druckleitung 7 verhindert. Am Ende der Einspritzung wird bei unbestromtem 2/2-Wege-Ventil 24 das 3/2-Wege-Ventil 23 auf Leckage 34 geschaltet. Dadurch werden die Druckleitung 25 und der Dü­ senraum 26 druckentlastet, so daß das federbelastete Ven­ tilglied 27 die Einspritzöffnungen 30 wieder verschließt.

Die lokale Ventilanordnung 22 kann innerhalb des Injektor­ gehäuses 29 (Fig. 1a) oder auch, wie in Fig. 1b gezeigt, außerhalb des Injektorgehäuses, z. B. im Bereich der Druck­ speicher 6, 11 angeordnet sein. So läßt sich eine kleinere Baugröße des Injektorgehäuses und durch Ausnutzung von Wellenreflexionen in der nun längeren Druckleitung 25 ein erhöhter Einspritzdruck erreichen.

Nachfolgend werden in der Beschreibung zu den weiteren Fi­ guren lediglich die Unterschiede zum Kraftstoffeinspritz­ system nach Fig. 1 behandelt. Identische bzw. funktions­ gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeich­ net und werden nicht näher erläutert.

Fig. 2 zeigt eine andere lokale Ventilanordnung 22a, die entweder innerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 2a) oder au­ ßerhalb des Injektorgehäuses (Fig. 2b) angeordnet sein kann. Diese lokale Ventilanordnung 22a umfaßt ein 2/2-We­ ge-Ventil 35 als Schaltelement für den höheren Kraftstoff­ druck, ein Rückschlagventil 36 in der Druckleitung 7 und zum Schalten des jeweils anstehenden Druckes ein 3/2-Wege- Ventil 37 in der Druckleitung 25. Eine Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt bei unbestromtem 2/2- Wege-Ventil 35 durch Bestromen des 3/2-Wegventils 37. Durch Bestromen auch des 2/2-Wege-Ventil 35 kann auf eine Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck umgeschaltet werden, wobei das Rückschlagventil 36 einen ungewollten Rücklauf in die Druckleitung 7 verhindert. Am Ende der Einspritzung wird das 3/2-Wege-Ventil 37 auf Leckage 34 zurückgeschaltet.

In Fig. 3 wird der Kraftstoff aus dem zweiten Druckspei­ cher 11, gesteuert über eine zentrale Ventileinheit 38 (z. B. ein 3/2-Wegventil), zentral über eine Verteilerein­ richtung 39 auf die einzelnen druckgesteuerten Injektoren verteilt. Die Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoff­ druck erfolgt bei stromloser Ventileinheit 38 durch Be­ stromen des allein die lokale Ventilanordnung 22b bilden­ den 3/2-Wege-Ventils 37. Die Einspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt bei unbestromter Ventileinheit 37 und bestromter zentraler Ventileinheit 38 über die Vertei­ lereinrichtung 39. Am Ende dieser Einspritzung wird die zentrale Ventileinheit 38 auf Leckage 40 zurückgeschaltet und damit die Verteilereinrichtung 39 und der Injektor entlastet. Die lokale Ventileinheit 22b kann entweder Teil des Injektorgehäuses sein (Fig. 3a) oder außerhalb des In­ jektorgehäuses angeordnet sein (Fig. 3b) sein.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß anders als in Fig. 3 auch der tiefere Kraftstoffdruck mittels der Verteilereinrichtung 39 zentral zugemessen werden kann. Die Kraftstoffzumessung mit entweder dem tieferen oder dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt hier mittels einer zentral angeordneten Ventilan­ ordnung 41, die entweder die vom ersten Druckspeicher 6 abführende Druckleitung 42 oder die vom zweiten Druckspei­ cher 11 abführende Druckleitung 43 zu der zentralen Ver­ teilereinrichtung 39 durchschaltet. Die zentrale Ventilan­ ordnung 41 ist analog der lokalen Ventilanordnung 22a (Fig. 2) aufgebaut.

