Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorr:ich- tung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine solche aus der DE 197 39 905 AI bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfaßt ein Einspritzventil mit einem nach au-
ßen aus einer Bohrung des Ventilkörpers austauchenden Ventilglied. An dem Ventilglied sind zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern vorgesehen, die beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilglieds nach- einander aufsteuerbar sind. Das Einspritzventil weist einen den Öffnungshub des Ventilglieds begrenzenden zweistufigen hydraulischen Hubanschlag auf, der als hydraulischer Dämpfungsraum mit zusteuerbarer Entlastung ausgebildet ist. Bei der Öffnungshubbewegung wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum durch zwei Anschliffe am Ventilglied und über' jeweils den Anschliffen zugeordnete Entlastungslei- tungen in einen Niederdruckraum gepreßt. Die Dichtkante des ersten Anschliffs ist dabei brennraumnäher als die des zweiten Anschliffs ausgebildet, so daß die Dichtkante des ersten Anschliffs in die Bohrung eintaucht, sobald eine Einspritzöffnungsreihe aus der Bohrung des Ventilglieds ausgetaucht ist. In der weiteren Huböffnungsphase wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum ausschließlich über den zweiten Anschliff und dessen Entlastungsleitung geleitet. In der Entlastungsleitung des zweiten Anschliffs ist ein hydraulisch gesteuertes Entlastungsventil angeordnet, das erst dann öffnet, wenn der im Dämpfungsraum herrschende Druck die Schließkraft der auf das Ventilglied des Entlastungsventils wirkenden Schließfeder überschreitet. Die Schließfeder ist an der einen Stirnfläche eines axial verschiebbaren Kolbens abgestützt, dessen andere abgewandte Stirnseite einen hydraulischen Arbeitsraum begrenzt . Indem der Arbeitsraum über eine Steuerleitung mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit aus einem Hydraulik- system beaufschlagt wird, läßt sich der Kolben und damit die Schließkraft der Schließfeder in Abhängigkeit vom Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine verstellen. Über den
Steuerdruck läßt sich somit steuern, wie weit das Ventil - glied bei der Öffnungshubbewegung aus der Bohrung aus- taucht und ob nur eine oder beide Einspritzöffnungsreihen freigegeben werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die hydraulische Betätigung der Hubsteuervεntile mit Niederdruck und mit Hilfe eines einzigen weiteren Steuerventils erfolgt, das über einen Aktor schaltbar ist und den Druck in der Steuerleitung zum Hubsteuerventil beeinflussen kann. Die Verwendung von Niederdruck als Steuergröße hat große Vorteile und reduziert die Absteuerverluste des Gesamtsystems bzw. führt zu einer Verbesserung des Systemwirkungsgrads. Wird der Niederdruck aus der Absteuer/menge der die Kraftstoffzumessung der Einspritzventile steuernden Zumeßventile entnommen, so ergibt sich eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads.
Der gesamte Steuermengenbedarf kann aus der Absteueirung (Druckentlastung) der Einspritzventile gedeckt werden.
Dies ist aus energetischer Sicht wesentlich günstiger als die Verwendung eines Vorförderdruckniveaus zur Betätigung der Hubsteuerventile. Auf eine separate druckgeregelte Vorförderpumpe kann verzichtet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich-
nung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff- einspriczvorrichtung in einer schematischen Gesamtdarstellung; und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung analog zur Darstellung in Fig. 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete erste Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 2 auf, die saugseitig mit einem Kraftstofftank 3 und druckseitig mit einem Hochdruckspeicher (Common ail) 4 verbunden ist . Von diesem Hochdruckspeicher 4 wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff über Zufuhrleitungen 5 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brenn- kraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile
(Injektoren) 6 abgeführt, von denen in Fig. 1 nur eines gezeigt ist. Zur Steuerung des Einspritzvorganges ist je-
dem Einspritzventil 6 jeweils ein elektrisch betätigbares Zumeßventil 7 in Form z.B. eines 3/2-Wege-Ventils zugeordnet. Der Druck im Hochdruckspeicher 4 wird mittels eines 2/2-Wege-Magnetventils 8 gesteuert, über das der Hoch- druckspeicher 4 mit dem Kraftstoff ank 3, d.h. mit der Leckölseite verbindbar ist.
