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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Vorrichtung
mit einer Pumpe, einem Ventil und einer Düseneinheit. Eine derartige
Pumpe-Düse-Vorrichtung wird
insbesondere zur Kraftstoffzufuhr in einen Brennraum einer direkteinspritzenden
Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine
eingesetzt. Die Pumpe, eine Steuereinheit, die neben dem Ventil
auch einen Stellantrieb umfasst, welche vorzugsweise aus einem Piezostapel
gebildet ist, und die Düseneinheit
bilden eine Baueinheit. Der Antrieb eines Kolbens der Pumpe erfolgt
vorzugsweise über
eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mittels eines Kipphebels.
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Die
Pumpe ist über
das Ventil, das auch als Schaltventil bezeichnet wird, an eine Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung
hydraulisch koppelbar. Sie ist ausgangsseitig mit der Düseneinheit
hydraulisch gekoppelt. Einspritzbeginn und Einspritzmenge werden
durch das Schaltventil und dessen Stellantrieb bestimmt. Durch die
kompakte Bauweise der Pumpe-Düse-Vorrichtung
ergibt sich ein sehr geringes Hochdruckvolumen und eine große hydraulische
Steifigkeit. Es werden so sehr hohe Einspritzdrücke von ca. 2000 bar ermöglicht.
Dieser hohe Einspritzdruck in Verbindung mit der guten Steuerbarkeit des
Einspritzbeginns und der Einspritzmenge ermöglichen eine deutliche Reduktion
der Emissionen bei gleichzeitig niedrigen Kraftstoffverbrauch beim
Einsatz in Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 198 35 494
C2 ist eine Pumpe-Düse-Vorrichtung
bekannt mit einer Pumpe und einem Schaltventil mit einem Ventilglied,
das die hydraulische Kopplung eines Absteuerraums mit einem Ablaufkanal
steuert. Der Ablaufkanal ist hydraulisch gekoppelt mit der Pumpe
und einer Düseneinheit.
Ein Zulaufkanal ist vorgesehen, der hydraulisch gekoppelt ist mit
dem Absteuerraum. Der Zulaufkanal ist anschließbar an eine Niederdruck-Kraftstoffversorgungseinrichtung.
Dem Ventilglied ist ein piezoelektrischer Stellantrieb zugeordnet, über den
das Ventilglied zwischen zwei Endstellungen verstellt werden kann.
In einer ersten Endstellung des Ventilglieds ist der Ablaufkanal
hydraulisch gekoppelt mit einem Absteuerraum und dieser wiederum
mit dem Zulaufkanal. In einer zweiten Endstellung des Ventilglieds
ist der Ablaufkanal hydraulisch entkoppelt von dem Absteuerraum.
In der ersten Endstellung des Ventilglieds wird während eines
Förderhubs
der Pumpe Fluid von dem Zulaufkanal über den Absteuerraum und den
Ablaufkanal von der Pumpe angesaugt. Während eines Arbeitshubs eines
Pumpenkolbens der Pumpe wird in der ersten Endposition des Ventilglieds
Fluid von der Pumpe über
den Zulaufkanal, den Absteuerraum in den Ablaufkanal zurückgedrückt. In
der zweiten Endstellung des Ventilglieds kann während des Förderhubs des Pumpenkolbens wegen
der fehlenden hydraulischen Kopplung des Ablaufkanals mit dem Absteuerraum
und dem Zulaufkanal kein Fluid zurückgedrückt werden und der Pumpenkolben
erzeugt Hochdruck. Mit Überschreiten
einer vorgegebenen Druckschwelle öffnet eine Düsennadel
der Düseneinheit
eine Düse
der Düseneinheit
und es erfolgt eine Einspritzung des Fluids. Das Einspritzende wird
dadurch bestimmt, dass das Ventilglied mittels des Stellantriebs
in seine erste Endposition gesteuert wird und so Fluid über den
Ablaufkanal in den Absteuerraum und den Zulaufkanal zurückströmen kann,
was zur Folge hat, dass der Druck in der Pumpe und somit auch in
der Düseneinheit
abnimmt, was wiederum zu einem Schließen der Düseneinheit führt.
