Stand der Technik Gemäß der bisherigen Vorgehensweise wird, um den Verlauf des Einspritzdruckes während der Einspritzung zu beeinflussen, das vom Pumpenkolben im Pumpenteil eines Injektorgehäuses verdrängte Kraftstoffvolumen zu einem Teil über ein gering geöffnetes Steuerventil abgeblasen. Ohne die Öffnung des Steuerventils würde ein kontinuierlichen Ansteigen des Einspritzdruckes auftreten. Diese Vorgehensweise ist unter der Abkürzung CCRS (Current Controlled Rate Shaping) bekannt, bei der insbesondere Magnetventile als die Steuerventile betätigende Einheiten Verwendung finden.

Bei einer anderen den Stand der Technik darstellenden Lösung ist ein Magnetventil vorgesehen, welches dem Druckaufbau dient, sowie ein weiteres

Druckventil, welches als nachzuschaltendes Ventil lediglich zum Einregeln des Druckniveaus während der Druckaufbauphase (Bootphase) dient.

Mit den Lösungen des Standes der Technik lassen sich nur einzelne Phasen des Einspritzdruckverlaufs während der Einspritzung regeln. Eine weitergehende Formung des Einspritzdruckverlaufs einhergehend mit einer wesentlich kompakteren Bauform von Injektoren ist nicht möglich, da bei den skizzierten Lösungen einerseits Bauraum beanspruchende Magnetventile eingesetzt werden, andererseits weitere Magnetventile benötigt würden, um den Einspritzdruckverlauf detaillierter auszuformen.

Darstellung der Erfindung Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren und der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung lassen sich sowohl die Dauer der Voreinspritzphase, als auch die Dauer der Druckaufbauphase durch die Ansteuerung mittels eines Aktors bestimmen. Darüber hinaus ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine Vorgabe des Drucks auf verschiedene Druckniveauwerte während der Druckaufbauphase möglich. Analoges gilt für die Einstellung der Höhe des zulässigen, mechanisch noch verkraftbaren Höchstdruckes gegen Ende der Haupteinspritzphase. Je nach Belastbarkeit der mechanischen Komponenten läßt sich eine Druckbegrenzung gegen Ende der Haupteinspritzphase an die jeweiligen Einsatzverhältnisse des Einspritzsystems anpassen. Des weiteren ist es mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren möglich, die Einstellung einer jeweils variabel an die Einsatzverhältnisse angepaßten Absteuerrate zu gewährleisten. Je nach Einsatzzweck kann der Verlauf des Druckabbaus so vorgewählt werden, daß der Zeitpunkt des Endes der Haupteinspritzung und der des Beginns der Druckabbauphase jeweils individuell angepaßt werden kann

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren läßt sich der Pumpenteil eines Injektorsystems so auslegen, daß lediglich eine Pumpe für verschiedene Auslegungen von Brennkraftmaschinen verwendet werden kann. Die Druckaufbauphase beispielsweise, die sich an die Voreinspritzphase anschließt, kann unabhängig von Düsen-und Pumpenkolbenauslegung durch eine Aktorsteuerung je nach Einsatzzweck eingeleitet werden.

Ferner ist der Verlauf des Druckes in der Druckaufbauphase unabhängig von der Last und dem Drehmoment im momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und kann beispielsweise gerade so vorgewählt werden, daß der Druck in der Druckaufbauphase knapp über dem Düsennadelöffnungsdruck der im Injektorgehäuse bewegbar aufgenommenen Düsennadel liegt.

Ein weiterer Vorteil, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbar ist, liegt darin, daß die Steuerventile für die Druckaufbauphase in den Dichtsitz gefahren werden können. Dadurch ist es möglich, die Aktorhubtoleranzen aufzuweiten, was dessen Fertigung verbilligt, da die Absicherung gegen Leckageverluste an unter hohem Druck stehenden Kraftstoff durch die in ihre Dichtposition gefahrenen Steuerventile gewährleistet ist.

Die Ansteuerung der Steuerventile mittels eines Piezoaktors erlaubt den Verzicht auf Bauraum beanspruchende Magnetventile, wodurch der Injektor in extrem kompakter Bauform gestaltet werden kann.

Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt : Figur 1 den Pumpenteil eines Injektors, der mittels einer Hochdruckleitung mit dem Einspritzdüsenteil des Injektors in Verbindung steht, Figur 2 die Anordnung der Steuerventile im Pumpenteil des Injektors, Figur 3 die Draufsicht auf den Kopplungsraum, Figur 4 jeweils Hub-/bzw. Druckverläufe an den den Einspritzvorgang bewirkenden Komponenten des Einspritzsystems und Figur 5 den Düsennadelhubweg sowie den ausformbaren Einspritzdruckverlauf jeweils aufgetragen über der Zeitachse, einander gegenübergestellt.

Ausführungsvarianten

Figur 1 zeigt einen Pumpenteil eines Injektors, welches mit einem Einspritzdüsenteil des Injektors verbunden ist, wobei eine Hochdruckleitung zwischengeschaltet ist.

Das Pumpenteil l steht über die Hochdruckleitung 3 mit dem Einspritzdüsenteil des Injektors in Verbindung. Im Pumpenteil 1 wird der Pumpraum 4 durch einen Kolben 5 beaufschlagt. Der Hochdruckleitung 3 zugeordnet, sowie dem Pumpraum 4 nachgeordnet, sind zwei Steuerventile 8 bzw. 10. Die Steuerventile 8 und 10 sind jeweils mit einem Kraftspeicher 12 oder 13 beaufschlagt, wobei die Kraftspeicher 12 oder 13 auf die gewünschte Öffnungscharakteristik der beiden Steuerventile 8 bzw. 10 abgestimmt sind. Die Steuerventile 8 bzw. 10 stehen mit jeweiligen Druckräumen mit niedrigerem Druckniveau in Verbindung, in welche überschüssiger abgeblasener Kraftstoff abgeleitet werden kann. Als solche Druckräume niedrigeren Druckniveaus sind beispielsweise die Vorratstanks eines Kraftfahrzeuges anzusehen.

Einem der Steuerventile 8 bzw. 10 in der in Figur 1 gezeigten Darstellung dem Steuerventil 10 ist ein Gleichdruckventil 7 zugeordnet, welches in der Rücklaufleitung vom zweiten Steuerventil 10 in den Niederdruckraum 6, d. h. in die Zuleitung zum Kraftstofftank vorgesehen ist. Alternativ hierzu ist es denkbar, das Gleichdruckventil 7 dem Steuerventil 10 vorzuordnen. Dadurch ließe sich das Steuerventil 10 auf Grund niedrigerer Druckbeanspruchung in leichterer Ausführungsform gestalten. Die beiden Steuerventile 8 bzw. 10 sind jeweils mit einem separaten Kraftspeicher 12 oder 13 beaufschlagt, durch welchen sich die Offnungscharakteristik des ersten bzw. des zweiten Steuerventils 8,10 einstellen lassen. Oberhalb der beiden Steuerventile 8 und 10 ist ein Kopplungsraum 11 vorgesehen ; oberhalb des Kopplungsraums 11 ist ein Aktor 9 vorgesehen- vorzugsweise ausgebildet als Piezoaktor mit dem extrem schnelle Schaltzeiten erzielbar sind-mit dem die Steuerteile des ersten bzw. des zweiten Steuerventils 8 bzw. 10 angesteuert werden können. Die Verwendung eines

Piezoaktors anstelle von Magnetventilen gestattet die Ausbildung des Pumpenteils 1 des Injektors des Einspritzsystems in extrem kompakt bauender Weise.

Die vom Pumpenteil 1 zum Einspritzdüsenteil 2 führende Hochdruckleitung 3 zum Transport des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes mündet in einen Steuerraum 15, welcher die Düsennadel 14 des Injektors umgibt. Die Spitze der Düsennadel 14 bildet die Düse 16, die in die entsprechenden Brennräume der Brennkraftmaschine mündet.

Figur 2 zeigt die Anordnung der Steuerventile im Pumpenteil des Injektors.

Die Bewegung des Kolbens 5 bewirkt eine Druckerhöhung, des inkompressiblen Mediumskraftstoff. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff steht über die Zulaufleitung 18 mit die Steuerteile umgebenden Kammern der Steuerventile 8 bzw. 10 in Verbindung. Jedes der Steuerventile 8 bzw. 10 ist mit einem Kraftspeicher versehen, mit dem das Steuerteil 8 bzw. 10 unter Vorspannung offengehalten werden kann. Die Steuerkammer des Steuerteils des zweiten Steuerventils 10 ist mit dem Gleichdruckventil 7 verbunden, über dessen Vorspannung die Absteuerrate variabel gehalten werden kann. Sowohl die jeweiligen Kolbenteile als auch die Hohlräume, in denen die Kraftspeicher 12,13 der beiden Steuerventile 8 bzw. 10 aufgenommen sind, stehen über Ablaufleitungen 17 bzw. 20 mit den Niederdruckräumen6 beispielsweise dem Vorratstank in Verbindung, in welchen der überschüssige Kraftstoff abgeführt werden kann.