Das als A-Düse ausgebildete Einspritzventil 6 umfaßt ein gegen die Wirkung einer Schließfeder 9 nach außen aus ei- ner Führungsbohrung 10 des Ventilgehäuses austauchendes kolbenförmiges Ventilglied 11. Am Ventilglied 11 sind zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern 12, 13 vorgesehen, die beim nach außen gerichteten Öffmαngshub des Ventilglieds 11 nacheinander aufsteuerbar sind. Über Längskanäle 14 im Ventilglied 11 sind die Spritzlöcher 12, 13 mit einem ringförmigen Druckraum 15 verbunden, in den die Zufuhrleitung 5 im Einspritzventil 6 mündet. Im Bereich des Druckraums 15 hat das Ventilglied 11 eine Druckschulter 16, an welcher der über die Zufuhrleitung 5 zuge- führte Kraftstoff im Öffnungssinn (d.h. nach außen) am
Ventilglied 11 angreift. Das Ventilglied 11 ist am einen Ende eines Schafts 17 vorgesehen, der an seinem anderen Ende einen Federteller 18 trägt, an welchem die anderen- ends am Ventilgehäuse abgestützte Schließfeder 9 angreift. Der vom Ventilglied 11 beim Öffnen durchgeführte Hub wird durch einen hydraulischen Hubanschlag 19 gesteuert . Der dazu am Schaft 17 vorgesehene Kolben 20 begrenzt mit seiner einen Stirnseite einen Dä pfungsraum 21 mit zwei axial zueinander versetzten Entlastungskanälen 22, 23, die beim Öffnungshub des Ventilglieds 11 nacheinander verschlossen werden. Über den ersten Entlastungskanal 22 ist der Dämpfungsraum 21 mit dem Kraftstofftank 3, d.h. mit der Leck-
ölseite, und über den zweiten Entlastungskanal 23 mit einem hydraulisch steuerbaren, federbelasteten Hubsteυerven- til 24 (3/2-Wege-Ventil) verbunden, welches in Abhängigkeit des in seiner Steuerleitung 25 herrschenden Drucks den Dämpfungsraum 21 mit dem Kraftstofftank 3, d.h. mit der Leckölseite, oder mit einem Druckspeicher 26 verbindet. Die Steuerleitungen 25 der Hubsteuervenuile 24 sind über ein 3/2 -Wege-Steuerventil 27 entweder mit dem Druckspeicher 26 oder mit dem Kraf stofftank 3, d.h. mit der Leckölseite verbindbar. Das Steuerventil 27 kann über einen Aktor betätigt werden, um die Hubsteuerventile 24 aller Einspritzventile 6 gleichzeitig umzuschalten. Über das Zumeßventil 7 und ein dazwischen vorgesehenes federbelastetes Gleichdruck- bzw. Druckregelventil 28 (z.B. auf 60 bar eingestellt) läßt sich der Druckspeicher 26 mit
Kraftstoff aus dem Druckraum 15 füllen, wobei der Druc - Speicher 26 über ein weiteres federbelastetes Gleichdruck- bzw. Druckregelventil 29 (auf z.B. 10 bar eingestellt) mit dem Kraftstofftank 3, d.h. mit der Leckölseite verbunden ist. Mit Hilfe des Druckregelventils 28 wird im Lecköl- rücklauf des Zumeßventils 7 ein Standdruck von 60 bar und anschließend durch das Druckregelventil 29 im Druckspeicher 26 ein zweites tieferes Druckniveau von 10 bar erzeugt, welches für die Niederdrucksteuerung der Hubsteuer- ventile 24 herangezogen wird. Der gesamte Steuermengenbedarf kann aus der Absteuerung (Druckentlastung) der Einspritzventile 6 gedeckt werden.
Die Kraftstoffeinspritzung, d.h. der Öffnungshub des Ven- tilglieds 11, wird durch Bestromen des Zumeßventils 7 eingeleitet .
Bei unbestromtem 3/2-Wege-Steuerventil 27 herrscht in der Steuerleitung 25 der Steuerdruck des Druckspeichers 26, so daß das Hubsteuerventil 24 mit Hilfe dieses Steuerdruckes entgegen der Federkraft geschaltet wird und, wie in Fig. 1 gezeigt, den Dämpfungsraum 21 mit dem Kraftstofftank 3 verbindet. Dann strömt beim Öffnen des Ventilglieds 11 der durch den Kolben 20 aus dem Dämpfungsraum 21 verdrängte Kraftstoff über den zweiten Entlastungskanal 23 ab, so daß eine Hubbegrenzung nicht stattfindet. Erst wenn der Kolben 20 bei seiner Hubbewegung den zweiten Entlastungskanal 23 mit seiner Steuerkante 30 verschließt, wird der im Dämpfungsraum 21 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 20 komprimiert und dadurch der Öffnungshub des Ventilglieds 11 hydraulisch begrenzt. Bei diesem Maximalhub des Ventil - glieds 11 von 100% sind beide Spritzlochreihen 12, 13 freigegeben.
Hingegen ist bei geöffnetem, d.h. bestromtem 3/2 -Wege- Steuerventil 27 die Steuerleitung 25 mit dem Kraftstoff- tank 3 verbunden und damit entlastet, so daß das Hubsteuerventil 24 nunmehr den Dämpfungsraum 21 mit dem Druckspeicher 26 verbindet. Der Druckspeicher 26 hat ein sehr geringes Volumen, um einen präzisen Hubanschlag zu gewährleisten, ist aber so groß, daß es nicht zu Schwingungen des Ventilglieds 11 kommt. Wenn beim Öffnen des Ventilglieds 11 der Kolben 20 mit seiner Steuerkante 30 den ersten Entlastungskanal 22 verschließt, wird der im Dämpfungsraum 21 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 20 komprimiert. Dadurch wird der Öffnungshub des Ventilglieds 11 hydraulisch auf einen Teilhub von z.B. 50% begrenzt, bei dem nur die unteren Spritzlöcher 12 für eine Einspritzung freigegeben werden.
Bei der in Fig..2 gezeigten Kraf tstof feinspritzvorrichtung
31 ist die Steuerleitung 25 der Hubsteuerventile 24 über ein 2/2-Wege-Steuerventil 32 mit dem Kraftstoff ank 3 verbindbar und über eine Drossel 33 mit dem Druckspeicher 26 verbunden.
Bei geschlossenem, d.h. unbestromtem 2/2-Wege-Steuerventil
32 herrscht in der Steuerleitung 25 der Steuerdruck des Druckspeichers 26, so daß das Hubsteuerventil 24 entgegen der Federkraft geschaltet wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Hingegen wird bei geöffnetem, d.h. bestromtem 2/2-Wege- Steuerventil 32 permanent Kraftstoff aus dem Druckspeicher 26 über die Drossel 33 in den Kraftstofftank 3 gefördert, so daß die Steuerleitung 25 entlastet ist und das Hubsteu- erventil 24 durch die Federkraft in seine andere Stellung geschaltet wird.