AT1626U1

AT1626U1 - Speichereinspritzsystem für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: AT1626U1
Application number: AT19295U
Authority: AT
Inventors: Hans Dipl Ing Erlach; Ludwig Dipl Ing Buergler
Original assignee: Avl Verbrennungskraft Messtech
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1997-08-25
Also published as: DE19612738C2; DE19612738A1

Abstract

Bei Speichereinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen mit einem direkteinspritzenden über ein Magnetventil (24, 24) gesteuerten Einspritzventil (1, 1) pro Zylinder bekannter Bauart steht ein die Düsennadel (4, 4) umgebender Druckraum (6, 6) ständig mit einer mit Hochdruck (p) beaufschlagten Hochdruckleitung (11, 11) in Verbindung. Im Falle eines undichten Düsennadelsitzes (1b, 1b) oder bei einem Hängenbleiben der Düsennadel (4, 4) kann es durch unzulässiges Ansteigen der Einspritzmenge zu gefährlichen Betriebszuständen kommen. Um dies zu vermeiden, ist im Strömungsweg zwischen Hochdruckleitung (11, 11) und Druckraum (6, 6) ein Sicherheitsventil (2, 2) vorgesehen, dessen Öffnungsstellung mit der Freigabestellung (F) und dessen Schließstellung mit der Sperrstellung (S) des Magnetventiles (24, 24) korreliert.

Description

AT 001 626 Ul

Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem direkteinspritzenden über ein Magnetventil gesteuerten Einspritzventil pro Zylinder, mit einem von einer Hochdruckpumpe über eine Hochdruckleitung mit Kraftstoff beaufschlagbaren, eine achsial verschiebbare Düsennadel zumindest teilweise umgebenden, vorzugsweise düsenseitig angeordneten ersten Druckraum innerhalb des Einspritzventilgehäuses, wobei die Düsennadel im Bereich des Druckraumes gegenüber der Düsennadelachse geneigte Druckangriffsflächen für Druckkräfte in Öffnungsrichtung der Düsennadel aufweist, mit einem mit der Düsennadel in Wirkverbindung stehenden, achs-gleich zu dieser angeordneten länsverschiebbaren Steuerkolben innerhalb des Einspritzventilgehäuses, welcher stirnseitig an einen in einer Sperrstellung des Magnetventiles mit Hochdruck beaufschlagbaren Steuerraum grenzt, wobei in einer Freigabestellung des Magnetventiles der Steuerraum mit einer Leckölleitung verbindbar ist.

Bei einem derartigen Einspritzsystem herkömmlicher Bauart, wie es beispielsweise aus der EP 0 459 429 Al oder der Veröffentlichung "New Electronically Controlled Fuel Injection System ECD-U2 for Clean Diesel Engines", Toshihiko Omori, Tagung "Motor und Umwelt 92", AVL List GmbH, Austria, bekannt ist, ist es üblich, daß der die Düsennadel umgebende Druckraum ständig mit dem über die Hochdruckleitung anstehenden, bis zu 1500 bar betragenden Hochdruck beaufschlagt wird. Im Falle eines undichten Nadelsitzes oder bei einem Hängenbleiben der Düsennadel kann dies zur Einspritzung von unerwünschten großen KraftStoffmengen führen, was in weiterer Folge eine Zerstörung des Motors bewirken kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Einspritzsystem der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß gefährliche Betriebszustände der genannten Art und ein unzulässiges Ansteigen der Einspritzmenge sicher vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Strömungsweg zwischen Hochdruckleitung und Druckraum ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, dessen entlang seiner Hubachse bewegbare Ventilkörper in seiner Öffnungsstellung die Strömungsverbindung zwischen der Hochdruckleitung und dem Druckraum freigibt und in seiner Schließstellung die Strömmungsver- 2 AT 001 626 Ul bindung unterbricht, wobei die Öffnungsstellung des Sicher-heitsventiles mit der Freigabestellung des Magnetventiles und die Schließstellung mit der Sperrsteilung korreliert. Dadurch wird nur zur Zeit der betriebsmäßigen Einspritzung der Druckraum mit Hochduck beaufschlagt, während die restliche Zeit über die Kraftstoffzufuhr zum Druckraum unterbrochen ist. Dies ermöglicht einerseits ein sicheres Schließen der Ventilnadel und verhindert andererseits, daß unzulässig hohe Einspritzmengen eingespritzt werden.

