DE19629107C2 - Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid in den Brennraum eines Dieselmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid in den Brennraum eines Dieselmotors, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Die Einspritzung eines Zusatzfluids, wie z. B. Wasser oder einer Kraftstoff-/Wasser- Emulsion, zusammen mit dem Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors ist hinsichtlich der Verringerung von Schadstoffemissionen, insbesondere des Ausstoßes von Stickoxiden und Rußpartikeln vorteilhaft.

In der deutschen Patentanmeldung P 195 23 878 wird eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in den Brennraum eines Dieselmotors beschrieben, bei der das zweite Fluid mittels eines von dem unter Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbaren Trennkolbens in den Düsenkörper der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und von dort in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt wird. Als Arbeitsmedium zum Betätigen des Trennkolbens dient der in einem Vorspeicher (Common Rail) unter hohem Druck vorgehaltene Kraftstoff. Die Zumessung des zweiten Fluids erfolgt einerseits über die geometrischen Abmessungen der Trennkolbeneinheit oder bei einer besonderen Ausgestaltung der dort beschriebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Hilfe einer Schaltvorrichtung.

Aus der DE 30 11 376 A1 geht eine Einrichtung zur Einspritzung von Zündkraftstoff und zündunwilligem Hauptkraftstoff als bekannt hervor. Der Zündkraftstoff wird einem Trennkolben vorgelagert, der durch Beaufschlagung mit dem von einer Einspritzpumpe unter Hochdruck gesetzten Hauptkraftstoff eingespritzt wird. Der Trennkolben ist mit einer Steuerkante ausgebildet, die zur Begrenzung der Menge des Zündkraftstoffs mit einem Anschlag zusammenwirkt. Durch eine Änderung der Drehlage des Trennkolbens kann der Hub des Trennkolbens und damit die Brennstoffmenge geändert werden. Die Einspritzung von Zündkraftstoff und zündunwilligem Hauptkraftstoff erfolgt über separate Injektoren.

In der DE 44 07 052 C1 ist eine Einspritzanlage zur Einspritzung eines Kraftstoffs und einer Zusatzflüssigkeit beschrieben. Die Zusatzflüssigkeit wird mit einem durch den Kraftstoffdruck beaufschlagten Trennkolben in den Einspritzpausen in der Einspritzdüse eingelagert. Die Einspritzung erfolgt mit dem von einer Einspritzpumpe geförderten Kraftstoff, wobei der Ausgang der Kraftstoffeinspritzpumpe durch ein Schaltventil abwechselnd mit der Einspritzleitung und einer zum Trennkolben führenden Hydraulikleitung verbunden ist. Eine Veränderung der Kraftstoffmenge erfolgt durch Verdrehung des mit einer Steuerkante ausgebildeten Kolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe.

Das in der DE 43 41 739 C1 dargestellte Einspritzsystem benutzt einen Druckspeicher zur Einspritzung von Kraftstoff und im Kraftstoff eingelagertem Wasser. Damit die Einlagerung von Wasser in den Einspritzpausen bei niedrigem Druck erfolgen kann, ist ein elektromagnetisches Ventil vorgesehen, das die Einspritzleitung in den Einspritzpausen mit einer Niederdruck-Rücklaufleitung verbindet. Zur Steuerung der Bewegungen des Ventilglieds des Einspritzventils dienen Drosseln und ein weiteres elektromagnetisches Ventil, das einen mit der Düsennadelrückseite verbundenen Steuerraum in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine druckbe- oder -entlastet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und eine unabhängige Zumessung der eingespritzten Kraftstoff- und Zusatzfluidmengen gestattet.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid in den Brennraum eines Dieselmotors geschaffen, die eine unabhängige Zumessung der in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzten Kraftstoff- und Zusatzfluidmengen gestattet. Die Einspritzvorrichtung verfügt über eine in einem Injektorgehäuse verschieblich angeordnete Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse und zur Abgabe von Kraftstoff aus einem die Düsennadel umgebenden Düsenraum in den Brennraum des Dieselmotors. Durch eine Kraftstoffzuführungsleitung wird unter hohem Druck stehender Kraftstoff zu dem Düsenraum zugeführt. Ein verschieblich angeordneter Verdrängerkolben fördert das Zusatzfluid aus einem dem Verdrängerkolben vorgelagerten Raum zur Bemessung des Zusatzfluids über eine Zusatzfluidzuführungsleitung in den Düsenraum. Erfindungsgemäß ist der Verdrängerkolben um seine Längsachse drehbar angeordnet und mittels einer Regeleinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs drehbar und mit einer Steuerkante versehen, die zur Bemessung der aus dem Zusatzfluidbemessungsraum dem Düsenraum zugeführten Menge des Zusatzfluids in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Verdrängerkolbens dient. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist es, daß die Zusatzfluidmenge unabhängig von der Kraftstoffinenge frei regelbar und ab- und zuschaltbar ist. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Art der Regelung der Zusatzfluidmenge.

Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Verdrängerkolben mit einem ein Kraftstoffvolumen in einen mit der Kraftstoffzuführungsleitung in Verbindung stehenden ersten Druckraum und einen mit dem Düsenraum in Verbindung stehenden zweiten Druckraum unterteilenden beidseits beaufschlagbaren Trennkolben gekoppelt ist. Der Trennkolben ist zur Zuführung von Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum in den Düsenraum unter Wirkung des im ersten Druckraum anstehenden Kraftstoffdrucks der Kraftstoffzuführungsleitung verschieblich angeordnet. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine bauliche Anordnung der Kraftstoff- und Zusatzfluidmengenzumessung in einem Gehäuse und ermöglicht weiterhin eine Zumessung der Kraftstoff- und Zusatzfluidmengen ohne daß Steuermengen anfallen würden.

Gemäß einer Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, daß die Menge des dem Düsenraum aus dem zweiten Druckraum zugeführten Kraftstoffs durch Einstellung des vom Trennkolben zurückgelegten Verschiebungswegs einstellbar ist. Hierdurch ist eine Zumessung der Kraftstoffinenge auf besonders einfache und genaue Weise möglich.

Vorteilhafterweise sind der Verdrängerkolben und der Trennkolben durch einen integralen Kolbenkörper gebildet. Hierdurch ist ein kompakter Aufbau der Kraftstoffeinspritzvorrichtung möglich.

Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, daß der erste Druckraum und der zweite Druckraum durch eine Überströmleitung miteinander in Verbindung stehen, die ein Kraftstoffmengensteuerventil enthält, wobei eine Vorrichtung zur Verschiebung des Trennkolbens im Sinne einer Vergrößerung des zweiten Druckraums vorgesehen ist. Der Trennkolben wird bei geöffnetem Kraftstoffmengensteuerventil unter der Wirkung der Vorrichtung zur Aufnahme einer vorgegebenen Kraftstoffmenge im Sinne einer Vergrößerung des zweiten Druckraums verschoben und ist bei geschlossenem Kraftstoffmengensteuerventil durch den Kraftstoffdruck zur Abgabe der vorgegebenen Kraftstoffmenge im Sinne einer Verkleinerung des zweiten Druckraums verschiebbar. Durch diese Ausgestaltung ist die Zumessung der Kraftstoffmenge auf besonders einfache und genaue Weise möglich.

Gemäß der Erfindung wirkt die Steuerkante des Verdrängerkolbens mit einem in der Wandung einer den Verdrängerkolben aufnehmenden Bohrung vorgesehenen Auslaß für das Zusatzfluid beim Vorschub des Verdrängerkolbens in der Weise zusammen, daß bei Erreichen des Auslasses der dem Verdrängerkolben vorgelagerte Zusatzfluidbemessungsraum durch die Steuerkante gegen den Zusatzfluidauslaß entlastet und damit die Förderung von Zusatzfluid vom Düsenraum beendet wird. Der Abstand von der Steuerkante zu dem Auslaß ist von dem Drehwinkel des Verdrängerkolbens abhängig, wodurch die zugemessene Zusatzfluidmenge einstellbar ist.

