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Patent Searching and Data


Title:
FUEL INJECTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/058604
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fuel injection method and to a fuel injection device. Fuel injection proceeds while using an accumulator and the fuel injection device is especially suitable for injection pressures above 2000 bar.

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JPS58106165AUTOMATIC RECORDER
Inventors:
Schmücker, Karl Joachim (Johbergstrasse 12, Eynatten, B-4731, BE)
Laumen, Hermann-josef (Nygen 21, Heinsberg, 52525, DE)
Application Number:
PCT/EP2005/012099
Publication Date:
June 08, 2006
Filing Date:
November 11, 2005
Export Citation:
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Assignee:
FEV MOTORENTECHNIK GMBH (Neuenhofstrasse 181, Aachen, 52078, DE)
Schmücker, Karl Joachim (Johbergstrasse 12, Eynatten, B-4731, BE)
Laumen, Hermann-josef (Nygen 21, Heinsberg, 52525, DE)
International Classes:
F02M57/02; F02M47/02; F02M63/00
Domestic Patent References:
2004-10-14
Foreign References:
US6626369B12003-09-30
US6453875B12002-09-24
US20020092502A12002-07-18
US20030146305A12003-08-07
Attorney, Agent or Firm:
MAXTON LANGMAACK & PARTNER (Postfach 51 08 06, Köln, 50944, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung unter Nutzung eines AkkumulatorPrinzips, wobei ein aus einem Akkumulator (2) kommender Kraftstoff unter einem ersten Druck zu einer Primärseite (12) eines Druckverstärkers (13) geführt wird, wodurch eine Sekundärseite (14) des Druckverstärkers (13) eine Druckerhöhung erfährt, und eine Öffnung und Schließung einer Einspritzdüse (3) über einen an einem Druckraum (15) für die Einspritzdüse (3) anliegenden Druck unter Verschiebung eines auf die Einspritzdüse (3) wirkenden Verschlussstückes (27) mittels hydrau lisch gesteuerter Druckänderung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der Sekundärseite (14) erzeugter zweiter Druck dem Druckraum (15) aufgeprägt wird, wobei die hydraulisch gesteuerte Druckänderung auf die Primärseite (12) des Druckver stärkers (13) wirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftstoff Einspritzdruck mittels der hydraulisch gesteuerten Druckänderung einem Ventilhub eines Steuerventils unmittelbar folgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine sich schließende Einspritzdüse (3) ein Druck auf der Sekundärseite (14) durch einen Abfluss von Kraftstoff in einen Niederdruckraum (19) abgebaut wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Akkumulator (2) nachgeschaltetes und dem Druckverstärker (13) vorgeschaltetes Schaltglied (5; 6; 20) mit dem zweiten Druck von der Sekundärseite (14) des Druckverstärkers (13) beaufschlagt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Akkumulator (2) nachgeschaltetes und mit einem vom Akkumulator zugeführten und nachfolgend beeinflusstem Steuerdruck in einer Steu erleitung (21) beaufschlagtes Schaltglied (20) mit dem zweiten Druck von der Se kundärseite (14) des Druckverstärkers (13) beaufschlagt wird, wobei der Steuerdruck ein Durchschalten des zweiten Drucks zu einem Niederdruckraum (19) bestimmt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Dämpfungsvolumina vorgesehen werden zu Dämpfung von auftretenden Schwingungen.
8. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff während einer Einspritzphase mittels hydraulisch gesteuerter Taktung eingespritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktung an einen Betriebsbereich angepasst wird.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) mit einem Akkumulator für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse (3) und einem Düsenteil (26), der einen Druckraum (15) aufweist, in dem ein die Einspritzdüse (3) verschließendes Verschlussstück (27) geführt ist, wobei der Druckraum (15) über einen Verbindungskanal (16) mit einem Druckverstärker (13) verbunden ist, der einem Akkumulator (2) nachgelagert und dem Druckraum (15) vorgelagert ist, und bis auf ein erstes Schaltglied (5) die übrigen, dem Akkumulator (2) nachgeschalteten Ventile der Kraftstoffeinspritzung zur Steuerung eines Kraftstoffflusses hydraulisch über das Schaltglied (5) gesteuert sind.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (15) über eine Entspannungsverbindung (17) mit einem Niederdruckraum (19) verbunden ist.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) mit einem Akkumulator für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse (3) und einem Düsenteil (26), der einen Druckraum (15) aufweist, in dem ein die Einspritzdüse (3) verschließendes Verschlussstück (27) geführt ist, wobei der Druckraum (15) über einen Verbin dungskanal (16) mit einem Druckverstärker (13) verbunden ist, der einem Akkumulator (2) nachgelagert und dem Druckraum (15) vorgelagert ist, und der Druckraum (15) über eine Entspannungsverbindung (17) mit einem Niederdruckraum (19) verbunden ist.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bis auf ein erstes Schaltglied (5) die übrigen, dem Akkumulator (2) nachgeschalteten Schaltglieder der Kraftstoffeinspritzung zur Steuerung eines Kraftstoffflusses hydraulisch über das Schaltglied (5) gesteuert sind.
14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (13) einen Kolben mit einer Primärseite (12) und mit einer Sekundärseite (14) aufweist, wobei die Sekundärseite (14) über den Verbindungskanal (16) mit dem Druckraum (15) und über die Entspannungsverbindung (17) mit einem Schaltglied verbunden ist, das dem Niederdruckraum (19) vorgeordnet ist.
15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Evakuierungsraum (18) für die Einspritzdüse (3) eine Leitungsverbindung zu einer Drossel (10) aufweist, die einem Niederdruckraum (19) vorgelagert ist.
16. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (13) ausgelegt ist, eine Druckerhöhung etwa um den Faktor 1,5 bis etwa 3 eines Eingangsdruckes zu bewirken.
17. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsverbindung (17) zwischen dem Druckraum (15) und dem Niederdruckraum (19) über den Evakuierungsraum (18) für die Einspritzdüse (3) verläuft.
18. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellvorrichtung (4) zur Anhe bung und Absenkung eines AkkumulatorDrucks in Abhängigkeit von einem Lastzustand der Kolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist.
19. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (13) hydrau lisch gesteuert ist.
20. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Niederdruckraum (19) und dem Druckraum (15) ein Schaltglied (5; 6; 20) zwischengeschaltet ist, das eine Verbindung mit dem Evakuierungsraum (18) schafft.
21. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1 ; 28; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverstärker (13) einen Druck auf der Sekundärseite (14) aufweist, der über 2000 bar beträgt.
22. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1; 28; 32), bei der ein KraftstoffEinspritzdruck unmittelbar einem Ventilhub eines Steuerventils folgt, das mit einer hydraulisch gesteuerten Druckänderung betätigt wird.
Description:
Kraftstoff-Injektor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung unter Nutzung eines Akkumulator-Prinzips, insbesondere eines Common-Rail-Prinzips, sowie eine Kraft- Stoffeinspritzeinrichtung nach einem Akkumulator-Prinzip und insbesondere nach dem Common-Rail-Prinzip für eine Kolbenbrennkraftmaschine.