Aufgrund der Trennung der Nadel und des Dichtsitzes des Sicherheitsventiles von den geometrischen und technischen Restriktionen, wie sie an der Düsenspitze herrschen (möglichst zentrale Lage der Düsenspitze zum Brennraum des Motors; thermische Beanspruchung infolge der Verbrennung) kann die Form der Nadel und des Sitzes des Sicherheitsventiles bei weitem freier gestaltet werden als dies bei der Düsennadel und deren Sitz der Fall ist. Deshalb kann an der Nadel des Sicherheitsventils der Strömungsquerschnitt als Funktion des Nadelhubes durch entsprechende geometrische Gestaltung, welche die Drosselung der Einspritzung zu Einspritzbeginn erlaubt, besser und leichter als bei herkömmlichen Einspritzsystemen kontrolliert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß der Ventilkörper des Sicherheitsventiles im Bereich seines Ventilsitzes von einem mit der Hochdruckleitung in StrömungsVerbindung stehenden Ventilraum umgeben ist, wobei der Ventilkörper im Bereich des Ventilraumes gegenüber der Hubachse geneigte erste Druckangriffsflächen für Druckkräfte in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers aufweist und der Ventil-körper über eine gegenüber der Hubachse geneigte in der Sperrsteilung des Magnetventiles mit Hochdruck beaufschlagbare zweite Druckangriffsfläche für Druckkräfte in Schließrichtung des Ventilkörpers in die Schließstellung bringbar ist. Die Bewegungen des Ventilkörpers des Sicherheitsventiles und des Steuerkolbens des Einspritzventiles sind aneinandergekoppelt, wodurch der Kraftstoffluß in den Brennraum mit zweifacher Sicherheit gesperrt werden kann. Im Falle des Ausfalles oder des Undichtwerdens eines der beiden Ventile kann weiterhin mit der Funktionstüchtigkeit des zweiten Ventiles gerechnet werden.

Die Kopplung von Steuerkolben und Ventilkörper kann dadurch erfolgen, daß die zweite Druckangriffsfläche am Ven- 3 AT 001 626 Ul tilkörper stirnseitig an dem dem Ventilsitz abgewandten Ende angeordnet ist und an einen Ventilsteuerraum grenzt, in welchen eine, vorzugsweise eine Drosselstelle aufweisende, Strömungsverbindung mit dem Magnetventil einmündet. Über eine oder mehrere derartige Drosselstellen kann das Hubverhalten des Ventilkörpers und des Steuerkolbens eingestellt werden.

Wenn der Steuerraum über eine eine erste Drossel-stelle aufweisende erste Steuerleitung mit dem Magnetventil verbunden ist und Ventilsteuerraum und Steuerraum über eine eine zweite Drosselstelle aufweisende zweite Steuerleitung verbunden sind, so kann ein früheres Ansprechen der Düsennadel gegenüber dem Sicherheitsventil erreicht werden. In bestimmten Fällen ist ein früheres Ansprechen des Sicherheitsventiles erwünscht. Dies wird möglich, wenn Ventilsteuerraum und Steuerraum über eine eine erste Drosselstelle aufweisende erste Steuerleitung und der Ventilsteuerraum über eine eine zweite Drosselstelle aufweisende zweite Steuerleitung mit dem Magnetventil verbunden sind.

Ein annähernd gleichzeitiges Ansprechen von Steuerkolben und Ventilkörper wird möglich, wenn der Steuerraum über eine eine erste Drosselstelle aufweisende erste Steuerleitung und der Ventilsteuerraum über eine eine zweite Drosselstelle aufweisende zweite Steuerleitung mit dem Magnetventil verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Sicherheitsventil in das Ein-spritzventil integriert ist, wobei der Ventilkörper des Sicherheitsventiles mit dem Steuerkolben kombiniert ist. Dadurch kann das Einspritzventil sehr kompakt und mit wenigen Teilen ausgeführt werden. Sehr vorteilhaft ist es dabei, wenn im Bereich des Ventilsitzes des Ventilkörpers ein den Steuerkolben umgebender, mit dem ersten Druckraum in Strömungsverbindung stehender Ringraum angeordnet ist, welcher bei geöffnetem Sicherheitsventil mit der Hochdruckleitung verbunden und bei geschlossenem Sicherheitsventil von dieser getrennt ist. Der mit der Hochdruckleitung verbundene Ventilraum ist dabei im geschlossenen Zustand des Sicherheitsventiles durch den Ventilsitz vom Ringraum getrennt. Bei Absinken des Druckes im Steuerraum wird der Ventilkörper vom Ventilsitz angehoben und die Strömungsverbindung des Ventilsitzes mit dem Ringraum und weiter mit dem Druckraum der Düsennadel hergestellt. 4 AT 001 626 Ul