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Bei
einem Einsatz einer derartigen Pumpe-Düse-Vorrichtung in einer Diesel-Brennkraftmaschine
wird die Pumpe-Düse-Vorrichtung
in der Regel so betrieben, dass die Pumpe-Düse-Vorrichtung während eines
Arbeitsspiels die gesamte zuzumessende Kraftstoffmasse verteilt
auf mehrere Teileinspritzungen in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine
zumisst. Zwischen den Teileinspritzungen muss das Schaltventil in
seine Offenstellung gesteuert werden, um den Druck so weit abzu bauen,
dass die Düsennadel
schließt.
Es kommt dabei zu einem starken Druckabbau und durch den dadurch
entstehenden Absteuerstoß zu
einer Schwingungsanregung in dem Ablaufkanal und dem Pumpenraum
der Pumpe, die sich in erheblichem Maße auf die Mengengenauigkeit
der folgenden Teileinspritzung auswirkt.
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Falls
das Schaltventil bereits deutlich vor Erreichen des Kraftstoffdrucks
in der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung
wieder in seine Schließstellung
gesteuert wird, besteht das Problem, dass der genaue Druck, bei
dem dieser Schließvorgang
erfolgt, nur sehr unpräzise
in dem Ablaufkanal und dem Pumpenraum einstellbar ist. Dies führt dann
dazu, dass die folgende Teileinspritzung gegebenenfalls nicht zu
dem gewünschten
Zeitpunkt erfolgt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe-Düse-Vorrichtung zu schaffen,
die ein präzises Zumessen
von Kraftstoff ermöglicht
bei mehreren Teileinspritzungen während eines Arbeitsspiels eines Zylinders
einer Brennkraftmaschine, der die Pumpe-Düse-Vorrichtung zuordenbar ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Pumpe-Düse-Vorrichtung mit einer Pumpe,
die einen Kolben und einen Pumpenraum hat, und mit einem Ventil
mit einem Ventilglied, das die hydraulische Kopplung eines Absteuerraums
mit einem Ablaufkanal steuert, der hydraulisch gekoppelt ist mit
dem Pumpenraum der Pumpe und einer Düseneinheit, wobei der Absteuerraum
hydraulisch gekoppelt ist mit einem Zulaufkanal, der mit einer Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung
koppelbar ist. Ferner hat die Pumpe-Düse-Vorrichtung ein 2/2-Wegeventil,
das einen ersten Abschnitt des Zulaufkanals abhängig von seiner Schaltstellung
mit der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung kop pelt oder
entkoppelt, wobei das 2/2-Wegeventil zu Steuerzwecken einerseits
mit dem Ablaufkanal und andererseits mit dem ersten Abschnitt des
Zulaufkanals hydraulisch gekoppelt ist und so ausgebildet ist, dass es
den ersten Abschnitt des Zulaufkanals mit der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung
hydraulisch koppelt, wenn der Druck in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals
gleich oder größer ist
dem Druck, der von dem Ablaufkanal zu dem 2/2-Wegeventil eingekoppelt
wird, abzüglich
eines vorgegebenen Druckwertes. Ansonsten entkoppelt das 2/2-Wegeventil den
ersten Abschnitt des Zulaufkanals von der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung
hydraulisch. Der vorgegebene Druckwert ist durch eine entsprechende
Vorspannung einer Feder des 2/2-Wegeventils einstellbar.
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Wenn
das Ventil von seiner Schließstellung in
seine Offenstellung gesteuert wird, fällt zunächst der Druck in dem Ablaufkanal
sehr schnell ab. Allerdings steht für diesen Absteuervorgang zunächst nur das
Volumen des Absteuerraums und des ersten Abschnitts des Zulaufkanals
zur Verfügung.
Somit steigt dann der Druck in dem Absteuerraum und dem ersten Abschnitt
des Zulaufkanals sehr schnell an, was wiederum zu einem verlangsamten
weiteren Abfallen des Drucks in dem Ablaufkanal führt. Dies
ermöglicht ein
Schließen
des Ventils bei einem noch relativ hohen Druckniveau und zu einem
präzise
vorgegebenen Druckniveau. Dadurch wird erheblich der minimale Spritzabstand
zwischen zwei Teileinspritzungen verringert. Ferner hat dies den
Vorteil, dass Druckschwingungen zwischen den Teileinspritzungen
stark gemindert sind. Darüber
hinaus kann das 2/2-Wegeventil auch relativ hohe Fertigungstoleranzen
haben, da es vor der ersten Teileinspritzung den ersten Abschnitt
des Zulaufkanals von der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung
hydraulisch entkoppelt und ihn erst nach der letzten Teileinspritzung
wieder hydraulisch koppelt.