Aus der WO 01/14713 A1 geht eine Einspritzvorrichtung von Kraftstoff hervor, bei der mit mindestens zwei unterschiedlich hohen Kraftstoffdrücken über Injektoren Kraftstoff einge- spritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzung soll mit einem höheren Kraftstoffdruck druckgesteuert erfolgen. Hierzu weist ein Steuerraum des Kraftstoffeinspritzventils eine Verbindung zu einer Leitung mit einem Kraftstoffdruck auf. Weiterhin ist ein Druckverstärker dem Einspritzventil vorgeschaltet, das ebenso wie das Einspritzventil selbst über ein Magnetventil angesteuert wird. Die Einspritzdüse steht aufgrund der dort dargestellten Vorrichtung und des ausgeführten Verfahrens zu jedem Zeitpunkt unter Druck von zumindest dem zugehörigen Common-Rail.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine verbesserte Einspritzung zu ermöglichen, die insbesondere eine schnelles Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse mit einer größeren Flexibilität der Einspritzung und damit verbesserte Dosierbarkeit der Einspritzmenge und eine Formung des Einspritzverlaufes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zu Kraftstoffeinspritzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 sowie mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen vorhanden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung unter Nutzung eines Akku- mulator-Prinzips, insbesondere eines Common-Rail-Prinzips, sieht vor, dass ein aus einem Akkumulator, insbesondere Common-Rail, kommender Kraftstoff unter einem ersten Druck zu einer Primärseite eines Druckverstärkers geführt wird, wodurch eine Sekundärseite des Druckverstärkers eine Druckerhöhung erfährt, und eine Öffnung und Schließung einer Einspritzdüse über einen an einem Druckraum für die Einspritzdüse anliegenden Druck unter Verschiebung eines auf die Einspritzdüse wirkenden Verschlussstückes, insbesondere eine Düsennadel, mittels hydraulischer gesteuerter Druckänderung erfolgt.

Auf diese Weise lässt sich einerseits über den Druckverstärker als solches eine Erhöhung des maximal erreichbaren Einspritzdruckes erzielen. Zum anderen erlaubt die Verwendung der hydraulischen Steuerung einer Druckänderung einerseits ein schnelles Öffnen und auch ein schnelles Schließen der Einspritzdüse. Auch kann über minimale Druckän- derungen eine äußerst genaue Dosierung der Einspritzmenge erzielt werden. Insbesondere lassen sich Einspritzraten erzielen, die vergleichbar sind zu denen von bekannten Pumpe-Düse-Systemen.