In einer sehr einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß das Magnetventil als 2/2-Wegventil ausgeführt ist und der Steuerraum des Steuerkolbens ständig mit der Hochdruckleitung, vorzugsweise über eine Drosselstelle, in Strömungsverbindung steht, wobei vorzugsweise die Mündung der Hochdruckleitung über Verbindungskanäle innerhalb des Steuerkolbens mit dem Steuerraum verbunden ist. Über die Drossel-stelle zwischen Steuerraum und Hochdruckleitung kann die Druckanstiegsgeschwindigkeit im Steuerraum und damit die Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel beeinflußt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungskanäle als Drosselstelle ausgebildet sind. Über das 2/2-Wegventil wird in der Freigabestellung eine Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum und der Leckölleitung hergestellt, sodaß der Druck im Steuerraum absinkt und der Ventilkörper vom Ventilsitz angehoben wird. Dadurch wird der Druckraum mit Hochdruck beaufschlagt und die Ventilnadel ebenfalls angehoben. Die Hubbewegung der Düsennadel wird somit durch das 2/2-Wegventil eingeleitet. Dadurch, daß zwischen Steuerraum und Leckölleitung, vorzugsweise im Bereich des Magnetventilsitzes, eine erste Drosselstelle angeordnet ist, kann die Hubgeschwindigkeit des Steuerkolbens und der Düsennadel über den Drosselquerschnitt voreingestellt werden.

Wird das 2/2-Wegventil geschlossen, so steigt der Druck im Steuerraum sehr schnell an und drückt den Ventilkörper auf den Ventilsitz, wodurch die Kraftstoffzufuhr zum Druckraum unterbrochen wird. Um einen definierten Druck vor Beginn der Einspritzung im Bereich des Druckraumes sicherzustellen ist es vorteilhaft, wenn der Druckraum, vorzugsweise über eine weitere Drosselstelle im Bereich des Ringraumes, mit der Leckölleitung verbunden ist.

Ein rasches Ansprechen und Öffnen des Ventilkörpers wird erreicht, wenn auf den Steuerkolben in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers des Sicherheitsventiles eine Feder einwirkt. Das Öffnen kann aber bei geeigneter Dimensionierung von Druckangriffsflächen am Steuerkolben auch allein durch den Kraftstoffdruck erfolgen.

Ein rasches Schließen der Düsennadel wird dadurch erzielt, daß Steuerkolben und Düsennadel in der Öffnungsstellung der Düsennadel vorzugsweise über ein axiales Distanzstück mechanisch in Verbindung stehen und in der Schließstellung der 5 AT 001 626 Ul Düsennadel zueinander ein Spiel aufweisen. Die Düsennadel wird dabei durch den Steuerkolben bewegt, bis der Ventilkörper am Ventilsitz aufliegt. Die restliche Schließbewegung erfolgt durch die Düsenfeder. Das Spiel zwischen Steuerkolben und Distanzstück dient zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen.

Die Erfindung wird anhand von in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Speichereinspritzventiles, Fig. la einen Schnitt gemäß der Linie Ia-Ia in Fig. 1, Fig. 2 und 3 Ausführungsvarianten dieses Speichereinspritzventiles, Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Speichereinspritzventiles in der Sperrsteilung, Fig. 5 das Einspritzventil aus Fig. 4 in der Freigabestellung, Fig. 6 bis 11 Diagramme über die zeitliche Veränderung von Parametern bei der Öffnung des Einspritzventiles.

Funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 bis 3 zeigen erfindungsgemäße Ausführungsvarianten von Einspritzventilen 1 mit externem Sicherheitsventil 2. Im Gehäuse 3 des Einspritzventiles 1 ist die Düsennadel 4 entlang der Düsennadelachse 4a verschiebbar gelagert. Die Düsennadel 4 steht mit einem längsverschiebbaren Steuerkolben 5 in WirkVerbindung, wobei der Steuerkolben 5 mit der Düsennadel 4 mechanisch verbunden oder von dieser getrennt sein kann. Die Düsennadel 4 wird teilweise von einem Druckraum 6 umgeben, in welchen eine Druckleitung 7 einmündet. Auf die Düsennadel 4 wirkt entgegen der Öffnungsrichtung eine Feder 8 ein. Die Druckleitung 7 steht mit dem Ausgang 9 des Sicherheit sventiles 2 in Verbindung. In das Sicherheitsventil 2 mündet eine von einem Speicher 10 ausgehende Hochdruckleitung 11. Der Speicher 10 wird von einer Hochdruckpumpe 29 sowie eine Vorpumpe 30 von einem Behälter 31 mit Kraftstoff beliefert. Die Hochdruckpumpe 29 sowie das Magnetventil 24 werden in bekannter Weise über eine elektronische Steuereinheit 33 in Abhängigkeit der Drehzahl 34, der Last 35, Fahrerbefehle 36 und eventuell anderen Einflußgrößen, über die Leitungen 32 und 38 gesteuert. 37 bezeichnet eine Sensorleitung für den Istwert des Hochdruckes p.