Anders als beim druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem 1 der Fig. 1 erfolgt die Einspritzung bei dem in Fig. 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzsystem 50 hubgesteuert mit­ tels hubgesteuerter Injektoren 51, von denen lediglich ei­ ner näher dargestellt ist. Ausgehend von dem druckgesteu­ erten Injektor 9 der Fig. 1 greift bei einem hubgesteuer­ ten Injektor 51 an dem Ventilglied 27 koaxial zu der Ven­ tilfeder 31 ein Druckstück 52 an, das mit seiner der Ven­ tildichtfläche 28 abgewandten Stirnseite 53 einen Steuer­ raum 54 begrenzt. Der Steuerraum 54 hat von der Drucklei­ tung 25 her einen Kraftstoffzulauf mit einer ersten Dros­ sel 55 und einen Kraftstoffablauf zu einer Druckentla­ stungsleitung 56 mit einer zweiten Drossel 57, die durch ein 2/2-Wege-Ventil 58 auf Leckage 59 steuerbar ist. Über den Druck im Steuerraum 54 wird das Druckstück 52 in Schließrichtung druckbeaufschlagt. Unter dem ersten oder zweiten Kraftstoffdruck stehender Kraftstoff füllt ständig den Düsenraum 26 und den Steuerraum 54. Bei Betätigung (Öffnen) des 2/2-Wege-Ventils 58 kann der Druck im Steuer­ raum 54 abgebaut werden, so daß in der Folge die in Öff­ nungsrichtung auf das Ventilglied 27 wirkende Druckkraft im Düsenraum 26 die in Schließrichtung auf das Ventilglied 27 wirkende Druckkraft übersteigt. Die Ventildichtfläche 28 hebt von der Ventilsitzfläche ab, und Kraftstoff wird eingespritzt. Dabei läßt sich der Druckentlastungsvorgang des Steuerraums 54 und somit die Hubsteuerung des Ventil­ glieds 27 über die Dimensionierung der beiden Drosseln 55 und 57 beeinflussen. Das Ende der Einspritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) des 2/2-Wege-Ventils 58 eingeleitet, das den Steuerraum 54 wieder von der Leckage­ leitung 59 abkoppelt, so daß sich im Steuerraum 54 erneut ein Druck aufbaut, der das Druckstück 52 in Schließrich­ tung bewegen kann. Die Umschaltung des Kraftstoffs auf entweder den tieferen oder den höheren Kraftstoffdruck er­ folgt für jeden Injektor 51 lokal mittels einer Ventilan­ ordnung 60, die aus einem 2/2-Wege-Ventil 24 und einem ei­ nen ungewollten Rücklauf in die Druckleitung 7 verhindern­ den Rückschlagventil 62 gebildet ist. Die Ventilanordnung kann entweder innerhalb des Injektorgehäuses 61 (Fig. 5a) oder außerhalb (Fig. 5b) angeordnet sein kann. Zum Zumes­ sen des Kraftstoffs wird für beide Drücke das 2/2-Wege- Ventil 58 verwendet.

In Fig. 6 ist gezeigt, daß anders als in Fig. 5 der höhere Kraftstoffdruck wie in Fig. 3a auch zentral über die Ver­ teilereinrichtung 39 zugemessen werden kann. Bei nicht bestromter zentraler Ventileinheit 38 werden Düsenraum 26 und Steuerraum 54 mit Kraftstoff aus dem ersten Druckspei­ cher 6 gefüllt, so daß die Kraftstoffeinspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck erfolgt. Bei bestromter zentraler Ventileinheit 38 wird wegen des Rückschlagventils 63 nur der Düsenraum 26 mit dem zweiten Druckspeicher 11 verbun­ den, so daß die Kraftstoffeinspritzung mit dem höheren Kraftstoffdruck erfolgt. Zur Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck wird das 2/2-Wegeventil 58 geöffnet. Durch Zuschalten des 3/2-Wegeventils 38 wird der Kraftstoff un­ ter Hochdruck zugemessen, wobei das Öffnen bei dem tiefe­ ren Kraftstoffdruck hubgesteuert und bei dem höheren Kraftstoffdruck druckgesteuert erfolgt.

Fig. 7 zeigt ein druckgesteuertes Einspritzsystem 70, bei dem anders als in Fig. 2 der im ersten Druckspeicher 6 ge­ lagerte Kraftstoff nicht für eine Einspritzung abgeführt wird. Der Kraftstoff aus dem zweiten Druckspeicher 11 wird über die Druckleitung 12 jedem einzelnen Injektor 9 als höherer Kraftstoffdruck zugeführt, der bei Bedarf mittels einer lokalen Absteuereinheit 71 auf den tieferen Kraft­ stoffdruck abgesenkt werden kann. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel umfaßt die Absteuereinheit 71 ein 3/2-Wege­ ventil 72, um den höheren Kraftstoffdruck entweder durch­ zuschalten oder dissipativ mittels einer Drossel 73 und eines auf den tieferen Kraftstoffdruck eingestellten und mit einer Leckageleitung 74 verbundenen Druckbegrenzungs­ ventils 75 abzusteuern. Der jeweils anstehende Druck wird dann wie in Fig. 2 über das 3/2-Wegeventil 37 zum Injektor 9 weitergeleitet, wobei ein Rückschlagventil 76 ein Ab­ strömen des höheren Kraftstoffdruckes über das Rückschlag­ ventil 75 verhindert.