Da aufgrund der hydraulischen Druckübertragung entsprechende Druckabsenkungen bzw. Druckerhöhungen im Druckraum sich sehr schnell auswirken, kann dieser Vorteil des Pumpe-Düse-Prinzips eines genau dosierbaren Einspritzverlaufs mit der Flexibilität eines Common-Rail-Systems kombiniert werden. Insbesondere können Charakteristika wie Voreinspritzung und Nacheinspritzung in der Menge wie auch in der Zeit in Anpassung an zumindest eine Haupteinspritzung ermöglicht werden, insbesondere allein über eine hydraulische Steuerung des Druckes. Auch kann anstatt einer Haupteinspritzung nun auch eine getaktete Einspritzung während einer Einspritzphase verwirklicht werden, die an unterschiedliche Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise über entsprechende Kennfelder anpassbar ist.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird dieses System einer Kraftstoffeinspritzung mit demjenigen verbunden, wie es aus der WO 01/53688 hervorgeht, auf die voll umfänglich bezüglich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung wie auch der einzelnen Bauteile und Verfahren im Rahmen dieser Offenbarung Bezug genommen wird. Vorzugsweise wird der Druckverstärker, wie oben beschrieben, zwischen das Schaltventil und die Ein- spritzdüse angeordnet, wobei die hydraulische Ansteuerung des Druckraumes für die Einspritzdüse gemäß einer Ausgestaltung eine direkte Verbindung zu dem Steuerglied aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf der Sekundärseite ein Druck von mehr als 2.000 bar erzeugt wird. Dieser kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass auf die Primärseite ein Druck von mehr als 1.500 bar wirkt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Verhältnis zwischen Primärdruck und Sekundärdruck eingestellt wird, das zwischen 1 : 1 ,2 bis etwa 1 : 4 liegt, bevorzugt zwischen 1 : 1 ,8 bis etwa 1 : 3, weiter vorzugsweise zwischen etwa 1 : 1,5 und etwa 1 : 3. Der Druckverstärker ist hierzu vorzugsweise als Kolben mit unterschiedlichen Flächen an Primär- und Sekundärseite versehen, wie es beispielsweise aus der oben angeführten WO 01/14713 hervorgeht. Diesbezüglich wird auf den Inhalt dieser Druckschrift Bezug

genommen. Vorteilhafterweise wird das Druckübersetzungsverhältnis kleiner als 3 sein, wodurch es gelingt, einerseits ein Rail-Volumen und andererseits einen primärseitigen Steuerventilquerschnitt sowie die Zuleitungsquerschnitte klein halten zu können. Aus einem Übersetzungsverhältnis durch den Druckverstärker lässt sich eine vorteilhafte Aus- gestaltung der Leitungsquerschnitte auslegen. Angaben hierzu folgen weiter unten anhand einiger Beispiele, wobei diese jedoch nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt sind.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein auf der Sekundärseite erzeugter zweiter Druck dem Druckraum aufgeprägt wird, wobei die hydraulisch gesteuerte Druckänderung auf die Primärseite des Druckverstärkers wirkt. Dieses ermöglicht eine besonders schnelle Reaktionsübertragung von Einleiten einer Druckänderung hin zur Änderung eines Einspritzverhaltens. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Kraftstoff-Einspritzdruck mittels der hydraulisch gesteuerten Druckänderung einem Ventilhub eines Steuerventils unmittelbar folgt.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass für ein Schließen einer Einspritzdüse ein Druck auf der Sekundärseite durch einen Abfluss von Kraftstoff in einen Niederdruckraum abgebaut wird. Auf diese Weise werden die notwendigen Dichtflächen der Einspritzanlage insbesondere zum Schließen der Einspritzdüse auf der Sekundärseite immer nur kurzfristig hoch belastet. Weiterhin erlaubt dieses ein schnelleres Ändern des Einspritzverlaufes und insbesondere eine genauere Dosierung des einzuspritzenden Kraftstoffes. Bei andauerndem hohen Druck an der Einspritzdüse besteht ansonsten die Gefahr, dass Leckageverluste im Bereich der Dichtflächen zwischen Düse und oberem Teil des Injektors auftreten. Anderseits würde bei einem permanent gleichmäßig hohem Druck an der Einspritzdüse die Steuerungs- bzw. Regelungsgenauigkeit der Einspritzmenge aufgrund der notwendigen noch schnelleren Öffnung und Schließung der Einspritzdüse eventuell geforderte Einspritzprofile nur schwer ausführbar sein. Die Möglichkeit des Druckabbaus auf der Sekundärseite hingegen ermöglicht insbesondere auch anschwellende und abschwel- lende Einspritzverläufe in den Brennraum hinein.

Im übrigen lässt sich das Verfahren auch derartig ausführen, dass über eine Rückkopplung von Drücken die Betätigungszeiten für die Kraftstoffeinspritzung gezielt verkürzen lassen.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass ein dem Akkumulator nachgeschaltetes und dem Druckverstärker vorgeschaltetes Schaltglied mit dem zweiten Druck

von der Sekundärseite des Druckverstärker beaufschlagt wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise der Einspritzdruck für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung mitnutzen. Dadurch ist eine höhere Dosiergenauigkeit erzielbar.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass ein dem Akkumulator nachgeschaltetes und mit einem vom Akkumulator zugeführten und nachfolgend beeinflussten Steuerdruck in einer Steuerleitung beaufschlagtes Schaltglied mit dem zweiten Druck von der Sekundärseite des Druckverstärkers beaufschlagt wird, wobei der Steuerdruck ein Durchschalten des zweiten Drucks zu einem Niederdruckraum bestimmt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein oder mehrere Dämpfungsvolumina, insbesondere Drosselstellen, vorgesehen sind, über die eventuell auftretende Schwingungen zumindest soweit gedämpft werden, dass sie den gewünschten Einspritzverlauf nicht stören. Beispielsweise wird über eine Drossel eine Schwingung in einem Steuerraum des Schaltglie- des und einer druckzuführenden Leitung verringert. Des weiteren kann eine Drossel vorgesehen sein, um unerwünschte Druckwellen in der Kraftstoffeinspritzung abzufangen oder zumindest zu dämpfen.

