-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruck-Common-Rail-Motor, insbesondere auf einen elektronisch gesteuerten Common-Rail-Injektor.
-
HINTERGRUND
-
Angesichts der steigenden Transportkosten von Schifffahrtsunternehmen bieten Motoren, die Schweröl (brennbare Kraftstoffe minderer Qualität) als Kraftstoff nutzen, einzigartige Vorteile bei der Kostensenkung. Aufgrund seiner zahlreichen Verunreinigungen bewirkt Schweröl die Korrosion von Teilen, neigt zum Verkleben und wirkt zudem korrosiv auf elektronische Bauteile. Gleichzeitig ist Schweröl hochviskos und muss im Einsatz auf hohe Temperaturen erwärmt werden. Eine übermäßig hohe Öltemperatur verkürzt die Lebensdauer elektronischer Bauteile. Dieses Problem abzumildern, ist ein wichtiger Ansatzpunkt, um die Lebensdauer von Schweröl-Dieselmotoren zu verlängern.
-
Die langsam laufenden Dieselmotoren nach dem Stand der Technik müssen zur Steuerung der Auslassventile hydraulisch angetrieben werden und sind mit einem speziellen Servoölkanal für das Antriebsöl ausgestattet. Daher ist bei der Schweröleinspritzung ein Servoöltreiber außerhalb des Injektors erforderlich, der die hydraulische Fernsteuerung des Injektors übernimmt. Durch den Einsatz von Servoöl wird verhindert, dass Schweröl und elektronische Bauteile miteinander in Kontakt kommen. Servoöl steht jedoch unter deutlich niedrigerem Druck als Kraftstoff. Aufgrund der voluminösen Booster-Einheit im Servoöltreiber nimmt der externe Servoöltreiber viel Raum ein, der sich nur schwer schaffen lässt. Daher können sich mehrere Injektoren am gleichen Zylinder oft nur einen Servoöltreiber teilen, so dass die Kraftstoffeinspritzung zwischen den Injektoren nicht unabhängig voneinander erfolgen kann und es zu Störungen kommt. Gleichzeitig bewirkt die Bewegung des Auslassventils Schwankungen des Servoöldrucks, was das Betriebsverhalten des Servoöltreibers und indirekt die Kontinuität jeder Einspritzung des Injektors beeinflusst. Zudem muss der Servoöltreiber aufgrund seiner großen Abmessungen weiter vom Injektor entfernt angeordnet werden, was eine starke Verzögerung bei der Steuerung verursacht.
-
Das elektronisch gesteuerte Common-Rail-Kraftstoffsystem ist ein Kraftstoffeinspritzsystem auf Grundlage von mechanischen, hydraulischen und elektrischen Technologien. Es nutzt eine Common-Rail-Leitung mit einem bestimmten Volumen zwischen Kraftstoffpumpe und Injektor, um zur Vermeidung von Druckschwankungen Kraftstoff zu sammeln, der dann durch die Kraftstoffleitung zu jedem Injektor gefördert wird. Der Injektor wird so gesteuert, dass er durch die Wirkung des Magnetventils des Injektors ein- und ausgeschaltet wird. Dieses System ist insofern vorteilhaft, als der Kraftstoffeinspritzdruck stabil bleibt und sowohl der Kraftstoffeinspritzdruck als auch das Kraftstoffeinspritzverfahren steuerbar sind. Daher ist es besonders wichtig, einen neuen elektronisch gesteuerten Schweröl-Common-Rail-Injektor zu betrachten, bei dem elektromagnetische Komponenten im Inneren des Injektors angeordnet und mit dem die hohen Temperaturen gesenkt sowie die Schwerölverschmutzung verringert werden können.
-
WESEN DER ERFINDUNG
-
Erfindungsgemäß wird ein elektronisch gesteuerter Schweröl-Common-Rail-Injektor vorgeschlagen. Dabei ist das elektromagnetische Element im Inneren des Injektors angeordnet. Die Zwangskühlungsstruktur ist so ausgelegt, dass thermische Schäden am elektromagnetischen Element wirksam vermieden werden, und die Öldichtungsstruktur ist so ausgelegt, dass das Kühlöl nicht durch Schweröl verunreinigt wird, Schweröl die elektromagnetischen Komponenten nicht korrodiert und Bauraum eingespart wird.
-
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße technische Lösung beschrieben.
-
Ein elektronisch gesteuerter Schweröl-Common-Rail-Injektor umfasst einen Injektorkörper, eine elektrohydraulische Steuerkomponente und eine Düsenkomponente.
-
Im oberen Ende des Injektorkörpers ist mittig eine elektronische Schnittstelle vorgesehen, wobei das obere Ende in Umfangsrichtung mit einer Öleinlassschnittstelle, einer Umlaufölschnittstelle, einer Kühlöleinlassschnittstelle, einer Kühlölauslassschnittstelle, einer Kraftstoffrücklaufschnittstelle und einer Mischölschnittstelle versehen ist, die jeweils mit einem Drahtende eines Elektromagneten, einem Öleinlasskanal, einem Umlaufölkanal, einem Kühlöleinlasskanal, einem Kühlölrücklaufkanal, einem Kraftstoffrücklaufkanal und einem Mischölablasskanal verbunden sind.
