WO2009033887A1 - Einspritzsystem und verfahren zum herstellen eines einspritzsystems - Google Patents

Einspritzsystem und verfahren zum herstellen eines einspritzsystems Download PDF

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actuator
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Fredrik Borchsenius
Uwe Jung
Grit KRÜGER
Eberhard Kull
Volker Mohr
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an injection system for injecting fuel under a predetermined fuel pressure with a high-pressure area under the fuel pressure and with a low-pressure area and a method for producing such a scoring system.
  • the technical field of the invention relates to injection systems, in particular common rail injection systems or common rail injectors with hydraulic transmission.
  • a switching leakage is effected.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a known injector I, at which the principle-related occurrence of the switching leakage as well as a conventional approach for reducing the occurrence of switching leakage will be discussed.
  • the injector I depicted in FIG. 1 has a magnetic actuator MA, a high-pressure port HA for carrying out a high-pressure fuel, a switching valve SV and a nozzle D, by means of which the fuel is injected.
  • a control piston SK is arranged between a nozzle needle DN and the switching valve SV, which is actuated by means of the solenoid actuator MA.
  • the pressure drop arises in particular because an outflow throttle AD between the control chamber SR and the switching valve SV having valve space VR is greater than an inlet throttle ZD, which couples the high-pressure port HA with the control chamber SR.
  • an outflow throttle AD between the control chamber SR and the switching valve SV having valve space VR is greater than an inlet throttle ZD, which couples the high-pressure port HA with the control chamber SR.
  • This fuel flowing out during injection is referred to as switching leakage.
  • the occurrence of switching leakage disadvantageously means the loss of energy because compressed fuel flows into the low pressure area of the injector.
  • control piston SK shown in Fig. 1 on a cone K which serves as a stop.
  • the control piston SK which moves in the direction of the magnet actuator MA, closes with its cone K a channel which goes to the outlet throttle AD.
  • the pressure builds up in the control room SR at least partially.
  • the pressure builds up in control room SR until it is larger than that
  • Another object is to reduce or minimize the switching leakage of an injection system without reducing the diameter of the control piston.
  • an injection system for injecting fuel and a predetermined fuel pressure having a high pressure region under pressure and a low pressure region comprising: a) a controllable actuator having an operating stroke for indirectly actuating a nozzle needle which opens and closes a nozzle Opening direction or in a closing direction provides; b) a switching valve arranged in a valve space of the high-pressure region, which valve has a valve mushroom and opens or closes as a function of the operating stroke provided; c) an inlet throttle, which is arranged to supply the fuel between a high pressure port and a control piston having control chamber of the high pressure region; d) a first outlet throttle, which is arranged between the control chamber and the valve chamber; e) a first sealing edge of the valve chamber, which forms with the valve mushroom with the nozzle closed a first sealing seat for sealing between the piston chamber and the valve chamber; f) a second sealing edge of a valve piston having a piston chamber, which forms with the valve piston at a maximum operating stroke of the actuator
  • a method for manufacturing a single injection system for injecting fuel and an Being ⁇ voted fuel pressure with a proposed under the fuel pressurized high-pressure region and a low pressure area comprising the steps of: a) providing a controllable actuator, which has a Operating stroke for indirectly actuating a nozzle needle which opens or closes a nozzle, in an opening ⁇ direction or in a closing direction provides; b) arranging a switching valve in a valve chamber of the high-pressure region, which has a valve mushroom and opens or closes depending on the operating stroke provided; c) arranging an inlet throttle for supplying the fuel between a high pressure port and a control piston having control chamber of the high pressure region; d) arranging a first outlet throttle between the control chamber and the valve chamber; e) equipping the valve chamber with a first sealing edge, which forms with the valve mushroom with the nozzle closed a first sealing seat for sealing between the piston chamber and the valve chamber; f) providing a piston chamber having a valve piston with a
  • the advantage of the present invention is the reduction or minimization of the switching leakage of the injection system according to the invention. This is possible even with a diameter of the control piston which is larger or significantly larger than the diameter of the nozzle needle.
  • the diameter d 1 of the first outlet throttle is greater than the diameter d 3 of the inlet throttle.
  • the diameter of the first outlet throttle in relation to the diameter of the inlet throttle primarily affects the opening speed of the injection system or injector. That is, the larger the outlet throttle can be formed relative to the inlet throttle, the faster the pressure in the control chamber is reduced, whereupon the control piston in the control chamber moves upward. As a result, the nozzle needle is opened.
  • the first outlet throttle is made smaller relative to the inlet throttle, the dead time until the nozzle needle begins to move would be too small for several injections in shorter intervals. stand one after another. Consequently, according to the invention, the first outlet throttle is large in diameter relative to the diameter of the inlet throttle, so that the injector or the injection system opens with less dead time.
  • the nozzle needle completely open or the control piston at the top, so only one outlet throttle would be needed, which is only slightly larger than the inlet throttle. The outlet throttle would then only have to be so large that pressure could no longer build up in the control chamber which is greater than the pressure in the nozzle needle chamber.
  • a second outlet throttle is provided between the low-pressure area and the high-pressure area, which has a diameter d2 which is slightly larger than the diameter d3 of the inlet throttle, but smaller than the diameter dl of the first outlet throttle.
  • valve piston is raised in a first step by means of the actuator only so far that opens the first sealing edge, so the first sealing seat is in an open state and the large, first outlet throttle can act fully. Furthermore, the second sealing seat is open at this time.
  • the control piston has reached its maximum lift in the opening direction, that is, it is at the top, the second sealing seat is in a closed state and the first sealing seat in an open state.
  • the switching valve remains in an open state, there is no pendulum movement of the control piston and the nozzle needle, the switching leakage is significantly reduced by the smaller diameter of the second outlet throttle relative to the first outlet throttle.
  • the second outlet throttle is therefore made so that it is only slightly larger in flow than the inlet throttle, so that in the control room just no to close the nozzle needle necessary pressure can be built up.
  • the volume flow of the switching leakage is reduced to a value close to the flow of the inlet throttle, that of the second outlet throttle. It is thus achieved a reduced switching leakage, especially for operating conditions with fully open nozzle needle or nozzle.
  • This therefore constitutes the possibility according to the invention of reducing the switching leaks, in particular at points of maximum nozzle needle stroke, ie precisely when the delivery rate of the injection system reaches its limits.
  • Switching leakage also has an improved energy balance of the injection system result and thus leads to a lower fuel consumption of a vehicle equipped with the injection system according to the invention motor vehicle.
  • the diameter dl of the first outlet throttle is significantly larger than the diameter d3 of the inlet throttle formed (dl >> d3).
  • This embodiment is made possible in particular by the provision of the second outlet throttle and has the advantage that a faster opening of the nozzle is made possible by the larger, first outlet throttle.
  • the high-pressure port for supplying the fuel with the predetermined fuel pressure in the high-pressure region is arranged.
  • control piston arranged in the control chamber of the high-pressure region is coupled to the nozzle needle and also suitable for being moved in the closing direction when the switching valve is opened in the opening direction and when the switching valve is closed.
  • valve piston arranged in a piston chamber transmits the operating stroke provided by the actuator to the valve mushroom of the switching valve.
  • the actuator is designed as a piezo actuator or as a magnetic actuator.
  • the piezoelectric actuator has a controllable piezo stack which, depending on a control signal, provides a stroke or operating stroke for the indirect actuation of the nozzle needle in the closing direction or in the opening direction.