Das Sicherheitsventil 2 weist einen Ventilkörper 12 auf, der im Bereich der Mündung 13 der Hochdruckleitung 11 von 6 AT 001 626 Ul einem ringförmigen Ventilraum 14 umgeben ist. In der Schließstellung des Sicherheitsventiles 2 sitzt der Ventilkörper 12 am Ventilsitz 15 des Sicherheitsventiles 2 auf und trennt den Ventilraum 14 von der Druckleitung 7. Die Hubachse des Ventilkörpers ist mit 12a bezeichnet. Zur Seite des Ausganges 9 hin weist der Ventilkörper 12 gegenüber der Hubachse 12a vorzugsweise um 90° geneigte erste Druckangriffsflächen 16 und 16a auf. Der Wirkquerschnitt der Druckangriffsflächen 16 und 16a ist in der in Fig. la gezeigten Schnittdarstellung ersichtlich. An dem dem Ventilsitz 15 entgegengesetzten Ende grenzt der Ventilkörper 12 über eine zweite, zur Hubachse 12a vorzugsweise um 90° geneigte zweite Druckangriffsfläche 17 an einen Ventilsteuerraum 18. Ein an den Steuerkolben 5 grenzender Steuerraum 21 ist über eine eine erste Drosselstelle 22 aufweisende erste Steuerleitung 23 mit dem der Betätigung des Einspritzventiles 1 dienenden Magnetventil 24 verbunden. In den Ventilsteuerraum 18 mündet in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel eine eine zweite Drosselstelle 19 aufweisende zweite Steuerleitung 20 ein, welche von dem Steuerraum 21 ausgeht. Das im Beispiel als 3/2-Wegventil angeführte Magnetventil 24 stellt in seiner in Fig. 1 dargestellten Sperrsteilung S, in welcher die Düsennadel 4, als auch das Sicherheitsventil 2 geschlossen ist, eine Strömungsverbindung zwischen einer vom Speicher 10 ausgehenden Hochdruckleitung 11a und der Steuerleitung 23 her. In der Freigabestellung F des Magnetventils 24 wird die Strömungsverbindung zur Hochdruckleitung 11a unterbrochen und die Steuerleitung 23 mit der zum Behälter 31a führenden Leckölleitung 25 verbunden. Im Beispiel liegt in der Sperrsteilung S der Anker 24c des Magnetventiles 24 am Magnetventilsitz 24a auf. Bei Aktivierung der Spule 24b wird der Anker 24c gehoben und nimmt die Freigabestellung F ein. Der Anker 24c des Magnetventiles 24 legt bei einem Schaltvorgang den Hubweg hjyj zurück.

Der Ventilkörper 12 des Sicherheitsventiles 2 befindet sich vor Betätigung des Magnetventils 24 in seiner unteren Endlage. Diese wird durch die auf den Ventilkörper 12 wirkenden hydraulischen Kräfte bestimmt. In Schließrichtung wirkt auf den Ventilkörper 12 die Kraft F^ = p x A^, wobei p der Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung und A^ der Wirkungsquerschnitt der zweiten Druckangriffsfläche 17 ist. In Öffnungsrichtung wirken auf den Ventilkörper 12 die 7 AT 001 626 Ul

Kräfte F2 = p x A2 und F3 = pp x A3, wobei A2 bzw. A3 die Wirkquerschnitte der ersten Druckangriffsfläche 16 bzw. 16a und pd der Kraftstoff druck in der Druckleitung 7 ist. Dabei muß gelten: Pd < P· Diese Bedingung wird durch die Leckage zwischen dem Schaft 4b der Düsennadel 4 und dem Gehäuse 3, welche zu einer Druckabsenkung im Druckraum 6 führt, gewährleistet. Die Schließbewegung des Ventilkörpers 12 kann zusätzlich durch eine Feder 8a im Ventilsteuerraum 18 unterstützt werden, die Feder 8a kann aber auch entfallen.

