DE3536021A1 - Mehrstufiges treibstoffeinspritzsystem fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Gesthuysen & von Rohr

85.362,re

Essen, den 8. Oktober 1985

der Firma

betreffend ein

Pate η t a n me !dung

Diesel Kiki Co., Ltd.

6-7, Shibuya 3-chome,

Shibuya-ku

Tokyo / Japan

"Mehrstufiges Treibstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren"

Patentanwälte · Dipl.-lng. Hans Dieter Gesthuysen · Dipl.-Phys. Hans Wilhelm von Rohr 4300 Essen 1, Huyssenallee 15, Telefon: 0201/233917, Telex: 08579990

Gecthuysen &.v:on Rohr

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Treibstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren zum Einspritzen von Treibstoffen unterschiedlicher Art in die Zylinder eines Verbrennungsmotors wie beispielsweise eines Schiffsdieselmotors .

Aus dem Stand der Technik (JA-P-OS 58-77 160) ist ein Hochdruck-Treibstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem eine gesteuerte Treibstoffmenge in einen Verstärker oder Booster eingebracht wird, in dem der Treibstoff auf einen höheren Druck gebracht wird, und zwar mittels einer Arbeitsflüssigkeit, die dem Booster zugeführt wird. Anschließend wird die Treibstoffmenge einer Einspritzdüse zugeführt. Die Versorgung mit Arbeitsflüssigkeit wird mittels eines Magnetventils eingestellt, so daß die Treibstoffeinspritzzeit automatisch gesteuert werden kann.

Bei einem anderen bekannten Treibstoffeinspritzsystem (JA-P-OS 50-119.130) wird unmittelbar nach der Einspritzung eines Haupttreibstoffs, wie beispielsweise Dieseltreibstoff ein Hilfstreibstoff wie beispielsweise Wasser in die Motorzylinder eingespritzt, so daß ein unverbranntes oder besonders dickes Treibstoff-/Luft-Gemisch vollständig verbrannt und dadurch der Wirkungsgrad für die Wärmeerzeugung in den Zylindern erhöht wird. Der Haupttreibstoff wird durch eine Treibstoff-Einspritzpumpe einem Verteiler zugeführt, so daß dessen Kolben angetrieben werden und den Haupttreibstoff bzw. den Hilfstreibstoff auf ein Paar von Haupt- und Hilfs-Einspritzdüsen verteilen. Dies erfolgt zu unterschiedlichen Zeiten, so daß eine mehrstufige Treibstoffeinspritzung erfolgt.

Man kann nun leicht ein mehrstufiges Hochdruck-Treibstoffeinspritzsystem dadurch erreichen, daß man die Offenbarungsgehalte der zur erläuterten Veröffentlichungen kombiniert. Ein sich daraus ergebendes Treibstoffeinspritzsystem ist jedoch immer noch unbefriedigend, da immer noch zwei Einspritzdüsen im Zylinderkopf jedes Zylinders eingebaut werden müssen, so daß es

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schwierig ist, die richtige Ausrichtung dieser Einspritzdüsen zu erreichen, was wiederum zu einer ungenau gesteuerten Treibstoffeinspritzung und einem geringen Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung in jedem Motorzylinder führen würde.

Den voranstehenden Ausführungen folgend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Hochdruck-Treibstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor anzugeben, das solche konstruktiven Merkmale aufweist, daß die zuvor erläuterten Nachteile der bekannten Treibstoffeinspritzsysteme überwunden werden.

Eine genauer gefaßte Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mehrstufiges Hochdruck-Treibstoffeinspritzsystem anzugeben, das eine einzelne Einspritzdüse aufweist, die nur einen geringen Raum im Motor-Zylinderkopf einnimmt und daher zweckmäßig ausgerichtet werden kann, so daß eine genau gesteuerte Treibstoffeinspritzung sichergestellt ist, und die einen mehrstufige Treibstoffeinspritzung ermöglicht, so daß ein verbesserter Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung erreichbar ist.

Das erfindungsgemäße mehrstufige Treibstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist und mit dem eine Vielzahl weiterer Vorteile erreicht wird, ist gekennzeichnet durch eine Durchflußsteuerung zur Speisung einer gesteuerten Menge von Haupttreibstoff und einer gesteuerten Menge von Hilfstreibstoff unabhängig voneinander, einen Druckerzeuger zur Erzeugung eines Arbeitsdrucks, einen Druckverstärker, verbunden mit der Durchflußsteuerung und dem Druckerzeuger, zur Verstärkung des Drucks der Haupt- und Hilfstreibstoffe, die von der Durchflußsteuerung einströmen, und zwar mit Hilfe des von dem Druckerzeuger erzeugten Arbeitsdrucks, eine Richtungssteuereinrichtung (Auswahleinrichtung), angeordnet zwischen dem Druckerzeuger und der Durchflußsteuerung zu deren ausgewählter Verbindung miteinander bzw. Trennung voneinander, eine Steuereinrichtung,