  • the piezo-actuator is suitable by means of the valve piston, during the injection process within a first period, the first sealing seat in an open state and the second sealing seat in an open state and within a second period following the first period to operate the first sealing seat in the opened state and the second sealing seat in a closed state.
  • the first outlet throttle can fully act, which allows a quick opening of the nozzle.
  • an increased pressure drop in the control chamber is no longer necessary because the nozzle is already open.
  • the Switching leakage can be reduced by means of the arrangement of the smaller, second outlet throttle.
  • the piezo actuator is adjustable during the injection process at least to an intermediate stroke and to the maximum operating stroke.
  • the first sealing seat is in the opened state and the second sealing seat is also in the opened state.
  • the second sealing seat is in the closed state with the first sealing seat in the opened state.
  • the piezoelectric actuator is controllable such that it remains at the intermediate stroke and / or at the maximum operating stroke each for a predetermined period of time.
  • the first period for the opening of the nozzle and the second period for the injection process with the nozzle open are indirectly adjustable.
  • the piezoelectric actuator is designed such that its stroke speed is adjustable during the injection process.
  • an alternative for an adjustable on an intermediate stroke piezoelectric actuator is provided, with which the first period and the second period are mapped.
  • the piezoactuator is controllable such that the first time period and / or the second time period can be set to a respective predeterminable time duration.
  • the first period and the second period are advantageously directly adjustable.
  • the second outlet throttle is at least partially formed as a bore through a housing portion of the injection system. According to a further preferred embodiment, the second outlet throttle is at least partially formed as a bore through the valve piston.
  • the second outlet throttle is at least partially formed as a passage in the second sealing seat.
  • the valve piston can be equipped at least with a recess which at least partially forms the passage at the maximum operating stroke of the actuator.
  • the piston chamber can identify at least one passage region, which at least partially forms the passage at the maximum operating stroke of the actuator.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a known injector
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view of an exemplary embodiment of an injection system according to the invention in a first operating state
  • Fig. 2a is a schematic partial view of an upper portion of the injection system of Fig. 2;
  • FIG. 2b shows a schematic detail view of a lower region of the injection system according to FIG. 2;
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal sectional view of the exemplary embodiment of the injection system according to the invention in a second operating state
  • FIG. 3a shows a schematic detail view of an upper region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3b shows a schematic partial view of a lower region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3a shows a schematic detail view of an upper region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3b shows a schematic partial view of a lower region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3b shows a schematic partial view of a lower region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3a shows a schematic detail view of an upper region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3b shows a schematic partial view of a lower region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3a shows a schematic detail view of an upper region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 3b shows a schematic partial view of a lower region of the injection system according to FIG. 3
  • FIG. 4 shows a schematic detail view of a first alternative to the configuration of the upper region of the injection system according to FIG. 3a;
  • FIG. 5 shows a schematic detail view of a second alternative to the embodiment of the upper region of the injection system according to FIG. 3;
  • Fig. 6 is a schematic detail view of a third alternative to the embodiment of the upper portion of the injection system according to Fig. 3a;
  • FIG. 7 is a schematic flow diagram of a method according to the invention for producing an injection system.
  • Figures 2 and 3 with their respective detail views 2a, 2b and 3a, 3b show an embodiment of the injection system 1 according to the invention or injector for injecting fuel at a predetermined fuel pressure P with a standing under the fuel pressure P high pressure area HD and a low pressure area ND.
  • the injection system 1 has a controllable actuator 5, a switching valve 7 arranged in a valve chamber 6 of the high-pressure region HD, an inlet throttle 14, a first outlet throttle 15, a first sealing edge 16 of the valve chamber 6, a second sealing edge 18 of a piston chamber 8 and a valve piston 9 a second outlet throttle 20.
  • Fig. 2 and the associated detail views 2a and 2b show the injection system 1 in a first operating state.
  • the first operating state is characterized by a first sealing seat 17 in a closed state and a second sealing seat 19 in an opened state. Consequently, that is
  • FIG. 3 and the associated detail views 3a and 3b, the injection system 1 in a second operating state.
  • the second operating state is characterized by the first sealing seat 17 in the opened state and the second sealing seat 19 in an opened state.
  • the controllable actuator 5 provides an operating stroke for the indirect actuation of the nozzle needle 3, which opens or closes the nozzle 4, in an opening direction R 1 or in a closing direction R 2.
  • FIG. 2 b shows a closed nozzle 4 and FIG. 3 b shows an opened nozzle 4, through which the fuel is sprayed.
  • the switching valve 7 has at least one valve mushroom 10 and opens in dependence on the provided operating stroke of the actuator 5.
  • the inlet throttle 14 for supplying the fuel P is arranged between a high pressure port 13 and a control piston 11 having a control chamber 11 of the high pressure area HD.
  • the nozzle needle 3 for opening and closing the nozzle 4, in which the fuel P is injected is arranged in a nozzle space 2 of the high-pressure area.
  • the high pressure port 13 is also located in the high pressure area HD.
  • the high-pressure port 13 is suitable for supplying the fuel with the predetermined fuel pressure P.
  • the first outlet throttle 15 is arranged between the control chamber 11 and the valve chamber 6.
  • the first sealing edge 16 of the valve chamber 6 forms with the valve mushroom 10 of the switching valve 7, for example a servo valve, with the nozzle 4 closed, a first sealing seat 17 for sealing between the piston chamber 8 and the valve chamber 6.
  • the second sealing edge 18 of the piston chamber 8 forms with the valve piston 9 at a maximum operating stroke of the actuator 5, a second sealing seat 19 for sealing between the piston chamber 8 and the valve chamber 6.
  • the minimum diameter d 1 of the first outlet throttle 15 is designed such that it is greater than the minimum diameter d 2 of the second outlet throttle 20 and greater than the minimum diameter d 3 of the inlet throttle 14. Further, the diameter d 2 of the second outlet throttle 20 is designed such that it greater than the diameter 3 of the inlet throttle 14 is. Overall, therefore, dl> d2> d3. Preference is further dl >> d3. According to the embodiment according to FIG. 3 a, the second outlet throttle 20 is designed as a bore through a housing region 21 of the injection system 1.
  • the control piston 12 arranged in the control chamber 11 of the high-pressure region HD is coupled to the nozzle needle 3 in particular by means of a stroke adjusting pin 23. Furthermore, the control piston 12 is preferably adapted to be moved in the opening direction Rl when the switching valve 7 is opened and in the closing direction R2 when the switching valve 7 is closed. Furthermore, a high-pressure chamber 21 is preferably provided in the nozzle chamber 2, which provides a reservoir of fuel at the predetermined fuel pressure P for lifting the nozzle needle 3.
  • the arranged in the piston chamber 8 transfers
  • the actuator 5 is, for example, as a magnetic actuator or preferably as a piezoelectric actuator Actuator trained.
  • the configuration of the actuator as a piezoelectric actuator 5 preferably has a controllable piezo stack which, depending on a control signal, provides a stroke or operating stroke for the indirect actuation of the nozzle needle 3 in the opening direction R1 or in the closing direction R2.
  • a piezoelectric actuator 5 is shown in each case.
  • the piezoactuator 5 is preferably coupled to a contact device 22, by means of which the control signal can be transmitted to the outer electrodes of the piezoactuator 5.
  • the piezo-actuator 5 is suitable by means of the valve piston 9, during the injection process within a first period, the first sealing seat 17 in an open state and the second sealing seat 19 in an open state (see in particular Fig. 3a) and within one on the first Period subsequent second period to operate the first sealing seat 17 in the open state and the second sealing seat 19 in a closed state (not shown).