Fig. 8 zeigt ein der Fig. 7 entsprechendes, allerdings hubgesteuertes Einspritzsystem 80, bei dem der Kraftstoff aus dem zweiten Druckspeicher 11 über die lokale Absteuer­ einheit 71 auf den tieferen Kraftstoffdruck abgesenkt wer­ den kann. Die Einspritzung erfolgt über die hubgesteuerten Injektoren 51.

Bei dem druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem 90 der Fig. 9 wird anders als beim Einspritzsystem 70 (Fig. 7) der im zweiten Druckspeicher 11 gelagerte Kraftstoffdruck als tieferer Kraftstoffdruck genutzt. Aus diesem kann dann bei Bedarf auch ein höherer Kraftstoffdruck mittels eines lokalen Druckübersetzers 91 erzeugt werden, der in einer Bypaßleitung 92 der Druckleitung 12 angeordnet ist. Mit­ tels einer Ventileinheit 93 (3/2-Wegeventil) in der Bypaß­ leitung 92 kann der lokale Druckübersetzer 91, der analog dem zentralen Druckübersetzer 14 aufgebaut ist, zugeschal­ tet werden. Die Druckkammer 94 des lokalen Drucküberset­ zers 91 wird mit Kraftstoff aus dem zweiten Druckspeicher 11 befüllt, wobei ein Rückschlagventil 95 den Rücklauf von komprimiertem Kraftstoff zurück in den zweiten Druckspei­ cher 11 verhindert. Der Druckübersetzer 91, die Ventilein­ heit 93 und das Rückschlagventil 95 bilden die lokale Druckübersetzungseinheit 96, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des Injektorgehäuses befin­ det. Die Kraftstoffzumessung mit dem jeweils anstehenden Kraftstoffdruck erfolgt über das 3/2-Wege-Ventil 37 mit­ tels druckgesteuerter Injektoren 9. Wie Fig. 9b zeigt, kann die Druckkammer 20 der zentralen Druckübersetzungs­ einheit 10 anstatt wie in Fig. 9a mit Kraftstoff aus dem ersten Druckspeichers 6 auch mit Kraftstoff 3' befüllt werden, den eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2' über eine Förderleitung 5' aus einem weiteren Vorratstank 4' in die Druckkammer 20 fördert. Da die Hochdruckseite und die Niederdruckseite der zentralen Druckübersetzungseinheit voneinander hydraulisch entkoppelt sind, können für beide Seiten auch unterschiedliche Betriebsstoffe, z. B. Öl für die Niederdruckseite und Kraftstoff für die Hochdrucksei­ te, verwendet werden.

Das Einspritzsystem 100 der Fig. 10 mit seiner lokalen Druckübersetzungseinheit 96 entspricht dem Einspritzsystem 90 (Fig. 9), allerdings mit hubgesteuerten Injektoren 51. Die Befüllung der zentralen Druckübersetzungseinheit 10 erfolgt entweder mit dem Kraftstoff aus dem ersten Druck­ speicher 6 (Fig. 10a) oder mit dem Kraftstoff 3' aus dem weiteren Vorratstank 4' (Fig. 10b).

Das hubgesteuerte Einspritzsystem 110 der Fig. 11 ent­ spricht dem Einspritzsystem 80 (Fig. 8), allerdings mit einer anders aufgebauten lokalen Absteuereinheit 111. De­ ren Druckleitung 112 kann mittels eines 3/2-Ventils 113 entweder direkt an den zweiten Druckspeicher 11 ange­ schlossen oder mit einer ein Druckbegrenzungsventil 114 enthaltenden Leckageleitung 115 verbunden werden. Der An­ schluß an den zweiten Druckspeicher 11 dient der Hauptein­ spritzung und der gleichzeitigen Befüllung eines Akkumula­ torraumes 116. Während dieses Anschlusses kann unter höhe­ rem Kraftstoffdruck stehender Kraftstoff den Steuerraum 54 und den Düsenraum 26 füllen. Während der Vor- und Nachein­ spritzung ist die Druckleitung 112 mit der Leckageleitung 115 durchgängig verbunden. Das Druckbegrenzungsventil 114 öffnet oberhalb eines Druckes von z. B. 300 bar, so daß der aus dem Akkumulatorraum 116 ausströmende Kraftstoff auf diesen tieferen Kraftstoffdruck abgesenkt wird. Start und Ende der Haupteinspritzung sowie der Vor- und Nachein­ spritzung können mittels des 2/2-Wege-Ventils 58 gesteuert werden.