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verbunden mit der Richtungssteuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Richtungssteuereinrichtung nach Maßgabe von Betriebsdaten des Motors, eine Einspritzdüse, angeschlossen an den Druckverstärker zur Einspritzung des Haupttreibstoffs bzw. des Hilfstreibstoffs in einen Motorzylinder, wobei die Einspritzdüse aufweist eine Haupteinspritzleitung für den Haupttreibstoff, ein Nadelventil zum öffnen und Schließen der Haupteinspritzleitung, eine Hilfseinspritzleitung für Hilfstreibstoff, die über das Nadelventil an dessen Ausblasende mit der Haupteinspritzleitung in Verbindung steht, und ein Rückschlagventil zur Verhinderung einer Rückstreuung von HaupttreiDstoff aus der Haupteinspritzleitung in die Hilfseinspritzleitung.

Die Haupt- und Hilfstreibstoffe, die von der Durchflußsteuerung in den Druckverstärker eingespeist worden sind, werden zu entsprechenden Zeitpunkten, die von der Steuereinrichtung bestimmt sind, mittels der Einspritzdüse eingespritzt. Wird der Treibstoffdruck in der Haupteinspritzleitung erhöht, so wird das Nadelventil angehoben, um die Haupteinspritzleitung zu öffnen und eine erste Phase der Treibstoffeinspritzung auszulösen. In diesem Moment blockiert das Rückschlagventil eine Rückströmung von Haupttreibstoff aus der Haupteinspritzleitung in die Hilfseinspritzleitung. Wird dann der Treibstoffdruck in der Hilfseinspritzleitung erhöht, so wird das Rückschlagventil angehoben und die Hilfseinspritzleitung wird geöffnet, so daß eine zweite Phase der Treibstoffeinspritzung eingeleitet wird. Auf diese Weise ist die Einspritzdüse in der Lage, eine mehrstufige Treibstoffeinspritzung durchzuführen, obwohl nur eine einzelne Einspritzdüse vorhanden ist.

Weitere besonders bevorzugte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen mehrstufigen Treibstoffeinspritzsystems mit nur einer einzelnen Einspritzdüse sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im einzelnen werden diese Unteransprüche auch in Zusammenhang mit der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Viele weitere Vorteile und Eigenheiten der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann

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unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen klar werden. In den Zeichnungen sind bevorzugte konstruktive Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu deren beispielhafter Erläuterung gezeigt. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine blockartige Darstellung eines mehrstufigen Treibstoffeinspritzsystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 im Schnitt, vergrößert, eine Einspritzdüse eines Treibstoffeinspritzsystems gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Treibstoffeinspritzsystems gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 bis Fig. 10 verschiedentlich abgewandelte Ausführungen von Einspritzdüsen in jeweils Fig. 2 entsprechenden Darstellungen.

In der nachfolgend erläuterten Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen stets auf gleiche oder ähnliche (vergleichbare) Teile.

Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind insbesondere dann besonders brauchbar, wenn sie bei einem mehrstufigen Treibstoffeinspritzsystem eingesetzt werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Das in Fig. 1 in einer blockartigen Darstellung gezeigte mehrstufige Treibstoffeinspritzsystem weist zunächst eine Durchflußsteuerung 1, einen Druckerzeuger 2, einen Druckverstärker 3, eine Richtungssteuereinrichtung 4 (Auswahleinrichtung), eine Steuereinrichtung 5 und eine Einspritzdüse 6 auf.

Die Durchflußsteuerung 1 weist einen Haupttreibstofftank 7a zur Aufnahme eines Haupttreibstoffs A wie beispielsweise Dieseltreibstoff und einen Hilfs-

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treibstofftank 7b zur Aufnahme eines Hilfstreibstoffs B wie beispielsweise Wasser auf. Die Haupt- und Hilfstreibstofftanks 7a, 7b stehen jeweils über Förderpumpen 8a, 8b mit Durchflußsteuerpumpen 9a, 9b in Verbindung. Die Durchflußsteuerpumpen 9a, 9b werden von Nockenscheiben 10a, 10b betätigt, die synchron mit der Kurbelwelle eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors angetrieben werden, so daß Kolben 11a, 11b hin und her bewegbar sind. Außerdem ist ein Regler 12 (6) zur Einstellung der Arbeitshübe der entsprechenden Kolben 11a, 11b vorgesehen. Eine bestimmte Menge von Haupttreibstoff A und eine bestimmte Menge von Hilfstreibstoff B wird von den entsprechenden Durchflußsteuerpumpen 9a, 9b über Speiseventile 13a, 13b in den Druckverstärker 3 eingespeist.