  • the piezoelectric actuator 5 is adjustable in particular during the injection process to an intermediate stroke, in which the first sealing seat 17 and the second sealing seat 19 are each in the open state (see in particular Fig. 3a).
  • the piezo actuator 5 is adjustable to the maximum operation stroke at which the first seal seat 17 in the opened state and the second seal seat 19 is in the closed state (not shown).
  • the piezoelectric actuator 5 can be controlled such that it remains at the intermediate stroke and / or at the maximum operating stroke for a predetermined period of time.
  • the piezoelectric actuator 5 can be configured such that its stroke speed is adjustable during the injection process. Furthermore, the piezoactuator 5 can be controlled in such a way that the first period and / or the second period can be set to a certain period of time.
  • FIGS. 4 to 6 show three alternatives to the embodiment of the upper region of the injection system 1 according to FIG. 3a. These alternatives relate in particular to the configuration of the second outlet throttle 20.
  • the second outlet throttle is designed as a bore through the valve piston 9.
  • the second outlet throttle 20 is formed as a passage 22, 23 in the second sealing seat 19.
  • the valve piston 9 according to FIG. 5 has at least one recess 22, which forms the passage at the maximum operating stroke of the actuator 5.
  • the piston chamber 8 according to FIG. 6 has at least one passage region 23, which forms the passage at the maximum operating stroke of the actuator 5.
  • FIG. 7 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing an injection system 1 for injecting fuel at a predetermined fuel pressure P having a high-pressure region HD under the fuel pressure and a low-pressure region ND.
  • the method according to the invention will be explained below with reference to the block diagram in FIG. 7 with reference to the various representations of the injection system 1 according to FIGS. 2, 2a, 2b, 3, 3a and 3b.
  • the method according to the invention has the following method steps S1 to S8:
  • a controllable actuator 5 is provided which provides an operating stroke for indirectly actuating a nozzle needle 3 in an opening direction R1 or in a closing direction R2 which opens or closes a nozzle 4.
  • a switching valve 7 is arranged in a valve chamber 6 of the high-pressure area HD, which has a valve mushroom 10 and opens or closes depending on the operating stroke provided.
  • An inlet throttle 14 is arranged to supply the fuel between a high pressure port 13 and a control piston 12 having control chamber 11 of the high pressure area HD.
  • a first outlet throttle 15 is arranged between the control chamber 11 and the valve chamber 6.
  • the valve chamber 6 is equipped with a first sealing edge 16, which forms a first sealing seat 17 for sealing between the piston chamber 8 and the valve chamber 6 with the valve mushroom 10 with the nozzle 4 closed.
  • the second sealing edge 18 forms with the valve piston 9 at a maximum operating stroke of the actuator 5, a second sealing seat 19 for sealing between the piston chamber 8 and the valve chamber 6.
  • a second outlet throttle 20 is provided, which is preferably formed as a bore between the low pressure region ND and a region between the first and second sealing edge 16, 18.
  • a ratio between a diameter d 1 of the first outlet throttle 15, a diameter d 2 of the second outlet throttle 20 and a diameter d 3 of the inlet throttle 14 is set as follows: d 1> d 2> d 3.
  • the present invention has been described in terms of the preferred embodiments, it is not limited thereto but is modifiable in a variety of ways.
  • the described embodiments of the second outlet throttle namely the bore through the housing area, the bore through the valve piston, the recess of the valve piston and the passage area of the piston chamber, as long as the resulting minimum overall diameter of the combination is greater than the minimum Diameter of the inlet throttle and smaller than the minimum diameter of the first outlet throttle is.

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Abstract

Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff das aufweist: einen steuerbare Aktor, welcher einen Betriebshub zum indirekten Betätigen einer Düsennadel; ein in einem Ventilraum des Hochdruckbereiches angeordneten Schaltventil, welches einen Ventilpilz aufweist; eine Zulauf drossel, welche zur Zuführung des Kraftstoffes zwischen einem Hochdruckanschluss und einem einen Steuerkolben aufweisenden Steuerraum des Hochdruckbereiches angeordnet ist; eine erste Ablaufdrossel, welche zwischen dem Steuerraum und dem Ventilraum angeordnet ist; einer ersten Dichtkante des Ventilraums, welche mit dem Ventilpilz bei geschlossener Düse einen ersten Dichtsitz zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Ventilraum ausbildet; eine zweite Dichtkante eines einen Ventilkolben aufweisenden Kolbenraums, welche mit dem Ventilkolben bei einem maximalen Betriebshub des Aktors einen zweiten Dichtsitz zumindest zur wesentlichen Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Ventilraum ausbildet; eine zweite Ablaufdrossel, welche den Kolbenraum (6) zwischen der ersten und zweiten Dichtkante (16, 18) mit dem Niederdruckbereich (ND) verbindet, wobei d1 > d2 > d3 ist, wobei d1 den minimalen Durchmesser der ersten Ablaufdrossel, d2 den minimalen Durchmesser der zweiten Ablaufdrossel und d3 den minimalen Durchmesser der Zulaufdrossel bezeichnet.

Description

Beschreibung
Einspritzsystem und Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems
Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit einem unter dem Kraftstoffdruck stehendem Hochdruckbereich und mit einem Niederdruckbereich und ein Verfahren zum Her- stellen eines solchen Einsritzsystems.
Das technische Gebiet der Erfindung betrifft Einspritzsysteme, dabei insbesondere Common-Rail-Einspritzsysteme oder Com- mon-Rail-Injektoren mit hydraulischer Übersetzung. Bei der Betätigung des Schaltventils des hydraulischen Übersetzers wird prinzipbedingt eine Schaltleckage bewirkt.
Dazu zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bekannten Injektors I, an welchem die das prinzipbedingte Entstehen der Schaltleckage sowie ein herkömmlicher Lösungsansatz für ein Reduzieren des Entstehens der Schaltleckage diskutiert werden. Der in Fig. 1 abgebildete Injektor I weist einen Magnet- Aktor MA, einen Hochdruckanschluss HA zur Durchführung eines unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes, ein Schaltventil SV und eine Düse D auf, mittels welcher der Kraftstoff eingespritzt wird. Zwischen einer Düsennadel DN und dem Schaltventil SV, welches mittels des Magnet-Aktors MA betätigt wird, ist ein Steuerkolben SK angeordnet. Wenn das Schaltventil SV mittels des Magnet-Aktors MA geöffnet wird, wird ein Druckab- fall in einem den Steuerkolben SK aufweisenden Steuerraum SR bewirkt. Der Druckabfall entsteht insbesondere deshalb, weil eine Ablaufdrossel AD zwischen dem Steuerraum SR und einem das Schaltventil SV aufweisenden Ventilraum VR größer ist als eine Zulaufdrossel ZD, welche den Hochdruckanschluss HA mit dem Steuerraum SR koppelt. Solange die Einspritzung andauert, fließt Kraftstoff entlang eines Ventilkolbens, welcher den Magnet-Aktor MA mit dem Schaltventil SV koppelt, von einem Hochdruckbereich des Injektors I in einem Niederdruckbereich des Injektors I. Dieser während des Einspritzens abfließende Kraftstoff wird als Schaltleckage bezeichnet. Das Entstehen von Schaltleckage bedeutet nachteiligerweise den Verlust von Energie, weil komprimierter Kraftstoff in den Niederdruckbe- reich des Injektors fließt.
