DE3228193C2

DE3228193C2 - Brennstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE3228193C2
Application number: DE3228193A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Kojima; Hideaki Komada; Tomonori Higashi Matsuyama Saitama Ohie
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1985-12-05
Also published as: US4448168A; JPS5820959A; DE3228193A1; JPH0223708B2; GB2104158B; GB2104158A

Abstract

Eine Brennstoff-Einspritzdüse für einen Diesel-Motor wird von einem Druckverstärker mit einer im Druck verstärkten Brennstoffmenge versorgt und für den Beginn sowie die Beendigung des Einspritzens durch ein hydraulisch gesteuertes Düsennadel-Stellglied betätigt. Ein Schaltventilaggregat wird so gesteuert, um in ausgewählter Weise dem Druckverstärker unter Druck stehendes Arbeitsmittel zuzuführen, so daß die druckverstärkte Brennstoffmenge die Einspritzdüse erreicht. Das Schaltventilaggregat weist ein Paar von Ventilen der Tellerbauart auf, von denen jedes durch ein elektromagnetisch geschaltetes Steuerventil betätigt wird, was auf Grund der hohen Folge an Schalttätigkeiten einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb erreichen und eine große Menge an Arbeitsmittel aufnehmen läßt. Jedem der Tellerventile ist ein manuell oder automatisch einstellbarer Hubbegrenzer zugeordnet, um die Menge des durch das Ventil zum Druckverstärker, der den Brennstoff-Einspritzdruck an der Einspritzdüse diktiert, strömenden Arbeitsmittels zu regeln.

Description

— ein erstes Schaltventil (26) der Tellerbauart mit einer ersten öffnung (26a,), die mit dem Ausgang der Schaltventilanordnung (24) verbunden ist, einer zweiten öffnung (26b), an der der Förderdruck der Flüssigkeitspumpe (12) anliegt, einer dritten (Steueröffnung (26c) und einem verschiebbaren Regelorgan (34) mit einem Drosselkanal (34a), der die zweite mit der dritten öffnung (26b, 26c) verbindet,

— ein erstes Steuerventil (30), das der Steueröffnung (26c) den Arbeitsmitteldruck des Flüssigkeitsbehälters (10) zuführt,

— ein zweites Schaltventil (28) der Tellerbauart mit einer ersten öffnung (2&a), die mit dem Ausgang der Schaltventilanordnung (24) verbunden ist, einer zweiten öffnung (2Sb) an der der Arbeitsmitteldruck des Flüssigkeitsbehälters (10) anliegt, einer dritten (Steueröffnung (2Sc) und einem verschiebbaren Regelorgan (38) mit einem Drosselkanal (3Sa), der die erste Öffnung (28a,} mit der Steueröffnung (28c^ verbindet, und

— ein zweites Steuerventil (32), das der Steueröffnung (28c^ den Arbeitsmitteldruck des Flüssigkeitsbehälters (10) zuführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Schaltventile (26, 28) zur Einstellung des Hubes des jeweiligen Regelorgans (34, 38) ein einstellbarer Hubbegrenzer (42, 44) zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbegrenzer (42, 44) von Hand betätigbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbegrenzer (42, 44) von einer vom Steuergerät (50) gesteuerten drehenden Einrichtung betätigbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehende Einrichtung ein Stellmotor ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Einspritzeinrichtung ist in der DE-OS 32 01 818 beschrieben.

Die bekannte Brennstoffeinspritzeinrichtung, die für die Brennstoffversorgung von Dieselmotoren bestimmt ist, weist einen Druckverstärker auf, der den von einer Brennstoffpumpe gelieferten Brennstoffdruck erhöht und einer Einspritzdüse zuführt Mit der Einspritzdüse ist ein Düsennadel-Stellglied in Wirkverbindung, das durch eine an ihm wirkende Druckdifferenz betätigt wird, um den Einspritzvorgang an der Einspritzdüse zu beginnen und zu beenden. Ein erster hydraulischer Kreis liefert über eine Flüssigkeitspumpe einen Förderdruck eines Arbeitsmittels zu einem Schaltventil, das mit der Niederdruckseite des Druckverstärkers in Verbindung steht Ein zweiter hydraulischer Kreis liefert einen im wesentlichen dem Atmosphärendruck entsprechenden Arbeitsmitteldruck ebenfalls zu dem Schaltventil. Dieses führt der Niederdruckseite des Druckverstärkers entweder den Arbeitsmitteldruck oder den Förderdruck zu. Das Schaltventil ist elektromagnetisch bclätigt, seine Steuerung erfolgt durch ein Steuergerät, in das vom Betrieb der mit Brennstoff zu versorgenden Maschine abgeleitete Steuergrößen einfließen.