Der Druckerzeuger weist eine von einem Antriebsmotor 14 (M) angetriebene Arbeitsflüssigkeitspumpe 15 auf, um Arbeitsflüssigkeit aus einem Arbeitsflüssigkeitstank 16 anzusaugen und druckseitig einem überdruckventil 17 sowie einem Filter 18 zwangsweise zuzuführen. Das überdruckventil 17 dient dazu, den maximalen Druck der Arbeitsflüssigkeit zu begrenzen und der Filter 18 dient dazu, Verunreinigungen aus der Arbeitsflüssigkeit zu entfernen. Die durch den Filter 18 geströmte Arbeitsflüssigkeit wird in einem Sammler 19 gespeichert und von dort aus dem Druckverstärker 3 zugeführt.

Der Druckverstärker 3 weist zwei einzelne Druckverstärkereinheiten oder Booster 20a, 20b auf, die in ihrem Aufbau identisch sind. Jede der Druckverstärkereinheiten 20a, 20b weist eine Kammer 21a, 21b mit großem Durchmesser, eine sich koaxial dazu erstreckende Kammer 22a, 22b mit kleinem Durchmesser, einen Kolben 23a, 23b mit großem Durchmesser, der verschiebbar in der Kammer 21a, 21b mit großem Durchmesser angeordnet ist, und einem Kolben 24a, 24b mit kleinem Durchmesser, der verschiebbar in der Kammer 22a, 22b mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, auf, wobei die Kolben 23a, 24a einerseits und 23b, 24b andererseits miteinander verbunden sind. Über die Richtungssteuereinrichtung 4 sind die Kammern 21a, 21b mit großem Durchmesser mit dem Druck-

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AO

erzeuger 2 verbunden. Die Kammern 22a, 22b mit kleinem Durchmesser sind jeweils mit den entsprechenden Auslässen der Durchflußsteuerpumpen 9a, 9b in der Durchflußsteuerung 1 verbunden. Im übrigen sind diese Kammern 22a, 22b auch mit der Einspritzdüse 6 verbunden. Ein Paar von Rückschlagventilen 25a, 25b ist in den Einlassen der jeweils entsprechenden Kammern 22a, 22b mit kleinem Durchmesser, die mit der entsprechenden Durchflußsteuerpumpe 9a, 9b in Verbindung stehen, angeordnet. Mit dieser Konstruktion werden die Kolben 23a, 23b, 24a, 24b gemeinsam nach oben bewegt (Fig. 1) sobald Arbeitsflüssigkeit vom Druckerzeuger 2 über die Richtungssteuereinrichtung 4 den Kammern 21a, 21b mit großem Durchmesser zugeleitet wird. Dadurch wird der Druck der Haupt- und Hilfstreibstoffe A, B in den entsprechenden Kammern 22a, 22b mit kleinem Durchmesser erhöht. Die unter erhöhtem Druck stehenden Haupt- und Hilfstreibstoffe A, B werden alsdann der Einspritzdüse 6 zugeführt. Wird die Arbeitsflüssigkeit mittels der Richtungssteuereinrichtung 4 aus den Kammern 21a, 21b mit großem Durchmesser in den Arbeitsflüssigkeitstank 16 des Druckerzeugers zurückgeleitet, so sinkt der Druck in den Kammern 21a, 21b mit großem Durchmesser und die Kolben 23a, 23b, 24a, 24b bewegen sich abwärts (Fig. 1). Die Haupt- und Hilfstreibstoffe A, B werden von den entsprechend zugehörigen Durchflußsteuerpumpen 9a, 9b der Durchflußsteuerung 1 den Kammern 22a, 22b mit kleinem Durchmesser zugeleitet.

Die Richtungssteuereinrichtung 4 weist zwei Zulaufleitungen 26a, 26b für Arbeitsflüssigkeit auf, die zueinander parallel an den Druckerzeuger 2 angeschlossen sind. Außerdem sind jeweils zwei elektromagnetisch gesteuerte, proportional arbeitende Druckminderventile 27a, 27b und elektromagnetisch gesteuerte Richtungssteuerventile 28a, 28b in Reihe zueinander in den entsprechenden Zulaufleitungen 26a, 26b für Arbeitsflüssigkeit angeordnet. Die Druckminderventile 27a, 27b regulieren den Druck der Arbeitsflüssigkeit in Abhängigkeit von Ausgangssignalen, die von der Steuereinrichtung 5 abgegeben werden. In ähnlicher Weise wählen die Richtungssteuerventile 28a, 28b die Richtung der Arbeitsflüssigkeit in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der

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Steuereinrichtung 5 aus. Jedes der Richtungssteuerventile 28a, 28b hat eine erste Ventil stellung I, in der die Arbeitsflüssigkeit aus der Kammer 21a, 21b mit großem Durchmesser zum Arbeitsflüssigkeitstank 16 zurückgeleitet wird, und eine zweite Ventilstellung II, in der die Arbeitsflüssigkeit vom Arbeitsflüssigkeitstank 16 den Kammern 21a, 21b (unter Druck) zugeleitet wird.