Der in Fig. 1 abgebildete Injektor ist beispielsweise in Bild 4 der Veröffentlichung "Der BMW Sechszylinder-Dieselmotor mit EU4-Technik" der Autoren Dipl.-Ing. K.Mayer, Dipl-Ing. W. Neuhäuser und Ing. F. Steinparzer, erschienen im 25. Internationalen Wiener Motorensymposium 2004, offenbart.
Als Lösungsansatz für das Problem der Schaltleckage weist der in Fig. 1 dargestellte Steuerkolben SK einen Konus K auf, welcher als Anschlag dient. Beim Einspritzen des Kraftstoffes verschließt der sich in Richtung des Magnet-Aktors MA bewegende Steuerkolben SK mit seinem Konus K einen Kanal, der zur Ablaufdrossel AD geht. Somit baut sich der Druck in dem Steuerraum SR zumindest teilweise wieder auf. Der Druck baut sich solange in Steuerraum SR auf, bis dieser größer ist als der
Druck in einem eine Düsennadel DN aufweisenden Düsennadelraum DNR. Ist aber der Druck im Steuerraum SR größer als der im Düsennadelraum DNR, so öffnet das Schaltventil SV wieder. Folglich kommt es zu einer Pendelbewegung des Steuerkoblens SK und damit zu einem ständigen Öffnen und Schließen des
Schaltventils SV. Somit wird zwar die Schaltleckage etwas reduziert, aber durch die Pendelbewegung des Steuerkolbens SK und der mit dem Steuerkolben SK gekoppelten Düsennadel DN ist die Einspritzung infolge des stetig wiederkehrenden Schlie- ßens gedrosselt. Des Weiteren ist die Pendelbewegung der Düsennadel bei der Einspritzrate sowie beim Einspritzstrahl nachteiligerweise sichtbar.
Des Weiteren ist ein Injektor mit hydraulischer Übersetzung aus den Figuren 4 und 5 der Veröffentlichung "A Common-Rail
Injection System for High Speed Direct Injection Diesel Engines" der Autoren N. Guerrassi und P. Doparz in "Society of Automotive Engineers Inc. 1998" veröffentlicht. Dabei wird eine Minimierung der Schaltleckage durch eine Minimierung des Steuerkolbendurchmessers auf den minimal möglichen Durchmesser, nämlich den Düsennadeldurchmesser, vorgeschlagen. Diese Lösung hat geringe Vorteile bei der Minimierung der Schaltle- ckage, aber Nachteile bei der Schaltgeschwindigkeit und bei der Dimensionierung des Gesamtsystems des Injektors.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schaltleckage eines Einspritzsystems zu reduzieren bzw. zu minimieren.
Eine weitere Aufgabe ist es, die Schaltleckage eines Einspritzsystems ohne eine Reduzierung des Durchmessers des Steuerkolbens zu reduzieren bzw. zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufgaben durch ein Einspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst.
Demnach wird ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff und einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit einem unter dem Kraftstoffdruck stehendem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich vorgeschlagen, mit: a) einem steuerbaren Aktor, welcher einen Betriebshub zum indirekten Betätigen einer Düsennadel, welche eine Düse öffnet und schließt, in einer Öffnungsrichtung oder in einer Schließrichtung bereitstellt; b) einem in einem Ventilraum des Hochdruckbereiches ange- ordneten Schaltventil, welches einen Ventilpilz aufweist und in Abhängigkeit des bereitgestellten Betriebshubes öffnet oder schließt; c) einer Zulaufdrossel, welche zur Zuführung des Kraftstoffes zwischen einem Hochdruckanschluss und einem einen Steuerkolben aufweisenden Steuerraum des Hochdruckbereiches angeordnet ist; d) einer ersten Ablaufdrossel, welche zwischen dem Steuerraum und dem Ventilraum angeordnet ist; e) einer ersten Dichtkante des Ventilraums, welche mit dem Ventilpilz bei geschlossener Düse einen ersten Dichtsitz zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Ventilraum ausbildet; f) einer zweiten Dichtkante eines einen Ventilkolben aufweisenden Kolbenraums, welche mit dem Ventilkolben bei einem maximalen Betriebshub des Aktors einen zweiten Dichtsitz zumindest zur wesentlichen Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Ventilraum ausbildet; g) einer zweiten Ablaufdrossel, welche den Kolbenraum (6) zwischen der ersten und zweiten Dichtkante (16, 18) mit dem Niederruckbereich (ND) verbindet; h) wobei dl > d2 > d3 ist, wobei dl den minimalen Durchmesser der ersten Ablaufdros- sei, d2 den minimalen Durchmesser der zweiten Ablaufdrossel und d3 den minimalen Durchmesser der Zulaufdrossel bezeichnet .
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines Ein- spritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff und einem vorbe¬ stimmten Kraftstoffdruck mit einem unter dem Kraftstoffdruck stehendem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist : a) Bereitstellen eines steuerbaren Aktors, welcher einen Betriebshub zum indirekten Betätigen einer Düsennadel, welche eine Düse öffnet oder schließt, in einer Öffnungs¬ richtung oder in einer Schließrichtung bereitstellt; b) Anordnen eines Schaltventils in einem Ventilraum des Hochdruckbereiches, welches einen Ventilpilz aufweist und in Abhängigkeit des bereitgestellten Betriebshubes öffnet oder schließt; c) Anordnen einer Zulaufdrossel zur Zuführung des Kraftstoffes zwischen einem Hochdruckanschluss und einem einen Steuerkolben aufweisenden Steuerraum des Hochdruckbereiches; d) Anordnen einer ersten Ablaufdrossel zwischen dem Steuerraum und dem Ventilraum; e) Ausstatten des Ventilraums mit einer ersten Dichtkante, welche mit dem Ventilpilz bei geschlossener Düse einen ersten Dichtsitz zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Ventilraum ausbildet; f) Ausstatten eines einen Ventilkolben aufweisenden Kolbenraums mit einer zweiten Dichtkante, welche mit dem Ventilkolben bei einem maximalen Betriebshub des Aktors einen zweiten Dichtsitz zumindest zur wesentlichen Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Ventilraum ausbil- det; g) Bereitstellen einer zweiten Ablaufdrossel, die den Kolbenraum (6) zwischen der ersten und zweiten Dichtkante (16, 18) mit dem Niederruckbereich (ND) verbindet; h) Einstellen eines Verhältnisses von dl > d2 > d3, wobei dl den minimalen Durchmesser der ersten Ablaufdrossel, d2 den minimalen Durchmesser der zweiten Ablaufdrossel und d3 den minimalen Durchmesser der Zulaufdrossel bezeichnet .