-
Die elektrohydraulische Steuerkomponente umfasst einen Elektromagneten, eine Steuerventil-Rückstellfeder, einen Anker, eine Hülse, eine Führungshülse, einen Steuerventilkern, eine Kugelventilsitz-Führungshülse, einen Kugelventilsitz, eine Stahlkugel und eine Blende; die Blende ist zwischen dem Injektorkörper und der Düsenkomponente vorgesehen, eine Öleinlass- und eine Ölauslassöffnung sind innerhalb der Blende vorgesehen; der Steuerventilkern und die Führungshülse sind über eine Kupplung miteinander wirkverbunden; das Mittelloch der Führungshülse kann den Steuerventilkern axial verschiebbar führen; der Kugelventilsitz ist in der Kugelventilsitz-Führungshülse vorgesehen; von oben nach unten sind im Mittelloch des Injektorkörpers der Elektromagnet, die Hülse, die Führungshülse und die Kugelventilsitz-Führungshülse montiert und werden durch eine Überwurfmutter auf die Blende gedrückt; der Steuerventilkern, der Kugelventilsitz und die Stahlkugel sind nacheinander in Kontakt und werden durch die Steuerventil-Rückstellfeder, die sich im Mittelloch des Elektromagneten befindet, gegen die Dichtkegelfläche der Blende gedrückt, um die Ölauslassöffnung zu sperren; die Führungshülse wird abgedichtet, indem der Dichtring durch zwei äußere Dichtringnuten eingesetzt wird.
-
In der Oberseite der Blende ist mittig eine Senknut vorgesehen, in der die Kugelventilsitz-Führungshülse sitzt; die obere Hälfte des Mittellochs der Kugelventilsitz-Führungshülse weist eine größere Öffnung als die untere Hälfte auf, und die untere Hälfte sitzt mit Spielpassung im Kugelventilsitz, der eine gewisse Führungsfähigkeit für die axiale Bewegung des Kugelventils aufweist. An der Oberseite der Kugelventilsitz-Führungshülse ist eine Querausfräsung vorgesehen, und auf der Führungsfläche des Kugelventilsitzes sind drei Ausfräsungen gleichmäßig verteilt. Die Kammer oberhalb der Stahlkugel ist durch den Kugelventilsitz und die Ausfräsungen an der Kugelventilsitz-Führungshülse mit dem Kraftstoffrücklaufkanal verbunden. Der Umlaufölkanal und der Öleinlasskanal führen durch den Injektorkörper und die Blende in die Düsenkomponente.
-
Ferner umfasst die Düsenkomponente eine Nadelventil-Führungshülse, ein Nadelventil, eine Nadelventil-Rückstellfeder, eine Druckregeldichtung, eine Körpersicherungsmutter, einen Nadelventilkörper, eine Düsensicherungsmutter und eine Düse; die Nadelventil-Führungshülse und das Nadelventil sind beide über eine Kupplung mit dem Nadelventilkörper wirkverbunden, wobei die obere und die untere Gleitfläche des Nadelventils im Mittelloch des Nadelventilkörpers bzw. im Mittelloch der Nadelventil-Führungshülse axial verschiebbar sind; beide Enden der Nadelventil-Rückstellfeder drücken so gegen die Nadelventil-Führungshülse bzw. das Nadelventil, dass die Oberseite der Nadelventil-Führungshülse gegen die untere Ebene der Blende und die Kegelfläche des unteren Endes des Nadelventils gegen die Kegelfläche des Mittellochs des Nadelventilkörpers gedrückt wird; die zylindrische Fläche des unteren Endes des Nadelventilkörpers sitzt mit Presspassung in der Senkbohrung der Düse, wobei die Düse mit einem Düsenloch zum Einspritzen von Kraftstoff versehen ist; die Körpersicherungsmutter verbindet die Düsenkomponente mit dem Injektorkörper und drückt die obere Endfläche des Nadelventilkörpers gegen das untere Ende der Blende; und der Umlaufölkanal und der Öleinlasskanal führen über den Injektorkörper und die Blende zum Mittelloch des Nadelventilkörpers.
-
Zudem umgeben und bilden die Blende, die Nadelventil-Führungshülse und das Nadelventil eine Druckregelkammer, die über die Öleinlassöffnung und die Ölauslassöffnung mit der Außenseite in Verbindung steht; der Kraftstoffrücklaufkanal ist von der Ölauslassöffnung durch eine Stahlkugel am Injektorkörper getrennt; der Mischölablasskanal steht mit der Ringkammer in Verbindung, die von der Ringnut in der Mitte der Führungshülse und dem Dichtring umschlossen ist; der Kühlöleinlasskanal und der Kühlölrücklaufkanal stehen mit der Ölkammer, die von dem Elektromagneten, der Führungshülse und dem Dichtring umschlossen ist, und durch das Nutloch an der Hülse miteinander in Verbindung.