Wie in Figur 1 dargestellt, können die Steuerteile der Steuerventile 8,10 durch die Ansteuerung über den Aktor 9 in unterschiedliche Teilöffnungspositionen

gefahren werden. In der jeweiligen Öffnungsposition oder der Teilöffnungsposition oder der Schließposition-beispielsweise des zweiten Steuerventils 10 ansteuerbar durch den Aktor 9-kann dann eine bestimmte dem freigegebenen Öffnungsquerschnitt entsprechende Kraftstoffmenge während einer ebenfalls vorwählbaren Zeitspanne etwa in den Vorratstank 6 abfließen, wodurch sich der Einspritzdruck entsprechend modellieren läßt.

Figur 3 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 2.

Die kompakte Bauweise von Pumpenteil 1 und Einspritzdüsenteil 2 rührt aus dem Verlauf der Hochdruckleitung 3 zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Steuerventil 8 bzw. 10 her. In gestrichelter Wiedergabe sind die die Steuerventile 8 bzw. 10 umgebenden Steuerkammern dargestellt. Auch die Verbindungsleitung 21 vom zweiten Steuerventil 10 zum Gleichdruckventil 7 ist in gestrichelter Darstellung wiedergegeben. Durch die aus der Draufsicht erkennbaren Relativpositionen der Hochdruckleitung 3, der beiden Steuerventile 8,10 sowie des Gleichdruckventils 7 ist die kompakte Bauform des Injektors erkennbar.

Figur 4 zeigt die jeweiligen Hub-/und Druckverläufe an den Komponenten, die den Einspritzvorgang an der Brennkraftmaschine bewirken. Diese lassen sich in eine Voreinspritzphase 28, sowie eine Druckaufbau-und Haupteinspritzphase 29 bzw. 30 unterteilen. An diese schließt sich eine Druckabbauphase 35 an. Ein direktes Abbild des im ersten Diagramm 22 dargestellten Hubverlaufs des Aktors 9 ist der sich im Kopplungsraum 11 einstellende Druck, vergl.

Diagramm 23.

In den darunterliegend dargestellten Diagrammen 24 bzw. 25 sind die sich einstellenden Hubwege in den Steuerventilen 8,10, jeweils aufgetragen über die Zeitachse. Mit dem ersten Steuerventil 8 werden demnach die Voreinspritzphase sowie die Grundlast der sich anschließenden Druckaufbauphase 29 sowie der Haupteinspritzphase 30 bestritten. Der im Diagramm 24 zwischen Ende der Voreinspritzphase 28 und Beginn der Druckaufbauphase 29 liegende Schwingungsbereich des Steuerteils im ersten Steuerventil 8 ist durch einen geschwungenen Linienzug dargestellt.

Aus dem den Hubweg des Steuerteils im zweiten Steuerventil 10 darstellenden Diagramm 25 geht hervor, daß das Steuerteil dieses Steuerventils 10 während der Voreinspritzphase 28 und der Druckaufbauphase 29 unbetätigt bleibt ; solange ist der Hubweg gleich Null. Erst zu Beginn der Haupteinspritzphase 30 wird das zweite Steuerventil 10 mittels des Aktors 9 angesteuert und trägt entsprechend dem gewünschten Druckniveau 34. 1, 34.2,34.3 während der Hauptein- spritzphase 30 zur Druckerhöhung in der Höchstdruckphase des Einspritzvorgangs bei.

Im zuunterst in Figur 4 dargestellten Diagramm sind Düsennadelhubweg 26 und der Verlauf des Einspritzdrucks 27 während der Voreinspritzphase 28, der Druckaufbauphase 29 (Bootphase) sowie der Haupteinspritzphase 30 sowie die Druckabbauphase 35 dargestellt. In bezug auf den Einspritzdruckverlauf 27 geht aus dem Vergleich der Hubwegverläufe24 und25 der beiden Steuerventile 8 bzw. 10 hervor, daß die Druckerhöhung gegen Ende der Haupteinspritzphase 30 durch Ansteuerung des zweiten Steuerventils 10 in seine abdichtende Schließstellung erfolgt, so daß der Bypass zum Niederdruckraum 6-dem Vorratstank-geschlossen wird und der Höchstdruck an der Düse 16 (Figur 1) entsteht. Die Druckerhöhung während des Einspritzdruckverlaufs 27 gegen Ende der Haupteinspritzphase 30 und deren Niveau 34. 1, 34.2 bzw. 34.3 (vergl.