Die mit einem elektromagnetisch betätigten Schaltventil der vorgenannten Art zu erreichende maximale Schalthäufigkeit ist nicht höher als fünfmal pro Sekunde, die Ansprechgeschwindigkeit desselben ist gering. Einer Beschleunigung der Arbeitsweise der beschriebenen Brennstoffeinspritzeinrichtung sind daher enge Grenzen gesetzt. Ein weiterer Nachteil des genannten Ventils besteht darin, daß es für die Aufnahme größerer Flüssigkeitsströmungsmengen nicht geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen Betrieb mit hoher Schaltgeschwindigkeit und großer Flüssigkeitsströmungsmenge an der Schaltventilanordnung zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung löst nicht nur die gestellte Aufgabe, sondern sie weist zugleich auch die Möglichkeit auf, durch weiterbildende Ausgestaltungen den Brennstoffeinspritzdruck entweder von Hand oder automatisch zu regeln.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Einspritzung von Brennstoff (Brennstoff-Einspritzsystem),

Fig. 2 ein verschiedene Betriebskennwerte, die mit dem in Fig. 1 gezeigten Brennstoff-Einspritzsystem zu erreichen sind, darstellendes Kurven-Diagramm,

Fig.3 eine Teil-Ansichts- bzw. Teil-Schnittdarstellung einer Schaltventilanordnung, die dem in F i g. 1 gezeigten Brennstoff-Einspritzsystem eingeliedert ist.

Das in Fig. 1 gezeigte Brennstoff-Einspritzsystem weist einen Hydraulik-Flüssigkeitsbehälter 10 auf, in dem das hydraulische Arbeitsmittel unter im wesentlichen atmosphärischem Druck gespeichert ist. Eine Flüssigkeitspumpe 12 setzt das Arbeitsmittel vom Flüssigkeitsbehälter 10 unter Druck und fördert es durch ein Filter 16 sowie ein Rückschlagventil 18 zu einem Speieher 14. Ein Überschuß an von der Flüssigkeitspumpe 12 geförderter Flüssigkeit geht über ein Entlastungsventil 20 zum Flüssigkeitsbehälter 10 zurück. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit wird über einen elektromagnetisch betätigten Druckregler 22 einer Schaltventilanordnung 24 zugeführt, die das herausragende Merkmal des Erfindungsgegenstandes darstellt.

Die Schaltventilanordnung 24 besteht aus zwei Schaltventilen 26, 28 der Tellerbauart und aus zwei

Steuerventilen 30 sowie 32, die der Betätigung der Schaltventile 26 bzw. 28 dienen.

Das erste Schaltventil 26 hat eine stirnseitige öffnung 26a, eine seitliche öffnung 266 sowie eine Steueröffnung 26c Das Arbeitsmittel von der Flüssigkeitspumpe 12 wird der seitlichen öffnung 266 des Schaltventils 26 zugeführt in dem ein Regelorgan 34 verschiebbar aufgenommen ist, das gegen eine eine Kraft von relativ geringer Größe ausübende Feder 36 abgestützt ist Wenn das Regelorgan 34 an einem Sitz 116 des Ventils 26 anliegt so unterbricht es eine Verbindung zwischen der stirnseitigen sowie seitlichen Öffnung 26a bzw. 266. Durch das Regelorgan 34 zieht sich ein Drosselkanal 34a, der eine Verbindung zwischen der seitlichen öffnung266sowiederSteueröffnung26cherstellt

In gleichartiger Weise ist das zweite Ventil 28 mit einer stirnseitigeri öffnung 28a, einer seitlichen Öffnung 286 sowie einer Steueröffnung 28c ausgestattet, wobei die seitliche öffnung 286 mit dem Flüssigkeitsbehälter 10 in Verbindung steht Im Schaltventil 28 ist ein Regelorgan 38 verschiebbar, das durch eine Feder 40 zur Anlage an einem Sitz 126 am Schaltventil 28 gebracht wird, wobei normalerweise die Verbindung zwischen stirnseitiger sowie seitlicher öffnung 28a und 286 unterbrochen ist Die Kraft der Feder 40 ist ebenso gering wie die der Feder 36. Ein Drosselkanal 38a zieht sich durch das Regelorgan 38, um zu ermöglichen, daß die stirnseitige Öffnung 28a sowie die Steueröffnung 28c miteinander in Verbindung bleiben. In die Schaltventile 26, 28 sind jeweils verstellbare Hubbegrenzer 42 bzw. 44 eingebaut die den Hubweg des zugeordneten Regelorgans einstellbar machen.

