DE3243809C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsy­ stem zum Einspritzen erwärmten Dieselkraftstoffes der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art.

Aus der DE-PS 5 55 737 ist eine Kraftstoffeinspritzein­ richtung der im Oberbegriff erläuterten Art bekannt, bei dem eine Einspritzpumpe mit Rücksaugventil inter­ mittierend Kraftstoff unter hohem Druck einem Ein­ spritzventil zuführt, dessen Ventilnadel entgegen der Kraftstoffströmung durch den Kraftstoffdruck öffnet und über eine Schließkraft geschlossen gehalten wird.

Aus der DE-OS 24 01 874 ist ein Kraftstoffeinspritzsy­ stem bekannt, bei dem ein von einem Speicherdruck be­ aufschlagter Kolben über ein Zwischenglied, das von einem Steuerdruck beaufschlagt ist, unmittelbar auf die Düsennadel einwirkt, die wieder von einem Speicher­ kraftstoffdruck ständig beaufschlagt wird.

Aus der US-PS 41 67 168 ist darüber hinaus eine mit einem federbelasteten Hilfskolben versehene Kammer im Ventil sowie ein Hochdruck-Rückschlagventil bekannt, die jedoch dazu vorgesehen sind, ein rasches Schließen des Einspritzventiles zu unterstützen.

Bei dem den Oberbegriff des Patentanspruches bildenden Kraftstoffeinspritzsystem wird die Düsennadel des Ein­ spritzventiles durch den Kraftstoffdruck des erwärmten Dieselkraftstoffes geöffnet. Bei solchen Kraftstoffein­ spritzsystemen muß unbedingt sichergestellt werden, daß der Dieselkraftstoff während der Zumessung im flüssigen Zustand verbleibt, damit die Einspritzpumpe die jeweils erforderliche genau bemessene Kraftstoffmenge verteilen kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffein­ spritzsystem der im Oberbegriff erläuterten Art derart zu verbessern, daß einerseits sichergestellt wird, daß der Dieselkraftstoff während der Zumessung stets im flüssigen Zustand verbleibt und daß andererseits der über das Einspritzventil eingespritzte erwärmte Diesel­ kraftstoff bereits so weit erwärmt ist, daß er unmit­ telbar bei der Einspritzung in den gasförmigen Zustand übergeht, jedoch die Zumeßeigenschaften des Kraftstoff­ einspritzsystems verbessert werden, indem als Steuer­ kraftstoff nicht der erwärmte sondern der Umgebungstem­ peratur aufweisende Kraftstoff verwendet wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die im Kennzeichenteil des Patentan­ spruches 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.

Im Anspruch 2 ist eine zweckmäßige Ausgestaltung für den Druckregler aufgezeigt.

Dadurch, daß die Einspritzpumpe über das Rücksaugventil einerseits über eine Leitung mit einem Hochdruck-Rück­ schlagventil mit dem Hochdruckspeicher und der Heizein­ richtung und eine Leitung mit der Kammer im Einspritz­ ventil verbunden ist und andererseits über eine weitere Leitung mit einer weiteren Kammer im Einspritzventil verbunden ist, wobei in der weiteren Kammer ein von einer Feder belasteter Hilfskolben angeordnet ist, der über einen Schaft auf den in der anderen Kammer ange­ ordneten, mit der Düsennadel verbundenen Kolben in Schließrichtung einwirkt, um die Düsennadel entgegen dem in der Kammer anstehenden Kraftstoffhochdruck in ihrer geschlossenen Lage zu halten und der Hilfskolben durch den von der Einspritzpumpe gelieferten Kraft­ stoffdruck des nicht erwärmten Kraftstoffes in Öff­ nungsrichtung beaufschlagt ist und daß das Hochdruck­ rückschlagventil erst bei einem Kraftstoffdruck öffnet, der höher ist als der Kraftstoffdruck, bei dem sich der Hilfskolben entgegen der Kraft der Feder bewegt, kann die eingespritzte Kraftstoffmenge optimal bestimmt und damit der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Diagramm über die Druck- und Temperaturverhältnisse des Diesel­ kraftstoffes.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem weist eine mit 10 bezeichnete Einspritzpumpe auf, deren Aufbau herkömmlich ist und daher nicht weiter erläutert wird, da dies für das Verständ­ nis der Erfindung nicht erforderlich ist. Es reicht darauf hinzuwei­ sen, daß die Einspritzpumpe 10 intermittierend Kraftstoff in eine Auslaßleitung 12 fördert, wobei der Kraftstoffdruck während des Pumpenförderhubes progressiv bis auf etwa 120 bar ansteigt. Der Kraftstoff wird hierbei über ein an sich bekanntes Rücksaugventil 14 geführt, das dafür sorgt, daß während des Pumpensaughubes ein bestimm­ ter niedriger Leitungsdruck aufrechterhalten wird.

