DE19649139B4

DE19649139B4 - Einspritzvorrichtung für Kraftstoff-Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19649139B4
Application number: DE19649139A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bader; Georg Dr. Schweimer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: DE19649139A1

Abstract

Einspritzvorrichtung für Kraftstoff-Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, mit einer Hochdruck-Einspritzdüse (1), die an einen Zulauf (2) angeschlossen ist, wobei der Zulauf (2) mit einer Hochdruckpumpe (3) aus einem Kraftstofftank (4) gefüllt wird, und wobei die Hochdruck-Einspritzdüse (1) ein mit einer Drosselöffnung (13) versehenen Steuervolumen (12) aufweist, dessen Drosselöffnung (13) mit einem elektrisch steuerbaren Schaltventil (11) verschließbar ist, dessen magnetisch bewegtes Teil (16, 14) zumindest teilweise von Kraftstoff umströmt ist und das an einen Rücklauf (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (5) an eine Verbindungsleitung (10) zwischen einer Vorförderpumpe (7) mit einem Druckregelventil (8) und der Hochdruckpumpe (3) angeschlossen ist und dass das Druckregelventil (8) zur Erzeugung eines über dem Dampfdruck des Kraftstoffs liegenden Überdrucks vorgesehen ist, der klein gegenüber dem Hochdruck in der Hochdruck-Einspritzdüse (1) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für Kraftstoff-Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen Einspritzvorrichtungen wird die Öffnungsdauer der Hochdruck-Einspritzdüse durch das als Pilotventil fungierende Schaltventil gesteuert. Die elektromagnetisch bewirkte Öffnung des Schaltventils führt zu einem Druckabfall in dem Steuervolumen der Hochdruck-Einspritzdüse, wodurch diese geöffnet wird. Durch das Schließen des Schaltventils wird der Druck in dem Steuervolumen wieder aufgebaut, so dass auch die Hochdruck-Einspritzdüse wieder schließt. Der durch die Drosselöffnung in das Schaltventil strömende Kraftstoff wird über den Rücklauf üblicherweise in den Kraftstofftank zurückgeführt ( DE 44 06 901 A1 ).
Für die präzise Dosierung der Einspritzung durch das Hochdruck-Einspritzventil ist ein präzises und gleichmäßiges Funktionieren des Schaltventils Voraussetzung. Es hat sich gezeigt, dass der durch das Schaltventil strömende Kraftstoff im Schaltventil Schaum bildet, der in den Arbeitsspalt zwischen dem Joch des Elektromagneten und dem Anker als dem bewegten und vorzugsweise unmittelbar mit einer Ventilnadel versehenen Teil gelangt. Das Schaltventil öffnet, wenn der Elektromagnet bestromt wird, während die Schließbewegung regelmäßig durch eine Rückstellfeder verursacht wird. Die Rückstellkraft der Feder muss dabei so groß sein, dass der Flüssigkeitsfilm zwischen Joch und Anker aufgerissen wird, um so ein "hydraulisches Kleben" des Ankers am Joch zu verhindern. Der im Arbeitsspalt entstehende Schaum hat keine gleichmäßige Dichte und wirkt sich somit in unregelmäßiger Weise auf den Öffnungsvorgang des Ventils aus. Im Moment des Öffnens des Ventils besteht ein Gleichgewicht zwischen den beiden relativ großen Kräften Federvorspannung und momentane Magnetkraft. Der ungleichmäßige Schaumwiderstand wirkt sich im Gleichgewichtsmoment aus und führt zu einer zeitlichen Verschiebung der Öffnung des Schaltventils.

Üblicherweise wird bei durchströmten Schaltventilen versucht, die Rücklauföffnung so groß zu gestalten, dass möglichst die gesamte Flüssigkeit abfließt und insbesondere keine Flüssigkeit im Arbeitsspalt zwischen Joch und Anker des Schaltventils verbleibt. Eine solche Ausbildung ist für eine Einspritzvorrichtung für Kraftfahrzeuge nicht zweckmäßig.