-
Ferner umfasst die Düse einen Düsenkörper und eine damit zusammenwirkende Auswerferstange; der Düsenkörper ist mit Presssitz auf dem Nadelventilkörper angebracht, die Auswerferstange ist starr mit dem Kopf des Nadelventils verbunden oder einstückig mit dem Kopf des Nadelventils ausgebildet; zwischen dem Düsenkörper und der mit diesem zusammenwirkenden Auswerferstange sind zwei Passflächen vorhanden, die Ölkammer zwischen dem Düsenkörper und der Auswerferstange ist in drei Teile, d.h. die obere Düsenkammer, die mittlere Düsenkammer und die untere Düsenkammer, unterteilt, die Auswerferstange ist mit einem Längsmittelloch und einem horizontalen Loch versehen, um die obere Düsenkammer und die untere Düsenkammer zu verbinden, das Düsenloch am Düsenkörper befindet sich innerhalb der Breite der mittleren Düsenkammer; wenn sich der Injektor im Einspritzzustand befindet, ist der Düsenkörper zur unteren Passfläche der Auswerferstange versetzt, so dass die untere Düsenkammer mit der mittleren Düsenkammer verbunden ist, und wenn sich der Injektor im Stopp-Zustand befindet, sind der Düsenkörper und die untere Passfläche der Auswerferstange aneinander befestigt, um die untere Düsenkammer von der mittleren Düsenkammer zu trennen.
-
Die Länge der Düse ist größer oder gleich 19 mm.
-
Auf dem Teil, an dem der Nadelventilkörper und der Düsenkörper kombiniert werden, sitzt eine Düsensicherungsmutter, deren oberes Ende in Schraubverbindung mit dem Nadelventilkörper steht, wobei die Innenwand der Sicherungsmutter den Nadelventilkörper und den Düsenkörper eng umschließt, und der Kegelwinkel und die Dicke des unteren Endes der Sicherungsmutter so ausgelegt sind, dass sie mit dem Kegelwinkel der vom Injektor benötigten Einbausitzfläche und der Länge der in den Zylinder hineinragenden Düse übereinstimmen.
-
Ferner ist außen an der Führungshülse mittig eine Ringnut vorgesehen, wobei in der Mitte der Ringnut ein horizontales Durchgangsloch vorgesehen ist, das zum Mittelloch in der Führungshülse führt; auf beiden Seiten der Ringnut ist eine Dichtringnut vorgesehen; der Durchmesser des unteren Endes des Steuerventilkerns ist größer als der Führungsabschnitt, der Führungsabschnitt ist mit drei Ringnuten versehen, und die zweite Ringnut steht mit dem horizontalen Durchgangsloch in der Mitte der Führungshülse in Verbindung. Der Steuerventilkern, die Führungshülse und der Dichtring unterteilen das Mittelloch des Injektorkörpers in drei Kammern.
-
Die vorteilhaften technischen Effekte der Erfindung sind wie folgt.
- 1) Das elektromagnetische Element ist direkt in den Injektor eingebaut, und der Servoöltreiber des herkömmlichen Schwerölsystems entfällt, was Platz spart. Das elektronische Steuersystem kann die Arbeitsweise eines einzelnen Injektors jederzeit ändern, und verschiedene Injektoren beeinflussen einander nicht.
- 2) Der innere Teil des Injektors ist durch die elektrohydraulische Steuerkomponente in drei Kammern unterteilt, und ein elektromagnetisches Element steht in direktem Kontakt mit dem Kühlöl. Ein Kühlölkreislauf ist von einem Schwerölkreislauf durch dynamische Abdichtung, statische Abdichtung und Drainage isoliert. Die erfindungsgemäße technische Lösung kann auf ein Hochdruck-Common-Rail-System mit Schweröl als Kraftstoff angewendet werden, was Korrosion und thermische Schädigung des elektromagnetischen Elements durch das Schweröl wirksam verhindern kann.
- 3) Die elektrohydraulische Steuerkomponente setzt das Kugelventil als Steuerventil mit guter Selbstausrichtung ein. In der Mitte der Oberseite der Blende ist eine Senknut zum Einsetzen der Kugelventilsitz-Führungshülse vorgesehen. Die Führungshülse hat eine gewisse Führungsfähigkeit für die axiale Bewegung des Kugelventilsitzes, um eine seitliche Abweichung der Stahlkugel aufgrund des schrägen Einbauwinkels des Injektors zu verhindern und die Betriebsstabilität weiter zu verbessern. Gleichzeitig können die Kugelventilsitz-Führungshülse und der Kugelventilsitz als ein einziges Teil direkt von der Blende abgenommen werden, was den Austausch nach Verschleiß und Beschädigung aufgrund der erforderlichen Hubanpassung des Injektorsteuerventils erleichtert.