Weiterhin können eine oder mehrere Drosseln eingesetzt werden, um einen Aufstau von Kraftstoff gezielt zu bewirken. Dieses kann insbesondere zu einer Beschleunigung von Schaltzeiten beispielsweise bezüglich des auf die Einspritzdüse wirkenden Verschlußstückes genutzt werden. So kann eine Drosselstelle in Verbindung mit einem der Einspritzdüse gegenüber angeordnetem und durch das Verschlussstück getrenntem Evakuierungsraum stehen. Die Drosselstelle ist zwischen dem Evakuierungsraum und dem Nie- derdruckraum angeordnet. Sie sorgt für einen verzögerten Druckabbau aus dem Evakuierungsraum in den Niederdruckraum, wodurch beispielsweise eine Kavitation im Bereich der Einspritzdüse, insbesondere beim Schließen, vermieden werden kann. Gleichzeitig kann die Drosselstelle einen Rückstau bei Druckerhöhung im Evakuierungsraum für die Einspritzdüse bewirken, der ein schnelleres Ansprechen der Verschiebung des Verschlußstücks bewirkt.

Um die Formung des Einspritzverlaufs zu verbessern, kann statt einer üblicherweise monotonen Spannungsansteuerung erfolgen des ersten Schaltglieds auch eine getaktete Spannungssteuerung erfolgen, so dass das nachfolgende zweite Schaltglied, der Druck- Verstärker und die Einspritzdüse eine hydraulisch gesteuerte Taktung erfahren. Die Taktung ist dabei bevorzugt an einen Betriebsbereich angepasst.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Akkumulator insbesondere nach dem Common-Rail-Prinzip für eine Kolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, die eine Einspritzdüse in einem Düsenteil aufweist, wobei das Düsenteil einen Druckraum hat, in dem ein die Einspritzdüse verschließendes Verschlußstück geführt ist, wobei der Druckraum über einen Verbindungskanal mit einem Druckverstärker verbunden ist, der einem Akkumulator, insbesondere einem Common- Rail, nachgelagert und dem Druckraum vorgelagert ist, und bis auf ein erstes Schaltglied, insbesondere ein Ventil, die übrigen, dem Akkumulator nachgeschalteten Ventile der Kraftstoffeinspritzung zur Steuerung eines Kraftstoffflusses hydraulisch über das Schalt- ventil gesteuert sind. Dieses Schaltprinzip vermeidet, dass insbesondere zwei unabhängig voneinander anzusteuernde Stellelemente benötigt werden, um beispielsweise einen Druckübersetzer und eine Düsennadel zu steuern. Vielmehr gelingt es aufgrund der Ansteuerung von nur einem einzigen Schaltglied über die wirkenden Querschnitte von Leitungen, Bauteilen und zusätzlichen anderen Kräften wie Federkräften und hydraulischen Kräften das gewünschte Einspritzprofil zu ermöglichen.

Der Akkumulator ist ein Druckspeicher, in dem Kraftstoff unter Druck steht. Dem Speicher kann beispielsweise über ein Pumpensystem kontinuierlich oder diskontinuierlich Kraftstoff zugeführt werden. Der Akkumulator kann beispielsweise nur mit einer Einspritzdüse oder aber auch mit mehreren Einspritzdüsen in leitungsgebundener Verbindung stehen, um diese jeweils mit Kraftstoff zu versorgen. Der Begriff „Akkumulator" umfasst daher insbesondere die als Common-Rail-Systeme bekannte Einspritzvorrichtungen für Otto- wie auch für Dieselmotoren.

Durch eine entsprechende elektronische Steuerung des Schaltgliedes beispielsweise über ein Steuergerät kann im Zusammenspiel mit einer Motorsteuerung unverzüglich auf den jeweiligen geforderten Lastzustand der Kolbenbrennkraftmaschine eine geeignete Kraftstoffeinspritzung erfolgen. Ein verbessertes und insbesondere flexibleres Einspritzprofil ergibt sich, wenn der Druckraum über eine Entspannungsverbindung mit einem Nieder- druckraum verbunden ist. Der Niederdruckraum kann beispielsweise ein Tank oder ein sonstiger Behälter wie auch eine großvolumige Leitung sein, die in der Lage ist, einen Druck an der Einspritzdüse durch Aufnahme von Kraftstoffvolumina zu verringern. Vorzugsweise ist der zu schaltende Kraftstoffstrom derart gering, dass ein Rückstau in einem Niederdrucksystem, welches den Niederdruckraum umfasst, nicht auftritt. Insbesondere wird der Niederdruckraum bzw. das Niederdrucksystem als „druckloses" System ausgeführt, d.h., der Druck in dem System ist gemäß einer Ausgestaltung zumindest nahe dem Umgebungsdruck. Gemäß einer Weiterbildung liegt der Druck auch weit unterhalb des

