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Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für Dieselbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Kraftstoff direkt in den Brennraum einspritzenden Einspritzventil pro Zylinder, mit einem Hochdruckkraftstoffzuführsystem mit einer Hochdruckpumpe, welche Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter einem Hochdruckverteilerspeicher zuführt, welcher pro Zylinder über eine ein Magnetventil aufweisende Betätigungseinrichtung mit einem die Düsennadel des Einspritzventils umgebenden Düsenraum strömungsverbindbar ist, wobei in einer der Öffnungsstellung des Einspritzventils zugeordneten Betätigungsstellung des Magnetventils die Öffnung der Düsennadel durch Druckbeaufschlagung des Düsenraumes entgegen einer Schliesskraft erfolgt,
und wobei die Betätigungseinrichtung einen in der Hochdruckleitung zwischen Vorspeicher und Düsenraum angeordneten Steuerzylinder mit einem axial verschiebbaren Steuerkolben aufweist, der an einen über das Magnetventil mit Druck beaufschlagbaren Steuerraum grenzt und in einer Stellung den Zufluss des Kraftstoffes in den Düsenraum sperrt und in einer anderen Stellung freigibt.
Aus der Veröffentlichung MTZ Motortechnische Zeitschrift 55 (1994) 9, Seite 502, "Dieseleinspritzung für Grossmotoren", Gerhard LEHNER, ist ein Speichereinspritzsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Magnetventil, welches den Einspritzbeginn und die Spritzdauer definiert, vom Betriebmedium durchflossen ist. In bestimmten Anwendungsfällen ist es allerdings vorteilhaft, wenn das Magnetventil nicht vom Betriebsmedium durchflossen wird. Wenn beispielsweise als Betriebsmedium Schweröl verwendet wird, bei dem sowohl hohe Viskositäten als auch entsprechend hoher Gehalt an Kohlenstoff, Asche oder Sedimenten auftreten, besteht die Gefahr, dass das Magnetventil samt Betätigungseinrichtung leicht verschmutzt und damit verschliessen wird. Abgesehen davon ist, da das Schweröl auf 150 bis 180 C aufgeheizt ist, das Magnetventil thermisch hoher Belastung ausgesetzt.
Andere Betriebsstoffe als Schmieröl, z. B solche, mit kleinen Viskositäten, wiederum sind in Verbindung mit Magnetventilen als kritisch, beispielsweise aufgrund ihrer Kavitationsneigung, anzusehen.
Aus der DD 103 691 A ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das Hochdruckkraftstoffzuführsystem strömungsmässig mit dem Betätigungskreislauf verbunden ist. Insbesondere bei Verwendung von kritischen Betriebsstoffen, wie Schweröl oder Schmieröl, kann es auch hier zu verstärktem Verschleiss der Düsennadel des Magnetventiles kommen. Weiters ist aus der DE 29 07 279 A1 ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren mit einem Magnetventil bekannt, welches über einen Steuerkolben den Kraftstoffdurchfluss durch eine zum Einspritzventil führende Hochdruckleitung steuert. Der Steuerkolben wird von einem Elektromagneten direkt betätigt. Dies erfordert allerdings eine relativ grosse und vergleichsweise kostenaufwendige Bauweise des Magnetventils.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und damit die erhöhte Beanspruchung, weiche zum verstärkten Verschleiss des Magnetventils führt, zu vermindern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Betätigungseinrichtung einen vom Hochdruckkraftstoffzuführsystem strömungsmässig getrennten Betätigungskreislauf mit einem externen Fluid, beispielsweise Motoröl, aufweist, wobei die Steuerung des Zuflusses zum Düsenraum über durch zumindest einen vorzugsweise nutförmigen Steuereinstich gebildete Steuerkanten des Steuerkolbens erfolgt, weiche mit zumindest einer Mündungsöffnung der Hochdruckleitung in den Steuerzylinder zusammenwirken. Der Steuerzylinder steht dabei nur indirekt über das Betätigungsmedium mit dem Magnetventil in Verbindung, eine Verschmutzung und/oder übermässige Belastung bzw. verstärkter Verschleiss des Magnetventils durch den Kraftstoff wird somit wirksam vermieden.
Dadurch, dass der Steuerungsquerschnitt des Magnetventils sehr klein sein kann, ist eine einfache und kostengünstige Bauweise des Magnetventils möglich. Eine Voreinspritzung kann durch zweimaliges Betätigen des Magnetventils bei einem Einspritzvorgang erfolgen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Steuerkolben einen vom ersten Steuereinstich durch eine ringförmige Schulter getrennten nutförmigen zweiten Steuereinstich aufweist, dessen Steuerkanten bei einem Steuerkolbenhub die Mündungsöffnung überstreichen. Durch die zwischen den beiden Steuereinstichen angeordnete Schulter wird der Kraftstoffzufluss zum Düsenraum unterbrochen und bei Weiterbewegung des Steuerkolbens wieder freigegeben, was zu einer Vor- und einer Haupteinspritzung bei nur einmaliger
Betätigung des Magnetventils während eines Einspritzvorganges führt. Dadurch kann insbesondere auch dann eine Voreinspritzung realisiert werden, wenn ein zweimaliges Betätigen des Mag- netventils während eines Einspritzvorganges zufolge des Ventilansprechverhaltens nicht möglich
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ist.
Dabei kann es bei bestimmter Konstruktionsdimensionierung des Steuerzylinders allerdings vorkommen, dass durch das Verschieben des Steuerkolbens in Schliessrichtung zufolge der Feder auch beim Schliessvorgang ein Nachspritzeffekt auftritt. Es sind Veröffentlichungen (SAE 940897, SAE 950217) bekannt, in denen in anderem Zusammenhang auf die Vorteile einer derartigen Dreifacheinspritzung hingewiesen ist. Oft ist der Nachspritzeffekt allerdings unerwünscht. Dieser kann vermieden werden, wenn gemäss einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung die Masse des Steuerkolbens und die auf den Steuerkolben in Schliessrichtung wirkende Federkraft so ausgelegt sind, dass beim Überfahren der Mündungsöffnung durch die Schulter die Dusennadel noch geöffnet bleibt.
Eine hohe Betriebssicherheit wird dadurch erreicht, dass das Magnetventil für den einspritzlosen Zustand durch eine Federkraft in seiner Öffnungsposition gehalten wird und bei Aktivierung entgegen der Federkraft in seine Schliessposition bringbar ist, wodurch der Einspritzvorgang ausgelöst wird.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Speichereinspritzsystems in der Absteuerphase, Fig. 2 ein Detail des Speichereinspritzsystems aus Fig. 1 während der Einspritzphase, Fig. 3 ein Detail des erfindungsgemässen Speichereinspritzsystems in einer Ausführungsvariante mit Voreinspritzung während der Absteuerphase
Fig. 1 zeigt schematisch das erfindungsgemässe Speichereinspritzsystem 1, bei dem das Hochdruckkraftstoffzuführsystem 2 von der Betätigungseinrichtung 3 getrennt ist. Das Hochdruckkraftstoffzufuhrsystem 2 besteht aus einer Hochdruckpumpe 4, welche Kraftstoff aus einem Tank 4a, einem Hochdruckverteilerspeicher 5 (rail) und je einem Vorspeicher 6 pro Düsenhalter zuführt.
Vom Vorspeicher 6 führt pro Einspritzventil jeweils eine Einspritzleitung 7 zum die Düsennadel 9a des zu speisenden Einspritzventils 9 umgebenden Düsenraum 8. In der Einspritzleitung 7 ist ein Steuerzylinder 10 mit einem Steuerkolben 11 zur Steuerung der Einspritzung angeordnet. Der Steuerkolben 11 weist durch einen ringförmigen ersten Steuereinstich 12 gebildete Steuerkanten 13 und 14 auf, welche bei axialer Verschiebung des Steuerkolbens 11 die Zuflussöffnung 7a und Abflussöffnung 7b der Einspritzleitung 7 steuern. Auf den Steuerkolben 11 wirkt eine durch die Feder 15 aufgebrachte Schliesskraft. Aus dem Federraum 16 führt eine Rückflussleitung 17 zurück zum Tank 4a.
An dem dem Federraum 16 gegenüberliegenden Ende weist der Steuerzylinder 10 einen an den Steuerkolben 11 grenzenden Steuerraum 18 auf, in welchen die Steuerleitung 19 der hydraulisch vom Hochdruckkraftstoffzuführsystem 2 getrennten Betätigungseinrichtung 3 einmündet. Die ein externes Arbeitsmedium aufweisende Betätigungseinrichtung 3 steuert durch Druckänderung in der Steuerleitung 19 die axiale Auslenkung des Steuerkolbens 11. Die Druckänderung in der Steuerleitung 19 erfolgt dabei durch ein Magnetventil 20, welches wahlweise den Rückfluss des von einer Pumpe 21 aus einem Tank 22 geförderten externen Arbeitsfluids durch die Rückflussleitung 23 sperrt oder freigibt. Der Arbeitsdruck der Betätigungseinrichtung 3 wird über das Druckhalteventil 24 konstant gehalten.
Das externe Arbeitsfluid ist vorzugsweise bei der Brennkraftmaschine leicht verfügbares Motor- öl. In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung des Steuerkolbens 11 ist das Magnetventil 20 geoffnet, wodurch das Arbeitsfluid über das offene Magnetventil 20 und die Rückflussleitung 23 in den Tank 22 zurückgefördert wird. Die auf den Steuerkolben 11 einwirkende Feder 15 des Steuerzylinders 10 ist so stark ausgebildet, dass der Steuerkolben 11 bei geöffnetem Magnetventil 20 in seiner in Fig. 1 eingezeichneten Schliessstellung gehalten wird. Der aus dem Vorspeicher 6 kommende Kraftstoff kann in dieser Stellung nicht in den Düsenraum 8 gelangen, da über die Mantelfläche 11a des Steuerkolbens 11die Zuführöffnung 7a der Einspritzleitung 7 geschlossen ist. In der Einspritzleitung 7 noch vorhandener Restdruck wird über den Federraum 16 und die Rückflussleitung 17 abgebaut.