- 4) Durch die verbesserte Düsenstruktur kann die Dichtsitzfläche des Einspritznadelventils von Gas und einer Hochtemperaturumgebung ferngehalten werden, wodurch die Beschädigung der Dichtsitzfläche des Einspritznadelventils durch eine Hochtemperaturumgebung und minderwertigen Kraftstoff wirksam reduziert und Bauraum eingespart werden kann. Gleichzeitig unterteilen die beiden Passflächen der Düse und der Auswerferstange die Düse in drei Kammern. Durch dieses Zusammenwirken wird das Kammervolumen in der Düse verkleinert, wodurch das Ölnachtropfen verringert und die Auswirkungen einer unzureichenden Verbrennung auf die Lebensdauer von langsam laufenden Dieselmotoren weiter vermindert werden. Aufgrund der Bauweise der oberen, mittleren und unteren Kammer der Einspritzdüse kann das Düsenloch am Düsenkörper innerhalb der Breite der mittleren Kammer der Düse liegen, so dass der Bauraum des Düsenlochs größer ist. Für den Hersteller und Konstrukteur ergibt dies ein gewisses Modifikationspotenzial, so dass die Düse leicht modifiziert und auf andere Formen von Injektoren für langsam laufende Dieselmotoren angewendet werden kann.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Struktur;
- 2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Schnittstelle und einer hydraulischen Schnittstelle gemäß der Erfindung;
- 3, 3a sind vergrößerte Darstellungen eines Kugelventilsitzes und einer Kugelventil-Führungshülse gemäß der Erfindung;
- 4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Düsenkomponente;
- 5, 5a sind schematische Darstellungen einer elektrohydraulischen Steuerkomponente gemäß der Erfindung;
- 6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur;
- 7 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Struktur zum Verhindern von Verunreinigungen des Kühlöls;
- 8 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Düsenteils.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1 -
- Injektorkörper,
- 2
- Überwurfmutter,
- 3
- Elektromagnet,
- 4
- Steuerventil-Rückstellfeder,
- 5
- Mutter,
- 6
- Anker,
- 7
- Hülse,
- 8
- Führungshülse,
- 9
- Steuerventilkern,
- 10
- Dichtring,
- 11
- Kugelventilsitz-Führungshülse,
- 12
- Kugelventilsitz,
- 13
- Stahlkugel,
- 14
- Blende,
- 15
- Nadelventil-Führungshülse,
- 16
- Nadelventil,
- 17
- Nadelventil-Rückstellfeder,
- 18
- Druckregeldichtung,
- 19
- Körpersicherungsmutter,
- 20
- Nadelventilkörper,
- 21
- Düsensicherungsmutter,
- 22
- Düse,
- 23
- elektronische Schnittstelle,
- 24
- Öleinlassschnittstelle,
- 25
- Umlaufölschnittstelle,
- 26
- Kühlöleinlassschnittstelle,
- 27
- Kühlölauslassschnittstelle,
- 28
- Kraftstoffrücklaufschnittstelle,
- 29
- Mischölschnittstelle,
- 101
- Umlaufölkanal,
- 102
- Öleinlasskanal,
- 103
- Öleinlassöffnung,
- 104
- Druckregelkammer,
- 105
- Ölauslassöffnung,
- 106
- Kraftstoffrücklaufkanal,
- 107
- Mischölablasskanal,
- 108
- Kühlöleinlasskanal,
- 109
- Kühlölrücklaufkanal,
- 110
- Führungshülsen-Ringnut,
- 111
- Ventilkern-Ringnut,
- 221
- Auswerferstange,
- 222
- Düsenkörper.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher beschrieben.
-
1 zeigt einen elektronisch gesteuerten Schweröl-Common-Rail-Injektor mit einer spezifischen Bauweise, der drei Teile umfasst: einen Injektorkörper 1, eine elektrohydraulische Steuerkomponente und eine Düsenkomponente.
-
Wie 1 und 2 zeigen, ist im oberen Ende des Injektorkörpers 1 mittig eine elektronische Schnittstelle 23 vorgesehen, wobei das obere Ende in Umfangsrichtung mit einer Öleinlassschnittstelle 24, einer Umlaufölschnittstelle 25, einer Kühlöleinlassschnittstelle 26, einer Kühlölauslassschnittstelle 27, einer Kraftstoffrücklaufschnittstelle 28 und einer Mischölschnittstelle 29 versehen ist, die jeweils mit einem Drahtende eines Elektromagneten 3, einem Öleinlasskanal 102, einem Umlaufölkanal 101, einem Kühlöleinlasskanal 107, einem Kühlölrücklaufkanal 108, einem Kraftstoffrücklaufkanal 105 und einem Mischölablasskanal 106 verbunden sind.
-
Der Aufbau der elektrohydraulischen Steuerkomponente ist aus der Kombination von 1, 5, 6 und 7 ersichtlich und umfasst eine Überwurfmutter 2, einen Elektromagneten 3, eine Steuerventil-Rückstellfeder 4, eine Mutter 5, einen Anker 6, eine Hülse 7, eine Führungshülse 8, einen Steuerventilkern 9, einen Dichtring 10, eine Kugelventilsitz-Führungshülse 11, einen Kugelventilsitz 12, eine Stahlkugel 13 und eine Blende 14. Die Blende 14 ist zwischen dem Injektorkörper 1 und der Düsenkomponente vorgesehen, eine Öleinlassöffnung 103 und eine Ölauslassöffnung 105 sind innerhalb der Blende 14 vorgesehen, und das untere Ende steht in Kontakt mit der Düsenkomponente. Der Steuerventilkern 9 und die Führungshülse 8 sind über eine Kupplung miteinander wirkverbunden, und das Mittelloch der Führungshülse 8 ist in der Lage, den Steuerventilkern 9 axial gleitend zu führen. Der Kugelventilsitz 12 ist in der Kugelventilsitz-Führungshülse 11 vorgesehen. Der Elektromagnet 3, die Hülse 7, die Führungshülse 8 und die Kugelventilsitz-Führungshülse 11 sind im Mittelloch des Injektorkörpers 1 montiert und werden durch eine Überwurfmutter 2 auf die Blende 14 gepresst. Der Anker 6 und das obere Gewinde des Steuerventilkerns 9 sind mit einer Mutter 5 fixiert. Der Steuerventilkern 9, der Kugelventilsitz 12 und die Stahlkugel 13 sind nacheinander in Kontakt und werden durch die Steuerventil-Rückstellfeder 4, die sich im Mittelloch des Elektromagneten 3 befindet, gegen die Dichtkegelfläche der Blende 14 gedrückt, um die Ölauslassöffnung 105 zu sperren; der Dichtring 10 ist in der äußeren Dichtringnut der Führungshülse 8 hülsenartig aufgenommen.
-
In Verbindung mit 1 und 4 umfasst die Düsenkomponente eine Nadelventil-Führungshülse 15, ein Nadelventil 16, eine Nadelventil-Rückstellfeder 17, eine Druckregeldichtung 18, eine Körpersicherungsmutter 19, einen Nadelventilkörper 20, eine Düsensicherungsmutter 21 und eine Düse 22. Die Nadelventil-Führungshülse 15 und das Nadelventil 16 wirken beide über eine Kupplung mit dem Nadelventilkörper 20 zusammen, wobei zwei Gleitflächen des Nadelventils 16 im Mittelloch des Nadelventilkörpers 20 bzw. im Mittelloch der Nadelventil-Führungshülse 15 axial verschiebbar sind. Beide Enden der Nadelventil-Rückstellfeder 17 drücken so gegen die Nadelventil-Führungshülse 15 bzw. das Nadelventil 16, dass die Oberseite der Nadelventil-Führungshülse 15 gegen die untere Ebene der Blende 14 gedrückt wird, wobei die Kegelfläche des unteren Endes des Nadelventils 16 gegen die Kegelfläche des Mittellochs des Nadelventilkörpers 20 gedrückt wird. Die Druckregeldichtung 18 stellt die Presskraft ein; die zylindrische Fläche des unteren Endes des Nadelventilkörpers 20 sitzt mit Presspassung in der Senkbohrung der Düse 22, die ferner durch die Düsensicherungsmutter 21 fixiert ist, und die Düse 22 ist mit einem Düsenloch zum Einspritzen von Kraftstoff versehen. Die Körpersicherungsmutter 19 verbindet die Düsenkomponente mit dem Injektorkörper 1 und drückt die obere Endfläche des Nadelventilkörpers 20 gegen das untere Ende der Blende 14.
-
Bei der obigen Bauweise führen der Umlaufölkanal 101 und der Öleinlasskanal 102 über den Injektorkörper 1 und die Blende 14 zum Mittelloch des Nadelventilkörpers 20. Die Blende 14, die Nadelventil-Führungshülse 15 und das Nadelventil 16 umgeben und bilden eine Druckregelkammer 104, die über die Öleinlassöffnung 103 und die Ölauslassöffnung 105 mit der Außenseite in Verbindung steht. Der Kraftstoffrücklaufkanal 106 ist durch eine Stahlkugel 13 am Injektorkörper 1 von der Ölauslassöffnung 105 getrennt. Der Mischölablasskanal 107 ist mit der Ringkammer verbunden, die von der Ringnut in der Mitte der Führungshülse 8 und dem Dichtring 10 umschlossen ist. Der Kühlöleinlasskanal 108 und der Kühlölrücklaufkanal 109 stehen mit der Ölkammer, die von dem Elektromagneten 3, der Führungshülse 8 und dem Dichtring 10 umschlossen ist, und durch das Nutloch an der Hülse 7 miteinander in Verbindung.
-
Unter Bezugnahme auf 5 und 5a ist eine Ringnut 110 mittig an der Außenseite der Führungshülse 8 vorgesehen, in der Mitte der Ringnut 110 ein horizontales Durchgangsloch vorgesehen, das zum Mittelloch in der Führungshülse 8 führt, und eine Dichtringnut auf beiden Seiten der Ringnut 110 vorgesehen. Der Durchmesser des unteren Endes des Steuerventilkerns 9 ist größer als der Führungsabschnitt, der Führungsabschnitt ist mit drei Ringnuten 111 versehen und die zweite Ringnut steht mit dem horizontalen Durchgangsloch in der Mitte der Führungshülse 8 in Verbindung. Der Steuerventilkern 9, die Führungshülse 8 und der Dichtring 10 unterteilen das Mittelloch des Injektorkörpers 1 in drei Kammern.