Die vorgenannte Ausführungsform kann dadurch weitergebildet sein, daß der Zusatzfluidbemessungsraum einen mit einem Rückschlagventil versehenen Zusatzfluideinlaß zur Zuführung des Zusatzfluids in den Zusatzfluidbemessungsraum bei Verschiebung des Verdrängerkolbens im Sinne einer Vergrößerung des Zusatzufluidbemessungsraums aufweist.

Gemäß einer Alternative ist die dem Düsenraum abgewandte Seite der Düsennadel über eine Steuerdruckzuflührungsleitung mit einem Steuerdruck im Sinne eines Schließens der Einspritzdüse beaufschlagbar. Zur Entlastung der dem Düsenraum abgewandten Seite der Düsennadel von dem Steuerdruck im Sinne eines Öffnens der Einspritzdüse unter Wirkung des im Düsenraum anstehenden Kraftstoffdrucks ist ein Düsennadelsteuerventil vorgesehen. Diese Ausgestaltung kann dadurch weitergebildet sein, daß der Steuerdruck über ein in der Steuerdruckzuführungsleitung vorgesehenes Steuerdruckventil der dem Düsenraum abgewandten Seite der Düsennadel zuführbar ist, oder alternativ, daß der Steuerdruck über eine in der Steuerdruckzuführungsleitung vorgesehene Drossel der dem Düsenraum abgewandten Seite der Düsennadel zuführbar ist.

Bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, dem Düsennadelsteuerventil einen federbelasteten Hilfsverdrängerkolben mit einem dem von der Düsennadel bei deren Öffnung von der dem Düsenraum abgewandten Seite verdrängten Volumen entsprechenden Volumen und eine Drossel nachzuschalten. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein besonders schnelles Öffnen und Schließen der Einspritzdüse durch die Düsennadel ermöglicht.

Gemäß einer Ausgestaltung ist eine die Düsennadel in die geschlossene Stellung der Einspritzdüse beaufschlagende Düsnennadelfeder vorgesehen.

Gemäß einer anderen Alternative ist es vorgesehen, daß in der Kraftstofzuführungsleitung ein dem Düsenraum vorgeschaltetes Düsennadelsteuerventil vorgesehen ist, das die Zuführung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuführungsleitung in den Düsenraum freigibt und ein Öffnen der Einspritzdüse durch Verschiebung der Düsennadel gegen die Kraft einer die Düsennadel in die geschlossene Stellung der Einspritzdüse beaufschlagenden Düsennadelfeder bewirkt. Durch eine solche passive Steuerung der Düsennadel durch die Düsennadelfeder ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung besonders einfach aufzubauen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Regeleinrichtung zur Verdrehung des Verdrängerkolbens um seine Längsachse durch eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung gebildet. Hierdurch ist ein besonders einfacher und kompakter Aufbau der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und ein zuverlässiger Betrieb derselben möglich.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisierte Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2a bis 2c perspektivische, etwas schematisierte Ansichten des bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Verdrängerkolbens für das Zusatzfluid in drei verschiedenen Phasen des Arbeitsablaufs;

Fig. 3 eine schematisierte Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 4 eine schematisierte Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Querschnittsansicht eine Darstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (Injektor) nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dient zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid, das beispielsweise Wasser oder eine Kraftstoff-/Wasser-Emulsion sein kann, in den Brennraum eines Dieselmotors.

In einem Injektorgehäuse 1 ist eine Düsennadel 2 verschieblich angeordnet, die an ihrem unteren Ende mit einer konischen Spitze versehen ist und dazu in der Lage ist eine Einspritzdüse 25 zu öffnen und zu schließen, durch welche der Kraftstoff und das Zusatzfluid in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird durch eine Kraftstoffzuführungsleitung 19 von einem durch eine Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) mit dem Kraftstoff versorgten ölelastischen Vorspeicher (Common Rail) mit Kraftstoff versorgt. In dem Injektorgehäuse 1 ist weiterhin ein Kolbenkörper 6 verschieblich angeordnet, der aus einem Trennkolben 6a und einem Verdrängerkolben 6b integral gebildet ist. Dem Verdrängerkolben 6b ist ein Raum 13 zur Bemessung des Zusatzfluids vorgelagert, aus welchem das Zusatzfluid durch die Wirkung des Verdrängerkolbens 6b über eine Zusatzfluidzuführungsleitung 26 in den die Düsennadel 2 umgebenden Düsenraum 21 gefördert wird.