Wird nun das Magnetventil 24 in die Freigabestellung F umgeschalten, so sinkt der Druck pg auf den Steuerkolben 5 im Steuerraum 21 und in weiterer Folge auch der Druck auf den Ventilkörper 12 des Sicherheitsventiles 2 im Ventilsteuerraum 18, sodaß dieses zufolge der in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft F2 + F3, öffnet und den Kraftstoffluß zum Druckraum 6 freigibt. Der Druckanstieg im Druckraum 6 und der Druckabfall im Steuerraum 21 bewirken, daß die Düsennadel 4 vom Düsennadelsitz 1b angehoben wird. Bei angehobener Düsennadel 4 erfolgt nun der Einspritzvorgang durch die Düsenbohrungen la. Beim nachfolgenden Zurückschalten des Magnetventi-les 24 in die Sperrsteilung S wird die Düsennadel 4 zufolge des über den Steuerraum 21 mit Hochdruck p beaufschlagten Steuerkolbens 5 und die auf die Düsennadel 4 übertragenen Schließkräfte geschlossen. Die Schließbewegung wird durch die Feder 8 unterstützt. Bei geeigneter Dimensionierung der Druckangriffsflachen des Steuerkolbens 5 und der Düsennadel 4 kann die Feder 8 auch entfallen. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel schließt das Sicherheitsventil 2 nach der Düsennadel 4, wobei die zeitliche Verzögerung vor allem durch die Dimensionierung der zweiten Drosselstelle 19 in der zweiten Steuerleitung 20 zwischen Ventilsteuerraum 18 und Steuerraum 21 bestimmt wird. Das Ansprechen der Düsennadel 4 selbst wird durch die erste Drosselstelle 22 in der ersten Steuerleitung 23 zwischen Magnetventil 24 und dem Steuerraum 21 festgelegt .

In bestimmten Fällen kann es erwünscht sein, daß das Sicherheitsventil 2 vor der Düsennadel 4 öffnet bzw. schließt. Dies wird möglich, wenn - wie in Fig. 2 dargestellt - der Ventilsteuerraum 18 über eine eine erste Drosselstelle 22 aufweisende erste Steuerleitung 23a mit dem Steuerraum 21 und über 8 AT 001 626 Ul eine eine zweite Drosselstelle 19a aufweisende zweite Steuerleitung 20a mit dem Magnetventil 24 verbunden ist.

Ein nahezu gleichzeitiges Ansprechen des Ventilkörpers 12 und des Steuerkolbens 5 kann erreicht werden, wenn das Magnetventil 24 sowohl über eine eine erste Drosselstelle 22b aufweisende erste Steuerleitung 23b mit dem Steuerraum 21, als auch über eine eine zweite Drosselstelle 19b aufweisende zweite Steuerleitung 20b mit dem Ventilsteuerraum 18 verbunden ist, wie in Fig. 3 dargestellt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere AusführungsVariante der Erfindung mit einem in das Einspritzventil 1' integrierten Sicherheitsventil 2'. Wie in den bereits beschriebenen Ausführungsvarianten ist im Gehäuse 3' die Düsennadel 41 entlang der Düsennadelachse 4a' längsverschiebbar über den Schaft 4b1 gelagert. Die Düsennadel 4' wird teilweise von eiern Druckraum 6' umgeben, welcher über eine Druckleitung 7' mit dem Ausgang 9' des Sicherheitsventiles 2' verbunden ist. Der Ventilkörper 12' des Sicherheitsventiles 2' ist hier aber einstückig mit dem Steuerkolben 5' ausgeführt, wobei der Ventilkörper 12' und der Steuerkolben 5' zum Teil durch einen Ringraum 28' umgeben sind, an welchen über den Ausgang· 9' die Druckleitung 7' anschließt. Steuerkolben 5' und Ventilkörper 12' sind entlang ihrer Hubachse 12a' verschiebbar im Gehäuse 3' des Einspritzventiles 1' gelagert, wobei in der in Fig. 4 gezeigten Sperrstellung S der Ventilkörper 12' auf einem Ventilsitz 15' auf liegt und den Ringraum 28 von einem durch den Ventilkörper 12' und dem Gehäuse 3' gebildeten Ventilraum 14' trennt. In den Ventilraum 14' mündet die von einem Speicher 10' ausgehende Hochdruckleitung 11', deren Mündung mit 13' bezeichnet ist. Der Speicher 10' wird wie in den bereits beschriebenen Beispielen von einer Hochdruckpumpe 29' und einer Vorpumpe 30' über einen Behälter 31' gespeist. Die Hochdruckpumpe 29 selbst erhält über eine Steuerleitung 32' Steuersignale von einer elektronischen Steuereinheit 33', welche in Abhängigkeit der Drehzahl 34', der Last 35', manueller Vorgabe, beispielsweise durch den Fahrer 36', vom Speicherdruck p des Speichers 10' und eventuell anderen Einflußgrößen die Hochdruckpumpe 29 und das Magnetventil 24' des Einspritzventiles 2' steuert. Das Magnetventil 24' kann - wie in Fig. 4 und 5 dargestellt - entweder als 2/2-Wegventil, oder aber auch - analog zu Fig. l - als 3/2-Wegventil ausgeführt sein. 9 AT 001 626 Ul