Bei dem in Fig. 12a gezeigten druckgesteuerten Einspritz­ system 120 ohne zweiten Druckspeicher verteilt die zentra­ le Verteilereinrichtung 39 den mittels der zentralen Druckübersetzungseinheit 10 erzeugten höheren Kraftstoff­ druck auf die einzelnen Injektoren 9. Über die bereits oben beschriebene lokale Absteuereinheit 71 kann der höhe­ re Kraftstoffdruck für eine Einspritzung dann entweder durchgeschaltet oder dissipativ auf einen tieferen Kraft­ stoffdruck abgesenkt werden. Hinter der Verteilereinrich­ tung 39 ist für jeden Injektor 9 noch eine Rückschlagven­ tilanordnung 122 vorgesehen, die den Kraftstoff in Rich­ tung Injektor 9 über ein erstes Rückschlagventil 123 durchläßt und den Rückfluß von Kraftstoff aus dem Injektor 9 mittels einer Drossel 124 und eines zweiten Rückschlag­ ventils 125 zur Entlastung der Verteilereinrichtung 39 und zum Druckabbau zuläßt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 12b läßt sich über ein 2/2-Wege-Ventil 126 entweder der höhere Kraftstoffdruck durchschalten oder ein tieferer Kraftstoffdruck über eine Drossel 127 erzeugen, wobei ein Rückschlagventil 128 einen Rückfluß über die Drossel 127 verhindert. Die Teile 126, 127 und 128 bilden die insgesamt mit 129 bezeichnete loka­ le Druckbegrenzungs- bzw. Drosseleinheit. Anders als in Fig. 1 gezeigt, ist hier die zentrale Druckübersetzungs­ einheit 10' ohne Rückschlagventil 15 ausgebildet.

Anders als das Einspritzsystem 120 kommt das druckgesteu­ erte Einspritzsystem 130 der Fig. 13 vollständig ohne lo­ kale Steuerung aus, da die zentrale Druckübersetzungsein­ heit 131 mit ihrem Druckübersetzer 132 außer zur Erzeugung des höheren Kraftstoffdruckes auch für eine Drosselung auf den tieferen Kraftstoffdruck genutzt wird. Dazu ist die Druckkammer 20 über ein auf den tieferen Kraftstoffdruck eingestelltes Druckbegrenzungsventil 133 an eine Leckage­ leitung 134 angeschlossen, wodurch der Einspritzdruck zu­ nächst auf den tieferen Kraftstoffdruck, z. B. 300 bar, be­ grenzt ist. Die Verbindung von Druckkammer 20 und Druckbe­ grenzungsventil 133 wird allerdings bereits nach einer ge­ ringen Bewegung des Druckmittels 14' (Druckverstärkerkol­ ben) von diesem verschlossen. Damit steht für den an­ schließenden Einspritzvorgang der höhere Kraftstoffdruck zur Verfügung. Zur Wiederbefüllung der Druckkammer 20 sind geeignete Rückschlagventile anzuordnen, wobei eine auf das Druckmittel 14' wirkende Federkraft die Befüllung begün­ stigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druck­ kammer 20 über ein im Druckmittel 14' angeordnetes Rück­ schlagventil 135 mit der Primärkammer 17 verbunden. Wäh­ rend dabei in Fig. 13a die Einspritzmenge, die mit dem tieferen Kraftstoffdruck eingespritzt wird, konstruktiv vorgegeben ist, kann diese Einspritzmenge, d. h. das Druck­ niveau der Voreinspritzung und der Verlauf der Hauptein­ spritzung (Bootinjektion), durch eine zentrale Absteuer­ einheit 136 (2/2-Wege-Ventil) vor dem Druckbegrenzungsven­ til 133 gesteuert werden (Fig. 13b). In einer anderen Va­ riante (Fig. 13c) ist die Druckkammer 20 über die Leitung 137 auch direkt mit dem Druckspeicher 6 verbindbar, so daß dessen Kraftstoff für eine Einspritzung mit dem tieferen Kraftstoffdruck zu den druckgesteuerten Injektoren 9 wei­ tergeleitet wird. Dadurch lassen sich die abströmenden Leckagemengen reduzieren. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 13d ist der Druckspeicher 6 der Fig. 13a ausgelassen und erfolgt der Druckaufbau durch Bestromen eines 2/2-We­ ge-Ventils 138. Die Hochdruckpumpe 5 kann einen Kraft­ stoffdruck von ca. 300 bis ca. 1000 bar erzeugen und z. B. eine Nockenpumpe sein. Hochdruckpumpe 5 und 2/2-Wegeventil 138 bilden die Druckeinheit 139. Wie in Fig. 13e gezeigt, läßt sich die Einspritzung - wie in Fig. 13b - durch die Absteuereinheit 136 zusätzlich steuern.

