DE19706467C1 - Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führen­ den und durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrba­ ren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich abstützen­ den und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsenna­ delfeder, ferner mit einem auf der Rückseite des unter System­ druck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum sowie ei­ nem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleich­ zeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführlei­ tung aufhebbar ist, welche in einem zwischen Steuerkolben und Düsennadel liegenden Bereich mit der Entlastungsleitung in Ver­ bindung steht.

Aus der DE 196 12 738 A1 ist ein derartiges Speichereinspritz­ system für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem jedes direkt­ einspritzende Kraftstoffeinspritzventil auf der Rückseite der federbelasteten Düsennadel einen den Federraum begrenzenden und mit der Düsennadel zusammenwirkenden Steuerkolben aufweist. Der Federraum steht über eine Leitung mit der Leckölleitung des Einspritzventiles in Verbindung.

Im Falle einer Funktionsstörung des Einspritzventiles, sei es durch ein defektes Magnetventil oder einen klemmenden Steuer­ kolben, ergibt sich eine ständige Hochdruckverbindung zur Düse, die zu erheblichen Motorschäden führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige direktein­ spritzende Kraftstoffeinspritzventile des Speichereinspritzsy­ stemes mit Maßnahmen zu versehen, durch die auf einfache Weise beim Auftreten eines Defektes am Kraftstoffeinspritzventil No­ torschäden vermieden werden und darüber hinaus ein Notfahrbe­ trieb des Fahrzeugs dennoch möglich ist.

Die Aufgabe wird durch im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch die einfache Maßnahme, nämlich eine besondere Verbindung zum Federraum hin zu schaffen, ist bei funktionsgestörten Ein­ spritzventilen sichergestellt, daß diese Ventile bei fehlender Einspritzpause, nämlich bei unzulässig langer Einspritzdauer, selbständig schließen, sobald der Druck im Federraum einen Wert übersteigt, der der Differenz aus Systemdruck und Schließdruck entspricht.

Aus der US 5 109 822 ist ein Speichersystem für eine mehrzylin­ drige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten direktein­ spritzenden Kraftstoffeinspritzventilen bekannt, die zwar eine Drosselanordnung aufweisen, die aber nicht die Funktion einer Sicherheitseinrichtung hat, sondern dazu dient, auf das mög­ lichst schnelle Nadelschließen unterstützend einzuwirken.

Erfindungsgemäß kann der Federraum über eine einzige Festdros­ sel befüllt und entlastet werden. Bei optimaler Auslegung die­ ser Festdrossel für eine Maximaleinspritzmenge bei maximalem Raildruck wäre es wünschenswert, auch bei kleinen Raildrücken eine genügend große Einspritzmenge einzuspritzen.

Als weitere vorteilhafte Lösung ist daher vorgesehen, die Be­ füllung des Federraumes von dem Raildruck abhängig zu machen, indem eine zusätzliche kleinere Drossel eingesetzt ist, die le­ diglich bei kleinen Raildrücken wirksam ist. Weitere Einzelhei­ ten sind der Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol­ genden anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer zwischen Zu­ führleitung und Federraum angeordneten einzigen Fest­ drossel,

Fig. 2 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einer aus zwei Drosseln bestehenden Drosselanordnung und

Fig. 3 Druckverläufe, Injektoransteuerung und Nadelhub des In­ jektors bei störungsfreiem Betrieb und Vollastein­ spritzmenge in schematisch Darstellung und

Fig. 4 gleiche Verläufe bei defektem Injektor.

Ein magnetventilgesteuertes direkteinspritzendes Kraftstoffein­ spritzventil 1 (Injektor) für ein nicht näher dargestelltes Speichereinspritzsystem bzw. Common Rail-System einer mehrzy­ lindrigen Brennkraftmaschine besteht aus einer zu einem Steuer­ kolben 2 führenden Zulaufbohrung 3, von der eine Verbindungsleitung 4 abzweigt und über eine Zulaufdrossel 4a in einen Steuerraum 5 auf der Rückseite des Steuerkolbens 2 mündet. Der von dem Steuerkolben 2 begrenzte Steuerraum 5 ist durch ein Ma­ gnetventil 6 mit einer Entlastungsleitung 7 verbindbar.

Der im Steuerraum 5 unter Systemdruck stehende Steuerkolben 2 liegt auf seinem Ventilsitz 8 auf und unterbricht die Hoch­ druckverbindung über eine zur Düsennadel 9 führende Zuführlei­ tung 10.