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Durch
das bei einem Öffnen
des Ventilgliedes geringere zur Verfügung stehende Absteuervolumen,
das durch den Absteuerraum und den ersten Abschnitt des Zulaufkanals
gebildet wird, wird die Kavitationszeit vermindert und somit auch
die von der Pumpe-Düse-Vorrichtung
erzeugten Schallemissionen. Die erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Vorrichtung zeichnet sich
somit durch einen höheren
Wirkungsgrad und Teileinspritzungen aus, die schneller und präziser aufeinanderfolgend
steuerbar sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Abschnitt
des Zulaufkanals hydraulisch gekoppelt mit einem Halterraum eines
Düsenrückstellmittels.
Dies hat den Vorteil, dass nach dem Öffnen des Ventilglieds der
Druck in dem Halterraum ansteigt und somit die Vorspannung des Düsenrückstellmittels
erhöht.
Dies führt
wiederum dazu, dass bei einer nachfolgenden Teileinspritzung ein
erhöhter
Druck in dem Ablaufkanal notwendig ist, um eine Kraftstoffzumessung über die
Düseneinheit
zu ermöglichen.
Somit kann mittels des Ventils auf einfache Art und Weise einerseits
der Beginn und das Ende einer Teileinspritzung gesteuert werden
und andererseits Fluid lediglich innerhalb der Pumpe-Düse-Vorrichtung
verschoben werden. Durch das Ansteigen der Vorspannung des Düsenrückstellmittels nach
einem Öffnen
des Ventilglieds wird ein schnelleres Beenden der Kraftstoffzumessung
unterstützt. Ferner
kann so einfach ein gewünschter
Kraftstoffdruck bei Beginn der folgenden Teileinspritzung eingestellt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Pumpe-Düse-Vorrichtung ist in
der hydraulischen Kopplung des 2/2-Wegeventils mit dem Ablaufkanal eine
Drossel angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Hochdruckabbau
an dem 2/2-Wegeventil langsamer erfolgen kann. Durch die Drossel
kann einfach eingestellt werden, wieviel Volumen beim Schließen des
2/2-Wegeventils
entweicht. Ferner kann auch der Öffnungsvorgang
des 2/2-Wegeventils sehr präzise eingestellt
werden. So kann ggf. sehr genau eingestellt werden, welcher Druck
sich in dem Halterraum einstellen kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein
Druckbegrenzungsventil in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals
angeordnet. Dadurch kann einfach die Betriebssicherheit der Pumpe-Düse-Vorrichtung
erhöht
werden. Durch das Druckbegrenzungsventil ist sichergestellt, dass
in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals ein vorgegebener Druck
nicht überschritten
wird und so verhindert wird, dass es gegebenenfalls zu einer ungewollten
Kraftstoffzumessung durch die Pumpe-Düse-Vorrichtung
kommt oder auch zu einem möglichen
Bersten des ersten Abschnitts des Zulaufkanals.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Pumpe-Düse-Vorrichtung,
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2a den
zeitlichen Verlauf der Schaltstellung SV1 des Ventilglieds 231,
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2b den
zeitlichen Verlauf des Drucks p in dem Ablaufkanal 22,
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2c den
Verlauf der Schaltstellung SV2 des 2/2-Wegeventils 24,
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2d den
zeitlichen Verlauf des Drucks p in dem Halterraum 52a und
somit auch in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 und
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2e den
zeitlichen Verlauf der zugemessenen Kraftstoffmasse MFF.
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Die
Pumpe-Düse-Vorrichtung
umfasst eine Pumpeneinheit, eine Steuereinheit und eine Düseneinheit.
Die Pumpe-Düse-Vorrichtung
wird bevorzugt eingesetzt zum Zuführen von Kraftstoff in den
Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine
ist vorzugsweise als Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet. Die
Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt zum Ansaugen von Luft,
der mittels Gaseinlassventilen mit Zylindern koppelbar ist. Die
Brennkraftmaschine weist ferner einen Abgastrakt auf, der über das
Auslassventil gesteuert die aus den Zylindern auszustoßenden Gase abführt. Den
Zylindern sind jeweils Kolben zugeordnet, die jeweils ü ber eine
Pleuelstange mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind. Die Kurbelwelle
ist mit einer Nockenwelle gekoppelt.