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Reduzierung bzw. Minimierung der Schaltleckage des erfindungsgemäßen Einspritzsystems. Diese ist selbst bei einem Durchmesser des Steuerkolbens möglich, welcher größer oder deutlich größer als der Durchmesser der Düsennadel ist. Dies ergibt sich aus dem Folgenden: Gemäß dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem ist der Durchmesser dl der ersten Ablaufdrossel größer als der Durchmesser d3 der Zulaufdrossel . Der Durchmesser der ersten Ablaufdrossel in Relation zum Durchmesser der Zulaufdrossel beeinflusst in erster Linie die Öffnungsge- schwindigkeit des Einspritzsystems oder Injektors. Das heißt, je größer die Ablaufdrossel relativ zur Zulaufdrossel ausgebildet werden kann, umso schneller wird der Druck im Steuerraum abgebaut, worauf sich der Steuerkolben im Steuerraum nach oben bewegt. Folglich wird die Düsennadel geöffnet. Wäre allerdings im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung die erste Ablaufdrossel relativ zu der Zulaufdrossel kleiner ausgebildet, so wäre die Totzeit, bis sich die Düsennadel beginnt zu bewegen, zu klein für mehrere Einspritzungen in kürzen Ab- ständen nacheinander. Folglich ist erfindungsgemäß die erste Ablaufdrossel in ihrem Durchmesser groß gegenüber dem Durchmesser der Zulaufdrossel, so dass der Injektor bzw. das Einspritzsystem mit geringerer Totzeit öffnet. Ist allerdings die Düsennadel ganz geöffnet bzw. der Steuerkolben ganz oben, so würde nur noch eine Ablaufdrossel benötigt werden, die nur ganz geringfügig größer als die Zulaufdrossel ist. Die Ablaufdrossel müsste dann nur so groß sein, dass sich im Steuerraum kein Druck mehr aufbauen könnte, der größer als der Druck im Düsennadelraum ist. Solange also die Ablaufdrossel größer als die Zulaufdrossel ist, wird sich im Steuerraum kein Druck aufbauen, der den Steuerkolben nach unten bewegt und damit die Düsennadel und somit die Düse schließen würde. Erfindungsgemäß wird dazu eine zweite Ablaufdrossel zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich vorgesehen, welche einen Durchmesser d2 aufweist, der geringfügig größer als der Durchmesser d3 der Zulaufdrossel, aber kleiner ist als der Durchmesser dl der ersten Ablaufdrossel .
Somit wird ein reduzierter Durchfluss durch den Ventilraum vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich ermöglicht, wenn der Steuerkolben ganz oben ist. Hierzu wird der Ventilkolben in einem ersten Schritt mittels des Aktors nur soweit angehoben, dass die erste Dichtkante aufmacht, also der erste Dichtsitz in einem geöffneten Zustand ist und die große, erste Ablaufdrossel voll wirken kann. Des Weiteren ist zu diesem Zeitpunkt auch der zweite Dichtsitz geöffnet. In einem zweiten Schritt, wenn der Steuerkolben seinen maximalen Hub in der Öffnungsrichtung erreicht hat, d.h. dieser ganz oben ist, ist der zweite Dichtsitz in einem geschlossenen Zustand und der erste Dichtsitz in einem geöffneten Zustand. Somit bleibt das Schaltventil weiterhin in einem geöffneten Zustand, es kommt nicht zu einer Pendelbewegung von Steuerkolben und Düsennadel, die Schaltleckage ist durch den kleineren Durchmes- ser der zweiten Ablaufdrossel gegenüber der ersten Ablaufdrossel deutlich reduziert. Die zweite Ablaufdrossel ist demnach so gefertigt, dass sie im Durchfluss nur wenig größer als die Zulaufdrossel ist, so dass im Steuerraum gerade kein zum Schließen der Düsenadel notwendiger Druck aufgebaut werden kann. Hierdurch wird der Volumenstrom der Schaltleckage auf einen Wert nahe dem Durchfluss der Zulaufdrossel, also dem der zweiten Ablaufdrossel, reduziert. Es wird damit eine reduzierte Schaltleckage, insbesondere für Betriebszustände mit ganz geöffneter Düsennadel bzw. Düse erreicht. Hiermit besteht demnach die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Schaltleckagen insbesondere in Punkten maximalen Düsennadelhubs zu reduzieren, d.h. genau dann, wenn die Fördermenge des Ein- spritzsystems an ihre Grenzen stößt. Eine Reduktion der
Schaltleckage hat ferner eine verbesserte Energiebilanz des Einspritzsystems zur Folge und führt somit zu einem geringerem Kraftstoffverbrauch eines mit dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem ausgestatteten Kraftfahrzeuges.
Des Weiteren ist es durch das Vorsehen der zweiten Ablaufdrossel möglich, die erste Ablaufdrossel zu vergrößern, wodurch ein deutlich schnelleres Öffnen als bei den bekannten Injektoren erreicht werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser dl der ersten Ablaufdrossel deutlich größer als der Durchmesser d3 der Zulaufdrossel ausgebildet (dl >> d3) . Diese Ausgestaltung wird insbesondere durch das Vorsehen der zweiten Ablaufdrossel ermöglicht und hat den Vorteil, dass durch die größere, erste Ablaufdrossel ein schnelleres Öffnen der Düse ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Düse, mittels welcher der Kraftstoff eingespritzt wird, in einem Düsenraum des Hochdruckbereiches angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Hoch- druckanschluss zur Zuführung des Kraftstoffes mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der in dem Steuerraum des Hochdruckbereiches angeordnete Steuerkolben mit der Düsennadel gekoppelt und ferner dazu geeignet, bei einem Öffnen des Schaltventils in die Öffnungsrichtung und beim Schließen des Schaltventils in die Schließrichtung be- wegt zu werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überträgt der in einem Kolbenraum angeordnete Ventilkolben den von dem Aktor bereitgestellten Betriebshub auf den Ventilpilz des Schaltventils.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor als ein Piezo-Aktor oder als ein Magnet-Aktor ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Piezo-Aktor einen steuerbaren Piezostapel auf, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals einen Hub oder Betriebshub zum indirekten Betätigen der Düsennadel in die Schließrichtung oder in die Öffnungsrichtung bereitstellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Piezo-Aktor mittels des Ventilkolbens dazu geeignet, beim Einspritzvorgang innerhalb eines ersten Zeitraums den ersten Dichtsitz in einem geöffneten Zustand und den zweiten Dicht- sitz in einem geöffneten Zustand sowie innerhalb eines auf den ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums den ersten Dichtsitz in dem geöffneten Zustand und den zweiten Dichtsitz in einem geschlossenem Zustand zu betreiben. Vorteilhafterweise kann in dem ersten Zeitraum die erste Ablaufdrossel voll wirken, welche ein schnelles Öffnen der Düse ermöglicht. Des Weiteren ist in dem zweiten Zeitraum ein erhöhter Druckabfall in dem Steuerraum nicht mehr notwendig, weil die Düse bereits geöffnet ist. Damit kann in dem zweiten Zeitraum die Schaltleckage mittels der Anordnung der kleineren, zweiten Ablaufdrossel reduziert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Piezo- Aktor beim Einspritzvorgang zumindest auf einen Zwischenhub und auf den maximalen Betriebshub einstellbar. Bei dem Zwischenhub ist der erste Dichtsitz in dem geöffneten Zustand und der zweite Dichtsitz ist ebenfalls in dem geöffneten Zustand. Bei dem maximalen Betriebshub allerdings ist der zwei- te Dichtsitz in dem geschlossenen Zustand, wobei der erste Dichtsitz in dem geöffneten Zustand ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Piezo- Aktor derart steuerbar, dass er bei dem Zwischenhub und/oder bei dem maximalen Betriebshub jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer verbleibt. Vorteilhafterweise sind somit der erste Zeitraum für das Öffnen der Düse und der zweite Zeitraum für den Einspritzvorgang bei geöffneter Düse mittelbar einstellbar .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Piezo- Aktor derart ausgestaltet, dass dessen Hubgeschwindigkeit beim Einspritzvorgang einstellbar ist. Somit ist eine Alternative für einen auf einen Zwischenhub einstellbaren Piezo- Aktor bereitgestellt, mit welcher der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum abbildbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Piezo- Aktor derart steuerbar, dass der erste Zeitraum und/oder der zweite Zeitraum auf eine jeweilige vorbestimmbare Zeitdauer einstellbar sind/ist. Somit sind der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum vorteilhafterweise unmittelbar einstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Ablaufdrossel zumindest teilweise als eine Bohrung durch einen Gehäusebereich des Einspritzsystems ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Ablaufdrossel zumindest teilweise als eine Bohrung durch den Ventilkolben ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Ablaufdrossel zumindest teilweise als ein Durchlass in dem zweiten Dichtsitz ausgebildet. Dabei kann der Ventilkolben zumindest mit einer Ausnehmung ausgestattet werden, welche bei dem maximalen Betriebshub des Aktors den Durchlass zumin- dest teilweise ausbildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Kolbenraum zumindest einen Durchlassbereich ausweisen, welcher bei dem maximalen Betriebshub des Aktors den Durchlass zumindest teilweise ausbildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bekannten Injek- tors;
Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 2a eine schematische Teilansicht eines oberen Bereichs des Einspritzsystems nach Fig. 2 ;
Fig. 2b eine schematische Detailansicht eines unteren Be- reichs des Einspritzsystems nach Fig. 2 ;
Fig. 3 eine schematische Längsschnittansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystem in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 3a eine schematische Detailansicht eines oberen Bereichs des Einspritzsystems nach Fig. 3; Fig. 3b eine schematische Teilansicht eines unteren Bereichs des Einspritzsystems nach Fig. 3;
Fig. 4 eine schematische Detailansicht einer ersten Alter- native zu der Ausgestaltung des oberen Bereiches des Einspritzsystems nach Fig. 3a;
Fig. 5 eine schematische Detailansicht einer zweiten Alternative zu der Ausgestaltung des oberen Bereiches des Einspritzsystems nach Fig. 3;
Fig. 6 Eine schematische Detailansicht einer dritten Alternative zu der Ausgestaltung des oberen Bereiches des Einspritzsystems nach Fig. 3a; und
Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Einspritzsystems .