Das Kraftstoffeinspritzsystem weist weiterhin ein Einspritzventil 16, einen über ein Magnetventil gesteuerten Druckregler 18, ein Hochdruck- Rückschlagventil 20, einen Hochdruckspeicher 22 und eine Heizeinrich­ tung 24 auf.

Das Einspritzventil 16 besteht aus einem Ventilkörper 30 in dem eine obere und eine untere Kraftstoffkammer 32 und 34 ausgebildet sind, die durch zwei im Abstand angeordnete Dichtteile 36 und 38 voneinan­ der getrennt sind. Die untere Kraftstoffkammer 34 steht in Verbindung mit der eigentlichen Einspritzdüse 40 über die der Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 34 in den Verbrennungsraum des Motors eingespritzt wird. Die Einspritzdüse 40 wirkt hierbei mit der Ventilspitze 42 einer Düsennadel 44 zusammen, deren anderes Ende mit einem Kolben 46 ver­ bunden ist. Der Kolben 46 ist hierbei im Dichtteil 38 abgedichtet und verschiebbar geführt. Die untere Kraftstoffkammer 34 steht über einen Anschlußstutzen 58 mit einer Hochdruckleitung 50 in Verbindung, die vom Hochdruckspeicher 22 über die Heizeinrichtung 24 mit erwärmtem Dieselkraftstoff unter hohem Druck versorgt wird.

Der Hochdruckspeicher 22 wird von der Einspritzpumpe 10 über die Auslaßleitung 12, das Rücksaugventil 14, Leitungen 52 und 54 und ein Hochdruck-Rückschlagventil 20 mit Kraftstoff versorgt. Die Feder 56 des Hochdruck-Rückschlagventiles 20 ist hierbei so ausge­ legt, daß das Ventil geschlossen bleibt, bis der Kraftstoffdruck etwa 120 bar übersteigt. Dadurch wird sichergestellt, daß im Hoch­ druckspeicher 22 stets ein so hoher Kraftstoffdruck zur Verfügung steht.

Parallel zum Hochdruckspeicher 22 ist ein Druckregler 18 angeordnet, dessen Ventilnadel 60 über ein Magnetventil derart angesteuert wird, daß er normalerweise bei einem Kraftstoffdruck von etwa 120 bar arbeitet, daß jedoch der Kraftstoffdruck falls erforderlich durch Veränderung der Spannung am Magnetventil entsprechend erhöht werden kann.

Das Einspritzventil 16 weist in seiner oberen Kraftstoffkammer 32 einen Hilfskolben 62 auf. Der Hilfskolben 62 ist in der Kraftstoff­ kammer 32 abgedichtet und verschiebbar geführt und wirkt mit einem Schaft 64 des Kolbens 46 zusammen, der sich abgedichtet und verschieb­ bar durch das Dichtteil 36 erstreckt. Der Hilfskolben 62 wird durch eine Feder 66 nach unten gedrückt, die so ausgelegt ist, daß das Ein­ spritzventil 16 bis zu einem Kraftstoffdruck von etwa 105 bar geschlossen bleibt. Die obere Kraftstoffkammer 32 wird über einen Stutzen 68 über eine Leitung 70 versorgt, die unmittelbar in Verbin­ dung mit der Leitung 52 vom Rücksaugventil 14 steht.