Steuerkanäle 46,48 zweigen von einer (nicht bezeichneten) Leitung ab, die eine Verbindung zwischen der seitlichen öffnung 286 des Schaltventils 28 mit dem Flüssigkeitsbehälter 10 herstellt, und enden jeweils an den Steueröffnungen 26c bzw. 28c. Erste und zweite Steuerventile 30 und 32, beide von einer Hochgeschwindigkeitsbauart und elektromagnetisch betätigt, sind jeweils in den Steuerkanälen 46 bzw. 48 angeordnet. Mit ihnen wird die Verbindung jeder stirnseitigen Steueröffnung 26c oder 28c mit dem Flüssigkeitsbehälter in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Steuerventils 30 oder 32 geregelt, und das geschieht mit Hilfe eines noch näher zu beschreibenden Steuergeräts 50.

Wenn das erste Steuerventil 30 offen und das zweite Steuerventil 32 geschlossen ist, so wird die Steueröffnung 26c des ersten Schaltventils 26 mit dem Flüssigkeitsbehälter 10 verbunden und damit drucklos. Dann wird das Regelorgan 34 durch das unter Druck stehende, der seitlichen öffnung 266 zugeführte Arbeitsmittel gegen die Feder 36 bewegt. Zwischenzeitlich bleibt das Regelorgan 38 des zweiten Schaltventils 2t auf Grund der Geschlossenstellung des zweiten Steuerventils 32 geschlossen. Damit kann das Arbeitsmittel von der seitliehen Öffnung 266 zur stirnseitigen öffnung 26a des ersten Schaltventils 26 fließen. Im anderen Fall, wobei das erste Schaltventil 30 geschlossen und das zweite Steuerventil 32 geöffnet ist, wird das erste Schaltventil 26 geschlossen, um die Verbindung zwischen der seitlichen öffnung 266 sowie der stirnseitigen öffnung 26a zu unterbrechen, während das zweite Schaltventil 28 geöffnet wird, um die Verbindung zwischen der seitlichen sowie stirnseitigen Öffnung 286 bzw. 28a herzustellen.

Die stirnseitigen Öffnungen 26a und 28a sind miteinander verbunden und sind als Ausgang der Schaltventilanordnung 24 gemeinsam an einen Druckverstärker 52 angeschlossen.

Der Druckverstärker 52 weist miteinander verbundene obere und untere Bohrungen 52a, 526 auf, von denen die obere Bohrung 52a einen gegenüber der unteren Bohrung 526 größeren Durchmesser hat In den miteinander verbundenen Bohrungen 52a, 526 ist ein Stellkolben 54 verschiebbar angeordnet der einen oberen sowie unteren Stempel 54a bzw. 54 b hat, die in ihren Durchmessern den jeweiligen Bohrungen 52a bzw. 526 entsprechen. Der obere Stempel 54a grenzt über sich eine niederdruckseitige Kolbenkammer 56 ab, während der untere Stempel 546 unter sich eine hochdruckseitige Kompressionskammer 58 begrenzt Die sitrnseitigen Öffnungen 26a, 28a der Schaltventile 26, 28 haben mit der Kolbenkammer 56 des Druckverstärkers 52 Verbindung. Die Kompressionskammer 58 hat über eine Brennstoffpumpe 64 Verbindung zu einem Brennstoff-Vorratsbehälter 60 und zu einer Brennstoff-Einspritzdüse 62.

Der Brennstoff-Einspritzdüse 62 wird vom Druckverstärker 52 an unter Druck stehender Brennstoff über eine Leitung 74 zugeführt Die Brennstoff-Einspritzdüse 62 wird mittels eines Düsennadel-Stellgliedes 72 geöffnet und geschlossen. Das Düsennadel-Stellglied 72 wird durch ein erstes Stellventil 86 und ein zweites Stellventil 88 gesteuert

Das Steuergerät 50 gibt an die Stellventile 86,88 wie an die Steuerventile 30,32 des Schaltventilaggregats 24 und auch an den Druckregler 22 Signale ab. Dem Steuergerät 50 werden die Ausgänge eines Motordrehzahlfühlers 90, eines auf die Stellung eines Gaspedals ansprechenden Drosselklappenfühlers 92 sowie von Druckfühlern 94,96 und von einem Düsennadelabtaster 98 zugeführt