Die Düsennadel 9 wird durch eine im Federraum 11 geführte Dü­ sennadelfeder 12 auf ihren Nadelsitz 13 gepreßt. Federraum 11 und Zuführleitung 10 sind durch eine seitlich in den Federraum 11 mündende Leitung 14 (Fig. 1) miteinander verbunden, wobei die Leitung 14 durchmessermäßig kleiner als die Zuführleitung 10 ist und somit als einfache Festdrossel 15 wirkt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung zweigt die Leitung 14 von der Zuführleitung 10 oberhalb des Federraumes 11 ab und mündet nach einem Bogen 16 zentral in den Federraum 11. Die Leitung 14 entspricht zunächst durchmessermäßig der Zuführleitung 10, weist jedoch im federseitigen Mündungsbereich eine Festdrossel 15′ auf, an der sich eine zusätzliche Drossel 20 mit relativ kleinem Durchmesser anschließt. Diese Drossel 20 ist in einem in dem Federraum 11 gegen Federkraft längsverschiebbar geführ­ ten Füllstück 19 angeordnet, das als Tellerventil ausgebildet ist und sich aus einem der großen Festdrossel 15′ zugewandten Ventilteller 17 und einem Ventilschaft 21 zusammensetzt. Der Ventilschaft 21 ist von der Düsennadelfeder 12 umgeben, die sich einerseits an einem auf der Düsennadel 9 aufliegenden Fe­ derteller 22 und andererseits an dem Ventilteller 17 abstützt. Zwischen beiden Drosseln ist eine Ausnehmung 23 vorgesehen, die entweder im Gehäuseteil 24 des Kraftstoffeinspritzventiles 1 oder im Füllstück 19 eingearbeitet ist, um eine sichere Strö­ mungsverbindung von der einen zur anderen Drossel bei Ausgangs­ stellung des Füllstückes 19 zu gewährleisten.

In Fig. 3 sind Druckverläufe, Injektoransteuerung und Nadelhübe des Einspritzventiles 1 gezeigt, die sich bei intaktem Betrieb und bei Vollasteinspritzmenge ergeben, wobei im einzelnen die Kurve a den Ansteuerstrom des Magnetventiles 6 in einfacher Form darstellt, wodurch sich über dem Steuerkolben 2 der an sich bei Common Rail-Systemen bekannte Druckverlauf b ein­ stellt. Durch die Bewegung des Steuerkolbens 2 erfolgt eine Hochdruckverbindung zum Düsenvorraum, dessen Druckverlauf durch die Kurve c gekennzeichnet ist. Bei Erreichen des Öffnungsdruc­ kes hebt die Düsennadel 9 von ihrem Nadelsitz 13 ab, wobei ihr Nadelhub durch die Kurve f wiedergegeben ist.

Während der Einspritzung baut sich im Federraum 11 ein Druck e auf, der zum einen durch die Verdrängung der Düsennadel 9 und zum anderen durch den Zufluß über die Festdrossel 15 hervorge­ rufen wird. Der maximale Druck im Federraum 11 liegt unterhalb eines Grenzdruckes, der durch die punktierte Linie d angedeutet ist. Durch das Ende der Magnetventilbestromung steigt der Steu­ erkolbendruck b an, die Hochdruckverbindung wird aufgehoben und der Druck an der Düsennadel 9 fällt bis auf Schließdruck und anschließend durch Leckage durch eine gedrosselte Leitungsver­ bindung zu der Entlastungsleitung auf einen niedrigen Wert ab. Gleichzeitig entleert sich auch der Federraum 11 über die Fest­ drossel 15.

In Fig. 4 sind die gleichen Verläufe gezeigt, allerdings bei de­ fektem Magnetventil 6, das z. B. nicht schließt, oder bei klem­ mendem Steuerkolben 2 mit daraus resultierender ständiger Hoch­ druckverbindung zur Düse. Hierbei würde zum Zeitpunkt x der Druck im Federraum 11 den Grenzdruck e erreichen. Die Düsennadel 9 würde dann an ihrer Druckschulter 9a und an ihrer Nadel­ spitze mit Systemdruck und auf ihrer Rückseite im Federraum 11 mit dem Grenzdruck e und der Federkraft der Düsennadelfeder 12 belastet.

Das bedeutet, daß die Düsennadel 9 selbständig schließt, sobald der Druck im Federraum 11 einen Wert übersteigt, der der Diffe­ renz aus Systemdruck und Schließdruck entspricht. Dieser Druck wird als Grenzdruck definiert. Die Festdrossel 15 ist so ausge­ legt, daß in allen normalen Betriebszuständen dieser Grenzdruck plus Sicherheitsabstand nicht erreicht wird.

Die beschriebene Ausführung gemäß Fig. 1 bewirkt also, daß bei fehlender Einspritzpause (Defekt im System) nur eine festlegba­ re Maximalmenge eingespritzt werden kann und somit keine Gefahr für den Motor besteht.

