DE19548610A1 - Kraftstoffeinspritzeinirchtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen, durch die CH-447 714 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung dient als Rückstellkraft, die auf das Ventilglied wirkt, eine Druckfeder, die bestrebt ist das Ventilglied in seiner Ausgangslage zu halten, in der eine Verbindung der Hochdruckleitung zwischen Kraftstoffhochdruckpumpe und Einspritzventil geöffnet ist. Bei dieser bekannten Ausgestaltung dient das Ventilglied als Schieberventil, das eine Bypassleitung mit Durchflußdrossel in der Endlage des Schieberventils verschließt.

Solche Ventile müssen so ausgelegt werden, daß sie bei hohem Druck der Kraftstoffhochdruckpumpe oder eines dieser nachgeschalteten Speichers und bei großen Kraftstoffeinspritzmengen bzw. Fördermengen zwischen Kraftstoffhochdruckpumpe und Speicher bzw. zwischen Speicher und Kraftstoffeinspritzventil immer einwandfrei arbeiten. Dies stellt dann ein großes Problem dar, wenn mit geringen Drücken und großen Mengen gefördert wird, da dann das Durchflußbegrenzungsventil nicht genügend Durchflußquerschnitt zur Verfügung stellt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß mit Hilfe einer Rückstellkraft, die durch ein magnetisches Feld gebildet wird, diese Rückstellkraft an wechselnde Betriebsbedingungen leicht angepaßt werden kann, so daß auch in kritischen Bereichen eine ausreichend sichere Funktion des Durchflußbegrenzungsventils gewährleistet wird derart, daß die Kraftstofförderung zum Kraftstoffeinspritzventil nicht behindert, daß aber im Schadensfalle eine wirksame Abschaltung erreicht wird. Insbesondere in der Ausgestaltung gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 2 läßt sich durch die elektromagnetische Einstellung der Rückstellkraft die Funktion des Durchflußbegrenzungsventils prüfen, in dem ein besonderer Prüfzyklus bereitgestellt wird. Der Stromfluß durch die Spule gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 2 kann darauf getestet werden, ob ein Kurzschluß vorliegt oder ein Freilauf. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, daß beim Abstellen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Stillsetzung des Betriebs der zugehörigen Brennkraftmaschine dieses Ventil auch ganz geschlossen wird, und zugleich die Schließfunktion des Ventils überwacht wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Durchflußbegrenzungsventil vorgesehen ist, und Fig. 2 einen Schnitt durch eine vereinfachte Darstellung des Durchflußbegrenzungsventils.

Beschreibung

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen fördert eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1, die z. B. als Kolbenpumpe ausgeführt sein kann, Kraftstoff über eine einen Filter 3 aufweisende Saugleitung 5 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 7, der als Niederdruckraum zu bezeichnen ist, über eine Hochdruckleitung 9 in einen Hochdruckspeicher 11, der den geförderten Kraftstoff in Höhe des Kraftstoffeinspritzdrucks speichert. Dieser ist als Teil einer Hochdruckleitung anzusehen und versorgt über abzweigende Hochdruckleitungen 21 jeweils ein Einspritzventil 23. Diese Einspritzventile besitzen im ausgeführten Beispiel jeweils ein Elektromagnetventil 25, mit dem die Zufuhr von Kraftstoffhochdruck zum Einspritzventil und zur weiteren Einspritzung in den nachfolgenden Brennraum der zugehörigen Brennkraftmaschine gesteuert wird. Der Druck im Hochdruckspeicher 11 wird von einem Drucksensor 12 erfaßt. Das Sensorsignal wird einer Steuereinrichtung 19 zugeführt, die wiederum wie in der Figur gezeigt, die Fördermenge der Hochdruckpumpe steuert oder über ein entsprechendes Drucksteuerventil von der Hochdruckseite Kraftstoff zur Niederdruckseite abläßt bis der gewünschte maximale Druck wieder erreicht ist. Die Einspritzventile bzw. deren Magnetventile 25 werden ebenfalls von der Steuereinrichtung 19 angesteuert, derart daß zum richtigen Zeitpunkt die erforderliche Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dazu verarbeitet die Steuereinrichtung in bekannter Weise Drehzahlsignale, Temperatur und fast. Leckkraftstoff von den Einspritzleitungen, z. B. abströmender Kraftstoff in Folge von Steuervorgängen der Magnetventile 25, fließt über eine Rücklaufleitung 29 wieder dem Kraftstoffvorratsbehälter 7 zu.