Im Betrieb wird die Flüssigkeitspumpe 12 in Gang gesetzt um unter Druck stehendes, durch das Entlastungsventils 20 auf einen gewünschten Druck eingestelltes Arbeitsmittel zu fördern. Der Druckregler 22 wird durch das Steuergerät 50 gesteuert, um den der Schaltventilanordnung 24 zugeführten Arbeitsmitteldruck an eine Motorbelastung anzupassen. Das bedeutet daß der Druckverstärker 52 durch einen Arbeitsmitteldruck betätigt wird, der einer schwankenden Motorlast angepaßt ist

Wenn das Steuergerät 50 das erste Steuerventil 30 öffnet und das zweite Steuerventil 32 schließt, so wird das erste Schaltventil 26 geöffnet, während das zweite Schaltventil 28 geschlossen wird. Dann wird das Arbeitsmittel bei geregeltem Druck über die öffnungen 266 und 26a in die Kolbenkammer 56 des Druckverstärkers 52 eingeführt. Da die Menge an in die Kolbenkammer 56 einzulassendem Arbeitsmittel von der Öffnungszeit des ersten Schaltventils 26 und dem auf den Druckverstärker 52 wirkenden Druck abhängt kann sie durch Einflußnahme auf die Hubbegrenzer 42, 44 zur Änderung der Hübe der zugeordneten Regelorgane 34, 38 eingeregelt werden.

Der der Kolbenkammer 56 zugeführte Druck bewegt den Stellkolben 54 abwärts, so daß der Druck des in der Kompressionskammer 58 befindlichen Brennstoffs verstärkt wird, um diesen über die Leitung 74 in die Brennstoffbohrung der Brennstoff-Einspritzdüse 62 zu pressen. Der Druck (Einspritzdruck) innerhalb der Brennsto.'fbohrung wird durch die Menge an unter Druck stehendem, in die Kolbenkammer 56 des Druckverstärkers 52 eingeführten Arbeitsmittel bestimmt, das bedeutet, daß er in Übereinstimmung mit einem vom Druckregler 22, dessen Arbeitsweise einer schwankenden Mo-

10

torlast untergeordnet ist, festgelegten Druck veränderbar ist. Dieser Druck kann durch die die Hübe ihrer zugeordneten Regelorgane 34, 38 bestimmenden Hübbegrenzer 42, 44 ausgeglichen worden sein. Der Einspritzdruck verändert sich proportional zu den Hüben der Regelorgane 34 und 38, die wiederum durch die jeweiligen Hubbegrenzer 42, 44 diktiert werden. Die Schaltventile 26 und 28 werden zu den Zeitpunkten und mit den Hüben, die in Fig. 2 gezeigt sind, zum öffnen und Schließen gebracht.

Die ausgezogenen Linien in Fig.2 geben die in den minimalen Anschlaglagen der Hubbegrenzer 42, 44 gebotenen Hübe der Schaltventile wieder, die gestrichelten Linien geben die in den maximalen Anschlaglagen gebotenen Hübe an. Der Druck innerhalb der Kompressionskammer 58 baut sich auf und ab, wie ebenfalls in F i g. 2 gezeigt ist, und zwar im Ansprechen auf das Arbeiten der Schaltventile 26, 28. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß bei den in F i g. 2 gezeigten Kennkurven die Einspritzung von Brennstoff von der Brennstoff-Einspritzdüse 62 vernachlässigt worden ist. Brennstoff wird tatsächlich eingespritzt, während das Ventil 26 geöffnet ist.

Zur Beschreibung einer praktischen Ausführungsform der Schaltventilanordnung 24 wird nun auf die F i g. 3 Bezug genommen.

Die Schaltventilanordnung 24 weist einen Körper 100 auf, in dem ein Durchlaß 102 zur Verbindung mit der Flüssigkeitspumpe 12, ein Durchlaß 104 zur Verbindung mit dem Flüssigkeitsbehälter 10, eine Einlaßöffnung 106 zur Verbindung mit dem Flüssigkeitsbehälter 10 sowie ein Auslaßkanal 108 zur Verbindung mit der Kolbenkammer 56 des Druckverstärkers 52 ausgebildet sind. Die Steuerkanäle 46, 48 sind mit der Einlaßöffnung 106 verbunden, und diese Kanäle sowie öffnung sind in der in F i g. 1 schematisch angegebenen Weise angeordnet. Die Steuerventile 30, 32 sind auf der oberen Fläche des Körpers 100 der Anordnung angebracht.