Umgebungsdruckes. Vorzugsweise ist der Druck derart, dass Dampfblasen im Kraftstoff entstehen. Durch diese Dampfblasen wird eine Dämpfung von Wellen bewirkt. Eine Vergleichmäßigung einer Kraftstoffströmung kann dadurch bewirkt werden.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem Akkumulator-Prinzip, insbesondere nach dem Common-Rail-Prinzip, für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse und einen Düsenteil vorgeschlagen, wobei das Düsenteil einen Druckraum aufweist, in den ein die Einspritzdüse verschließendes Verschlußstück geführt ist, wobei der Druckraum über einen Verbindungskanal mit einem Druckverstärker verbunden ist, der einem Akkumulator, insbesondere einem Common-Rail, nachgelagert und dem Druckraum vorgelagert ist, und der Druckraum über eine Entspannungsverbindung mit einem Niederdruckraum verbunden ist.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass bis auf ein Schaltventil die übrigen, dem Akkumulator nachgeschalteten Schaltglieder zur Steuerung eines Kraftstoffflusses der Kraftstoffeinspritzung hydraulisch über das Schaltventil gesteuert sind.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Druckverstärker einen Kolben mit einer Primär- und einer Sekundärseite aufweist, wobei die Sekundärseite über den Verbin- dungskanal mit dem Druckraum und über die Entspannungsverbindung mit einem Schaltglied verbunden ist, das dem Niederdruckraum vorgeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung lässt sich ein sehr genaues Einspritzprofil ermöglichen. Es ermöglicht eine direkte Formung eines Einspritzprofils, wobei Totzeiten, Wellenvorgänge, träge Massen und andere Störungen vermieden werden.

Insbesondere erweist sich eine derartige Vorrichtung als vorteilhaft, wenn Einspritzdrücke von mehr als 2.000 bar erzielt werden sollen. Sollen beispielsweise Einspritzdrücke zwischen 2.500 bar und annähernd 3.000 bar erzielt werden, entstehen besondere Belastungen von Dichtungen. Durch die einerseits aufgrund des Druckverstärkers ermöglichten Drücke und andererseits der Möglichkeit der Entspannung des Kraftstoffes auf der Sekundärseite wird eine permanente Belastung aller Komponenten, insbesondere von zumindest den Dichtungen vermieden. Dadurch lässt sich die Lebensdauer dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung erhöhen und Leckagen vermeiden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Evakuierungsraum für die Einspritzdüse eine Leitungsverbindung zu einer Drossel aufweist, die einem Niederdruckraum vorgelagert ist. Die Drossel kann einerseits die Funktion aufweisen, Schwingungen im Evakuierungsraum

bzw. in Leitungen, die an den Evakuierungsraum angeschlossen sind, zu unterdrücken. Andererseits kann die Drossel eine Druckwelle dämpfen und insbesondere auch zu einem Aufstauen führen. Dieses wird vorzugsweise für ein schnelleres Schalten des Einspritzventils genutzt.

Auch ist es möglich, dass die Entspannungsverbindung zwischen dem Druckraum und dem Niederdruckraum über den Evakuierungsraum für die Einspritzdüse verläuft. Auf diese Weise gelingt es, einen Druckabfall auf der Sekundärseite zu erzielen. Gleichzeitig kann die Sekundärseite genutzt werden, um das Einspritzventil zu schalten. Dieses er- laubt wiederum eine Verkürzung der Schaltzeit für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung und damit eine höhere Genauigkeit bezüglich des einzuspritzenden Volumens wie auch des Einspritzverlaufs dieses Volumens. Ein Einspritzprofil beispielsweise weist eine Vor- und/oder Nacheinspritzung auf, die sich mit dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung äußerst dosiert einspritzen lässt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Stellvorrichtung zur Anhebung und Absenkung eines Akkumulator-Druckes, vorzugsweise eines Common-Rail- Drucks, in Abhängigkeit von einem Lastzustand der Kolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Einspritzdüse mit kleineren Bohrun- gen, insbesondere in der Teillast ermöglichen. Kleinere Bohrungen können insbesondere Durchmesser von 0,09 mm und weniger aufweisen. Für einen Hubraum von 0,5 I je Zylinder und mehr weist die Bohrung einen Durchmesser von 0,15 mm und weniger auf. Gemäß einer Ausgestaltung wird in Teillast der Kolbenbrennkraftmaschine der Druck im Common-Rail-System heruntergefahren. Über den Druckverstärker kann jedoch ein Druck auf der Sekundärseite zur Verfügung gestellt werden, der trotz kleinerer Bohrungsgrößen eine ausreichende Einspritzmenge zur Verfügung stellt. Auf diese Weise wird eine verbesserte Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes erzielt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird bei Vollast, beispielsweise in einem Bereich von 80% bis 100% der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine, der Druck im Common-Rail-System wieder erhöht. Der Druck vor dem Druckverstärker kann nun so gesteuert werden, dass er beispielsweise einen an das Teillastverhalten angepassten Einspritzdruck zur Verfügung stellt. Er kann jedoch auch derart gestaltet sein, dass er einen darüber hinaus gehenden Druck und damit auch größere Volumina einer Einspritzung zur Verfügung stellt.