Solche Kraftstoffeinspritzeinrichtungen müssen Sicherheitsmaßnahmen enthalten für Fälle, in denen z. B. die Kraftstoffeinspritzventile nicht richtig funktionieren, die Druckregelung bzw. die Kraftstoffmengensteuerung fehlerhaft ist oder in den Fällen wo es zu Brüchen bzw. Schäden an den Hochdruckleitungen inklusive den Hochdruckspeichern 11 kommen kann. Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, in die Hochdruckleitung 9 bzw. die Hochdruckleitungen 21 zu den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen 23 ein bzw. mehrere Durchflußbegrenzungsventile 27 vorzusehen. Solche Druckbegrenzungsventile zur Begrenzung der Durchflußmenge bzw. des Durchflußvolumens, das jeweils gefördert wird, sind bereits in Kraftstoffeinspritzsystemen bekannt. Sie weisen in der Regel ein Ventilglied auf, das sich unter Einwirkung von einem hydraulischen Differenzdruck stromauf- und stromabwärts dieses Ventilglieds mit zunehmender Größe dieses Differenzdrucks gegen die Kraft einer Feder in Kraftstoffflußrichtung verschiebt, bis es im Grenzfall zur Anlage an einen Ventilsitz kommt, wobei zugleich der Durchfluß von Kraftstoff durch das Ventil bzw. die anschließenden Hochdruckleitungen versperrt wird.

Solche Ventile haben den Nachteil, daß sie so ausgelegt werden müssen, daß sie bei hohem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher und großen zur Einspritzung kommenden Kraftstoffmengen einwandfrei arbeiten. Das heißt, die Federkraft muß so bemessen werden, daß das Ventil nicht vorzeitig schließt, aber immer dann und sicher schließt, wenn ein zu hoher Kraftstofffluß erreicht wird. Diese Auslegung stellt insbesondere bei geringen Drücken und großen Mengen, die zum Kraftstoffhochdruckspeicher bzw. zu den Einspritzventilen gefördert wird ein Problem dar. In diesen Fällen ist die Gefahr besonders groß, daß nicht genügend Kraftstoff von dem Durchflußbegrenzungsventil hindurchgelassen wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein solches Durchflußbegrenzungsventil in eine der Kraftstoffdruckleitungen 21 eingesetzt wird und der Weg, den das Ventilglied entgegen der Kraft der Feder bis zur Anlage an den Ventilsitz 8 zurücklegt, bzw. das dabei bewegte Volumen zugleich auch dem zu fördernden Kraftstoffvolumen entspricht. Ist nicht genügend Differenzdruck da, so kann es insbesondere im geschilderten Falle bei niedrigen Förderdrücken und hohen Fördermengen passieren, daß die Federkraft zu groß ist und das Ventilglied nicht bewegt wird und somit nur Kraftstoff über die den Differenzdruck bildenden Drossel gefördert werden kann.

In der Fig. 2 ist dem gegenüber eine wesentlich verbesserte Lösung dargestellt. Das Gehäuse des Durchflußbegrenzungsventils 27 weist dabei einen Zylinder 28 auf, der eintrittsseitig mit der Hochdruckleitung 9 bzw. 21 verbunden ist und aus dem austrittsseitig diese Leitung 9 bzw. 21 zum Hochdruckspeicher 11 bzw. zu dem Einspritzventil 23 weiter führt. In dem Zylinder ist ein zylindrisches topfförmig ausgebildetes Ventilglied 35 bis zur Anlage an einen Ventilsitz 39 verschiebbar, der fest in den Zylinder 28 des Gehäuses angeordnet ist und im vorliegenden Beispiel als Flachsitz ausgeführt ist. Angrenzend an diesen Ventilsitz besteht bei geöffnetem Ventil genügend Durchflußquerschnitt, um die erforderliche Kraftstoffmenge zu der anschließenden Hochdruckleitung 9 bzw. 21 weiter zu führen.

Das topfförmige Ventilglied weist einen Boden 41 auf, der mittig eine Durchgangsbohrung 42 hat, die eine Drosselstelle bildet und bei Anlage der äußeren als Dichtfläche ausgebildeten Bodenstirnseite 43 am flachen Ventilsitz 39 verschlossen wird.