Der Trennkolben 6a ist ein beidseits beaufschlagbarer Kolben, der in einer in dem Injektorgehäuse 1 ausgebildeten Bohrung verschieblich und auch drehbar gelagert ist. Der Trennkolben 6a teilt das Volumen der Bohrung in einen ersten Druckraum 23 und einen zweiten Druckraum 24. Der erste Druckraum 23 steht über eine Überströmleitung 18, die ein Kraftstoffmengensteuerventils 4 enthält, mit dem zweiten Druckraum in Verbindung. In die den Verdrängerkolben 6b aufnehmende Bohrung mündet ein Einlaß 10 und ein Auslaß 11 für das Zusatzfluid. An der Mantelfläche des Verdrängerkolbens 6b ist eine Steuerkante 12 ausgebildet, welche mit dem Auslaß 11 in einer später noch im einzelnen beschriebenen Weise zur Zumessung der von dem Verdrängerkolben 6b in den Düsenraum 21 geförderten Zusatzfluidmenge zusammenwirkt. An der Oberseite des Kolbenkörpers 6 ist eine aus einer Zahnstangen-Ritzel-Anordnung gebildete Regeleinrichtung 8 vorgesehen, durch die der Kolbenkörper 6 und damit der Verdrängerkolben 6b mit der dort ausgebildeten Steuerkante 12 verdreht werden kann, so daß sich die gegenseitige Lage von Steuerkante 12 und Auslaß 11 verändern.

Die Düsennadel 2 wird durch eine Düsennadelfeder 3 in ihrer geschlossenen Stellung gehalten. Auf der dem Düsenraum 21 entgegengesetzten Seite der Düsennadel 2 ist ein Steuerdruckraum 29 gebildet, welcher über eine Steuerdruckzuführungsleitung 14 mittels eines Steuerdrucks zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 25 beaufschlagbar ist. Die Steuerdruckzuführungsleitung 14 ist in zwei Zweige aufgespalten, von denen einer eine Drossel und der andere ein Steuerdruckventil 27 enthält. Von dem Steuerdruckraum 29 führt eine Entlastungsleitung, die ein Düsennadelsteuerventil 5 enthält, zu einem Steuermengenabfluß 15. Das Steuerdruckventil ist beispielsweise als hydraulisch betätigbares Ventil ausgebildet, das zum Schließen der Einspritzdüse die Steuerdruckzuführungsleitung 14 mit dem Steuerdruckraum 29 verbindet. Alternativ kann an Stelle des Steuerdruckventils in der Steuerdruckzuführungsleitung 14 auch eine Drossel vorgesehen sein.

In der Zusatzfluidzuführungsleitung 26 ist ein in Förderungsrichtung des Zusatzfluids durchgängiges Rückschlagventil 16 angeordnet. In dem Einlaß 10 für das Zusatzfluid ist ein Rückschlagventil 17 angeordnet, das in Strömungsrichtung des Einlasses durchgängig ist.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen die Art und Weise, wie der Verdrängerkolben 6b durch die an seinem Mantel ausgebildete Steuerkante 12 mit dem Auslaß 11 für das Zusatzfluid zusammenwirkt, um die von dem Verdrängerkolben 6b in den Düsenraum 21 und damit durch die Einspritzdüse 25 in den Brennraum des Dieselmotors geförderte Menge des Zusatzfluids zuzumessen. Der Verdrängerkolben 6b ist mit einer Steuerkante 12 versehen, die sich spiralförmig um diesen herum erstreckt und einen unterhalb der Steuerkante liegenden Bereich, in welchem der Verdrängerkolben 6b seinen vollen Radius aufweist, von einem oberhalb der Steuerkante 12 liegenden Bereich, in welchem der Verdrängerkolben 6b einen reduzierten Radius aufweist, trennt. Der oberhalb der Steuerkante 12 liegende Bereich mit reduziertem Radius ist über einen Steuerkanal 12a mit der Unterseite des Verdrängerkolbens 6b verbunden, so daß zwischen diesen beiden Bereichen eine Strömungsverbindung besteht, welche von dem Zusatzfluid in Richtung zu dem Auslaß 11 durchströmbar ist.