-
In Verbindung mit 3 und 3a ist ersichtlich, dass in der Oberseite der Blende 14 mittig eine Senknut vorgesehen ist. Die Führungshülse 11 des Kugelventilsitzes kann in der Senknut der Blende 14 ausgenommen sein; die obere Hälfte des Mittellochs der Kugelventilsitz-Führungshülse 11 hat eine größere Öffnung als die untere Hälfte, und die untere Hälfte sitzt mit Spielpassung im Kugelventilsitz 12, wobei die untere Hälfte des Mittellochs der Führungshülse 11 eine gewisse Führungsfähigkeit für die axiale Bewegung des Kugelventilsitzes 12 aufweist; oben ist eine Querausfräsung vorgesehen, und drei Ausfräsungen sind gleichmäßig über die Führungsfläche des Kugelventilsitzes 12 verteilt. Die Kammer oberhalb der Stahlkugel 13 ist durch den Kugelventilsitz 12 und die Ausfräsungen an der Kugelventilsitz-Führungshülse 11 mit dem Kraftstoffrücklaufkanal 105 verbunden.
-
Wie 8 zeigt, umfasst die in dieser Ausführungsform verwendete Düse 22 einen Düsenkörper 222 und eine damit zusammenwirkende Auswerferstange 221;der Düsenkörper 222 und der Nadelventilkörper sind durch die Düsen-Presspassfläche 223 mit Presspassung eingebaut, und die Auswerferstange 221 ist starr mit dem Kopf des Nadelventils des Injektors verbunden, an dem die Düse angebracht ist, oder ist einstückig mit dem Kopf des Nadelventils ausgebildet. Die Länge der Düse ist größer als 19 mm. Der Düsenkörper 222 und die Auswerferstange 221 sind beide unterhalb der Dichtsitzfläche der Nadelventilkupplung vorgesehen.
-
Die beiden Flächen mit kleinem Durchmesser in der Mitte des Düsenkörpers 222 sind radial an die Auswerferstange 221 angepasst, um zwei Passflächen zu bilden, nämlich die obere Düsenpassfläche 225 und die untere Düsenpassfläche 227. Das Spiel zwischen der Auswerferstange 221 und dem Düsenkörper 222 ist an der Passfläche sehr gering, was eine Führungswirkung auf die Auswerferstange hat und eine bessere Dichtfähigkeit gewährleistet. Die obere Düsenpassfläche 225 und die untere Düsenpassfläche 226 unterteilen die Ölkammer zwischen dem Düsenkörper 222 und der Auswerferstange 221 in drei Teile: die obere Düsenkammer 224, die mittlere Düsenkammer 226 und die untere Düsenkammer 228. Die Auswerferstange 221 ist mit einem Mittellängsloch 2210 und einem horizontalen Loch 2211 versehen, um die obere Düsenkammer 224 der Düse und die untere Düsenkammer 228 der Düse zu verbinden. Die Düsenlöcher 229 sind alle in der mittleren Düsenkammer 226 vorgesehen.
-
Die Düse arbeitet nach folgendem Prinzip. Im Ausgangszustand erzeugen die Kegelfläche am Nadelventil und die Sitzfläche am Nadelventilkörper eine Dichtwirkung, und der einzuspritzende Hochdruck-Kraftstoff sammelt sich über der Dichtsitzfläche.
-
Im Einspritzzustand wird das Nadelventil durch die mechanische Kraft oder den hydraulischen Druck von der Steuerseite des Injektors angehoben und die Dichtsitzfläche geöffnet. Gleichzeitig treibt das Nadelventil die Auswerferstange 221 an. Der Düsenkörper 222 ist zur unteren Passfläche 227 der Auswerferstange 221 versetzt angeordnet, so dass die untere Düsenkammer 228 mit der mittleren Düsenkammer 226 in Verbindung steht. Dabei strömt der Hochdruckkraftstoff oberhalb der Dichtsitzfläche durch die Dichtsitzfläche, die obere Düsenkammer 224, das horizontale Loch 2211, das Längsloch 2210 und die untere Düsenkammer 228 in die mittlere Düsenkammer 226 und wird schließlich aus dem in der mittleren Düsenkammer 226 vorgesehenen Düsenloch 229 in den Zylinder eingespritzt, um an der Verbrennung teilzunehmen.