Die Steuereinrichtung 5 ist so aufgebaut, daß sie zunächst verschiedene Eingangssignale empfängt, die verschiedene Betriebsdaten des Verbrennungsmotors anzeigen, wie beispielsweise ein Signal für den oberen Totpunkt, ein Drehrichtungs-Unterscheidungssignal, ein Ausblastakt-Unterscheidungssignal usw. Danach werden die Eingangssignale durch Vergleiche, Berechnungen und Verstärkung verarbeitet, so daß Ausgangssignale erhalten werden. Schließlich werden die Ausgangssignale den Druckminderventilen 27a, 27b und den Richtungssteuerventilen 28a, 28b zugeleitet.

Fig. 1 zeigt zu der Einspritzdüse 6 zunächst eine Haupteinspritzleitung 29, ein Nadelventil 30 zum öffnen und Schließen der Haupteinspritzleitung 29, eine Hilfseinspritzleitung 31, die mit der Haupteinspritzleitung 29 über das Nadelventil 30 am Ausblasende des letzteren in Verbindung steht, sowie ein Rückschlagventil 32, durch das eine Rückströmung von Treibstoff aus der Haupteinspritzleitung 29 in die Hilfseinspritzleitung 31 verhindert wird. Das Nadelventil 30 ist durch eine Druckfeder 33 so vorgespannt, daß es normalerweise die Haupteinspritzleitung 29 schließt.

Im einzelnen zeigt Fig. 2, daß die Einspritzdüse 6 einen Düsenkörper 34 mit einem oberen Körperteil 34a und einem unteren Körperteil 34b, die miteinander verbunden sind, aufweist. Der Düsenkörper 34 ist dazu bestimmt und geeignet, im Zylinderkopf eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors eingesetzt zu werden. Der Düsenkörper 34 umfaßt darin ausgebildet eine axial verlaufende Haupteinlaßbohrung 35, die sich an einem Ende in eine obere Fläche des oberen Körperteils 34a öffnet und Haupttreibstoff A, der von der

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Al

Durchflußsteuerpumpe 9a abgegeben wird, erhält. Das andere Ende der Haupteinlaßbohrung 35 steht mit einer ringförmigen Treibstoffsammelkammer 36 in Verbindung, die im unteren Körperteil 34b ausgebildet ist. Die Haupt-Treibstoff sammelkammer 36 umfaßt in ihrem unteren Bereich einen nach oben aufgeweiteten Ventilsitz 37 auf. Der Düsenkörper 34 umfaßt weiter eine axial verlaufende Auslaßkammer 38 angrenzend an den Ventilsitz 37. Eine Mehrzahl von Einspritzbohrungen oder -öffnungen 39 erstreckt sich radial auswärts von der Auslaßkammer 38 in einem ganz bestimmten Winkel zur mittigen Längsachse des Düsenkörpers 34. Die Haupteinspritzleitung 29 wird gemeinsam gebildet von der Haupteinlaßbohrung 35, der Haupt-Treibstoffsammelkammer 36, der Auslaßkammer und den Einspritzöffnungen 39.

Der Düsenkörper 34 weist im übrigen auch noch eine axiale Mittelbohrung 40 auf, die sich von der oberen Fläche des oberen Körperteils 34a zur Haupt-Treibstoff sammel kammer 36 erstreckt. Das Nadelventil 30 ist im unteren Bereich der axialen Mittelbohrung 40 verschiebbar angeordnet und hat eine konische Spitze 30a mit einer zum Ventilsitz 37 komplementären Gestalt, so daß die Spitze 30a mit dem Ventilsitz 37 wechselseitig zur Anlage und außer Anlage kommen kann, um so die Haupteinspritzleitung 29 zu öffnen und zu schließen. Des weiteren hat das Nadelventil 30 auch noch eine konische Druckaufnahmefläche 41, die normalerweise der Treibstoffsammelkammer 36 zugewandt ist. Der Treibstoffdruck in der Haupt-Treibstoffsammelkammer 36 wirkt auf die Druckaufnahmefläche 41, so daß nach Überwindung der Federkraft der Druckfeder 33 das Nadelventil 30 um einen bestimmten Weg angehoben wird und Haupttreibstoff A in den nicht dargestellten Motorzylinder durch die Einspritzöffnungen 39 eingespritzt wird, über dem Nadelventil 30 ist ein Ventilsitzelement 42 angeordnet, auf welchem wiederum ein Verbindungsstab 43 angeordnet ist, welcher am Ventilsitzelement 42 anliegt. Der Verbindungsstab 43 wird durch die in Fig. 1 dargestellte Druckfeder 33 nach unten gedruckt, um das Ventilsitzelement 42 und das Nadelventil 30 so weit nach unten zu drücken bis die Spitze 30a des Nadelventils 30 in wechselseitiger Anlage am Ventilsitz 37 befindlich ist.