Vorzugsweise ist der Druckverstärker hydraulisch gesteuert. Dieses vermeidet ein weiteres elektromechanisch oder elektrisch zu betätigendes Stellglied, das im Zusammenspiel mit dem Schaltglied gesteuert werden muss. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist

vorgesehen, dass zwischen dem Niederdruckraum und dem Druckraum ein Stellglied, insbesondere ein hydraulisch gesteuertes Ventil zwischengeschaltet ist, das eine Verbindung mit dem Evakuierungsraum schafft. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass der Druckraum je nach Stellung des gesteuerten Ventils seinen Druck abbauen oder erhöhen kann. Ist das Ventil geschlossen, wird der Druck durch den Druckverstärker im Druckraum erhöht, sofern die Primärseite mit einem entsprechendem Druck beaufschlagt wird. Ist das Ventil geöffnet, kann Kraftstoff aus dem Druckraum über das Ventil in den Evakuierungsraum und von dort zum Niederdruckraum gelangen. Auf diese Weise wird der Druck im Druckraum abgebaut, was vorzugsweise zumindest zum Schließen der Einspritzdüse von Vorteil ist.

Als Einspritzdüse kann eine Lochdüse Verwendung finden. Die Düse kann einen variablen Querschnitt aufweisen. Insbesondere kann die Düse auch eine oder mehrere Lochreihen aufweisen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. Hüben des Verschlußstücks geöffnet bzw. geschlossen werden. Gemäß einer Ausgestaltung wird eine Düse verwendet, in der ineinander geschachtelte Nadeln mit unterschiedlichem Querschnitt verlaufen. Diese ineinander beweglichen Nadeln können in unterschiedlichen Stellungen unterschiedliche Düsenöffnungen schließen bzw. öffnen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden weitere Düsengeometrien wie beispielweise Schlitze oder ähnliches vorgesehen.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist nicht nur für Personenkraftwagen, sondern auch für Nutzfahrzeuge, einschließlich Lokomotiven und Schiffe, oder Stationärmotoren einsetzbar. Insbesondere hinsichtlich einer hydraulischen Steuerung ist es vorteilhaft, wenn die verwendeten Leitungen und Leitungsquerschnitte an den jeweiligen Motor angepasst sind. Hierfür ergeben sich bevorzugte Leitungsquerschnitte bzw. auch Ventilquerschnitte, mit denen sich die hydraulische Steuerung beispielsweise ausführen lässt. Gemäß einer Ausgestaltung weist der Druckverstärker auf der Sekundärseite einen Durchmesser zwischen 4 mm bis 6,5 mm auf. Auf der Primärseite weist der Druckverstärker dagegen einen Durchmesser auf, der vorzugsweise zwischen 7 mm und 11 mm beträgt. Weiterhin hat gemäß einer Ausgestaltung der Druckverstärker ausgebildet als Hubkolben einen Hub, der zwischen 4 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 7 mm beträgt. Der Durchmesser einer verwendeten Leitung wiederum hängt insbesondere davon ab, ob ein hoher Durchfluss sichergestellt sein soll. Ist dieses der Fall, wird ein Leitungsdurchmesser von nicht unter 3 mm bevorzugt, wobei sich dieser jedoch auch über die Leitungslänge verengen kann. In anderen Leitungsbereichen wiederum kann ein Mindestdurchmesser gefordert sein. Dieser Mindestdurchmesser liegt beispielsweise bei 1 ,5 mm, insbesondere auch bei mindestens 2 mm. Vorzugsweise weist beispielsweise die zum Druckraum füh-

rende Leitung einen Leitungsquerschnitt von mindestens 1 ,5 mm auf. Eine Leitung vom Akkumulator, vorzugsweise Common-Rail, wiederum weist insbesondere für eine Nutzung in einem PKW einen Leitungsquerschnitt von nicht unter 3 mm auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den nachfolgenden Weiterbildungen angegeben. Die dort dargestellten Merkmale sind jedoch nicht auf diese Weiterbildungen beschränkt. Vielmehr können diese, insbesondere auch mit den oben beschriebenen Merkmalen weitere Ausgestaltungen bilden. Es zeigen:

Fig.1 eine erste Kraftstoffeinspritzeinrichtung,

Fig.2 eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung,

Fig.3 eine dritte Kraftstoffeinspritzeinrichtung und

Fig.4 einen beispielhaften Verlauf einer Einspritzung für einen Betriebspunkt mit einer Zusammenstellung verschiedener Parameterverläufe über eine Einspritzphase,

Fig.5 ein Beispiel einer Ausführung eines Kraftstoffinjektors und

Fig.6 eine Ausschnittsvergrößerung eines Schaltgliedes aus Fig.5.

Fig. 1 zeigt eine erste Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1. Die erste Kraftstoffeinspritzeinrich- tung 1 weist einen Akkumulator 2 auf, über den eine oder mehrere Einspritzdüsen 3 mit Kraftstoff versorgt werden. Der Akkumulator 2 weist eine Stellvorrichtung 4 auf, über die eine Anhebung bzw. Absenkung des Druckes im Akkumulator 2 erfolgt. Die Stellvorrichtung weist vorzugsweise eine Verbindung zu einer hier nicht näher dargestellten Motorsteuerung auf, von der Signale in Abhängigkeit vom Lastbereich einer Verbrennungs- kraftmaschine und damit erforderlichen Druck im Akkumulator 2 stammen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 kann ebenfalls mit ein oder mehreren Bauteilen mit der Motorsteuerung direkt oder indirekt, beispielsweise über ein oder mehrere Steuergeräte, verbunden sein. Die hierzu notwendigen Meßaufnehmer bzw. Signalleitungen sind jedoch hier nicht näher eingezeichnet.