Das Ventilglied ist zwischen dem Ventilsitz 39 und einem diesem gegenüber liegenden Anschlag 44 des Gehäuses des Durchflußbegrenzungsventils verstellbar. Dieser Anschlag bestimmt die Ausgangsposition des Ventilglieds 35, das durch eine Magnetkraft in diese Position bringbar ist. Dazu ist das Gehäuse im Bereich der Endlage des Ventilglieds 35 am Anschlag 44 mit einer Wicklung 45 versehen, die vom Steuergerät 19 mit Strom versorgt wird und die je nach Stromdurchfluß eine größere oder kleinere elektromagnetische Kraft entwickelt, die auf das Ventilglied 35 einwirkt und bestrebt ist, dieses an den Anschlag 44 zu halten. Dazu ist insbesondere das Material des Gehäuses 30 des Durchflußbegrenzungsventils nicht magnetisch, um magnetisches Kleben des Ventilglieds am Gehäuse zu verhindern und die Funktionsfähigkeit als Ventil zu erhalten. Es ist alternativ auch eine nichtmagnetische Zwischenschicht bei an ansonsten aus Stahl ausgeführtem Gehäuse denkbar.

Wird nun Kraftstoff unter Hochdruck durch die Hochdruckleitung 9, 21 gefördert, so kann sich unter Einwirkung der Drosselstelle 42 ein Differenzdruck am Ventilglied 35 einstellen, der bestrebt ist, dieses Ventilglied in Flußrichtung des Kraftstoffs zum Ventilsitz 39 hin zu bewegen entgegen der von der Spule 45 aufgebrachten Kraft bzw. dessen magnetisches Feld. Das Ventilglied 35 wird somit entsprechend der Kraftstofförderung verschoben bis es zur Anlage an den Ventilsitz 39 kommt und eine weitere Förderung von Kraftstoff durch die Hochdruckleitung 9, 21 unterbindet. Wird ein solches Druckbegrenzungsventil als Sicherheitsmaßnahme zwischen Kraftstoffhochdruckpumpe, die quasi kontinuierlich fördert, und Hochdruckspeicher 11 eingesetzt, so bestimmt im Wesentlichen die Größe der Drosselstelle die Größe der Durchflußmenge zum Speicher. Entsprechend ist die Drossel auszulegen. Bei dieser Ausgestaltung kann nun in vorteilhafter Weise die Stärke des magnetischen Felds durch den Stromfluß durch die Spule modifiziert werden derart, daß das Ventil in den erforderlichen Bereichen einwandfrei arbeitet. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, daß zum Abstellen eines Zylinders, in dem ein einzelnes Durchflußbegrenzungsventil in jeweils eine der Druckleitungen 21 eingesetzt ist, die Spule 45 stromlos geschaltet wird und somit das Ventilglied ohne Verzug zum Ventilsitz bewegt wird und die Zufuhr von Kraftstoff unterbunden wird. Mit einem solchen Stromlosschalten kann in Testzyklen der Steuerschaltung 19 auch die Funktionsfähigkeit des jeweiligen Durchflußbegrenzungsventils überprüft werden. Wird die Stromzufuhr zu einem der Durchflußbegrenzungsventile 27 unterbrochen und stellt sich dann eine Reduzierung der Drehzahl der zugehörigen Brennkraftmaschine ein, so ist erkennbar, daß dieses Ventil bestimmungsgemäß die Kraftstoffzufuhr zum zugehörigen Einspritzventil unterbunden hat. Dieser Test kann in Folge bei jedem einzelnen Durchflußbegrenzungsventil durchgeführt werden. Insbesondere kann ein solcher Testzyklus auch beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgen. Elektrische Fehler, wie Kurzschluß, Abfall der elektrischen Leitung (Freilauf) oder Leitungsbruch, lassen sich ebenfalls problemlos über die Steuerschaltung erfassen. Auf Grund dieser Eigenschaften ist dieses Ventil vor allen Dingen als Sicherheitsventil geeignet, mit dem bei Ausfall der Elektronik oder der Stromversorgung mit Sicherheit die Kraftstoffzufuhr zu den jeweiligen Einspritzventilen unterbunden wird. Damit wird die insbesondere bei Dieselkraftmaschinen große Gefahr des Durchgehens der Brennkraftmaschine vermieden.