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Der Düsenkörper 34 weist eine Hilfseinlaßbohrung 44 auf, deren eines Ende sich in die obere Fläche des oberen Körperteils 34a öffnet und Hilfstreibstoff B von der Durchflußsteuerpumpe 9a erhält. Das anderen Ende der Hilfseinlaßbohrung 44 steht mit einer Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45 in Verbindung, die etwa in der Mitte der axialen Mittelbohrung 40 angeordnet ist. Die Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45 nimmt einen oberen Teil des Ventilsitzelements 42 auf. Zwei koaxiale, kreisförmige Aufweitungen 46a, 46b erstrecken sich jeweils in einem unteren Teil des Ventilsitzelements 42 bzw. in einem oberen Teil des Nadelventils 30. In diesen Aufweitungen 46a, 46b ist das Rückschlagventil 32 gehalten. Eine bzw. die obere Aufweitung 46a steht mit der Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45 über eine erste Verbindungsausnehmung in Verbindung. Ein Federhalter 48 ist in der unteren Aufweitung 46b angeordnet und weist eine weitere, zweite Verbindungsausnehmung 49 auf. Das Nadelventil 30 weist eine dritte Verbindungsausnehmung 50 auf, die sich zwischen der unteren Aufweitung 46b und der Auslaßkammer 38, mit der zweiten Verbindungsausnehmung 49 fluchtend, erstreckt. Auf diese Weise ist die untere Aufweitung 46b über die zweite und dritte Verbindungsausnehmung 49, 50 mit der Auslaßkammer 38 verbunden. Die Hilfseinspritzleitung 31 wird zusammen dargestellt von der Hilfseinlaßbohrung 44, der Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45, den das Rückschlagventil 32 aufnehmenden Aufweitungen 46a, 46b, den ersten bis dritten Verbindungsausnehmungen 47, 49, 50, der Auslaßkammer 38 und den Einspritzöffnungen 39. Das Rückschlagventil 32 weist einen pilzförmigen Ventilkörper 32a auf, der normalerweise mittels einer Druckfeder 51 gegen das untere Ende des Ventilsitzelements 42 gepreßt wird, um so die obere Aufweitung 46a des Ventilsitzelementes 42 zu schließen. Das untere Ende des Ventilsitzelements 42 definiert dabei einen Rückschlagventilsitz 42a (Hilfsventilsitz). Die Druckfeder (Schraubenfeder) 51 wird auf einer Zwischen-Ringschulter 52 am Federhalter 48 gehalten. Der Federhalter 48 umfaßt eine axiale Verlängerung bzw. einen Anschlag 53, der innerhalber der Druckfeder (Schraubenfeder) 51 angeordnet ist und sich in Richtung auf den pilzförmigen Ventilkörper 32a erstreckt, jedoch kurz vor diesem endet. Dadurch wird der maximale Hub des Ventilkörpers 32a begrenzt.

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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 soll nun die Funktionsweise bzw. Arbeitsweise des mehrstufigen Treibstoffeinspritzsystems der zuvor erläuterten Konstruktion beschrieben werden.

In Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors wird der Steuereinrichtung 5 ein Signal für den oberen Totpunkt eingegeben, um so den Zeitpunkt festzustellen, zu dem ein Kolben in einem Zylinder den oberen Totpunkt erreicht. In entsprechender Weise wird ein Drehrichtungs-Unterscheidungssignal und ein Ausblastakt-Unterscheidungssignal der Steuereinrichtung 5 eingegeben, um die Drehrichtung der Kurbelwelle und den Zeitpunkt des Ausblastakt festzustellen.

Arbeitet der Verbrennungsmotor mit vorwärts drehender Kurbelwelle und ist eine bestimmte Zeit nach Beendigung eines Ausblastakts verstrichen, so gibt die Steuereinrichtung 5 ein erstes Wählsignal H auf das Richtungssteuerventil 28a, und zwar mit einer bestimmten Impulsdauer. Das Richtungssteuerventil 28a ist sehr schnell geöffnet mit einer nur geringen Zeitverzögerung gegenüber der Anstiegsflanke des ersten Wählsignals H und schließt plötzlich an der Abfallsflanke des Impulssignals H. Bei geöffnetem Richtungssteuerventil 28a wird Arbeitsflüssigkeit vom Druckerzeuger 2 über das Druckminderventil 27a und das Richtungssteuerventil 28a in die Kammer 21a mit großem Durchmesser in der Druckverstärkereinheit 20a eingespeist. Das Ergebnis ist, daß der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 21a ansteigt, daß der Kolben 23a mit großem Durchmesser und der Kolben 24a mit kleinem Durchmesser gemeinsam nach oben bewegt werden (Fig. 1). Diese Bewegung der Kolben 23a, 24a verursacht einen schnellen Druckanstieg im Haupttreibstoff A in der Kammer 22a mit kleinem Durchmesser, in der Haupteinlaßbohrung 35 und in der Haupt-Treibstoff sammelkammer 36. Überschreitet der auf die Druckaufnahmefläche 41 des Nadelventils 30 wirkende Druck den von der Druckfeder 33 verusachten Gegendruck, so wird das Nadelventil 30 angehoben (Fig. 2) um einen bestimmten Weg und die Treibstoffsammelkammer 36 tritt mit der Auslaßkammer 38 in

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Verbindung. Auf diese Weise wird dann Haupttreibstoff A durch die Einspritzöffnungen 39 in die nicht dargestellten Motorzylinder eingespritzt. In dieser Zeit sitzt der pilzförmige Ventilkörper 32a des Rückschlagventils 32 im Rückschlagventilsitz (Hilfsventilsitz) 42a des Ventilsitzelements 42, so daß eine Rückströmung von Haupttreibstoff A aus der Haupteinspritzleitung 29 in die Hilfseinspritzleitung 31 blockiert ist. Das
Nadelventil 30 bleibt für eine vorgegebene Zeitspanne angehoben, die von der gesteuerten Menge von Haupttreibstoff A abhängt, welche von der Durchflußsteuerpumpe 9a der Durchflußsteuerung 1 geliefert wird. Wird das Richtung ssteuerventil 28a nun betätigt, um die Ventil stellung I in Fig. 1 einzunehmen, so fällt der Treibstoffdruck in der Haupteinlaßbohrung 35 und das Nadelventil 30 wird durch die Druckfeder 33 gegen den Ventilsitz 37 gedrückt, so daß die Haupteinspritzleitung 29 geschlossen und die Haupttreibstoffeinspritzung beendet wird.

Der zuvor erläuterten Haupttreibstoffeinspritzung folgt nach einer kurzen Pause die HiIfstreibstoffeinspritzung.

Dazu sendet die Steuereinrichtung 5 kurz nach Abgabe des ersten Wählsignals H ein zweites Wählsignal, nun an das Richtungssteuerventil 28b, auch dieses mit einer bestimmten Impulsdauer. Ist das Richtungssteuerventil 28b geöffnet, so strömt die vom Druckerzeuger 2 eingespeiste Arbeitsflüssigkeit durch das Druckminderventil 27b und das Richtungssteuerventil 28b in die Kammer 21 b mit großem Durchmesser in der Druckverstärkereinheit 20b. Dadurch steigt der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 21b an. Der Druckanstieg verursacht, daß die Kolben 23b, 24b sich nach oben bewegen (Fig. 1), woraufhin der Druck in dem in der Kammer 22b, der Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45 und der ersten Verbindungsausnehmung 47 enthaltenen Hi Ifstreibstoff B entsprechend ansteigt. Überschreitet der Treibstoffdruck, der auf den Ventilkörper 32a des Rückschlagventils 32 wirkt, die Federkraft der Druckfeder 51, so wird der Ventilkörper 32a nach unten gerichtet (Fig. 2) vom Ventilsitz 42a abgehoben und die Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45 wird

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mit der Auslaßkammer 38 über die erste bis dritte Verbindungsausnehmung 47, 49, 50 verbunden. Das Ergebnis ist, daß HiIfstreibstoff B durch die Einspritzöffnungen 39 in den Motorzylinder eingespritzt wird. Die Zeitspanne der HiIfstreibstoffeinspritzung wird in Abhängigkeit von der gesteuerten Menge von HiIfstreibstoff B bestimmt. Mit der Folge von Haupt- und Hilfstreibstoffeinspritzungen bzw. der mehrstufigen Treibstoffeinspritzung, die so erreichbar ist, kann ein noch unverbranntes Treibstoff-/Luftgemisch im Motorzylinder vollständig verbrannt werden, so daß der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung im Zylinder erheblich verbessert ist. Wird das Richtungssteuerventil 28b geschlossen, so sinkt der Treibstoffdruck in der Hilfseinlaßbohrung 44, der Ventilkörper 32a wird mittels des Druckfeder 51 gegen den Rückschlagventilsitz 42a am Ventilsitzelement 42 gedrückt und die HiIfstreibstoffeinspritzung wird beendet.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Einspritzdüse 60, die sich von der Einspritzdüse 6 gemäß Fig. 2 nur dadurch unterscheidet, daß das Rückschlagventil 32 eine Ventilkugel 61 aufweist und daß das Ventilsitzelement 42 etwa T-förmig im Querschnitt gestaltet ist und einen abgesetzten oberen Teil, angeordnet in der Hilfs-Treibstoffsammelkammer 45 und einen mit geringem Durchmesser ausgebildeten unteren Teil, angeordnet in einer Aufweitung 46 für das Rückschlagventil 42 im Nadelventil 30, aufweist.