Der Ventilraum 14' ist über Verbindungskanäle 39', die mit einer Drosselstelle 42' versehen sind, mit dem an den Steuerkolben 5' grenzenden Steuerraum 21' verbunden. Der Steuerraum 21' wiederum weist eine erste Steuerleitung 23' zum Magnetventil 24' auf, wobei in der Steuerleitung 23' eine erste Drosselstelle 22' angeordnet ist. Das Magnetventil 24' verschließt in seiner in Fig. 4 eingezeichneten Sperrsteilung S über den durch die Feder 24d' auf den Magnetventilsitz 24a' gedrückten Anker 24c' die erste Steuerleitung 20'. In der Freigabestellung F des Magnetventiles 24, welche in Fig. 5 in vergrößerter Darstellung gezeigt ist, wird durch Aktivierung der Spule 24b' der Anker 24c1 vom Magnetventil sitz 24a’ angehoben und der Steuerraum 21' mit einer Leckölleitung 25' verbunden, welche zu einem Behälter 31a' führt.

Die Funktionsweise des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Systems ist folgendermaßen: In der Sperrsteilung S verschließt das Magnetventil 2^ Drosselstelle 22'. Der Hochdruck ps im Steuerraum 21' bewirkt eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf den Steuerkolben 51, wodurch dieser über den Ventilkörper 12' den Ventilsitz 15' verschließt. Durch eine optional vorhandene weitere Drosselstelle 40' kann der sich im Ringraum 28' zwischen dem Ventilsitz 15' und dem Druckraum 6' befindende Kraftstoff in die Leckölleitung 25' abfließen. Die Düsennadel 4' wird in diesem Zustand von der Feder 8' in geschlossenem Zustand gehalten.

Der Einspritzbeginn wird durch Betätigen des Magnetventiles 24' eingeleitet, wobei die Drosselstelle 22' geöffnet wird. Über die Drosselstelle 22' wird der an den Steuerkolben 5' grenzende Steuerraum 21' druckentlastet und der Steuerkolben 5' kann sich aufgrund der Kraft der Feder 8' nach oben bewegen. In den Verbindungskanälen 39' zwischen Ventilraum 14' und Steuerraum 21' ist eine Drosselstelle 42' vorgesehen, welche so dimensioniert ist, daß der durchströmende Kraftstoff zu keinem Druckanstieg im Steuerraum 21' führt. Durch die Bewegung des Steuerkolbens 5' wird der Ventilsitz 15' geöffnet und die StrömungsVerbindung zwischen Hochdruckleitung 11', dem Ringraum 28', der Druckleitung 7' und dem Druckraum 6' hergestellt, was einen Druckanstieg an der Düsennadel 4' bewirkt. Die durch den Druckanstieg verursachte Kraft in Öffnungsrichtung der Düsennadel 4' bewirkt ein Öffnen der Düsennadel 4' und der Einspritzvorgang durch die Düsenbohrungen la' beginnt. 10 AT 001 626 Ul