Das vom ersten Steuerventil 30 betätigte erste Schaltventil 26 ist in einer zur einen Seite des Körpers 100 offenen Bohrung 110 befestigt und von einstückiger, hülsenartiger Bauart, wobei das Regelorgan 34 in einer mit einer Bohrung 114, die einen Ventilsitz 116 hat, ausgestatteten Hülse 112 verschiebbar aufgenommen ist. Die Feder 36 ist von der Rückseite her in das Regelorgan 34 eingebracht und durch einen am Körper 100 befestigten Deckel 118 festgehalten. Der Aufbau und die Anordnung des anderen Schaltventils 28 sind zum ersten Schaltventil 26 gleichartig mit der Ausnahme, daß ersteres in einer Bohrung 120 gehalten ist, die zum entgegenge<;pi7tpn FnHp des Körpers !00 hin offen ist. Dem zweiten Ventil 28 sind in der gleichen Weise wie dem ersten Ventil 26 eine Hülse 122 mit einer Bohrung 124 sowie einem Ventilsitz 126 und ein Deckel 128 zugeordnet.

Das Regelorgan 34 weist einen die seitliche öffnung 26b mit der Steueröffnung 26c verbindenden Drosselkanal 34a auf, während im Regelorgan 38 ein Drosselkanal 38a ausgebildet ist, der die stirnseitige Öffnung 28a mit der Steueröffnung 28c verbindet. Die Hülsen 112 und 122 sind mit öffnungen 130 und 132 versehen, die eine Verbindung zwischen den Bohrungen 114 bzw. 124 und den seitlichen Öffnungen 266 bzw. 2Sb herstellen.

Die Hubbegrenzer 42, 44 sind jeweils in die Deckel bzw. 128 eingeschraubt. Eine Mutter 134 sowie eine Kappe 136 sind auf das äußerste Ende des Hubbegrenzers 42, eine Mutter 138 sowie eine Kappe 140 sind auf das äußerste Ende des Hubbegrenzers 44 aufgesetzt Die Hubbegrenzer 42, 44 sind einzeln drehbar, um die Hübe der zugehörigen Regelorgane 34, 38 und damit die Strömungsmengen des Arbeitsmittels zu verändern. Wenn im gezeigten Beispiel die Hubbegrenzer 42,44 in die gewünschte Lage von Hand eingeregelt werden, so ist klar, daß sie steuerseitig mit dem Steuergerät 50 verbunden sein können, um durch einen Stellmotor oder eine ähnliche drehende Einrichtung selbsttätig eingeregelt zu werden.

Aus dem Vorstehenden wird klar, daß eine Schaltventilanordnung für ein Brennstoff-Einspritzsystem geschaffen wurde, die ein rasches Ansprechen zeigt und eine beträchtliche Strömungsmenge an Arbeitsmittel aufnimmt, was auf der Anwendung von Ventilen der Tellerbauart beruht. Es wird auch klar, daß kleine und mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Steuerventile verwendet werden können, weil sie in Steuerkanälen angeordnet werden und deshalb nur eine geringe Strömungsmenge an Arbeitsmittel zu steuern brauchen.

Derartige Hochgeschwindigkeits-Stcuerventile, die mit den Teller- oder Ringventilen gekoppelt sind, erleichtern schnelle Schalttätigkeiten der letzteren mit etwa 20 Schaltungen pro Sekunde.

Der Druckregler 22 kann ggf. weggelassen und die Regelfunktion für den Brennstoff-Einspritzdruck allein den Hubbegrenzern 42, 44 übertragen werden; in diesem Fall können diese Hubbegrenzer von einem Stellmotor, wie oben erwähnt wurde, betätigt werden, um eine automatische Regelung zu erreichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckverstärker, der auf der Hochdruckseite mit einer Brennstoffpumpe und einer Einspritzdüse und auf der Niederdruckseite mit dem Ausgang einer von einem Steuergerät gesteuerten Schaltventilanordnung verbunden ist, die eingangsseitig einen Arbeitsmitteldruck eines Flüssigkeitsbehälters und den Förderdruck einer Flüssigkeitspumpe erhält und diese Drücke in ausgewählter Weise an dsr Niederdruckseite des Druckverstärkers wirksam werden läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltventilanordnung (24) enthält: