DE4236882C1 - Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer gemeinsamen Versorgungsleitung für alle Einspritzdüsen mit Magnetventilsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer gemeinsamen Versorgungsleitung für alle Einspritzdüsen mit Magnetventilsteuerung, nach den im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage ist aus der US-PS 3 777 977 bekannt, bei der eine Hochdruckpumpe ständig Kraftstoff in eine für alle Einspritzdüsen einer luftverdichtenden Einspritz­ brennkraftmaschine vorgesehene gemeinsame Versorgungsleitung (Common Rail) unter hohem Druck fördert. Dieser hohe Druck wird u. a. über ein von einem Elektromagneten gesteuertes 3-Wegeventil auf die Rückseite der Düsennadel geleitet, die bei stromlosem Elektromagneten federkraftunterstützt in Schließlage so lange gehalten wird, bis der Elektromagnet für eine Einspritzung akti­ viert und über das 3-Wegeventil die Rückseite der Düsennadel entlastet wird. Der Ventilkörper besteht aus einem Doppelkolben­ schaft mit an seinen Schaftenden angeordneten und in einer zy­ lindrischen Ausnehmung im Ventilgehäuse elektromagnetseitigen und düsennadelseitigen Kolben, zwischen denen und gegenüber die­ sen eine vergrößerte, die Hochdruckverbindung und die Nieder­ druckzeichnung steuernde Verdickung vorgesehen ist. Der düsenna­ delseitige Kolben ist mit Anflächungen für die Hochdruckverbin­ dung zur Düsennadelrückseite sowie mit zahlreichen hochdruck- und niederdruckseitigen Leitungen als Längs-, Radial- und Ring­ leitungen versehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemä­ ße magnetventilgesteuerte Einspritzdüse den Fertigungs- und Mon­ tageaufwand zu verringern sowie ein schnelles Schließen der Dü­ sennadel zu ermöglichen.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen verringert sich die Bau­ teilevielfalt mit dem Vorteil eines reduzierten Fertigungsauf­ wandes und Montageaufwandes. Durch die im Ventilkörper besonders gelegene Drossel ergibt sich eine ungedrosselte Hochdruckverbin­ dung, durch die ein unverzögertes Befüllen der Düsennadelrück­ seite und damit ein erwünschtes rasches Schließen der Nadel er­ reicht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer magnetventilgesteuerten Einspritzdüse sowie einer gemeinsamen Versorgungsleitung für alle Einspritzdüsen in schematischer Darstellung,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein auf der Rückseite einer Einspritzdüse angeordnetes 3-Wegeventil in Ruhelage,

Fig. 3 das 3-Wegeventil in Arbeitslage.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 gemäß Fig. 1 besteht aus einer Hochdruckpumpe als bedarfsgeregelte Kolbenpumpe 2, die von einem einfachen Spiralnocken 3 betätigt wird, sowie aus einem Ein­ spritzleitungssystem mit gemeinsamer Versorgungsleitung 4 für alle Einspritzdüsen 5. Jede Einspritzdüse 5 ist magnetventilge­ steuert und durch eine elektronische Steuereinheit 6 ansteuerbar und enthält einen mit der Versorgungsleitung 4 stets verbundenen Zulaufkanal 7, der in üblicher Weise in eine die Düsennadel 8 umgebende Druckkammer 9 einmündet.

Die im Düsenkörper 16 geführte Düsennadel 8 wird durch eine im Federraum 10 geführte Schließfeder 11 über einen Federteller 12 auf ihren Ventilsitz 13 gedrückt. Zwischen dem Federraum 10 und dem Zulaufkanal 7 ist eine Hochdruckverbindung unter Zwischen­ schaltung eines 3-Wegeventiles 14 vorgesehen, das von einem Elektromagneten 15 wegesteuernd betätigbar ist.

In Fig. 2 ist lediglich der obere bzw. rückwärtige Teil der Ein­ spritzdüse 5 gezeigt, bei dem ein Ventilgehäuse 18 aus einem Ge­ häuseunterteil 19, welches den einspritzdüsenseitigen Federraum 10 aufnimmt, und einem Gehäuseoberteil 20 mit Kopfteil 21 und Rückstellfeder 22 und dem Elektromagneten 15 besteht.

Der Ventilkörper des 3-Wegeventiles 14 besteht gemäß Fig. 2 und 3 aus einem Doppelkolbenschaft 14a, der an seinem oberen und un­ teren Schaftende jeweils einen Kolben 27, 28 aufweist. Zwischen beiden Kolben 27, 28 befindet sich eine bundartige Verdickung 29 als beidseitig wirkendes Ventil in einer einen Druckraum 36 bildenden zylindrischen Erweiterung im Gehäuseoberteil 20. Die Verdickung 29 ist beidseitig mit kegelförmigen Sitzflächen 30, 31 für entsprechende als Sitz­ kegel 32, 33 ausgebildete Ventilsitze im Gehäuseoberteil 20 ver­ sehen. In die als Druckraum 36 ausgebildete Erweiterung mündet ein von dem Federraum 10 ausgehender Leitungsabschnitt 35.

Ein weiterer Leitungsabschnitt 37, der von dem Zulaufkanal 7 abzweigt, mündet in einen unterhalb des obenliegenden Kolbens 27 beginnenden und am Sitzkegel 32 endenden ringförmigen Hochdruck­ zwischenraum 38. Somit ergibt sich eine Kraftstoffverbindung von der Versorgungsleitung 4 über den Zulaufkanal 7 zur Druckkammer 9 der Düsennadel 8 einerseits und über den Leitungsabschnitt 37, Hochdruckzwischenraum 38, Druckraum 36, Leitungsabschnitt 35 in den Federraum 10 andererseits. Ein zweiter ringförmiger Zwi­ schenraum als Entlastungszwischenraum 39 erstreckt sich von dem Sitzkegel 33 bis zum untenliegenden Kolben 28. Dieser Zwischen­ raum 39 ist mit einem Entlastungskanal 40 unter Zwischenschal­ tung einer Drossel 41 verbunden. Eine Bohrungsanordnung ist im Ventilkörper unterhalb der Verdickung 29 vorgesehen und setzt sich aus einer Querbohrung 41a zwischen der Verdickung und dem untenliegenden Kolben 28 und einer von dieser ausgehenden Zen­ tralbohrung 41b im untenliegenden Kolben 28 zusammen, die mit dem Entlastungskanal 40 in Verbindung steht. Die Drossel 41 ist durch die Bohrungsanordnung selbst gebildet.

Bei dieser Ausführung ist der Druckraum 36 lediglich im Gehäu­ seoberteil 20 des Ventilgehäuses 18 vorgesehen und der untere Ventilsitz durch einen in das Gehäuseoberteil 20 fest eingesetz­ ten Ring 42 gebildet.

Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage:

Hochdruck wird von der nockenbetätigten Kolbenpumpe 2 erzeugt, die niederdruckseitig über ein einfaches Magnetventil 50 gesteu­ ert wird. Der Antrieb des Nockens erfolgt mit einem Vielfachen der Nockenwellendrehzahl. Der Hochdruck wird über die gemeinsame Versorgungsleitung 4 in die Druckkammer 9 der Düse 5 sowie in den Federraum 10 auf die rückwärtige Seite der Düsennadel 8 ge­ leitet, die von Ihrem Ventilsitz 13 nicht abheben kann, da sie durch kleine hydraulische Kräfte und durch die Federkraft der Schließfeder 11 auf ihren Ventilsitz 13 gedrückt wird.

Findet eine Einspritzung statt, erzeugt die elektronische Steu­ ereinheit 6 einen Impuls für das elektromagnetische 3-Wegeventil 14, dessen Ventilkörper von seiner in Fig. 2 dargestellten Ruhe­ lage in die in Fig. 3 gezeigte Arbeitslage überführt wird. Die hochdruckseitige Kraftstoffverbindung wird unterbrochen und der Federraum 10 mit der Niederdruckseite verbunden. Die Rückseite der Düsennadel 8 wird entlastet und die Einspritzung in üblicher Weise über den Zulaufkanal 7 eingeleitet. Die Einspritzung ist bei unwirksamem Elektromagneten 15 beendet, wobei eine Rück­ stellfeder 22 den Ventilkörper wieder in Ruhelage überführt (Fig. 2).

Der Schließvorgang der Düse ist dabei äußerst schnell, da nur die Federkraft wirkt und die dagegenwirkenden hydraulischen Druckkräfte vollständig kompensiert werden. Außerdem wirkt keine Drossel verzögernd auf den Schließvorgang, jedoch sorgt die Drossel im Ventilkörper für ein verzögertes Öffnen der Düsenna­ del in der Druckentlastungsphase, wodurch sich kleine Einspritz­ mengen bei Spritzbeginn ergeben und sich somit auch Vorein­ spritzmengen realisieren lassen.

Die elektronische Steuereinheit 6 berechnet aus Betriebsparame­ tern (Drehzahl, Last, Kühlmitteltemperatur u. a.) und anhand ab­ gespeicherter Kennfelder Einspritzzeitpunkt, Einspritzdauer und Systemdruck.

In Fig. 1 ist noch mit 44 der Tank, mit 45 die Förderpumpe, mit 46 die das Magnetventil 50 umgehende Bypassdrossel und mit 47 das Rückschlagventil stromab des Pumpenarbeitsraumes 48 bezeich­ net.

Durch das Magnetventil 50 kann die zum Pumpenelement der Hoch­ druckpumpe führende Zulaufleitung 49 in getakteter Weise gesteu­ ert werden. Es erfolgt eine teilweise Elementfüllung während des Saughubes. Die Verlustleistung der Hochdruckpumpe verringert sich, ebenso die Kosten für dieses Bauteil.

Claims (1)

1. Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer gemeinsamen Versorgungsleitung (4) für alle magnetventilgesteu­ erten Düsen, mit einem in jeder Düse angeordneten und zur Düsen­ nadel (8) führenden Zulaufkanal (7), von dem eine über einen Federraum (10) mit der Rückseite der Düsennadel (8) in Verbin­ dung stehende Steuerleitung unter Zwischenschaltung eines von einem Elektromagneten (15) gesteuerten 3-Wegeventils abzweigt, dessen in einem Ventilgehäuse (18) längsverschiebbarer und in Ruhelage federkraftunterstützt auf seinem Ventilsitz (33) auf­ liegender Ventilkörper eine Hochdruckverbindung zwischen dem Zu­ laufkanal (7) und der Rückseite der Düsennadel (8), jedoch in Arbeitslage bei aktiviertem Elektromagneten (15) eine das Öffnen der Düsennadel (8) bewirkende Niederdruckverbindung zwischen der Düsennadelrückseite und einem niederdruckseitigen Entlastungska­ nal (40) steuert, wobei der Ventilkörper aus einem Doppelkolben­ schaft (14a) mit an seinen Schaftenden angeordneten und in einer zylindrischen Ausnehmung (25, 26) im Ventilgehäuse (18) geführten elektromagnetseitigen und düsennadelseitigen Kolben (27, 28) und mit einer zwischen den Kolben (27, 28) angeordneten und gegenüber diesen durchmessermäßig vergrößerten, die Hochdruckverbindung und die Niederdruckverbindung steuernden Verdickung (29) be­ steht, und ferner zwischen der zylindrischen Ausnehmung (25) und dem Doppelkolbenschaft (14a) ein Hochdruckzwischenraum (38) ge­ bildet ist, in den ein von dem Zulaufkanal (7) abzweigender Lei­ tungsabschnitt (37) der Steuerleitung mündet, und des weiteren zwischen der zylindrischen Ausnehmung (26) und dem Doppelkolben­ schaft (14a) ein Niederdruckzwischenraum (39) gebildet ist, der mit dem Entlastungskanal (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckzwischenraum (38) von dem elektromagnetseitigen Kolben (27) und der Verdickung (29) und der Niederdruckzwischen­ raum (39) von dem düsennadelseitigen Kolben (28) und der Ver­ dickung (29) begrenzt sind, und daß zwischen Niederdruckzwi­ schenraum (39) und Entlastungskanal (40) eine Drossel (41) ange­ ordnet ist, die aus einer im Ventilkörper in dessen düsenna­ delseitigem Schaft nach der Verdickung (29) vorgesehenen Boh­ rungsanordnung besteht, welche sich aus einer im Bereich zwi­ schen der Verdickung (29) und dem düsennadelseitigen Kolben (28) angeordneten Querbohrung (41a) und einer von dieser ausgehenden und mit dem Entlastungskanal (40) verbundenen Zentralbohrung (41b) im düsennadelseitigen Kolben (28) zusammensetzt.