Figur 5) wird ausschließlich durch das zweite Steuerventil 10 erzielt, wobei der

Düsennadelhub 26 während der Druckaufbauphase 29 und der Haupteinspritzphase 30 konstant bleibt.

Figur 5 zeigt den Düsennadelhub 26 aufgetragen über der Zeitachse, sowie den ausformbaren Einspritzdruckverlauf 27.

Der im untersten Diagramm der Figur 4 dargestellte Einspritzdruckverlauf 27 ist in Figur 5 näher dargestellt. Mit Bezugszeichen 31 ist die Dauer der Voreinspritzphase 28 bezeichnet ; an die Voreinspritzphase 28 schließt sich die Druckaufbauphase 29 an, in der sich gemäß Figur 5 die verschiedenen Druckniveaus 32. 1,32.2 sowie 32. 3 einstellen lassen. Mit der Einstellbarkeit der Druckniveaus kann mit einem Injektor den verschiedensten Auslegungen von Brennkraftmaschinen Rechnung getragen werden. Es lassen sich anwendungsspezifische Einstellungen vornehmen, so daß ein Bauteil durch die flexible Ansteuerbarkeit mittels des Aktors 9 an unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten angepaßt werden kann, wodurch sich die Variantenvielfalt drastisch reduzieren läßt.

Mit Bezugszeichen 33 ist die Dauer der Druckaufbauphase 29 bezeichnet. Die Druckaufbauphase 29, auch als Bootphase bezeichnet, geht in die Haupteinspritzphase 30 über. Diese ist durch einen-ausgehend von einem in der Druckaufbauphase 29 erreichten Druck-weiteren stetigen Druckanstieg 34 auf ein vorwählbares Höchstdruckniveau 34.1,34.2 bzw. 34. 3 steigerbar.

Das jeweilige Druckniveau 34.1,34.2 bzw. 34.3 kann durch das zweite Steuerventil 10 voreingestellt werden. Durch Öffnung der Rücklaufleitung, in der das Gleichdruckventil 7 aufgenommen ist, kann der Kraftstoff in den Niederdruckraum 6, d. h. in den Kraftstofftank, abströmen. Durch die Einstellung des Druckniveaus 34.1, 34.2 und 34. 3 kann der Höchstdruck den Anforderungen entsprechend eingestellt werden, so daß die mechanischen Komponenten des

Injektors vor Beschädigung durch unzulässig hohe auftretende Drücke bewahrt werden können.

Durch die von Drehzahl und Lastverlauf unabhängige Aktorsteuerung mittels eines Piezoaktors läßt sich außerdem eine variable Verlauf 36 während der Druckabbauphase 35 beim Übergang von der Haupteinspritzphase 30 in die Druckabbauphase 35 erreichen. Der Verlauf des Druckabbaus kann durch Beeinflussung der Steigung 36 den individuellen Erfordernissen des jeweiligen Einsatzzweckes angepaßt werden.

Bezugszeichenliste 1 Pumpenteil 2 Einspritzdüsenteil 3 Hochdruckleitung 4 Pumpraum 5 Kolben 6 Niederdruckraum 7 Gleichdruckventil 8 Steuerventil 1 9 Aktor 10 Steuerventil 2 11 Kopplungsraum 12 erster Kraftspeicher 13 zweiter Kraftspeicher 14 Düsennadel 15 Steuerraum 16 Düse 17 Rücklauf von 8,10 18 Zulauf zu 8 19 Gehäuse 20 Rücklauf von 8,10 21 Verbindungsleitung zwischen 10 und 7 22 Aktorhub

23 Druckverlauf in 11 24 Hubweg von 8 25 Hubweg von 10 26 Diisennadelhub 27 Einspritzdruckverlauf 28 Voreinspritzphase 29 Druckaufbauphase 30 Haupteinspritzphase 31 Voreinspritzphasendauer 32 Druckniveau von 29 32.1 erstes Niveau 32.2 zweites Niveau 32.3 drittes Niveau 33 Druckaufbauphasendauer 34 Höchstdruckbereich 34.1 erstes Druckniveau 34.2 zweites Druckniveau 34.3 drittes Druckniveau 35 Druckabbauphase 36 Steigung