Vom Akkumulator 2 wird der Kraftstoff unter Druck zu einem ersten Schaltglied 5 sowie zu einem zweiten Schaltglied 6 geführt. Die Funktionsweise des ersten Schaltgliedes geht

beispielsweise aus der WO 01/53688 hervor, auf die diesbezüglich im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen wird. Über das erste Schaltglied 5 erfolgt eine Weiterleitung des Kraftstoffs an das zweite Schaltglied 6. Die Weiterleitung erfolgt über eine Ansteuerung des ersten Schaltglieds 5. Hierzu ist das erste Schaltglied 5 beispielsweise mit einem Ak- tuator 7 ausgestattet, der über ein Steuergerät bzw. die Motorsteuerung angesteuert werden kann. Je nach Ansteuerung des Aktuators 7 wird eine Kraftstoffleitung 8 über einen vergrößert dargestellten ersten Kolben 9 freigegeben. Vorzugsweise ist zumindest dem ersten Schaltglied 5 und/oder dem zweiten Schaltglied 6 eine Drossel 10.1, 10.2 vorgeordnet. Die Drossel sorgt einerseits für eine Dämpfung von eventuellen Schwingungen in Leitungen, die beispielsweise durch Stellvorgänge des ersten Schaltgliedes 5 bzw. des zweiten Schaltgliedes 6 verursacht werden können. Zum anderen kann die Drossel 10.1 , 10.2 einen Rückstau bewirken und dadurch eine Druckentlastung und damit eine Schaltstellung beispielsweise des zweiten Schaltgliedes 6 beeinflussen. Die Drosseln 10.1 , 10.2 helfen die Bläschenbildung und Kavitationsschäden zu vermeiden. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vor dem ersten Schaltglied 5 ein Beruhigungs- oder Ausgleichsvolumen 11 vorgeordnet ist, über das eventuelle Druckänderungen bzw. Schwingungen geglättet werden können.

Vom zweiten Schaltglied 6, dessen Funktionsweise beispielsweise ebenfalls aus der WO 01/53688 hervorgeht und auf die diesbezüglichen im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen wird, steuert einen Druck, der sich auf eine Primärseite 12 eines Druckverstärkers 13 aufprägt. Der Druckverstärker 13 hat vorzugsweise einen Hubkolben, der beispielsweise federabgestützt ist. Der Druckverstärker 13 weist eine Primärseite 12 auf, die eine größere Querschnittsfläche aufweist als eine Sekundärseite 14, die der Primärseite 12 gegenü- berliegt. Von der Sekundärseite 14 aus wird Kraftstoff zu einem Druckraum 15 der Einspritzdüse 3 gefördert. Über den Druckraum 15 kann der Kraftstoff aus der Einspritzdüse 3 in einen nicht näher dargestellten Zylinder eingespritzt werden. Mit der Sekundärseite 14 des Druckverstärkers 13 ist neben dem Verbindungskanal 16 auch eine Entspannungsverbindung 17 vorhanden, die zu einem Evakuierungsraum 18 und von dort zu ei- nem Niederdruckraum 19 führt. Über die Entspannungsverbindung 17 gelangt von der Sekundärseite 14 Kraftstoff vorzugsweise zuerst in ein drittes Schaltglied 20, das hydraulisch angesteuert die Verbindung zum Niederdruckraum 19 freigibt.

Das dritte Schaltglied 20 dient vorzugsweise als Entlastungsventil. Dafür wird das dritte Schaltglied 20 beispielsweise so ausgelegt, dass eine druckbelastete Fläche 22 des dritten Schaltglieds 20 und eine Stirnfläche eines Steuerkolbens 23 in einem Verhältnis zueinander stehen, welches in etwa dem Kehrwert der Druckverstärkung des Druckverstär-

kers 13 und damit dem Verhältnis von Sekundärseite zu Primärseite entspricht. Dadurch gelingt es, dass ein Druck in einer Steuerleitung 21 einem Druck auf der Primärseite 12 des Druckverstärkers 13 entspricht. Somit öffnet das dritte Schaltglied 20 insbesondere nur am Ende einer Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinderraum. Das in sehr kurzer Zeit austretende Flüssigkeitsvolumen kann genutzt werden, um das Verschlussstück 27 zusätzlich mit Druck, insbesondere mit einem pulsartigen Druck, zu beaufschlagen und so schneller zu schließen. Zur Verbesserung dieser Druckwirkung dient die Drossel 10.3 zwischen dem Evakuierungsraum 18 und dem Niederdruckraum 19. Nach einem Einspritzvorgang wird der Druckverstärker 13 von einer Feder 24 in seine Ausgangsposition gebracht, wobei der Verbindungskanal 16 über ein Rückschlagventil 25 mit Kraftstoff gefüllt wird. Die in einzelnen Stellgliedern wie Ventilen angeordneten Federn sowie wirkende Flächen sind insbesondere so abgestimmt, dass über ein Steuern des ersten Schaltgliedes 5 ein Einspritzvorgang von Kraftstoff allein über das Zusammenwirken von hydraulisch übertragenen Druckkräften auf die einzelnen Bauteile ermöglicht wird.