Das in Fig. 14 dargestellte druckgesteuerte Einspritzsy­ stem 140, das ansonsten dem Einspritzsystem der Fig. 13c entspricht, umfaßt in seiner Druckübersetzungseinheit 141 eine piezoelektrische Ventileinheit 142, deren Ventilquer­ schnitt mittels eines Piezostellelements (Aktuator, Aktor) gesteuert wird, oder ein schnell schaltendes Magnetventil. Die Piezostellelemente, die einen notwendigen Temperatur­ ausgleich und evtl. eine erforderliche Kraft- bzw. Weg­ übersetzung besitzen, dienen der Querschnittssteuerung und damit der Formung des Einspritzverlaufs. Es wird eine vollkommen unabhängige Voreinspritzung sowohl in der Zeit und in der Einspritzmenge als auch im Einspritzdruck mög­ lich. Die Haupteinspritzung kann voll flexibel an jeden benötigten Einspritzverlauf angepaßt werden und ermöglicht zusätzlich eine Splitinjektion bzw. eine Nacheinspritzung, die nahezu beliebig nahe an die Haupteinspritzung angela­ gert werden kann.

Das auf dem Einspritzsystem der Fig. 12 basierende druck­ gesteuerte Einspritzsystem 150 der Fig. 15 verwendet je­ weils die Druckeinheit 139 zur Erzeugung eines Druckes von ca. 200 bar bis ca. 1000 bar als Betriebsmittel für die zentrale Druckübersetzungseinheit 151, die allein durch den Druckübersetzer 132 (Fig. 13a) gebildet ist. Die Ab­ senkung auf den tieferen Kraftstoffdruck erfolgt in Fig. 15a mittels der ein Druckbegrenzungsventil aufweisen­ den lokalen Absteuereinheit 71 (Fig. 7) und in Fig. 15b mittels der lokalen Druckbegrenzungs- bzw. Drosseleinheit 129 (Fig. 12b).

Das druckgesteuerte Einspritzsystem 160 der Fig. 16 unter­ scheidet sich von dem der Fig. 13d dadurch, daß der zen­ trale Druckübersetzer 132 durch eine parallele Bypaßlei­ tung 161 umgangen werden kann und mittels einer Ventilein­ heit 162 (Fig. 16a) bzw. 162a (Fig. 16b) aktivierbar bzw. deaktivierbar ist. In Fig. 16a ist die Ventileinheit 162 vor dem Druckübersetzer 132 und als 3/2-Wege-Ventil ausge­ bildet, in Fig. 16b die Ventileinheit 162a hinter dem Druckübersetzer 132 und als 2/2-Wege-Ventil, das über ein Rückschlagventil 163 abgekoppelt ist. Die Teile 132, 161, 162 bzw. 132, 162a, 163 bilden die zentrale Drucküberset­ zungseinheit 164 bzw. 164a.

Bei dem in Fig. 17 gezeigten druckgesteuerten Einspritzsy­ stem 170 wird entweder der im zentralen Druckspeicher 6 gelagerte tiefere Kraftstoffdruck oder der über die zen­ trale Druckübersetzungseinheit 10' bei Bedarf erzeugte hö­ here Kraftstoffdruck zentral auf die einzelnen Injektoren 9 verteilt. Die Einspritzung des jeweiligen Kraftstoff­ druckes wird über die zentrale Ventileinheit 171 (3/2-We­ ge-Ventil) gesteuert, die in ihrer Funktion der Ventilein­ heit 37 (Fig. 2a) entspricht.

Die in den Figuren gezeigten Ventileinheiten können je­ weils von Elektromagneten zum Öffnen oder Schließen bzw. Umschalten betätigt werden. Die Elektromagnete werden von einem Steuergerät angesteuert, das verschiedene Betriebs­ parameter (Motordrehzahl,. . .) der zu versorgenden Brenn­ kraftmaschine überwachen und verarbeiten kann. Anstelle von magnetgesteuerten Ventileinheiten können auch Piezo­ stellelemente (Aktuator, Aktor) verwendet werden, die ei­ nen notwendigen Temperaturausgleich und evtl. eine erfor­ derliche Kraft- bzw. Wegübersetzung besitzen.

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem (1) für eine Brenn­ kraftmaschine, bei dem der mittels einer Hochdruckpumpe (5) geförderte Kraftstoff mit mindestens zwei unterschied­ lich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren (9) in den Brennraum (8) der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, ist zwischen der Hochdruckpumpe (5) und den Injekto­ ren (9) mindestens eine zentrale Druckübersetzungseinheit (10) für alle Injektoren (9) vorgesehen. Die Drucküberset­ zungseinheit ist bei Bedarf gezielt ansteuerbar, wodurch der unter dem höheren Druck stehende Kraftstoff besser mengenregelbar ist und sich entsprechend auch die Verluste durch Reibung reduzieren lassen.

Claims (13)

1. Kraftstoffeinspritzsystem (1; 50; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170) für eine Brenn­ kraftmaschine, bei dem der mittels einer Hochdruck­ pumpe (5) geförderte Kraftstoff mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injekto­ ren (9; 51) in den Brennraum (8) der Brennkraftma­ schine eingespritzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochdruckpumpe (5) und den Injekto­ ren (9; 51) mindestens eine zentrale Drucküberset­ zungseinheit (10; 10'; 131; 141; 164; 164a) für alle Injektoren (9; 51) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zentralen Drucküberset­ zungseinheit (10; 10'; 131; 141; 164; 164a) minde­ stens ein Rückschlagventil (15, 16; 135; 163) zuge­ ordnet ist, das eine Wiederbefüllung der Drucküber­ setzungseinheit (10; 10'; 131; 141; 164; 164a) ermög­ licht und/oder einen höheren Kraftstoffdruck von ei­ nem tieferen Kraftstoffdruck abkoppelt.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der zentralen Drucküberset­ zungseinheit (10; 10'; 131; 141; 164; 164a) eine zen­ trale Verteilereinrichtung (39) nachgeordnet ist, die den Kraftstoff auf die einzelnen Injektoren (9; 51) verteilt.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zen­ tralen Druckübersetzungseinheit (10; 10'; 131; 141) ein Druckspeicher (6) vorgeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zen­ tralen Druckübersetzungseinheit (10) ein Druckspei­ cher (11) nachgeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem In­ jektor (9; 51) eine zentrale Ventileinheit (22; 22a; 22b) oder eine lokale Ventileinheit (41; 72; 93; 113; 126) zugeordnet ist, mittels der zwischen den beiden Kraftstoffdrücken umgeschaltet werden kann.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem In­ jektor (9; 51) mindestens eine lokale Drucküberset­ zungseinheit (96) zur Erzeugung des höheren Kraft­ stoffdruckes aus dem tieferen Kraftstoffdruck zuge­ ordnet ist.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zen­ trale Druckübersetzungseinheit (164a) und/oder die lokale Druckübersetzungseinheit (96) einen zu- und abschaltbaren Druckübersetzer (132; 91) aufweist, der parallel zu einer Bypaßleitung (161; 92) angeordnet ist.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeu­ gung des tieferen Kraftstoffdruckes aus dem höheren Kraftstoffdruck eine zentrale Absteuereinheit (136) und/oder eine lokale Absteuereinheit (71; 111) vorge­ sehen ist.

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeu­ gung des tieferen Kraftstoffdruckes der Querschnitt einer Ventileinheit (142) steuerbar ist.

11. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injek­ toren (9) für eine Drucksteuerung ausgebildet sind.

12. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injek­ toren (51) für eine Hubsteuerung ausgebildet sind.

13. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hoch­ druckseite und die Niederdruckseite der zentralen Druckübersetzungseinheit (10) voneinander hydraulisch entkoppelt sind.