Diese beschriebene Stellung entspricht dem Absteuervorgang oder dem Einspritzende
Der Einspritzbeginn ist in Fig. 2 dargestellt. Der Rückfluss des externen Arbeitsfluids durch die Rückflussleitung 23 wird durch Schliessen des Magnetventils 20 unterbunden, wodurch das von der Pumpe 21 geförderte Arbeitsfluid in den Steuerraum 18 des Steuerzylinders 10 gelangt und den Steuerkolben 11 entgegen der Schliesskraft der Feder 15 axial verschiebt Der Druck in der Leitung 19 steigt dabei bis zu einem durch das Druckhalteventil 24 definierten Maximalwert, um dann konstant zu bleiben Durch den ringförmigen ersten Steuereinstich 12 geben die Steuerkanten 13 und
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14 die Eintritts- und Austrittsquerschnitte 7a und 7b frei und ermöglichen den Kraftstofffluss durch die Einspritzleitung 7 zum Düsenraum 8.
Durch geeignete Auslegung der Federkraft der Feder 15, des Durchmessers des Steuerkolbens 11 und des Arbeitsdruckes des Arbeitsfluids kann eine Optimierung an die jeweiligen Erfordernisse durchgeführt werden.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der im Gegensatz zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Voreinspritzung möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Steuerkolben 11' neben dem Steuereinstich 12' einen weiteren Steuereinstich 12" aufweist. Die Breite y dieses weiteren Steuereinstiches 12" muss dabei grösser sein als der axiale Abstand x zwischen Zuflussöffnung 7a und Abflussöffnung 7b am Steuerzylinder 10. Bei einem Einspritzvorgang wird der Steuerkolben 11' wie beschrieben entgegen der Kraft der Feder 15 axial ausgelenkt, wodurch kurzzeitig zufolge des Zusatzeinstiches 12" der Kraftstofffluss vom Vorspeicher 6 zum Düsenraum 8 freigegeben wird um anschliessend durch Überfahren der Schulter 25 zwischen den beiden Steuereinstichen 12' und 12" des Steuerkolbens 11' über die Zuflussöffnung 7a wieder unterbrochen zu werden.
Die Haupteinspritzung erfolgt erst, wenn der Steuereinstich 12' Zufluss- öffnung 7a und Abflussöffnung 7b wieder verbindet.
Um zu vermeiden, dass beim Schliessvorgang des Steuerkolbens 11' ein Nachspritzeffekt an der Einspritzdüse 9 auftritt, wird die Federkraft der Feder 15 und die Masse des Steuerkolbens 11' vorzugsweise so ausgelegt, dass das Überfahren des Steuereinstiches 12" über die Öffnungen 7a und 7b noch vor dem Schliessen der Düsennadel 9a erfolgt und dadurch nur eine Druckwellenänderung in der Einspritzleitung 7 erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE:
1 Speichereinspritzsystem für Dieselbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Kraftstoff direkt in den Brennraum einspritzenden Einspritzventil pro Zylinder, mit einem Hochdruck- kraftstoffzuführsystem mit einer Hochdruckpumpe, welche Kraftstoff aus einem Kraftstoff- behälter einem Hochdruckverteilerspeicher zuführt, welcher pro Zylinder über eine ein
Magnetventil aufweisende Betätigungseinrichtung mit einem die Düsennadel des Einspritz- ventils umgebenden Düsenraum strömungsverbindbar ist, wobei in einer der Öffnungsstel- lung des Einspritzventils zugeordneten Betätigungsstellung des Magnetventils die Öffnung der Düsennadel durch Druckbeaufschlagung des Düsenraumes entgegen einer Schliess- kraft erfolgt,
und wobei die Betätigungseinrichtung einen in der Hochdruckleitung zwischen
Vorspeicher und Düsenraum angeordneten Steuerzylinder mit einem axial verschiebbaren
Steuerkolben aufweist, der an einen über das Magnetventil mit Druck beaufschlagbaren
Steuerraum grenzt und in einer Stellung den Zufluss des Kraftstoffes in den Düsenraum sperrt und in einer anderen Stellung freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betäti- gungseinrichtung (3) einen vom Hochdruckkraftstoffzuführsystem (2) strömungsmässig ge- trennten Betatigungskreislauf mit einem externen Fluid, beispielsweise Motoröl, aufweist, wobei die Steuerung des Zuflusses zum Düsenraum (8) über durch zumindest einen vor- zugsweise nutförmigen Steuereinstich (12; 12', 12") gebildete Steuerkanten (13, 14 ; 13',
14', 13", 14") des Steuerkolbens (11, 11') erfolgt, weiche mit zumindest einer Mündungsöff- nung (7a;
7b) der Hochdruckleitung (7) in den Steuerzylinder (10) zusammenwirken.