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Die
Pumpeneinheit umfasst einen Kolben 11, einen Pumpenkörper 12,
einen Pumpenraum 13 und ein Pumpen-Rückstellmittel 14,
das vorzugsweise als Feder ausgebildet ist. Der Kolben 11 ist
im eingebauten Zustand in einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle 16 gekoppelt,
vorzugsweise mittels eines Kipphebels, und wird von dieser angetrieben. Der
Kolben 11 ist in einer Ausnehmung des Pumpenkörpers 12 geführt und
bestimmt abhängig
von seiner Position das Volumen des Pumpenraums 13. Das Pumpen-Rückstellmittel 14 ist
so ausgebildet und angeordnet, dass das durch den Kolben 11 begrenzte Volumen
des Pumpenraums 13 einen Maximalwert aufweist, wenn auf
den Kolben 11 keine äußeren Kräfte einwirken,
d. h. Kräfte,
die über
die Kopplung mit der Nockenwelle 16 übertragen werden.
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Die
Düseneinheit
umfasst einen Düsenkörper 51,
in dem ein Düsenrückstellmittel 52,
das als Feder und ggf. zusätzlich
als Dämpfungseinheit
ausgebildet ist, und eine Düsennadel 53 angeordnet sind.
Das Düsenrückstellmittel 52 ist
in einem Halterraum 52a angeordnet. Die Düsennadel 53 ist
in einer Ausnehmung des Düsenkörpers 51 angeordnet
und wird im Bereich einer Nadelführung 55 geführt.
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In
einem ersten Zustand liegt die Düsennadel 53 an
einem Nadelsitz 54 an und verschließt so eine Düse 56,
die zum Zuführen
des Kraftstoffs in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine
vorgesehen ist. Die Düseneinheit
ist vorzugsweise, wie dargestellt, als nach innen öffnende
Düseneinheit
ausgebildet.
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In
einem zweiten Zustand ist die Düsennadel 53 leicht
beabstandet zu dem Nadelsitz 54 und zwar hin in Richtung
zu dem Düsenrückstellmittel 52 angeordnet
und gibt so die Düse 56 frei.
In diesem zweiten Zustand wird Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders
der Brennkraftmaschine zugemessen. Der erste oder zweite Zustand
wird eingenommen abhängig von
einer Kräftebilanz
aus der Kraft, die durch das Düsenrückstellmittel 52 auf
die Düsennadel 53 wirkt und
aus der dieser entgegenwirkenden Kraft, die durch den hydraulischen
Druck im Bereich des Nadelabsatzes 57 hervorgerufen wird.
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Die
Steuereinheit umfasst einen Zulaufkanal 21 und einen Ablaufkanal 22.
Der Zulaufkanal 21 und der Ablaufkanal 22 sind
mittels eines Ventils hydraulisch koppelbar. Der Zulaufkanal 21 ist
von einem niederdruckseitigen Anschluss der Pumpe-Düse-Vorrichtung hin zu dem Ventil
geführt.
Der niederdruckseitigen Anschluss ist an eine Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung 3 anschließbar.
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Der
Ablaufkanal 22 ist hydraulisch mit dem Pumpenraum 13 gekoppelt
und ist hin zu dem Nadelabsatz 57 geführt und ist hydraulisch mit
der Düse 56 koppelbar
abhängig
von dem Zustand, der von der Düsennadel 53 eingenommen
wird.
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Das
Ventil umfasst ein Ventilglied 231, das vorzugsweise als
sog. A-Ventil ausgebildet ist, d. h. es öffnet nach außen entgegen
der Strömungsrichtung
des Fluids. Das Ventil umfasst ferner einen Absteuerraum 232,
der hydraulisch gekoppelt ist mit dem Zulaufkanal 21 und
mittels des Ventilglieds 231 mit einem Hochdruckraum hydraulisch
koppelbar ist. Der Hochdruckraum ist hydraulisch gekoppelt mit dem
Ablaufkanal 22.
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In
der geschlossenen Stellung des Ventilglieds 231 liegt das
Ventilglied 231 an einem Ventilsitz 234 eines
Ventilkörpers 237 an.