Die abgewandelte Einspritzdüse 62 in den Fig. 5 bis 7 entspricht im wesentlichen der Einspritzdüse 60 in Fig. 6, jedoch ist ein einstückiger Düsenkörper 63 vorgesehen. In der in Fig. 5 gezeigten Darstellung erfolgt keine Treibstoffeinspritzung. In Fig. 6 ist gezeigt, wie die Haupttreibstoffeinspritzung erfolgt, wohingegen Fig. 7 zeigt, wie die Hilfstreibstoffeinspritzung hierbei erfolgt.

Fig. 8 zeigt eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse. Die Einspritzdüse 64 ist hierbei anders aufgebaut als die Einspritzdüsen 6, 60, 62 der zuvor erläuterten Ausführungsformen. Das Rückschlagventil 32 ist

Gesthuyser; & von Rohr

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hier nämlich am Ausblasende des Nadelventils 30 angeordnet. Dazu weist im einzelnen die Einspritzdüse 34 eine zylindrische Aufweitung 65 im Düsenkörper 63 auf, und zwar zwischen der Haupt-Treibstoffsamme1kammer 36 und der Auslaßkammer 38, in der eine Ventilkugel 61, eine Druck-Schraubenfeder 51 und ein Federhalter 48 angeordnet sind. Die Ventilkugel 61 wird durch die Druckfeder 51 normalerweise gegen einen Hilfsventilsitz 66 gedrückt, so daß die Hilfseinspritzleitung 31 geschlossen ist. Der Hilfsventilsitz 66 ist am Ausblasende des Nadelventils 30 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann das Ventilsitzelement 42 der Fig. 2 und 4 bis 7 entfallen und das Nadelventil 30 wird einfach verlängert um am Verbindungsstab 43 zur Anlage zu kommen. Die Haupteinspritzleitung 29 wird durch die Haupteinlaßbohrung 35, die Haupt-Treibstoffsammelkammer 36, die Aufweitung 65 zur Aufnahme des Rückschlagventils 32, die zweite Verbindungsausnehmung 49 im Federhalter 48, die Auslaßkammer 38 und die Einspritzöffnungen 39 gebildet. Auf der anderen Seite wird hier die Hilfseinspritzleitung 31 durch die Hilfseinlaßbohrung 44, die HiIfs-Treibstoffsammelkammer 45, die dritte Verbindungsausnehmung 50 im Nadelventil 30, die Auslaßkammer 38 und die Einspritzöffnung 39 gebildet.

Eine weitere abgewandelte Einspritzdüse 68 ist in Fig. 9 dargestellt, stimmt aber im wesentlichen mit der Einspritzdüse 64 aus Fig. 8 überein. Hier jedoch besteht der Düsenkörper 34 wieder aus zwei Teilen, nämlich dem oberen Körperteil 34a und dem unteren Körperteil 34b, was fertigungstechnisch zweckmäßiger ist.

Schließlich zeigt Fig. 10 eine weitere Abwandlung einer Einspritzdüse, Einspritzdüse 70. Die Einspritzdüse 70 stimmt mit der Einspritzdüse 68 aus Fig. 9 mit der Ausnahme überein, daß hier bei der Einspritzdüse 70 das Rückschlagventil 32 wiederum einen pilzförmigen Ventilkörper 32a aufweist. Offensichtlich sind viele Veränderungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der voranstehenden Lehren möglich. Im Rahmen der Offenbarung der vorliegenden Unterlagen kann die Erfindung somit auch anders verwirklicht werden als zuvor im einzelnen beschrieben worden ist.

Claims (11)

1. Gesthuysen & voD Rohr

   Patentansprüche:

   \.)Mehrstufiges Treibstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren, g e e η η zeichnet durch,

   a) eine Durchflußsteuerung (1) zur Speisung einer gesteuerten Menge von Haupttreibstoff (A) und einer gesteuerten Menge von Hilfstreibstoff (B) unabhängig voneinander,

   b) einen Druckerzeuger (2) zur Erzeugung eines Arbeitsdrucks,

   c) einen Druckverstärker (3), verbunden mit der Durchflußsteuerung (1) und dem Druckerzeuger (2), zur Verstärkung des Drucks der Haupt- und Hilfstreibstoffe (A, B), die von der Durchflußsteuerung (1) einströmen, und zwar mit Hilfe des von dem Druckerzeuger (2) erzeugten Arbeitsdrucks,

   d) eine Richtungssteuereinrichtung (Auswahleinrichtung) (4), angeordnet zwischen aem Druckerzeuger (2) und der Durchflußsteuerung (1) zu deren ausgewählter Verbindung miteinander bzw. Trennung voneinander,

   e) eine Steuereinrichtung (5), verbunden mit der Richtungssteuereinrichtung (4) zur Steuerung des Betriebs der Richtungssteuereinrichtung (4) nach Maßgabe von Betriebsdaten des Motors,