Das Ende der Einspritzung wird durch das Schalten des Magnetventiles 24' in die Sperrsteilung S eingeleitet, wobei die Drosselstelle 22' geschlossen wird. Der durch die Drosselstelle 42' einströmende Kraftstoff bewirkt einen Druckanstieg im Steuerraum 21' oberhalb des Steuerkolbens 5', wodurch der Steuerkolben 5' mit dem Ventilkörper 12' gegen den Ventilsitz 15' gedrückt wird. Während der Schließbewegung drückt der Steuerkolben 5' die Düsennadel 4' über ein vorzugsweise mit dieser verbundenes Distanzstück 41^ in Richtung des Düsennadel-sitzes lb' bis der Ventilkörper 12' am Ventilsitz 15' auf-liegt. Die Düsennadel 4' wird durch die Feder 8' weiterbewegt, bis sie am Düsennadelsitz lb' aufliegt. Um ein von Fertigungstoleranzen unabhängiges sicheres Schließen sowohl der Düsennadel 4' als auch des Ventilkörpers 12' zu gewährleisten, ist zwischen Distanzstück 41' und Steuerkolben 5' ein Spiel 43' vorgesehen. Gleichzeitig hat das Spiel 43' den Vorteil, daß die hydraulische Kraft auf den Steuerkolben 5' nicht vom Düsennadelsitz lb' auf genommen werden muß, wodurch ein größerer Steuerkolbendurchmesser und damit eine verläßlichere Funktion des Systems aufgrund der größeren hydraulischen Kräfte ermöglicht wird.

Gegebenenfalls kann die Drosselstelle 40' durch eine definierte Leckage zwischen dem Schaft 4b' der Düsennadel 4' und dem Gehäuse 3' ersetzt werden, wodurch Kraftstoff in den Raum 44' zwischen Steuerkolben 5' und Düsennadel 4' eindringen kann. In diesem Fall müßte der Raum 44' mit der Leckölleitung 25' verbunden sein, was durch die strichlierten Linien in Fig. X angedeutet ist. Der Ventilsitz 15' des Ventilkörpers 12' am Steuerkolben 5' kann geometrisch so ausgeführt werden, daß ein definierter Ventil-Querschnittsverlauf als Funktion des Steuerkolbenhubes hg zur Steuerung des zeitlichen Ablaufes des Einspritzvorganges verwendet werden kann. So kann beispielsweise am Beginn der Einspritzung die Einspritzmenge gering sein und im Laufe des Einspritzvorganges erhöht werden.

Die Fig. 6 bis 11 zeigen die Veränderung verschiedener Parameter in Abhängigkeit der Zeit t während eines Einsprit zvorganges . In Fig. 6 ist der von der elektronischen Steuereinheit 33, 33' an das Magnetventil 24, 24' geleitete Schaltimpuls lg, lg' während der Zeitpunkte und T2 dargestellt. Fig. 7 zeigt den Magnetventilhub h^, h^' zwischen der mit S angedeuteten Sperrstellung und der mit F gekennzeichne- 11 AT 001 626 Ul ten Freigabestellung, pg in Fig. 8 zeigt den Druck im Steuerraum 21 bzw. 21', hg in Fig. 9 den Hub des Steuerkolbens 5 bzw. 5'. Fig. 10 und 11 zeigen den Druck am Düsennadel-sitz lb bzw. lb' und den Hub hß der Düsennadel 4 bzw. 4'. 12