Claims (11)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die Kraftstoff aus einem Niederdruckraum (7) über Hochdruckleitungen (9, 21) zu wenigstens einem Einspritzventil (23) der Brennkraftmaschine fördert und mit einem eine maximale Kraftstoffdurchflußmenge begrenzenden Durchflußbegrenzungsventil (27) in wenigstens einer Hochdruckleitung (9, 21), das ein axial verschiebbares Ventilglied (35) aufweist, das vom in Richtung Einspritzventil (23) strömenden Kraftstoff bei Überschreiten einer maximalen Kraftstoffdurchflußmenge entgegen einer Rückstellkraft in seine Schließlage an einen einen Durchtritt der Hochdruckleitung begrenzenden Ventilsitz (39) bringbar ist und dabei den Durchtritt der Hochdruckleitung durch das Durchflußbegrenzungsventil verschließt, wobei eine auf das Ventilglied (35) wirkende resultierende, der Rückstellkraft entgegenwirkende hydraulische Kraft durch wenigstens eine einen stromaufwärts des Ventilsitzes liegenden Durchfluß der Hochdruckleitung bildende Drosselstelle (42) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch ein magnetisches Feld gebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld durch eine stromdurchflossene Spule (45), die gehäusefest im Durchflußbegrenzungsventil (27) angeordnet ist, gebildet wird.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß durch die Spule, und damit die Stärke des magnetischen Feldes von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von der maximal zulässigen Hochdruckfördermenge steuerbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) zylindrisch, topfförmig ausgebildet ist und in einem Zylinder (28) des Gehäuses (30) des Durchflußbegrenzungsventils (27) verschiebbar gelagert ist und die offene Seite des Ventilglieds mit einem mit der Hochdruckpumpe (1) verbundenen Teil der Hochdruckleitung (9, 21) verbunden ist und dessen geschlossene Stirnseite (41) eine mit dem Ventilsitz (39) zusammenwirkende Ventildichtfläche (43) bildet, in der wenigstens eine Durchtrittsöffnung (42) als Drosselstelle vorgesehen ist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (39) als Flachsitz, und die Stirnseite (43) des Ventilgliedes (35) als ebene, auf diesem Flachsitz dicht zur Anlage kommende Dichtfläche ausgebildet sind.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (45) das Gehäuse des Durchflußbegrenzungsventils im Bereich der Ausgangslage des Ventilglieds bei offenem Durchflußbegrenzungsventil umgibt.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) und/oder ein das Ventilglied führender Teil aus nicht magnetisierbaren Material bestehen.

8. Verfahren zur Überwachung der Kraftstoffeinspritzung bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen die eine Kraftstoffhochdruckquelle (1) aufweist, aus der über wenigstens eine Hochdruckleitung (9, 11, 21) auf Hochdruck gebracht er Kraftstoff zu wenigstens einem Einspritzventil (23) der Brennkraftmaschine gefördert wird, durch ein eine maximale Kraftstoffdurchflußmenge begrenzendes Durchflußbegrenzungsventil (27), das in wenigstens einer der Hochdruckleitungen (9, 21) eingesetzt ist und ein Ventilglied (35) aufweist, das von einer von der Menge des in Richtung Einspritzventil (23) strömenden Kraftstoffs abhängigen Differenzdruckkraft entgegen einer Rückstellkraft verschiebbar und bei Überschreiten einer maximalen Kraftstoffdurchflußmenge in Schließstellung an einem Ventilsitz (39) bringbar ist und dabei ein sonst vorhandener, geöffneter, den Differenzdruck bildender Drosselquerschnitt geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch ein durch eine Spule (45) erzeugtes elektromagnetisches Feld gebildet ist, das von einer Steuereinrichtung (19) so gesteuert wird, daß die Rückstellkraft abhängig von der maximalen Durchflußmenge ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Funktion des Durchflußbegrenzungsventils die elektrischen Werte der Spule (45) im Betrieb der Kraftstoffeinspritzanlage mit den sich ergebenden Betriebsparametern der von der Kraftstoffeinspritzanlage betriebenen Brennkraftmaschine verglichen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß einem jeden Kraftstoffeinspritzventil (23) ein Durchflußbegrenzungsventil (27) vorgeschaltet ist und zur Überprüfung der einzelnen Durchflußbegrenzungsventile jeweils die Stromzufuhr zu dem jeweiligen Durchflußbegrenzungsventil unterbrochen wird und die Funktionstüchtigkeit dieses Ventils anhand des resultierenden Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere von deren Drehzahländerung, geprüft wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der einzelnen Durchflußbegrenzungsventile (27) die elektrischen Werte der Spule (45) in Zyklen durch die Steuereinrichtung (19) überprüft werden.