   f) eine Einspritzdüse (6), angeschlossen an den Druckverstärker (3) zur Einspritzung des Haupttreibstoffs (A) bzw. des Hilfstreibstoffs (B) in einen Motorzylinder,

   wobei die Einspritzdüse (6) aufweist eine Haupteinspritzleitung (29) für den Haupttreibstoff (A), ein Nadelventil (30) zum öffnen und Schließen der Haupteinspritzleitung (29), eine Hilfseinspritzleitung (31) für Hilfstreibstoff (B), die über das Nadelventil (30) an dessen Ausblasende mit der Haupteinspritzleitung (29) in Verbindung steht, und ein Rückschlagventil (32) zur Verhinderung einer Rückströmung von Haupttreibstoff (A) aus der Haupteinspritzleitung (29) in die Hilfseinspritzleitung (31).
2. 2. Mehrstufiges Treibstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverstärker (3) eine erste, mit der Haupteinspritzleitung (29) verbundene Druckverstärkereinheit (20a) sowie eine zweite, mit

   Gesthuvsen & von Rohr

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   der Hilfseinspritzleitung (31) verbundene Druckverstärkereinheit (20b) aufweist, daß die Durchflußsteuerung (1) eine erste, mit der ersten Druckverstärkereinheit (20a) verbundene Durchflußsteuerpumpe (9a) zur Speisung von Haupttreibstoff (A) zur ersten Druckverstärkereinheit (20a) und eine zweite, mit der zweiten Druckverstärkereinheit (20b) verbundene Durchflußsteuerpumpe (9b) zur Speisung von Hilfstreibstoff (B) zur zweiten Druckverstärkereinheit (20b) aufweist und daß die Richtungssteuereinrichtung (4) aufweist ein mit der ersten Druckverstärkereinheit (20a) einerseits und dem Druckerzeuger (2) andererseits verbundenes erstes Richtungssteuerventil (28a), das von der Steuereinrichtung (5) gesteuert ist, um selektiv die erste Druckverstärkereinheit (20a) mit dem Druckerzeuger (2) zu verbinden, sowie ein mit der zweiten Druckverstärkereinheit (20b) einerseits und dem Druckerzeuger (2) andererseits verbundenes zweites Richtungssteuerventil (28b), das von der Steuereinrichtung (5) gesteuert ist, um selektiv die zweite Druckverstärkereinheit (20b) mit dem Druckerzeuger (2) zu verbinden.
3. 3. Einspritzdüse für ein Treibstoffeinspritzsystem, insbesondere ein mehrstufiges Treibstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, eine Haupteinspritzleitung (29) für den Haupttreibstoff (A), ein Nadelventil (30) zum öffnen und Schließen der Haupteinspritzleitung (29), eine Hilfseinspritzleitung (31) für Hilfstreibstoff (B), die über das Nadelventil (30) an dessen Ausblasende mit der Haupteinspritzleitung (29) in Verbindung steht, und ein Rückschlagventil (32) zur Verhinderung einer Rückströmung von Haupttreibstoff (A) aus der Haupteinspritzleitung (29) in die Hilfseinspritzleitung (31).
4. 4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (32) im Nadelventil (30) angeordnet ist.
5. 5. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (32) am Ausblasende des Nadelventils (30) angeordnet ist.

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6. 6. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelventil (30) eine axiale Ausnehmung (Nut) (47, 46, 49, 50) aufweist, die einen Teil der Hilfseinspritzleitung (31) bildet, sowie einen Teil (Ventilsitzelement) (42) aufweist, der einen der Ausnehmung (47, 46, 49, 50) zugewandten Ventilsitz (42a) bildet, und daß das Rückschlagventil (32) einen federbelasteten Ventilkörper (32a) aufweist, der normalerweise gegen den Hilfsventilsitz (Rückschlagventilsitz) (42a) gepreßt wird und so die Hilfseinspritzleitung (31) schließt.
7. 7. Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Ventilkörper (32a) in der Ausnehmung (47, 46, 49, 50) angeordnet und der Hilfsventilsitz (Rückschlagventilsitz) (42a) in einem mittleren Teil (4b) der Ausnehmung (47, 46, 49, 50) ausgebildet ist.
8. 8. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelventil (30) ein einzeln handhabbares Ventilsitzelement (42) aufweist und der Hilfsventilsitz (Rückschlagventilsitz) (42a) am Ventilsitzelement (42) ausgebildet ist.
9. 9. Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Ventilkörper (32a) außerhalb der Ausnehmung (47, 46, 49, 50) angeordnet und der Hilfsventilsitz (Rückschlagventilsitz) (42a) am Ausblasende des Nadelventils (30) ausgebildet ist.
10. 10. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (32a) pilzförmig ausgebildet ist.
11. 11. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (32a) als Ventilkugel ausgebildet ist.