-
Im Stopp-Zustand übt das Steuerende des Injektors keine Kraft aus. Das Nadelventil unterliegt der Wirkung einer Federkraft oder anderer Arten von Rückstellkraft und wird auf die Dichtsitzfläche zurückgedrückt. Der Hochdruckkraftstoff ist an der Dichtsitzfläche abgedichtet. Zu diesem Zeitpunkt werden der Düsenkörper 222 und die untere Passfläche 227 der Auswerferstange 221 wieder miteinander verbunden, so dass die untere Düsenkammer 228 von der mittleren Düsenkammer 226 getrennt wird. Die obere Düsenpassfläche 225 und die untere Düsenpassfläche 227 trennen die obere Düsenkammer 224 bzw. die untere Düsenkammer 228 von der mittleren Düsenkammer 226. Das Restöl, das sich in der oberen Düsenkammer 224 und in der unteren Düsenkammer 228 befindet, kann nicht zum Düsenloch 229 fließen, und die Kraftstoffeinspritzung stoppt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Abgas nach der Verbrennung im Zylinder nur durch das Düsenloch 229 mit der mittleren Düsenkammer 226 in Kontakt kommen, wodurch die Dichtsitzfläche der Nadelventilkupplung nicht korrodiert. Da die Düse selbst relativ lang ist, kann die Nadelventilkupplung auch in einem Zylinderkopf vorgesehen werden, der weit vom Zylinder entfernt ist und einen relativ guten Kühlungszustand aufweist, wodurch die Beschädigung der Dichtsitzfläche des Injektornadelventils durch eine Hochtemperaturumgebung und minderwertigen Kraftstoff wirksam reduziert werden kann. Da der Durchmesser der Düse kleiner ist als der Durchmesser des Nadelventilkörpers, kann das erforderliche Einbauloch entsprechend verkleinert werden, wodurch auf der Zylinderwandseite Bauraum eingespart und ein Spielraum für die Anordnung anderer Vorrichtungen, die auf der Zylinderwandseite installiert werden müssen, wie z.B. Luftventile, geschaffen wird.
-
Bei dieser Düse besteht der Düsenkörper aus korrosions- und wärmebeständigen Werkstoffen mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizient, was die thermische Verformung durch die Erwärmung des Düsenkörpers reduzieren, die Spaltbreite zwischen Düsenkörper und Auswerferstange 221 indirekt stabilisieren und einen stabilen Betrieb gewährleisten kann.
-
Das Funktionsprinzip des elektronisch gesteuerten Schweröl-Common-Rail-Injektors obiger Bauweise ist wie folgt.
-
Wenn der Elektromagnet 3 nicht erregt ist, fließt das Schweröl durch die Öleinlassschnittstelle 24 und den Öleinlasskanal 103 in das Mittelloch des Nadelventilkörpers 20 und dann durch die Öleinlassöffnung 103 in die Druckregelkammer 104. Dabei wird der Steuerventilkern 9 gegen den Kugelventilsitz 12 gedrückt, so dass die Stahlkugel 13 gegen die Ölauslassöffnung 105 gedrückt wird. Der Kraftstoffdruck in der Druckregelkammer 104 entspricht dem Druck im Mittelloch des Nadelventilkörpers 20. Beide Enden des Nadelventils 16 sind dem Kraftstoffdruck und der Federkraft ausgesetzt, die von der Nadelventil-Rückstellfeder 17 übertragen wird. Die resultierende Kraftrichtung des Nadelventils 16 ist nach unten gerichtet, um den Sitzzustand beizubehalten, und die Kegelfläche am unteren Ende des Nadelventils 16 kann gegen das Kraftstoffeinspritzende des Nadelventilkörpers 20 gedrückt werden.
-
Nach Erregung des Elektromagneten 3 wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, und der Anker 6 wird mit der Anziehungskraft beaufschlagt. Wenn die elektromagnetische Kraft größer als die Federkraft der Steuerventil-Rückstellfeder 4 ist, wird der Steuerventilkern 9 mit der resultierenden Kraft beaufschlagt und bewegt sich zusammen mit dem Anker 6 nach oben, bis die Position mit dem großen Durchmesser seines unteren Endes mit dem unteren Ende der Führungshülse 8 in Kontakt ist. Die Stahlkugel 13 verlässt ihre ursprüngliche Position. Dabei wird die Ölauslassöffnung 105 geöffnet. Das Hochdrucköl in der Druckregelkammer 104 strömt durch die Ölauslassöffnung 105 nach oben, durch die drei gleichmäßig auf der Führungsfläche des Kugelventilsitzes 12 verteilten Ausfräsungen, die Öffnung der oberen Hälfte des Mittellochs der Kugelventilsitz-Führungshülse 11 und die obere Durchgangsnut und schließlich vom Kraftstoffrücklaufkanal 106 und der Kraftstoffrücklaufschnittstelle 28 aus dem Injektor heraus. Dabei nimmt der hydraulische Druck in der Druckregelkammer 104 allmählich ab, und die hydraulische Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Nadelventils 16 nimmt zu. Das Nadelventil 16 bewegt sich nach oben und öffnet die Dichtung mit dem Nadelventilkörper 20. Der Hochdruckkraftstoff wird aus der Düse 22 gesprüht und der Kraftstoffeinspritzvorgang beginnt.