In der in Fig. 2a gezeigten Lage befindet sich der Verdrängerkolben 6b in seiner untersten Stellung. Bei der in Fig. 2b gezeigten Aufwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 6b wird durch den Einlaß 10 an der Unterseite des Verdrängerkolbens 6b Zusatzfluid in den dem Verdrängerkolben vorgelagerten Zusatzfluidbemessungsraum 13 angesaugt. Der Auslaß 11 für das Zusatzfluid kann durch den Verdrängerkolben 6b geöffnet oder verschlossen sein, was davon abhängig ist, ob sich der Auslaß 11 aufgrund der Winkellage des Verdrängerkolbens 6b oberhalb oder unterhalb der Steuerkante 12 befindet. In der in Fig. 2b gezeigten Lage des Verdrängerkolbens 6b ist der Auslaß 11 geöffnet. In der in Fig. 2c gezeigten Lage befindet sich der Verdrängerkolben 6b in seiner oberen Lage für den augenblicklichen Einspritzvorgang, die jedoch vom Betriebszustand des Motors abhängig ist und durch die Lage des Trennkolbens 6a bestimmt ist. Der Auslaß 11 für das Zusatzfluid ist jetzt geschlossen, und entsprechend der Hubhöhe h von der Steuerkante 12 bis zur Bohrung des Auslasses 11 wird bei der dann folgenden Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 6b das Zusatzfluid über die Zusatzfluidzuführungsleitung 26 in den Düsenraum 21 gefördert. Wenn die Steuerkante 12 bei der Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 6b die Bohrung des Auslasses 11 erreicht, wird der dem Verdrängerkolben 6b vorgelagerte Zusatzfluidbemessungsraum über den Steuerkanal 12a und den oberhalb der Steuerkante 12 liegenden Bereich, wo der Verdrängerkolben 6b einen reduzierten Radius aufweist, entlastet, so daß die Förderung des Zusatzfluids beendet ist.

Beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird die Menge des in den Brennraum des Motors einzuspritzenden Zusatzfluids mittels der Regeleinrichtung 8 durch Verstellung der Winkellage des Kolbenkörpers 6 und damit der Steuerkante 12 am Verdrängerkolben 6b eingestellt. Das Kraftstoffmengensteuerventil 4 wird auf Durchfluß "offen" geschaltet lind es herrscht Druckgleichheit oberhalb und unterhalb des Trennkolbens 6a. Infolge der von unten auf den Trennkolben 6a wirkenden Federkraft der Hilfsfeder 7 bewegt sich der Trennkolben 6a nach oben, wobei durch die Überströmleitung 18 Kraftstoff in den unterhalb des Trennkolbens 6a befindlichen zweiten Druckraum 24 gelangt. Gleichzeitig mit der Aufwärtsbewegung des Trennkolbens 6a und damit des Verdrängerkolbens 6b gelangt Zusatzfluid über den Einlaß 10 in den dem Verdrängerkolben 6b vorgelagerten Zusatzfluidbemessungsraum 13. Das Kraftstoffmengensteuerventil 4 bleibt solange geöffnet, bis sich in dem zweiten Druckraum 24 die Kraftstoffmenge befindet, die für den nachfolgenden Einspritzvorgang entsprechend dem Motorbetriebspunkt erforderlich ist. Dann wird das Kraftstoffmengensteuerventil 4 geschlossen.