Fig. 2 zeigt eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung 28, die überwiegend die gleichen Bauteile in gleicher Funktion wie die erste Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 aus Fig. 1 aufweist. Diesbezüglich werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die zweite Kraftstoff ei n- spritzeinrichtung 28 zeigt eine weitere Ausführung, bei der das zweite Schaltglied 6 einen Ventilkörper 29 dergestalt aufweist, dass ein Druck von der Primärseite 12 des Druckverstärkers 13 zumindest keine annähernde Kraft auf den Ventilkörper 29 ausübt. Statt dessen wirkt eine zusätzliche Kompensationskraft, die vorzugsweise gemäß der dargestellten Ausführungsform durch einen Kompensationskolben 30 ausgeübt wird. Eine Steuerseite 31 des Kompensationskolbens 30 ist mit dem Verbindungskanal 16, der als Einspritzlei- tung dient, verbunden. Dadurch wirkt eine Kraft in Schließrichtung auf den Ventilkörper 29. Die Steuerflächen des Ventilkörpers 29 und des Kompensationskolbens 30 haben vorzugsweise dabei das Verhältnis der Druckübersetzung des Druckverstärkers 13. Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass ein Einspritzdruck für eine Rückwirkung auf das zweite Schaltglied 6 als Steuerkörper genutzt wird und nicht wie in Fig. 1 ein Druck von der Pri- märseite des Druckverstärkers 13. Auf diese Weise lässt sich gegenüber der aus Fig. 1 dargestellten Ausführung eine noch höhere Dosiergenauigkeit der Einspritzung mittels der Einspritzdüse 3 erzielen. Um eventuelle Schwingungen in dem System in Fig. 2 zu unterdrücken, können neben den eingezeichneten Drosseln noch weitere Drosseln vorhanden sein.

Fig. 3 zeigt eine dritte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 32. Bei dieser Ausgestaltung wird die Primärseite 12 des Druckverstärkers 13 über das dritte Schaltglied 20 entlastet. Diese

Ausgestaltung ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn größere Kraftstoffmengen dosiert zugegeben werden sollen.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen können insbesondere auch in Form eines einzigen Bauteiles zusammengesetzt sein, das in eine Kolbenbrenn- kraftmaschine am Zylinder eingesetzt wird. Diesbezüglich wird auf die WO 01/53688 im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen, wo ein derartiger Aufbau prinzipiell hervorgeht. Auch aus der nachfolgenden Figur 5 geht eine derartige zu einem Bauteil zusammengesetzte Kraftstoffeinspritzung hervor. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß die Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch getrennt voneinander angeordnete Bauteile aufweist. Besonders bevorzugt wird die Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch für Prüfstände, eingesetzt um

Grundlageuntersuchungen für Einspritzdrücke von mindestens 2.000 bar, insbesondere von über 2.500 bar zu untersuchen.

Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Verlauf einer Einspritzung für einen Betriebspunkt mit einer Zusammenstellung verschiedener Parameterverläufe über eine Einspritzphase. Wie dargestellt, ermöglicht die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine gezielte Profilierung des Einspritzvolumens über die Zeit allein durch die Steuerung des ersten Schaltgliedes. Auf der X-Achse ist bezüglich jeder Parameterdarstellung der gleiche Zeitabschnitt einer Einspritzphase dargestellt. Das erste Schaltglied, welches beispielsweise ein piezogesteuer- ter Aktuator ist, wird über eine Änderung einer angelegten Spannung betreiben. Die

Spannung ist in Volt angegeben. In Abhängigkeit von dieser Spannung öffnet das Ventil des ersten Schaltgliedes, angegeben in μm. Da die anschließend zu betätigenden Bauteile hydraulisch quasi ohne Verzögerung und damit unmittelbar reagieren, erfolgt annähernd zeitgleich mit dem Anstieg des Druckes auch ein Anheben der Nadel des Einspritz- ventils. Da vor dem ersten Öffnen des Nadelventils schon eine Druckerhöhung am Nadelsitz anliegt, kann bei Öffnung auch unmittelbar dosiert eine Einspritzmenge in den Brennraum oder einen Kanal zugeführt werden. Zwischen Anlegen einer Spannungsänderung am Aktuator bis zu einem Einspritzbeginn vergehen somit weniger als 0,8ms. Diese schnelle unmittelbare Reaktion ermöglicht auch ein Einstellen des Einspritzdruckes durch gezieltes Anheben und Absenken des Ventils des ersten Steuergliedes. Wird die Spannung wieder abgesenkt, wird quasi sofort auch der Druck verringert und der Nadelhub ändert sich aufgrund der Druckänderung ebenfalls innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als 0,7 ms.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Ausführung eines Kraftstoffinjektors und Fig.6 eine Ausschnittsvergrößerung eines ersten Schaltgliedes aus Fig.5. Der Kraftstoffinjektor weist die in Fig.1 dargestellten Bauelemente, allerdings ohne Akkumulator 2, Stellvorrichtung 4 und

Niederdruckraum 19 untergebracht in einem einzelnen Bauteil auf. Hierfür weisen die Einzelkomponenten vorgefertigte Kanäle auf, so dass beim Zusammensetzen und Ineinanderfügen der Einzelkomponenten nachfolgend nur noch wenige Bearbeitungsgänge am Kraftstoffinjektor selbst ausgeführt werden müssen. Durch die Unterbringung aller Einzelkomponenten in dem einzelnen Bauteil kann ein äußerst kompakter Kraftstoffinjektor hergestellt werden.