Das System ist in gewissem Grade selbstkompensierend. Bei klei­ nen Systemdrücken ist nämlich der Grenzdruck niedriger, die Druckdifferenz an der Drossel 15 ist gleichermaßen niedriger und verzögert somit die Befüllung des Federraumes 11.

Der Federraum 11 wird - wie beschrieben - über eine einzige Drossel, die Festdrossel 15, befüllt und entlastet. Würde die Festdrossel 15 für eine maximale Einspritzmenge bei maximalem Raildruck optimal ausgelegt werden, so würden allerdings bei kleinen Raildrücken keine genügend großen Einspritzmengen ein­ gespritzt werden können.

Um dennoch eine optimale Auslegung aller Raildruckbereiche zu erreichen, ist eine Komfortausführung gemäß Fig. 2 vorgesehen. Die Befüllung des Federraumes 11 geschieht über die Leitung 14 mit großer Festdrossel 15′ und über die den Ventilteller 17 des Füllstückes 19 diagonal durchsetzende kleine Drossel 20.

Bei großen Raildrücken hebt das Füllstück 19 von einem als Sitz ausgebildeten Gehäuseanschlag 25 ab. In diesem Fall ist ledig­ lich die Festdrossel 15′ mit dem großen Durchmesser wirksam.

Bei kleinen Raildrücken bleibt das Füllstück 19 auf seinem Sitz, somit wirkt allein die Drossel 20 mit dem kleinen Durch­ messer und sorgt auf diese Weise für eine entsprechend langsame Befüllung. Die Entlastung des Federraumes 11 ist zeitunkritisch und erfolgt in jedem Fall über die kleine Drossel 20.

Auch diese Ausführung bietet gleichermaßen für alle Betriebsbe­ reiche Sicherheit bei Defekten am Magnetventil 6 oder am Steu­ erkolben 2.

Claims (7)

1. Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraft­ maschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führenden und durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbaren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich abstützenden und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsennadelfeder, ferner mit ei­ nem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuer­ kolbens angeordneten Steuerraum sowie einem mit diesem zusam­ menwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung auf hebbar ist, wel­ che über eine gedrosselte Leitungsverbindung ebenfalls mit der Entlastungsleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Zuführleitung (10) mit dem Federraum (11) verbin­ dende Leitung (14, 16) unter Zwischenschaltung einer Drosselan­ ordnung (15, 15′, 20) vorgesehen ist, wobei die Drosselanordnung (15, 15′, 20) so ausgelegt ist, daß bei einer auf einer Funkti­ onsstörung des Einspritzventiles (1) beruhenden unzulässig lan­ gen Einspritzdauer der Druck im Federraum (11) derart steigt, daß dadurch die Düsennadel (9) in ihre Schließstellung bewegt wird.

2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zuführleitung (10) und den Federraum (11) verbin­ dende Leitung (14) zugleich eine bei allen Kraftstoffdrücken wirksame einzige Festdrossel (15) bildet.

3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (14, 16) zugleich eine lediglich bei hohen Kraftstoffdrücken wirksame Festdrossel (15′) bildet und daß dieser eine querschnittsmäßig kleinere und lediglich bei klei­ nen Kraftstoffdrücken wirksame Drossel (20) in Richtung des Fe­ derraumes (11) nachgeschaltet ist.

4. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Drossel (20) in einem Füllstück (19) angeordnet ist, welches im Federraum (11) gegen eine Federkraft längsver­ schieblich geführt ist.

5. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstück als Tellerventil ausgebildet ist, dessen der großen Festdrossel (15′) zugewandter Ventilteller (17) von der kleinen Drossel (20) durchsetzt ist, die bei kleinen Kraft­ stoffdrücken lediglich eine Verbindung von der großen Festdros­ sel (15′) über die kleine Drossel (20) in den Federraum (11) zuläßt, und daß bei großen Kraftstoffdrücken nach Abheben des Ventiltellers von seinem als Sitz ausgebildeten Gehäuseanschlag (25) eine direkte Verbindung von der großen Festdrossel (15′) in den Federraum (11) hergestellt ist.

6. Speichereinspritzsystem nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Federraum (11) umgebende Gehäuseteil des Einspritz­ ventiles (1) im federseitigen Mündungsbereich der großen Fest­ drossel (15′) eine von dem Ventilteller überdeckte Ausnehmung (23) aufweist, die die große Festdrossel (15′) mit der kleinen Drossel (20) verbindet.

7. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (17) einen von der Düsennadelfeder (12) umgebenden Ventilschaft (21) aufweist und daß sich die Düsenna­ delfeder (12) einerseits an einem auf der Rückseite der Düsen­ nadel (9) aufliegenden Federteller (22) und andererseits an dem Ventilteller (17) abstützt.