Claims

AT 001 626 Ul SCHÜTZANSPRÜCHE 1. Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem direkteinspritzenden über ein Magnetventil gesteuerten Einspritzventil pro Zylinder, mit einem von einer Hochdruckpumpe über eine Hochdruckleitung mit Kraftstoff beaufschlagbaren, eine achsial verschiebbare Düsennadel zumindest teilweise umgebenden, vorzugsweise düsenseitig angeordneten ersten Druckraum innerhalb des Einspritzventilgehäuses, wobei die Düsennadel im Bereich des Druckraumes gegenüber der Düsennadelachse geneigte Druckangriffsflächen für Druckkräfte in Öffnungsrichtung der Düsennadel aufweist, mit einem mit der Düsennadel in Wirkverbindung stehenden, achsgleich zu dieser angeordneten längsverschiebbaren Steuerkolben innerhalb des Einspritz-ventilgehäuses, welcher stirnseitig an einen in einer Sperrsteilung des Magnetventiles mit Hochdruck beaufschlagbaren Steuerraum grenzt, wobei in einer Freigabestellung des Magnetventiles der Steuerraum mit einer Leckölleitung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet:. daß im Strömungsweg zwischen Hochdruckleitung (11, 11') und Druckraum (6, 6') ein Sicherheitsventil (2, 2') vorgesehen ist, dessen entlang seiner Hubachse (12a, 12a') be wegbare fVentilkörper (12, 12') in seiner Öffnungsstellung die Strömungsverbindung zwischen der Hochdruckleitung (11, 11') und dem Druckraum (6, 6') freigibt und in seiner Schließstellung die Strömmungsverbindung unterbricht, wobei die Öffnungsstellung des Sicherheitsventi-les (2, 2') mit der Freigabestellung (F) des Magnetventiles (24, 24') und die Schließstellung mit der Sperrstei lung (S) korreliert.
2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (12) des Sicherheitsventi-les (2) im Bereich seines Ventilsitzes (15) von einem mit der Hochdruckleitung (11) in Strömungsverbindung stehenden Ventilraum (14) umgeben ist, wobei der Ventilkörper (12) im Bereich des Ventilraumes (14) gegenüber der Hubachse (12a) geneigte erste Druckangriffsflächen (16, 13 AT 001 626 Ul 16a) für Druckkräfte (F2, F3) in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers (12) aufweist und der Ventilkörper (12) über eine gegenüber der Hubachse (12a, 12a') geneigte in der Sperrstellung (S) des Magnetventiles (24) mit Hochdruck beaufschlagbare zweite Druckangriffsfläche (17) für Druckkräfte in Schließrichtung des Ventilkörpers (12) in die Schließstellung bringbar ist.
3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckangriffsfläche (17) am Ventilkörper (12) stirnseitig an dem dem Ventilsitz (15) abgewandten Ende angeordnet ist und an einen Ventilsteuerraum (18) grenzt, in welchen eine, vorzugsweise eine Drosselstelle (19, 19a, 19b) aufweisende, Strömungsverbindung (20, 20a, 20b) zum Magnetventil (24) einmündet.
4. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (21) über eine eine erste Drosselstelle (22) aufweisende erste Steuerleitung (23) mit dem Magnetventil (24) verbunden ist und Ventilsteuerraum (18) und Steuerraum (21) über eine eine zweite Drosselstelle (19) aufweisende zweite Steuerleitung (20) verbunden sind. (Fig. 1)
5. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilsteuerraum (18) und Steuerraum (21) über eine eine erste Drosselstelle (22a) aufweisende erste Steuerleitung (23a) und der Ventilsteuerraum (18) über eine eine zweite Drosselstelle (19a) aufweisende zweite Steuerleitung (20a) mit dem Magnetventil (24) verbunden sind. (Fig. 2)
6. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (21) über eine eine erste Drosselstelle (22b) aufweisende erste Steuerleitung (23b) und der Ventilsteuerraum (18) über eine eine zweite Drosselstelle (19b) aufweisende zweite Steuerleitung (20b) mit dem Magnetventil (24) verbunden ist. (Fig. 3)
7. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil (2') in das Einspritzventil {!') integriert ist, wobei der Ventilkör- 14 AT 001 626 Ul per (12') des Sicherheitsventiles (2') mit dem Steuerkolben (5') kombiniert ist.
8. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ventilsitzes (15') des Ventilkörpers (1') ein den Steuerkolben (51) umgebender, mit dem ersten Druckraum (6') in Strömungsverbindung stehender Ringraum (28) angeordnet ist, welcher bei geöffnetem Sicherheitsventil (2') mit der Hochdruckleitung (11') verbunden und bei geschlossenem Sicherheitsventil (2') von dieser getrennt ist.
9. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (24') als 2/2-Weg-ventil ausgeführt ist und der Steuerraum (21') des Steuerkolbens (5') ständig mit der Hochdruckleitung (11'), vorzugsweise über eine Drosselstelle (42'), in Strömungsverbindung steht, wobei vorzugsweise die Mündung (13') der Hochdruckleitung (11') über Verbindungskanäle (39') innerhalb des Steuerkolbens (5') mit dem Steuerraum (21') verbunden ist.
10. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (39') als Drosselstelle (42') ausgebildet sind.
11. Speichereinspritzsystem nach einem der Anspüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuerraum (21') und Leckölleitung (25'), vorzugsweise im Bereich des Magnetventilsitzes (24a1), eine erste Drosselstelle (22') angeordnet ist.
12. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (6'), vorzugsweise über eine weitere Drosselstelle (40') im Bereich des Ringraumes (28'), mit der Leckölleitung (25') verbunden ist.
13. Speichereinspritzsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Steuerkolben (5') in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers (12') des Sicherheitsventiles (2') eine Feder (8') einwirkt. 15 AT 001 626 Ul
14. Speichereinspritzsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerkolben (5') und Düsennadel (4') in der Öffnungsstellung der Düsennadel (4') vorzugsweise über ein axiales Distanzstück (41') mechanisch in Verbindung stehen und in der Schließstellung der Düsennadel (41) zueinander ein Spiel (43') aufweisen. 16