Demgegenüber wird mit der DE 30 44 254 A1 eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einem Hochdruckspeicher, dem Brennstoff aus einem Reservoir mittels wenigstens einer Pumpe zuführbar ist und dem eine Druckregeleinrichtung zur Konstanthaltung eines einstellbaren Druckniveaus zugeordnet ist, von dem ferner Brennstoffzuleitungen abzweigen, von denen jede zum Brennstoffvorlageraum an der Ventilnadel eines Einspritzventiles führt und durch ein, von einer maschinensynchron gesteuerten Betätigungseinrichtung steuerbares Vorschaltventil absperrbar bzw. freigebbar ist, wobei vom absperrbaren, zwischen Brennstoffvorlageraum und Vorschaltventil gelegenen Teil jeder Brennstoffzuleitung eine Druckentlastungsleitung abzweigt, in die eine Drosselstelle eingeschaltet ist, vorgeschlagen, deren Druckentlastungsleitungen aller Einspritzventile in einen allen gemeinsamen Niederdruckspeicher münden, von dem eine Rücklaufleitung abzweigt und in dem mittels einer in letztere eingeschaltete Entlastungsdruckregeleinrichtung ein Brennstoffdruckniveau einstellbar sowie in einem bestimmten Verhälrtnis zu jenem des Hochdruckspeichers gehalten ist.

Der Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, bei einer Einspritzvorrichtung der eingangs erwähnten Art eine Verbesserung der Steuerung der Einspritzung zu erzielen.

Ausgehend von einer Einspritzvorrichtung für Kraftstoff-Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, mit einer Hochdruck-Einspritzdüse, die an einen Zulauf angeschlossen ist, wobei der Zulauf mit einer Hochdruckpumpe aus einem Kraftstofftank gefüllt wird, und wobei die Hochdruck-Einspritzdüse ein mit einer Drosselöffnung versehenes Steuervolumen aufweist, dessen Drosselöffnung mit einem elektrisch steuerbaren Schaltventil verschließbar ist, dessen magnetisch bewegtes Teil zumindest teilweise von Kraftstoff umströmt ist und das an einem Rücklauf angeschlossen ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Rücklauf an eine Verbindungsleitung zwischen einer Vorförderpumpe mit einem Druckregelventil und der Hochdruckpumpe angeschlossen ist und dass das Druckregelventil zur Erzeugung eines über dem Dampfdruck des Kraftstoffs liegenden Überdrucks vorgesehen ist, der klein gegenüber dem Hochdruck in der Hochdruck-Einspritzdüse ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hochdruckpumpe nicht selbst ansaugend ausgebildet ist.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Vorförderpumpe ständig arbeitend ausgebildet ist.

Wie die Erfindung noch vorsieht, ist die Vorförderpumpe über einen Ablauf des Druckregelventils mit dem Kraftstofftank verbindbar, wenn ein am Druckregelventil eingestellter Schwellendruck überschritten wird.

Besonders zweckmäßig ist es, die Rückläufe der Schaltventile einer Mehrzahl von Hochdruck-Einspritzdüsen miteinander zu verbinden und im zusammengeschalteten Zustand an die Überdruckeinrichtung anzuschließen.

Die Erfindung lässt sich mit besonderem Vorteil bei einer Mehrzahl von Hochdruck-Einspritzdüsen verwenden, die über eine gemeinsame Zuführung mit der Hochdruckpumpe verbunden sind (Common-Rail-Systeme).