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Einrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 2 und 3 mit ihren jeweiligen Detailansichten 2a, 2b bzw. 3a, 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzsystems 1 oder Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck P mit einem unter dem Kraftstoffdruck P stehendem Hochdruckbereich HD und einem Niederdruckbereich ND.
Das Einspritzsystem 1 weist einen steuerbaren Aktor 5, ein in einem Ventilraum 6 des Hochdruckbereiches HD angeordnetes Schaltventil 7, eine Zulaufdrossel 14, eine erste Ablaufdrossel 15, eine erste Dichtkante 16 des Ventilraums 6, eine zweite Dichtkante 18 eines einen Ventilkolben 9 aufweisenden Kolbenraums 8 und eine zweite Ablaufdrossel 20 auf. Fig. 2 und die zugehörigen Detailansichten 2a und 2b zeigen das Einspritzsystem 1 in einem ersten Betriebszustand. Der erste Betriebszustand ist durch einen ersten Dichtsitz 17 in einem geschlossen Zustand und einen zweiten Dichtsitz 19 in einem geöffneten Zustand gekennzeichnet. Folglich ist das
Schaltventil 7 in einem geschlossenen Zustand und die Düsennadel 3 verschließt die Düse 4. Dagegen zeigt Fig. 3 sowie die zugehörigen Detailansichten 3a und 3b das Einspritzsystem 1 in einem zweiten Betriebszustand. Der zweite Betriebszu- stand ist durch den ersten Dichtsitz 17 in dem geöffneten Zustand und den zweiten Dichtsitz 19 in einem geöffneten Zustand gekennzeichnet.
Der steuerbare Aktor 5 stellt einen Betriebshub zum indirek- ten Betätigen der Düsennadel 3, welche die Düse 4 öffnet oder schließt, in einer Öffnungsrichtung Rl oder in einer Schließrichtung R2 bereit.
Dabei zeigt Fig. 2b eine geschlossene Düse 4 und Fig. 3b eine geöffnete Düse 4, durch welche der Kraftstoff gespritzt wird.
Das Schaltventil 7 weist zumindest einen Ventilpilz 10 auf und öffnet in Abhängigkeit des bereitgestellten Betriebhubes des Aktors 5.
Die Zulaufdrossel 14 zur Zuführung des Kraftstoffes P ist zwischen einem Hochdruckanschluss 13 und einem einen Steuerkolben 12 aufweisenden Steuerraum 11 des Hochdruckbereiches HD angeordnet.
Insbesondere ist die Düsennadel 3 zum Öffnen und Schließen der Düse 4, in welcher der Kraftstoff P eingespritzt wird, in einem Düsenraum 2 des Hochdruckbereiches angeordnet. Der Hochdruckanschluss 13 ist ebenfalls in dem Hochdruckbereich HD angeordnet. Der Hochdruckanschluss 13 ist zur Zuführung des Kraftstoffes mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck P geeignet . Die erste Ablaufdrossel 15 ist zwischen dem Steuerraum 11 und dem Ventilraum 6 angeordnet. Die erste Dichtkante 16 des Ventilraums 6 bildet mit dem Ventilpilz 10 des Schaltventils 7, beispielsweise einem Servoventil, bei geschlossener Düse 4 einen ersten Dichtsitz 17 zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum 8 und dem Ventilraum 6 aus.
Die zweite Dichtkante 18 des Kolbenraums 8 bildet mit dem Ventilkolben 9 bei einem maximalen Betriebshub des Aktors 5 einen zweiten Dichtsitz 19 zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum 8 und dem Ventilraum 6 aus.
Der minimale Durchmesser dl der ersten Ablaufdrossel 15 wird derart ausgestaltet, dass er größer ist als der minimale Durchmesser d2 der zweiten Ablaufdrossel 20 und größer als der minimale Durchmesser d3 der Zulaufdrossel 14. Ferner wird der Durchmesser d2 der zweiten Ablaufdrossel 20 derart ausgestaltet, dass er größer als der Durchmesser 3 der Zulaufdrossel 14 ist. Insgesamt ist somit dl > d2 > d3. Vorzugswei- se ist weiter dl >> d3. Gemäß der Ausgestaltung nach Fig. 3a ist die zweite Ablaufdrossel 20 als eine Bohrung durch einen Gehäusebereich 21 des Einspritzsystems 1 ausgebildet.
Der in dem Steuerraum 11 des Hochdruckbereiches HD angeordne- te Steuerkolben 12 ist mit der Düsennadel 3 insbesondere mittels eines Hubeinstellbolzens 23 gekoppelt. Ferner ist der Steuerkolben 12 vorzugsweise dazu geeignet, bei einem Öffnen des Schaltventils 7 in die Öffnungsrichtung Rl und beim Schließen des Schaltventils 7 in die Schließrichtung R2 be- wegt zu werden. Ferner ist in dem Düsenraum 2 vorzugsweise eine Hochdruckkammer 21 vorgesehen, welche ein Reservoir an Kraftstoff unter dem vorbestimmten Kraftstoffdruck P für das Heben der Düsennadel 3 bereitstellt.
Vorzugsweise überträgt der in dem Kolbenraum 8 angeordnete
Ventilkolben 9 den von dem Aktor 5 bereitgestellten Betriebshub auf den Ventilpilz 10 des Schaltventils 7. Der Aktor 5 ist beispielsweise als Magnet-Aktor oder bevorzugt als Piezo- Aktor ausgebildet. Die Ausgestaltung des Aktors als Piezo- Aktor 5 weist vorzugsweise einen steuerbaren Piezostapel auf, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals einen Hub oder Betriebshub zum indirekten Betätigen der Düsennadel 3 in der Öffnungsrichtung Rl oder in der Schließrichtung R2 bereitstellt. In dem Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 1 gemäß der Figuren 2 und 3 ist jeweils ein Piezo-Aktor 5 dargestellt. Der Piezo-Aktor 5 ist vorzugsweise mit einer Kontaktvorrichtung 22 gekoppelt, mittels welcher das Steuersignal an die Außenelektroden des Piezo-Aktors 5 übertragen werden kann .