Ferner ist ein Ventilrückstellmittel
vorgesehen, welches so angeordnet und ausgebildet ist, dass es das
Ventilglied 231 in eine Offenstellung, d. h. beabstandet
zu dem Ventilsitz 234 drückt, wenn die durch einen Stellantrieb 27 auf
das Ventilglied wirkenden Kräfte
geringer sind als die Kräfte,
die durch das Ventilrückstellmittel auf
das Ventilglied 231 wirken. Der Stellantrieb 27 ist vorzugsweise
als Piezostapel ausgebildet. Er kann jedoch auch ein anderer dem Fachmann
bekannter und für
eine derartige Anwendung geeigneter Stellantrieb, wie ein elektromagnetischer
Stellantrieb sein.
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Der
Stellantrieb 27 ist vorzugsweise mittels eines Übertragers,
der vorzugsweise den Hub des Stellantriebs 27 verstärkt, mit
dem Ventilglied 231 gekoppelt. An dem Stellantrieb 27 ist
vorzugsweise auch ein Stecker zur Aufnahme von elektrischen Kontakten
zur Ansteuerung des Stellantriebs 27 vorgesehen.
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In
der Offenstellung des Ventilglieds 231 wird bei einer Bewegung
des Kolbens 11, die nach oben d. h. in Richtung weg von
der Düse 56 gerichtet
ist, Kraftstoff über
den Zulaufkanal 21 hin zum Pumpenraum 13 angesaugt.
Solange sich das Ventilglied 231 während einer anschließenden Abwärtsbewegung des
Kolbens 11, d. h. bei einer hin zu der Düse 56 gerichteten
Bewegung, weiterhin in seiner Offenstellung befindet, wird der in
dem Pumpenraum 13 und dem Ablaufkanal 22 befindliche
Kraftstoff über
das Ventil wieder in den Absteuerraum 232 und ggf. in den
Zulaufkanal 21 zurückgedrückt.
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Wenn
jedoch bei der Abwärtsbewegung
des Kolbens 11 das Ventilglied 231 in seine geschlossene Stellung
gesteuert ist, wird der im Pumpenraum 13 und somit auch
der im Ablaufkanal 22 und der in dem Hochdruckraum 233 befindliche
Kraftstoff verdichtet, wodurch der Druck mit zunehmender Abwärtsbewegung
des Kolbens 11 im Pumpenraum 13, im Hochdruckraum 233 und
im Ablaufkanal 22 zunimmt. Entsprechend dem steigenden
Druck im Ablaufkanal 22 erhöht sich auch die durch den
Hydraulikdruck hervorgerufene Kraft, die auf den Nadelabsatz 57 in Richtung
einer Öffnungsbewegung
der Düsennadel 53 zum
Freigeben der Düse 56 wirkt.
Wenn der Druck in dem Ablaufkanal 22 einen Wert überschreitet,
bei dem die durch den Hydraulikdruck hervorgerufene Kraft auf den
Nadelabsatz 57 größer ist
als die dieser entgegenwirkende Kraft des Düsenrückstellmittels 52,
bewegt sich die Düsennadel 53 weg
vom Nadelsitz 54 und gibt so die Düse 56 für die Kraftstoffzufuhr zum
Zylinder der Brennkraftmaschine frei. Die Düsennadel 53 bewegt
sich dann wieder hinein in den Nadelsitz 54 und verschließt somit
die Düse 56,
wenn der Hydraulikdruck in dem Ablaufkanal 22 den Wert unterschreitet,
bei dem die durch den Hydraulikdruck am Nadelabsatz 57 hervorgerufene
Kraft kleiner ist als die durch das Düsenrückstellmittel 52 hervorgerufene
Kraft. Der Zeitpunkt, an dem dieser Wert unterschritten wird und
an dem somit die Kraftstoffzumessung beendet wird, kann durch das
Steuern des Ventilglieds 231 von seiner geschlossenen Stellung
in eine Offenstellung beeinflusst werden.
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Durch
das Steuern des Ventilglieds von seiner Schließstellung in seine Offenstellung
wird die hydraulische Kopplung zwischen dem Hochdruckraum und dem
Absteuerraum 232 und dem Zulaufkanal 21 hergestellt.
Aufgrund des beim Öffnen
herrschenden hohen Druckunterschiedes zwischen dem Fluid in dem
Hochdruckraum und dem Ablaufkanal 22 und dem Fluid in dem
Absteuerraum 232 und dem Zulaufkanal 21 strömt dann
der Kraftstoff von dem Hochdruckraum mit sehr hoher Geschwindigkeit,
in der Regel mit Schallgeschwindigkeit, in den Absteuerraum 232 und
weiter in den Zulaufkanal 21. Dadurch wird dann der Druck
in dem Hochdruckraum und dem Ablaufkanal 22 schnell so
stark verringert, dass die von dem Düsenrückstellmittel 52 auf
die Düsennadel 53 wirkenden
Kräfte
dazu führen,
dass sich die Düsennadel 53 in
den Nadelsitz 54 bewegt und somit dann die Düse 56 verschließt.