Im Einspritzventil 16 ist der Raum 76 hinter dem Hilfskolben 62 über einen Auslaß 72 und der Raum 78 oberhalb des Kolbens 46 über einen Auslaß 74 entlastet.

Die nur schematisch gezeigte Heizeinrichtung 24 kann von bekannter Bauart sein, etwa in der Weise, daß um die Leitung 50 eine Kammer oder eine Rohranordnung vorgesehen ist, die von Auspuffgasen durch­ strömt wird. Ebenso kann in der Heizeinrichtung 24 für die Startphase des Motors eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen sein.

Aus Fig. 2 sind die Druck- und Temperaturverhältnisse des Dieselkraft­ stoffes zu ersehen, wobei bei Druck- und Temperaturverhältnissen links von einer Geraden 80 sich der Dieselkraftstoff in flüssigem Zu­ stand befindet, während er sich bei Druck- und Temperaturverhältnis­ sen rechts von der Geraden 80 bereits in dampfförmigem Zustand befin­ det.

Aus Fig. 2 ist auch zu ersehen, daß der Einspritzdruck von etwa 120 bar und die Kraftstofferwärmung von 426° Celsius knapp an der Grenze zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand des Diesel­ kraftstoffes liegt.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems wird anhand von Fig. 1 erläutert. Zunächst befinden sich alle Elemente in der in der Figur gezeigten Ausgangslage. Das heißt, die Feder 66 drückt den Hilfskolben 62 nach unten, dieser berührt den Schaft 64 und drückt hierdurch den Kolben 46 nach unten, der die mit ihm verbundene Düsen­ nadel 44 mit ihrer Ventilspitze 42 in geschlossener Lage an der Ein­ spritzdüse 40 hält.

Während der Startphase des Motors wird über eine elektrische Heiz­ einrichtung in der Heizeinrichtung 24 der Kraftstoff in der Leitung 50 auf etwa 426° Celsius erwärmt. Der Hochdruckspeicher 22 ist mit Kraft­ stoff von einem Druck von etwa 120 bar aufgefüllt.

Führt die Einspritzpumpe 10 einen Förderhub aus, so steigt der Kraft­ stoffdruck progressiv an, öffnet das Rücksaugventil 14 und beauf­ schlagt die Leitungen 52, 70 und 54. Sobald der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 32 etwa 105 bar erreicht, wird sich der Hilfs­ kolben 62 entgegen der Kraft der Feder 66 nach oben bewegen, bis er von dem Anschlag 82 aufgehalten wird. Nachdem nunmehr die Kraft des Hilfskolbens 62 nicht mehr über den Schaft 64 auf den Kolben 46 einwirkt, wird der hohe Kraftstoffdruck des erwärmten Kraftstoffes in der Leitung 50 und in der Kraftstoffkammer 34 den Kolben 46 nach oben bewegen und hierdurch über die Düsennadel 44 und die Ventil­ spitze 42 die Einspritzdüse 40 öffnen. Dadurch wird Kraftstoff mit einer Temperatur von etwa 426° Celsius und einem Druck von 105 bar über die Düsenöffnungen 84 der Einspritzdüse 40 in den Verbrennungs­ raum eingespritzt. Durch den bei der Einspritzung auftretenden plötz­ lichen Druckabfall im Kraftstoff geht dieser unmittelbar vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand über ohne daß hierfür der Luft im Verbrennungsraum Wärme entzogen werden muß. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad des Motors erzielt.