Vorzugsweise ist der Piezo-Aktor 5 mittels des Ventilkolbens 9 dazu geeignet, beim Einspritzvorgang innerhalb eines ersten Zeitraums den ersten Dichtsitz 17 in einem geöffneten Zustand und den zweiten Dichtsitz 19 in einem geöffneten Zustand (siehe insbesondere Fig. 3a) sowie innerhalb eines auf den ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums den ersten Dichtsitz 17 in dem geöffneten Zustand und den zweiten Dichtsitz 19 in einem geschlossenen Zustand (nicht gezeigt) zu betreiben. Dazu ist der Piezo-Aktor 5 insbesondere beim Einspritzvorgang auf einen Zwischenhub einstellbar, bei welchem der erste Dichtsitz 17 und der zweite Dichtsitz 19 jeweils in dem geöffneten Zustand sind (siehe insbesondere Fig. 3a) . Weiter ist der Piezo-Aktor 5 beim Einspritzvorgang auf den maximalen Betriebshub einstellbar, bei dem der erste Dichtsitz 17 in dem geöffneten Zustand und der zweite Dichtsitz 19 in dem geschlossenen Zustand ist (nicht gezeigt) .
Des Weiteren kann der Piezo-Aktor 5 derart angesteuert werden, dass er bei dem Zwischenhub und/oder bei dem maximalen Betriebshub jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer verbleibt.
Auch kann der Piezo-Aktor 5 derart ausgestaltet werden, dass dessen Hubgeschwindigkeit beim Einspritzvorgang einstellbar ist. Ferner kann der Piezo-Aktor 5 derart angesteuert werden, dass der erste Zeitraum und/oder der zweite Zeitraum auf eine bestimmte Zeitdauer eingestellt werden können.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen drei Alternativen zu der Ausges- taltung des oberen Bereiches des Einspritzsystems 1 nach Fig. 3a. Diese Alternativen beziehen sich insbesondere auf die Ausgestaltung der zweiten Ablaufdrossel 20.
Gemäß Fig. 4 ist die zweite Ablaufdrossel als eine Bohrung durch den Ventilkolben 9 ausgebildet.
Gemäß der Figuren 5 und 6 ist die zweite Ablaufdrossel 20 als ein Durchlass 22, 23 in dem zweiten Dichtsitz 19 ausgebildet. Dabei weist der Ventilkolben 9 gemäß Fig. 5 zumindest eine Ausnehmung 22 auf, welche bei dem maximalen Betriebshub des Aktors 5 den Durchlass ausbildet. Dagegen weist der Kolbenraum 8 gemäß Fig. 6 zumindest einen Durchlassbereich 23 auf, welcher bei dem maximalen Betriebshub des Aktors 5 den Durchlass ausbildet.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Einspritzsystems 1 zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck P mit einem unter dem Kraftstoffdruck stehendem Hochdruckbereich HD und einem Niederdruckbereich ND. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Blockschaltbildes in Fig. 7 mit Verweis auf die verschiedenen Darstellungen des Einspritzsystems 1 gemäß der Figuren 2, 2a, 2b, 3, 3a und 3b erläutert. Das er- findungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte Sl bis S8 auf:
Verfahrensschritt Sl:
Es wird ein steuerbarer Aktor 5 bereitgestellt, welcher einen Betriebshub zum mittelbaren Betätigen einer Düsennadel 3 in einer Öffnungsrichtung Rl oder in einer Schließrichtung R2, welche eine Düse 4 öffnet oder schließt, bereitstellt. Verfahrensschritt S2 :
Ein Schaltventil 7 wird in einem Ventilraum 6 des Hochdruck- bereiches HD angeordnet, welches einen Ventilpilz 10 aufweist und in Abhängigkeit des bereitgestellten Betriebshubes öffnet oder schließt.
Verfahrensschritt S3:
Eine Zulaufdrossel 14 wird zur Zuführung des Kraftstoffes zwischen einem Hochdruckanschluss 13 und einem einen Steuerkolben 12 aufweisenden Steuerraum 11 des Hochdruckbereiches HD angeordnet.
Verfahrensschritt S4:
Eine erste Ablaufdrossel 15 wird zwischen dem Steuerraum 11 und dem Ventilraum 6 angeordnet.
Verfahrensschritt S5:
Der Ventilraum 6 wird mit einer ersten Dichtkante 16 ausgestattet, welche mit dem Ventilpilz 10 bei geschlossener Düse 4 einen ersten Dichtsitz 17 zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum 8 und dem Ventilraum 6 ausbildet.
Verfahrensschritt S6:
Ein Kolbenraum 8, welcher einen Ventilkolben 9 aufweist, wird mit einer zweiten Dichtkante 18 ausgestattet. Die zweite Dichtkante 18 bildet mit dem Ventilkolben 9 bei einem maximalen Betriebshub des Aktors 5 einen zweiten Dichtsitz 19 zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum 8 und dem Ventilraum 6 aus.
Verfahrensschritt S7: Eine zweite Ablaufdrossel 20 wird bereitgestellt, welche vorzugsweise als Bohrung zwischen dem Niederdruckbereich ND und einem Bereich zwischen der ersten und zweiten Dichtkante 16, 18 ausgebildet ist.
Verfahrensschritt S8:
Ein Verhältnis zwischen einem Durchmesser dl der ersten Ablaufdrossel 15, einem Durchmesser d2 der zweiten Ablaufdros- sei 20 und einem Durchmesser d3 der Zulaufdrossel 14 wird wie folgt eingestellt: dl > d2 > d3.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht be- schränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Beispielsweise ist es denkbar, die beschriebenen Ausgestaltungen der zweiten Ablaufdrossel, nämlich die Bohrung durch den Gehäusebereich, die Bohrung durch den Ventilkolben, die Ausnehmung des Ventilkolbens und den Durchlassbereich des Kolbenraumes, zu kombinieren, solange der sich ergebende minimale Gesamtdurchmesser der Kombination größer als der minimale Durchmesser der Zulaufdrossel und kleiner als der minimale Durchmesser der ersten Ablaufdrossel ist.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzsystem (1) zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck (P) mit einem unter dem Kraftstoffdruck (P) stehendem Hochdruckbereich (HD) und einem Niederdruckbereich (ND) mit: a) einem steuerbaren Aktor (5), welcher einen Betriebshub zum indirekten Betätigen einer Düsennadel (3) , welche eine Düse (4) öffnet und schließt, in einer Öffnungsrich- tung (Rl) oder in einer Schließrichtung (R2) bereitstellt; b) einem in einem Ventilraum (6) des Hochdruckbereiches
(HD) angeordneten Schaltventil (7), welches einen Ventilpilz (10) aufweist und in Abhängigkeit des bereitgestell- ten Betriebshubes öffnet oder schließt; c) einer Zulaufdrossel (14), welche zur Zuführung des Kraftstoffes zwischen einem Hochdruckanschluss (13) und einem einen Steuerkolben (12) aufweisenden Steuerraum
(11) des Hochdruckbereiches (HD) angeordnet ist; d) einer ersten Ablaufdrossel (15), welche zwischen dem Steuerraum (11) und dem Ventilraum (6) angeordnet ist; e) einer ersten Dichtkante (16) des Ventilraums (6), welche mit dem Ventilpilz (10) bei geschlossener Düse (4) einen ersten Dichtsitz (17) zur Abdichtung zwischen dem Kolben- räum (8) und dem Ventilraum (6) ausbildet; f) einer zweiten Dichtkante (18) eines einen Ventilkolben (9) aufweisenden Kolbenraums (8), welche mit dem Ventilkolben (9) bei einem maximalen Betriebshub des Aktors (5) einen zweiten Dichtsitz (19) zumindest zur wesentlichen Abdichtung zwischen dem Kolbenraum (8) und dem Ventilraum (6) ausbildet; g) einer zweiten Ablaufdrossel (20), welche den Kolbenraum (8) zwischen der ersten und zweiten Dichtkante (16, 18) mit dem Niederdruckbereich (ND) verbindet; h) wobei dl > d2 > d3 ist, wobei dl den minimalen Durchmesser der ersten Ablaufdrossel (15), d2 den minimalen Durchmesser der zweiten Ablaufdrossel (20) und d3 den minimalen Durchmesser der Zulaufdrossel (14) bezeichnet .