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Die
Pumpe-Düse-Vorrichtung
umfasst ferner ein 2/2-Wegeventil 24, das so angeordnet
ist, dass es einen ersten Abschnitt des Zulaufkanals abhängig von
seiner Schaltstellung mit der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung 3 koppelt
oder entkoppelt. Der erste Abschnitt des Zulaufkanals 21 befindet
sich zwischen dem 2/2-Wegeventil 24 und dem Absteuerraum 232.
Das 2/2-Wegeventil ist zu Steuerzwecken einerseits mit dem Ablaufkanal 22 und
andererseits mit dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 gekoppelt.
Es ist so ausgebildet, dass es den ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 mit
der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung 3 hydraulisch
koppelt, wenn der Druck in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 gleich
oder größer ist
dem Druck, der von dem Ablaufkanal 22 zu dem 2/2-Wegeventil 24 eingekoppelt
wird, abzüglich
eines vorgegebenen Druckwertes. Der vorgegebene Druckwert ist durch eine
entsprechende Vorspannung einer Feder des 2/2-Wegeventils einstellbar.
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Bevorzugt
ist ferner der Halterraum 52a des Düsenrückstellmittels 52 hydraulisch
gekoppelt mit dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21.
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Ferner
ist bevorzugt in der hydraulischen Kopplung des 2/2-Wegeventils 24 eine
Drossel 25 angeordnet. Ferner ist bevorzugt ein Druckbegrenzungsventil 26 mit
dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 hydraulisch gekoppelt.
Durch das Druckbegrenzungsventil 26 kann auf einfache Art
und Weise sichergestellt werden, dass der Druck in dem ersten Abschnitt
des Zulaufkanals 21 einen mittels des Druckbegrenzungsventils
einstellbaren Druck nicht überschreitet.
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Wenn
das Ventilglied 231 in seiner Offenstellung ist und der
Kolben der Pumpe einen Ansaughub macht, ist das 2/2-Wegeventil 24 in
seiner Offenstellung und es kann somit Kraftstoff von der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung 3 hin
zu dem Ablaufkanal 22 angesaugt werden.
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Wenn
das Ventilglied 231 in seine Schließstellung gesteuert wird, steigt
bei einem Hub des Kolbens 11 in Richtung hin zu der Düsennadel 53 der Druck
in dem Ablaufkanal 22 an. Der Druck in dem ersten Abschnitt
des Zulaufkanals 21 bleibt hingegen unverändert. Sobald
der Druck, der von dem Ablaufkanal 22 zu dem 2/2-Wegeventil 24 eingekoppelt wird,
größer ist
als der Druck in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21,
entkoppelt das 2/2-Wegeventil 24 den ersten Abschnitt des
Zulaufkanals 21 von der Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung 3.
Wird anschließend
das Ventilglied 231 wieder in seine Offenstellung gesteuert,
z.B. um eine Teileinspritzung des Kraftstoffs zu beenden, so kann
der Kraftstoff lediglich zurück
in den Absteuerraum 232 und den ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 strömen. Dies
hat zur Folge, dass der Druck in dem Ablaufkanal zunächst sehr
schnell abfällt,
dann aber der Druck in dem ersten Abschnitt 21 des Zulaufkanals
sehr schnell zunimmt, was zur Folge hat, dass dann der Druck in dem
Ablaufkanal 22 langsamer abfällt. Dadurch wird die Kavitationszeit
und somit die Schallemissionen der Pumpe-Düse-Vorrichtung erheblich verringert im Vergleich
zu einer Pumpe-Düse-Vorrichtung
ohne das 2/2-Wegeventil 24. Darüber hinaus entsteht so auch
eine weniger stark ausgeprägte
Druckwelle, die zwischen dem Ventilglied 231 und der Düseneinheit bzw.
dem Pumpenraum 13 hin und her läuft. Dadurch ergibt sich dann
eine präzisere
Einstellung des Beginns der nächsten
Teileinspritzung.