Während des weiteren Förderhubes der Einspritzpumpe 10 steigt der Kraftstoffdruck in der Leitung 54 progressiv an bis bei etwa 120 bar das Hochdruck-Rückschlagventil öffnet. Auf diese Weise wird der Hochdruckspeicher 22 stets unter einem Druck von 120 bar gehalten, wobei dieser Druck durch den Druckregler 18 festgelegt wird. Dadurch kann der Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 34 ober­ halb des aus Fig. 2 zu entnehmenden Verdampfungspunktes gehalten werden und verbleibt somit im flüssigen Zustand bis er über die Ein­ spritzdüse 40 in den Verbrennungsraum eingespritzt wird.

Sobald die Einspritzpumpe 10 ihren Saughub ausführt, schließt das Rücksaugventil 14 und der Kraftstoffdruck in der Leitung 52 fällt ab. Die Feder 66 kann daher den Hilfskolben 62 nach unten bewegen, dieser stößt gegen den Schaft 64 und bewegt hierdurch den Kolben 46 nach unten, der mit der mit ihm verbundenen Düsennadel 44 und der Vetil­ spitze 42 die Einspritzdüse 40 schließt und die Kraftstoffeinspritzung damit beendet.

Sobald der Motor seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, kann die elektrische Heizeinrichtung in der Heizeinrichtung 24 ausgeschaltet werden und die Erwärmung des Kraftstoffes auf die erwünschten etwa 426° Celsius wird über die Wärme der Auspuffgase erzielt.

Claims (2)

1. Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen erwärm­ ten Dieselkraftstoffes, mit einer Einspritzpumpe mit Rücksaugventil, die intermittierend Kraftstoff unter hohem Druck einem Hochdruckspeicher mit einer Heizeinrichtung und einer Kammer eines Ein­ spritzventiles zuführt, dessen Ventilnadel entge­ gen der Kraftstoffströmung durch den Kraftstoff­ druck öffnet und über einen von einer Feder bela­ steten Hilfskolben geschlossen wird, wobei der Kraftstoff unter einem gleichbleibenden hohen Druck und hoher Temperatur gehalten wird, derart, daß bei der beim Öffnen der Ventilnadel auftreten­ den Druckentlastung eine vom Druckabfall und von der Vorwärmung abhängige Verdampfung des flüssigen Kraftstoffes erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einspritzpumpe (10) über das Rücksaugventil (14) einerseits über eine Lei­ tung (54) mit einem Hochdruck-Rückschlagventil (20) mit dem Hochdruckspeicher (22) und der Heiz­ einrichtung (24) und eine Leitung (50) mit der Kammer (34) im Einspritzventil (16) verbunden ist und andererseits über eine weitere Leitung (70) mit einer weiteren Kammer (32) im Einspritzventil (16) verbunden ist, wobei in der weiteren Kammer (32) ein von einer Feder (66) belasteter Hilfskol­ ben (62) angeordnet ist, der über einen Schaft (64) auf den in der anderen Kammer (34) angeordne­ ten, mit der Düsennadel (44) verbundenen Kolben (46) in Schließrichtung einwirkt, um die Düsenna­ del (44) entgegen dem in der Kammer (34) anstehen­ den Kraftstoffhochdruck in ihrer geschlossenen Lage zu halten und der Hilfskolben (62) durch den von der Einspritzpumpe (10) gelieferten Kraft­ stoffdruck des nicht erwärmten Kraftstoffes in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und daß das Hochdruck-Rückschlagventil (20) erst bei einem Kraftstoffdruck öffnet, der höher ist als der Kraftstoffdruck bei dem sich der Hilfskolben (62) entgegen der Kraft der Feder (66) bewegt.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Druckregler (18) parallel zum Hochdruckspeicher (22) und stromab des Hochdruck-Rückschlagventiles (20) angeordnet und über ein Magnetventil ein­ stellbar ist.