2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dl >> d3 ist.
3. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Düsennadel (3) zum Öffnen und Schließen einer Düse (4), in welche der Kraftstoff (P) eingespritzt wird, in einem Düsenraum (2) des Hochdruckbereiches (HD) angeordnet ist.
4. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hochdruckanschluss (13) zur Zuführung des Kraft- Stoffs mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck (P) in dem Hochdruckbereich (HD) angeordnet ist.
5. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der in dem Steuerraum (11) des Hochdruckbereiches (HD) angeordnete Steuerkolben (12) mit der Düsennadel (3) gekoppelt ist und dazu geeignet ist, bei einem Öffnen des Schaltventils (7) in die Öffnungsrichtung (Rl) und beim Schließen des Schaltventils (7) in die Schließrichtung (R2) bewegt zu werden .
6. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der in dem Kolbenraum (8) angeordnete Ventilkolben (9) den von dem Aktor (5) bereitgestellten Betriebshub auf den Ventilpilz (10) des Schaltventils (7) überträgt.
7. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aktor (5) als ein Piezo-Aktor oder als ein Magnet- Aktor ausgebildet ist.
8. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (5) einen steuerbaren Piezo-Stapel aufweist, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals den Betriebshub zum indirekten Betätigen der Düsennadel in der Öffnungsrichtung (Rl) oder in der Schließrichtung (R2) bereit- stellt.
9. Einspritzsystem nach Anspruch 7 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (5) mittels des Ventilkolbens (9) dazu geeignet ist, beim Einspritzvorgang innerhalb eines ersten Zeitraums den ersten Dichtsitz (17) in einem geöffneten Zustand und den zweiten Dichtsitz (19) in einem geöffneten Zustand sowie innerhalb eines auf den ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums den ersten Dichtsitz (17) in dem geöffneten Zustand und den zweiten Dichtsitz (19) in einem geschlossenen Zustand zu betreiben.
10. Einspritzsystem nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (5) beim Einspritzvorgang auf einen Zwischenhub, bei welchem der erste Dichtsitz (17) und der zweite Dichtsitz (19) jeweils in dem geöffneten Zustand sind, und auf den maximalen Betriebshub einstellbar ist, bei welchem der erste Dichtsitz (17) in dem geöffneten Zustand und der zweite Dichtsitz (19) in dem geschlossenen Zustand ist.
11. Einspritzsystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (5) derart steuerbar ist, dass er bei dem Zwischenhub und/oder bei dem maximalen Betriebshub jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer verbleibt.
12. Einspritzsystem nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (5) derart ausgestaltet ist, dass dessen
Hubgeschwindigkeit beim Einspritzvorgang einstellbar ist.
13. Einspritzsystem nach Anspruch 9 oder einem der Ansprüche
10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Piezo-Aktor (5) derart steuerbar ist, dass der erste
Zeitraum und/oder der zweite Zeitraum auf eine jeweilige vor- bestimmbare Zeitdauer einstellbar sind.
14. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Ablaufdrossel (20) zumindest teilweise als eine Bohrung durch einen Gehäusebereich (21) ausgebildet ist.
15. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Ablaufdrossel (20) zumindest teilweise als eine Bohrung durch den Ventilkolben (9) ausgebildet ist.
16. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Ablaufdrossel (20) zumindest teilweise als ein Durchlass (22, 23) in dem zweiten Dichtsitz (19) ausgebildet ist.
17. Einspritzsystem nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilkolben (9) zumindest eine Ausnehmung (22) aufweist, welche bei dem maximalen Betriebshub des Aktors (5) zumindest teilweise den Durchlass bildet.
18. Einspritzsystem nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kolbenraum (8) zumindest einen Durchlassbereich (23) aufweist, welcher bei dem maximalen Betriebshub des Aktors (5) zumindest teilweise den Durchlass ausbildet.
19. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Einspritzsystem (1) als ein Common-Rail- Einspritzsystem ausgebildet ist.
20. Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems (1) zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck (P) mit einem unter dem Kraftstoffdruck stehendem Hochdruckbereich (HD) und einem Niederdruckbereich (ND) , mit den Schritten: a) Bereitstellen eines steuerbaren Aktors (5) , welcher einen Betriebshub zum indirekten Betätigen einer Düsennadel
(3) , welche eine Düse (4) öffnet oder schließt, in einer Öffnungsrichtung (Rl) oder in einer Schließrichtung (R2) bereitstellt; b) Anordnen eines Schaltventils (7) in einem Ventilraum (6) des Hochdruckbereiches (HD) , welches einen Ventilpilz
(10) aufweist und in Abhängigkeit des bereitgestellten Betriebshubes öffnet oder schließt; c) Anordnen einer Zulaufdrossel (14) zur Zuführung des Kraftstoffes zwischen einem Hochdruckanschluss (13) und einem einen Steuerkolben (12) aufweisenden Steuerraum
(11) des Hochdruckbereiches (HD) ; d) Anordnen einer ersten Ablaufdrossel (15) zwischen dem
Steuerraum (11) und dem Ventilraum (6) ; e) Ausstatten des Ventilraums (6) mit einer ersten Dicht¬ kante (16) , welche mit dem Ventilpilz (10) bei geschlos- sener Düse (4) einen ersten Dichtsitz (17) zur Abdichtung zwischen dem Kolbenraum (8) und dem Ventilraum (6) ausbildet; f) Ausstatten eines einen Ventilkolben (9) aufweisenden Kolbenraums (8) mit einer zweiten Dichtkante (18), welche mit dem Ventilkolben (9) bei einem maximalen Betriebshub des Aktors (5) einen zweiten Dichtsitz (19) zumindest zur wesentlichen Abdichtung zwischen dem Kolbenraum (8) und dem Ventilraum (6) ausbildet; g) Bereitstellen einer zweiten Ablaufdrossel (20), welche den Kolbenraum (8) zwischen der ersten und zweiten Dichtkante (16, 18) mit dem Niederdruckbereich (ND) verbindet; h) Einstellen eines Verhältnisses von dl > d2 > d3, wobei dl den minimalen Durchmesser der ersten Ablaufdros- sei (15), d2 den minimalen Durchmesser der zweiten Ablaufdrossel (20) und d3 den minimalen Durchmesser der Zulaufdrossel (14) bezeichnet .
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