Durch Öffnen des Düsennadelsteuerventils 5 wird der Steuerdruckraum 29 oberhalb der Düsennadel 2 gegen den Steuermengenabfluß 15 druckentlastet, wodurch sich an der Düsennadel 2 ein Kräfteungleichgewicht ergibt und sich die Düsennadel 2 nach oben bewegt, so daß sich die Einspritzdüse 25 öffnet und der Einspritzvorgang beginnt. Da sich somit vom Düsenraum 21 her der Druck in der Kraftstoffzuführungsleitung 19a zwischen dem zweiten Druckraum 24 und dem Düsenraum 21 und der Zusatzfluidzuführungsleitung 26 zu dem Zusatzfluidbemessungsraum 13 und dem zweiten Druckraum 24 hin abbaut, bewegt sich der Kolbenkörper 6 infolge des Überdrucks des Kraftstoffes im ersten Druckraum 23 abwärts und es werden der Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum 24 und das Zusatzfluid aus dem Zusatzfluidbemessungsraum 13 in den Düsenraum 21 gefördert und durch die Einspritzdüse 25 in den Brennraum des Motors eingespritzt. Bei der Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 6b wird solange das Zusatzfluid in den Düsenraum 21 gefördert, bis die Steuerkante 12 die Verbindung zum Auslaß 11 freigibt. Überschüssiges, nicht einzuspritzendes Zusatzfluid wird über den Auslaß 11 abgegeben. Das Ende des Einspritzvorgangs ist erreicht, wenn sich der Kolbenkörper 6 und damit der Trennkolben 6a und der Verdrängerkolben 6b an ihren unteren Endlagen befinden. Am Ende des Einspritzvorgangs wird nun das Düsennadelsteuerventil 5 gesperrt und durch schnellen Aufbau des über die Steuerdruckzuführungsleitung 14 zugeführten Steuerdrucks im Steuerdruckraum 29 bewegt sich die Düsennadel 2 schnell nach unten in die geschlossene Stellung.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der die Steuerung der Düsennadel 2 in einfacherer Art auf passive Weise ohne Zuhilfenahme eines Steuerdrucks erfolgt. Hierzu ist in der Kraftstoffzuführungsleitung 19a stromaufwärts des Düsenraums 21 ein Steuerventil 30 angeordnet, durch welches das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 25 durch den Druck des über die Kraftstoffzuführungsleitung 19 von dem ölelastischen Vorspeicher (Common Rail) zugeführten Kraftstoffs gesteuert wird. Zum Öffnen der Einspritzdüse 25 zu Beginn des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 30 geöffnet, so daß die Düsennadel 2 durch den dann anliegenden Kraftstoffdruck angehoben und die Einspritzdüse 25 geöffnet wird. Erreicht der Trennkolben 6a am Ende des Einspritzvorgangs seine untere Endlage, so fällt der Druck im Düsenraum 21 schlagartig ab und die Düsennadel 2 wird durch die Düsennadelfeder 3 nach unten gedrückt und verschließt die Düse. Bevor sich der Trennkolben 6a nach oben bewegt schaltet das Steuerventil 30 auf Durchfluß "gesperrt". Im Übrigen ist die Betriebsweise der in Fig. 3 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung die gleiche wie die bei der in Fig. 1 gezeigten.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei welcher Vorkehrungen getroffen sind, um das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 25 durch die Düsennadel 2 zu beschleunigen. Hierzu sind dem Düsennadelsteuerventil 5 in der den Steuerdruckraum 29 gegenüber den Steuermgenabfluß 15 entlastenden Leitung ein federbelasteter Hilfsverdrängerkolben 20 und eine Drossel 22 nachgeschaltet. Der Hilfsverdrängerkolben 20 ist in der Lage ein Volumen aufzunehmen, das dem aus dem Steuerdruckraum 29 auf dem von dem Düsenraum 21 abgewandten Seite der Düsennadel 2 verdrängten Volumen entspricht.