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Ferner
strömt
bei einem derartigen Absteuervorgang das Fluid auch durch den ersten
Abschnitt des Zulaufkanals 21 hin zu dem Halterraum 52a des Düsenrückstellmittels 52.
Durch den so hervorgerufenen Druckanstieg in dem Halterraum 52a steigt
die Vorspannkraft des Rückstellmittels 52.
Dadurch wird ein schnelles Schließen der Düse 56 unterstützt. So kann
der Schließvorgang
der Düsennadel 53 trotz
eines gegebenenfalls geringeren Druckabfallgradienten in dem Ablaufkanal 22 sehr
schnell erfolgen. Der Druckanstieg in dem Halterraum 52a hat
ferner zur Folge, dass der Druck, der bei einer folgenden Teileinspritzung
in dem Ablaufkanal 22 notwendig ist, um die Düsennadel
entgegen der Kraft des Rückstellmittels 52 anzuheben,
um die Düse 56 freizugeben, erhöht ist.
Es lässt
sich somit einfach der sogenannte Öffnungsdruck der Düsennadel 53 einstellen.
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2a zeigt
den zeitlichen Verlauf der Schaltstellung SV des Ventilglieds 231,
wobei CL die Schließstellung
bezeichnet und OP die Offenstellung bezeichnet. Ferner zeigt 2b den
zeitlichen Verlauf des Drucks in dem Ablaufkanal 22. 2c zeigt den
Verlauf der Schaltstellung SV2 des 2/2-Wegeventils 24 aufgetragen über die
Zeit t. 2d zeigt den zeitlichen Verlauf
des Drucks in dem Halterraum 52a und somit auch in dem
ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21. 2e zeigt
den zeitlichen Verlauf der zugemessenen Kraftstoffmasse MFF. Zu
einem Zeitpunkt t1 wird das Ventilglied 231 in seine Schließstellung
CL gesteuert. Zu einem Zeitpunkt t2 beginnt dann der Druck in dem
Ablaufkanal 22 zu steigen. Zu einem Zeitpunkt t3 ist dann
der zu dem 2/2-Wegeventil vom Ablaufkanal 22 eingekoppelte
Druck höher als
der Druck in dem Zulaufkanal 21 zuzüglich der vorgegebenen Druckwertes,
was zu einem Verändern
der Schaltstellung in die Schließstellung CL des 2/2-Wegeventils 24 führt.
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Zu
einem Zeitpunkt t4 erreicht der Druck in dem Ablaufkanal 22,
der in erster Näherung
dem Druck in dem Pumpenraum 13 entspricht, einen ersten Öffnungsdruckwert
PÖ1, was
zu einem Abheben der Düsennadel 53 von
ihrem Ventilsitz 54 und somit einem Freigeben der Düse 56 und
zur Kraftstoffzufuhr führt.
Zu einem Zeitpunkt t5 wird das Ventilglied 231 wieder in
seine Offenstellung OP gesteuert, was dann zur Folge hat, dass der
Druck in dem Ablaufkanal 22 abfällt und der Druck in dem ersten
Abschnitt des Zulaufkanals 21 und in dem Halterraum 52a ansteigt.
Ab einem Zeitpunkt t6 bis zu einem Zeitpunkt t8 bleibt dann der
Druck in dem Ablaufkanal unverändert
oder steigt nur sehr leicht an, was durch den Hub des Kolbens 11 hervorgerufen
wird.
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Zu
einem Zeitpunkt t7 wird das Ventilglied 231 wieder in seine
Schließstellung
CL gesteuert. Zu einem Zeitpunkt t9 erreicht dann der Druck in dem Ablaufkanal 22 den
zweiten Öffnungsdruck
PÖ2, mit der
Folge, dass sich die Düsennadel 53 von
ihrem Nadelsitz 54 wegbewegt und die Düse 56 freigibt. Zu einem
Zeitpunkt t10 wird das Ventilglied 231 wieder in seine
Offenstellung OP gesteuert und der Druck in dem Ablaufkanal 22 fällt wieder
ab. Zu einem Zeitpunkt t11 ist der Druck, der von dem Ablaufkanal 22 zu
dem 2/2-Wegeventil 24 eingekoppelt wird, kleiner oder gleich
dem Druck in dem ersten Abschnitt des Zulaufkanals 21 zuzüglich des
vorgegebenen Druckwertes. Dies führt
dann dazu, dass das 2/2-Wegeventil 24 wieder in seine Offenstellung
OP gesteuert wird.