-
Wenn der Elektromagnet 3 entregt wird, lässt die Steuerventil-Rückstellfeder 4 den Steuerventilkern 9 wieder fallen, die Stahlkugel wird erneut gegen die Ölauslassöffnung 105 gedrückt, und die Öleinlassöffnung 103 befüllt die Druckregelkammer 104 wieder mit Öl. Der hydraulische Druck steigt. Das Nadelventil 16 bewegt sich unter der kombinierten Wirkung des hydraulischen Drucks und der Nadelventil-Rückstellfeder 17 nach unten, und die Kegelfläche am unteren Ende des Nadelventils 16 wird wieder gegen die Öldüse des Nadelventilkörpers 20 gedrückt, wodurch der Einspritzvorgang endet.
-
Der Hochdruckölteil des Injektors steht mit dem Umlaufölkanal 101 und der Umlaufölschnittstelle 25 in Verbindung, um einen Ölkreislauf für den Einbau eines externen Kraftstoffumlaufventils zu schaffen. Die Funktion des Kraftstoffumlaufventils besteht darin, dass es bei normalem Betrieb des Injektors geschlossen ist und dessen normalen Betrieb nicht beeinträchtigt; wenn das Kraftstoffsystem kurz vor dem Abschalten steht, verwendet das System reinen Kraftstoff, der unter einem gewissen niedrigen Druck steht, um in den Injektor zu fließen. Dabei wird das Kraftstoffumlaufventil aufgrund des niedrigen Drucks geöffnet. Der Kraftstoff kann mit einer bestimmten Geschwindigkeit in den Injektor strömen, um das verbleibende Schweröl zu reinigen und zu verhindern, dass stark verunreinigte Schwerölrückstände nach dem Abkühlen die zusammenwirkenden Teile verkleben und die Poren verstopfen.
-
Der Kühlöleinlasskanal 108 und der Kühlölrücklaufkanal 109 sind mit der Ölkammer, die von dem Elektromagneten 3, der Führungshülse 8 und dem Dichtring 10 umschlossen ist, verbunden und stehen durch das Nutloch an der Hülse 7 miteinander in Verbindung. Der Kühlölstrom wird einer Zwangskühlung unterworfen und führt Wärme ab, wodurch thermische Schäden an elektronischen Bauteilen infolge der durch das Schweröl bedingten hohen Temperatur vermieden werden.
-
Der Steuerventilkern 9, die Führungshülse 8 und der Dichtring 10 unterteilen das Mittelloch des Injektorkörpers 1 in drei Kammern. Die obere Kammer ist eine Kühlölkammer, die untere Kammer eine Schweröl-Rücklaufkammer, und die mittlere Kammer wird durch den Dichtring 10 und die Fläche jedes Teils gepresst und statisch abgedichtet. Der Führungsabschnitt des Steuerventilkerns 9 ist mit drei Ringnuten 111 versehen, um die dynamische Abdichtung mit der Führungshülse 8 zu verstärken. Um zu verhindern, dass eine leichte Leckage nach längerem Gebrauch den Kühlölkreislauf verunreinigt, ist die zweite Ringnut am Führungsabschnitt des Steuerventilkerns 9 mit dem horizontalen Durchgangsloch in der Mitte der Führungshülse 8 verbunden. Nach dem Eindringen in die zweite Ringnut aus der ersten und dritten Ringnut fließen Schweröl und Kühlöl durch die Ringnut 110 in der Mitte der Führungshülse 8 in den Mischölablasskanal 107 und werden schließlich aus der Mischölschnittstelle 29 geführt, um den hydraulischen Druck an der zweiten Ringnut des Führungsabschnitts des Steuerventilkerns 9 weiter zu reduzieren. Der Kühlöldruck in der oben genannten dritten Ringnut und der niedrigere Mischöl-Hydraulikdruck an der zweiten Ringnut bilden eine Druckdifferenz nach unten, die verhindert, dass Schweröl durch die Führungsfläche gedrückt wird und nach oben austritt. Der Kühlölkreislauf ist von dem Schwerölkreislauf durch dynamische Abdichtung, statische Abdichtung und Drainage isoliert. Mit dieser technischen Lösung können die Verunreinigung des Kühlöls durch das Schweröl und ferner die Korrosion der elektromagnetischen Komponenten wirksam vermieden werden.
-
Die elektrohydraulische Steuerkomponente setzt das Kugelventil als Steuerventil ein, das eine gute Selbstausrichtung aufweist. Gleichzeitig hat die Führungshülse eine gewisse Führungsfähigkeit für die axiale Bewegung des Kugelventilsitzes, um eine seitliche Abweichung der Stahlkugel 13 aufgrund des schrägen Einbauwinkels des Injektors zu verhindern und die Betriebsstabilität weiter zu verbessern. Zudem können die Kugelventilsitz-Führungshülse und der Kugelventilsitz als ein einziges Teil direkt von der Blende abgenommen werden, was den Austausch nach Verschleiß und Beschädigung aufgrund der erforderlichen Hubanpassung des Injektorsteuerventils erleichtert.