Zu Beginn des Einspritzvorgangs befindet sich der federbelastete Hilfsverdrängerkolben 20 in seiner unteren Lage. Beim Öffnen des Düsennadelsteuerventils 5 zu Beginn des Einspritzvorgangs wird durch den sich in der Entlastungsleitung aufbauenden Steuerdruck von dem Hilfsverdrängerkolben 20 ein zusätzliches Volumen geschaffen, in welches das Steuervolumen aus dem Steuerdruckraum 29 sofort aufgenommen wird, so daß ein Aufbau von Gegendruck verhindert wird und die Einspritzdüse 25 durch eine schnelle Bewegung der Düsennadel 2 in die geöffnete Stellung sehr schnell öffnet. Durch die nachgeschaltete Drossel 22 wird der Druck bis auf einen geeigneten Wert aufgebaut, der niedriger als der Kraftstoffdruck in dem ölelastischen Vorspeicher ist und durch den die Düsennadel 2 nicht nach unten bewegt wird. Wenn der Kolbenkörper 6 und damit der Trennkolben 6a und der Verdrängerkolben 6b ihre untere Endlage erreicht, fällt der Druck in dem Düsenraum 21 ab und die Düsennadel 2 schließt die Einspritzdüse 25 schnell. Anschließend wird das Düsennadelsteuerventil 5 geschlossen und der Einspritzvorgang ist beendet.

Abweichend von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Trennkolben 6a und der Verdrängerkolben 6b auch außerhalb des Injektorgehäuses 1 angeordnet sein, beispielsweise wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aus Platzmangel möglichst kompakt aufgebaut sein soll. Die Erfindung ist somit keineswegs auf Ausführungsformen beschränkt, bei denen die Kolbenanordnung und die Einspritzdüse in einem gemeinsamen Injektorgehäuse angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1

Injektorgehäuse

2

Düsennadel

3

Düsennadelfeder

4

Kraftstoffmengensteuerventil

5

Düsennadelsteuerventil

6

Kolbenkörper

6

a Trennkolben

6

b Verdrängerkolben

7

Hilfsfeder

8

Regeleinrichtung

9

Kraftstoffbemessungsraum

10

Einlaß für Zusatzfluid

11

Auslaß für Zusatzfluid

12

Steuerkante

12

a Steuerkanal

13

Zusatzfluidbemessungsraum

14

Steuerdruckzuführungsleitung

15

Steuermengenabfluß

16

Rückschlagventil

17

Rückschlagventil

18

Überströmleitung

19

Kraftstoffzuführungsleitung

19

a Kraftstoffzuführungsleitung

20

Hilfsverdrängerkolben

21

Düsenraum

22

Drossel

23

erster Druckraum

24

zweiter Druckraum

25

Einspritzdüse

26

Zusatzfluidzuführungsleitung

27

Steuerdruckventil

28

Düsennadelsteuerventil

29

Steuerdruckraum

30

Steuerventil

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid über eine gemeinsame Einspritzdüse in den Brennraum eines mit einem Common-Rail- Einspritzsystem ausgestatteten Dieselmotors, mit

• 1. - einer in einem Injektorgehäuse (1) verschieblich angeordneten Düsennadel (2) zum Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse und zur Abgabe von Kraftstoff aus einem die Düsennadel (2) umgebenden Düsenraum (21) in den Brennraum des Dieselmotors;
• 2. - einer Kraftstoffzuführungsleitung (19a) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff zu dem Düsenraum (21),
• 3. - einem beidseits beaufschlagbaren Trennkolben (6a) der ein Kraftstoffvolumen unterteilt in einen ersten Druckraum (23), der mit der Kraftstoffzuführungsleitung (19) in Verbindung steht und einen zweiten Druckraum (24), der mit dem Düsenraum (21) in Verbindung steht und unter Wirkung des im ersten Druckraum (23) anstehenden Kraftstoffdrucks der Kraftstoffzuführungsleitung verschieblich angeordnet ist;
• 4. - einem mit dem Trennkolben (6a) gekoppelten, verschieblich angeordneten Verdrängerkolben (6b) zur Förderung des Zusatzfluids aus einem dem Verdrängerkolben (6b) vorgelagerten Raum zur Bemessung des Zusatzfluids (13) über die Zusatzfluidzuführungsleitung (26) in den Düsenraum (21),

dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß der erste Druckraum (23) und der zweite Druckraum (24) durch eine Überströmleitung (18) miteinander in Verbindung stehen, die ein Kraftstoffmengensteuerventil (4) enthält, und daß eine Vorrichtung (7) zur Verschiebung des Trennkolbens (6a) im Sinne einer Vergrößerung des zweiten Druckraums (24) vorgesehen ist, wobei der Trennkolben (6a) bei geöffnetem Kraftstoffmengensteuerventil (4) unter der Wirkung der Vorrichtung (7) zur Aufnahme einer vorgegebenen Kraftstoffmenge im Sinne einer Vergrößerung des zweiten Druckraums (24) verschoben wird und bei geschlossenem Kraftstoffmengensteuerventil durch den Kraftstoffdruck zur Zuführung von Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum (24) in den Düsenraum (21) im Sinne einer Verkleinerung des zweiten Druckraums (24) verschiebbar ist;
• 2. - daß der Verdrängerkolben (6b) mittels einer Regeleinrichtung (8) innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs um seine Längsachse drehbar angeordnet und mit einer Steuerkante (12) versehen ist, welche mit einem in der Wandung einer den Verdrängerkolben (6b) aufnehmenden Bohrung vorgesehenen Auslaß (11) für das Zusatzfluid beim Vorschub des Verdrängerkolbens (6b) in der Weise zusammenwirkt, daß bei Erreichen des Auslasses (11) der dem Verdrängerkolben (6b) vorgelagerte Zusatzfluidbemessungsraum (13) durch die Steuerkante (12) gegen den Zusatzfluidauslaß (11) entlastet und damit die Förderung von Zusatzfluid zum Düsenraum (21) beendet wird, wobei der Abstand von der Steuerkante (12) zu dem Auslaß (11) vom Drehwinkel des Verdrängerkolbens (6b) abhängig ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des dem Düsenraum (21) aus dem zweiten Druckraum (24) zugeführten Kraftstoffs durch Einstellung des vom Trennkolben (6a) zurückgelegten Verschiebungswegs einstellbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkolben (6b) und der Trennkolben (6a) durch einen integralen Kolbenkörper (6) gebildet sind.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzfluidbemessungsraum (13) einen mit einem Rückschlagventil (17) versehenen Zusatzfluideinlaß (10) zur Zuführung des Zusatzflulds in den Zusatzfluidbemessungsraum (13) bei Verschiebung des Verdrängerkolbens (6b) im Sinne einer Vergrößerung des Zusatzfluidbemessungsraums (13) aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Düsenraum (21) abgewandte Seite der Düsennadel (2) über eine Steuerdruckzuführungsleitung (14) mit einem Steuerdruck im Sinne eines Schließens der Einspritzdüse beaufschlagbar ist, und daß ein Düsennadelsteuerventil (5) zur Entlastung der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite der Düsennadel (2) von dem Steuerdruck im Sinne eines Öffnens der Einspritzdüse (25) unter Wirkung des im Düsenraum (21) anstehenden Kraftstoffdrucks vorgesehen ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck über ein in der Steuerdruckzuführungsleitung (14) vorgesehenes Steuerdruckventil (27) der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite der Düsennadel (2) zuführbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck über eine in der Steuerdruckzuführungsleitung (14) vorgesehene Drossel der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite der Düsennadel (2) zuführbar ist.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Düsennadelsteuerventil (5) ein federbelasteter Hilfsverdrängerkolben (20) mit einem dem von der Düsennadel (2) bei deren Öffnung von der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite verdrängten Volumen entsprechenden Volumen und eine Drossel (22) nachgeschaltet sind.

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Düsennadel (2) in die geschlossene Stellung der Einspritzdüse (25) beaufschlagende Düsennadelfeder (3) vorgesehen ist.

10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffzuführungsleitung (19a) ein dem Düsenraum (21) vorgeschaltetes Düsennadelsteuerventil (30) vorgesehen ist, das die Zuführung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuführungsleitung (19a) in den Düsenraum (21) freigibt und ein Öffnen der Einspritzdüse (25) durch Verschiebung der Düsennadel (2) gegen die Kraft einer die Düsennadel (2) in die geschlossene Stellung der Einspritzdüse (25) beaufschlagenden Düsennadelfeder (3) bewirkt.

11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) zur Verdrehung des Verdrängerkolbens (6b) um seine Längsachse durch eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung gebildet ist.