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielens näher erläutert werden. Es zeigen:
1 äußerst schematisch eine an sich bekannte Einspritzvorrichtung
2 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Anschlussbereich des Rücklaufs
3 eine Schnittdarstellung eines Schaltventils.
1 zeigt eine Einspritzvorrichtung mit einer Mehrzahl von Hochdruck-Einspritzdüsen 1, die parallel an einen gemeinsamen Zulauf 2 angeschlossen sind. Der Zulauf 2 wird mit einer Hochdruckpumpe 3 aus einem Kraftstofftank 4 gefüllt.
Aufgrund der unten näher erläuterten Konstruktion der Hochdruck-Einspritzventile 1 wird ein geringer Anteil Kraftstoff nicht in den Verbrennungsraum eingespritzt, sondern fließt in den Tank 4 über einen gemeinsamen Rücklauf 5 zurück.
Gemäß dieser an sich bekannten Ausführungsform ist in den gemeinsamen Rücklauf 5 ein Überdruckventil 6 eingesetzt, durch das in dem Rücklauf 5 ein Überdruck von beispielsweise 3 bar eingestellt wird. Der Überdruck ist klein gegenüber dem Ausgangsdruck der Hochdruckpumpe 3, der über 150 bar liegt.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist erfindungsgemäß der nicht selbst ansaugenden Hochdruckpumpe 3 eine Vorförderpumpe 7 mit einem Druckregelventil 8 vorgeschaltet. Die ständig arbeitende Vorförderpumpe 7 pumpt über einen Ablauf 9 des Druckregelventils 8 in den Tank 4 zurück, wenn der am Druckregelventil 8 eingestellte Schwellendruck überschritten wird. Auf diese Weise besteht in der Verbindungsleitung 10 zwischen dem Druckregelventil 8 und der Hochdruckpumpe 3 ein konstanter Druck.
Rücklauf 5 ist an die Verbindungsleitung 10 zwischen Druckregelventil 8 und Hochdruckpumpe 3 angeschlossen, so daß der durch das Druckregelventil 8 eingestellte Druck nicht nur eingangsseitig von der Hochdruckpumpe 3 sondern auch im Rücklauf 5 wirksam ist. Bei dieser Schaltung des Rücklaufs 5 wird somit kein eigenes Überdruckventil benötigt.
3 verdeutlicht den Aufbau eines Schaltventils 11 innerhalb des Hochdruck-Einspritzventils 1. Das Hochdruck-Einspritzventil 1, dessen Haupt-Einspritzkolben nicht dargestellt ist, weist in dem dem Schaltventil 11 benachbarten Bereich ein Steuervolumen 12 auf, in dem sich der Hochdruck einstellt, wenn eine Drosselbohrung 13, die vom Steuervolumen 12 zum Schaltventil 1 führt, durch eine Ventilnadel 14 verschlossen ist. Die Drosselbohrung 13 kann dabei zur Ventilnadel 14 hin als Ventilsitz 15 ausgebildet sein.
Die Ventilnadel 14 bildet einen Teil eines flanschförmigen Ankers 16, der einen großflächigen Arbeitsspalt 17 mit einem Joch 18 einer Magnetspule 19 ausbildet.
Im nicht bestromten Zustand der Magnetspule 19 drückt eine im Magnetjoch 18 gelagerte Druckfeder 20 den Anker 16 in Richtung Steuervolumen 12 und somit die Magnetnadel 14 gegen den Ventilsitz 15.
Wird die Magnetspule 19 bestromt, überwindet die magnetische Anziehungskraft die Vorspannung der Feder 20 und zieht den Anker 16 gegen das Joch 18. Durch die Öffnung des Schaltventils 11 fällt der Druck in dem Steuervolumen 12 ab, wodurch die Hochdruck-Einspritzdüse 1 öffnet. Am Ende des impulsförmigen Stromflusses durch die Magnetspule 19 schließt die Feder 20 das Schaltventil 11 wieder, wodurch auch die Hochdruck-Einspritzdüse 1 geschlossen wird, der Einspritzvorgang also beendet wird.
Das Schaltventil 11 weist im unteren Bereich eine Öffnung 21 auf, die mit dem Rücklauf 5 verbunden ist.
Die Ablauföffnung 21 kann normal dimensioniert sein, da der in dem Rücklauf 5 erfindungsgemäß ausgebildete Überdruck das Schaltventil 11 mit Flüssigkeit gefüllt hält und eine Schaumbildung durch Verdampfen des Kraftstoffs verhindert.

Claims

Einspritzvorrichtung für Kraftstoff-Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, mit einer Hochdruck-Einspritzdüse (1), die an einen Zulauf (2) angeschlossen ist, wobei der Zulauf (2) mit einer Hochdruckpumpe (3) aus einem Kraftstofftank (4) gefüllt wird, und wobei die Hochdruck-Einspritzdüse (1) ein mit einer Drosselöffnung (13) versehenen Steuervolumen (12) aufweist, dessen Drosselöffnung (13) mit einem elektrisch steuerbaren Schaltventil (11) verschließbar ist, dessen magnetisch bewegtes Teil (16, 14) zumindest teilweise von Kraftstoff umströmt ist und das an einen Rücklauf (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (5) an eine Verbindungsleitung (10) zwischen einer Vorförderpumpe (7) mit einem Druckregelventil (8) und der Hochdruckpumpe (3) angeschlossen ist und dass das Druckregelventil (8) zur Erzeugung eines über dem Dampfdruck des Kraftstoffs liegenden Überdrucks vorgesehen ist, der klein gegenüber dem Hochdruck in der Hochdruck-Einspritzdüse (1) ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (3) nicht selbst ansaugend ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (7) ständig arbeitend ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (7) über einen Ablauf (9) des Druckregelventils (8) mit dem Kraftstofftank (4) verbindbar ist, wenn ein am Druckregelventil (8) eingestellter Schwellendruck überschritten wird.
Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückläufe (5) der Schaltventile (11) einer Mehrzahl von Hochdruck-Einspritzdüsen (1) miteinander verbunden und zusammengeschaltet an die Verbindungsleitung (10) angeschlossen sind.
Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Hochdruck-Einspritzdüsen (1) über einen gemeinsamen Zulauf (2) mit der Hochdruckpumpe (3) verbunden sind.