DE19629107A1 - Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid in den Brennraum eines Dieselmotors - Google Patents
Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid in den Brennraum eines DieselmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem
Zusatzfluid in den Brennraum eines Dieselmotors, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1
angegeben ist.
Die Einspritzung eines Zusatzfluids, wie z. B. Wasser oder einer Kraftstoff-/Wasser-
Emulsion, zusammen mit dem Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors ist
hinsichtlich der Verringerung von Schadstoffemissionen, insbesondere des Ausstoßes von
Stickoxiden und Rußpartikeln vorteilhaft.
In der deutschen Patentanmeldung P 195 23 878 wird eine Vorrichtung zum Einspritzen
von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in den Brennraum eines Dieselmotors besehrieben,
bei der das zweite Fluid mittels eines von dem unter Druck stehenden Kraftstoff
beaufschlagbaren Trennkolbens in den Düsenkörper der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und
von dort in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt wird. Als Arbeitsmedium zum
Betätigen des Trennkolbens dient der in einem Vorspeicher (Common Rail) unter hohem
Druck vorgehaltene Kraftstoff. Die Zumessung des zweiten Fluids erfolgt einerseits über
die geometrischen Abmessungen der Trennkolbeneinheit oder bei einer besonderen
Ausgestaltung der dort beschriebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Hilfe einer
Schaltvorrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die
einfach aufgebaut ist und eine unabhängige Zumessung der eingespritzten Kraftstoff- und
Zusatzfluidmengen gestattet.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem
Zusatzfluid in den Brennraum eines Dieselmotors geschaffen, die eine unabhängige
Zumessung der in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzten Kraftstoff- und
Zusatzfluidmengen gestattet. Die Einspritzvorrichtung verfügt über eine in einem
Injektorgehäuse verschieblich angeordnete Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer
Einspritzdüse und zur Abgabe von Kraftstoff aus einem die Düsennadel umgebenden
Düsenraum in den Brennraum des Dieselmotors. Durch eine Kraftstoffzuführungsleitung
wird unter hohem Druck stehender Kraftstoff zu dem Düsenraum zugeführt. Ein
verschieblich angeordneter Verdrängerkolben fördert das Zusatzfluid aus einem dem
Verdrängerkolben vorgelagerten Raum zur Bemessung des Zusatzfluids über eine
Zusatzfluidzuführungsleitung in den Düsenraum. Erfindungsgemäß ist der
Verdrängerkolben um seine Längsachse drehbar angeordnet und mittels einer
Regeleinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs drehbar und mit einer
Steuerkante versehen, die zur Bemessung der aus dem Zusatzfluidbemessungsraum dem
Düsenraum zugeführten Menge des Zusatzfluids in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des
Verdrängerkolbens dient. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist es, daß die Zusatzfluidmenge unabhängig von der
Kraftstoffmenge frei regelbar und ab- und zuschaltbar ist. Ein weiterer Vorteil ist die
einfache Art der Regelung der Zusatzfluidmenge.
Gemäß einer Weiterbildung ist es vorgesehen, daß der Verdrängerkolben mit einem ein
Kraftstoffvolumen in einen mit der Kraftstoffzuführungsleitung in Verbindung stehenden
ersten Druckraum und einen mit dem Düsenraum in Verbindung stehenden zweiten
Druckraum unterteilenden beidseits beaufschlagbaren Trennkolben gekoppelt ist. Der
Trennkolben ist zur Zuführung von Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum in den
Düsenraum unter Wirkung des im ersten Druckraum anstehenden Kraftstoffdrucks der
Kraftstoffzuführungsleitung verschieblich angeordnet. Dies ermöglicht vorteilhaftenweise
eine bauliche Anordnung der Kraftstoff- und Zusatzfluidmengenzumessung in einem
Gehäuse und ermöglicht weiterhin eine Zumessung der Kraftstoff- und Zusatzfluidmengen
ohne daß Steuermengen anfallen würden.
Gemäß einer Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, daß die Menge des dem Düsenraum
aus dem zweiten Druckraum zugeführten Kraftstoffs durch Einstellung des vom
Trennkolben zurückgelegten Verschiebungswegs einstellbar ist. Hierdurch ist eine
Zumessung der Kraftstoffmenge auf besonders einfache und genaue Weise möglich.
Vorteilhafterweise sind der Verdrängerkolben und der Trennkolben durch einen integralen
Kolbenkörper gebildet. Hierdurch ist ein kompakter Aufbau der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung möglich.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der erste
Druckraum und der zweite Druckraum durch eine Überströmleitung miteinander in
Verbindung stehen, die ein Kraftstoffmengensteuerventil enthält, wobei eine Vorrichtung
zur Verschiebung des Trennkolbens im Sinne einer Vergrößerung des zweiten Druckraums
vorgesehen ist. Der Trennkolben wird bei geöffnetem Kraftstoffmengensteuerventil unter
der Wirkung der Vorrichtung zur Aufnahme einer vorgegebenen Kraftstoffmenge im Sinne
einer Vergrößerung des zweiten Druckraums verschoben und ist bei geschlossenem
Kraftstoffmengensteuerventil durch den Kraftstoffdruck zur Abgabe der vorgegebenen
Kraftstoffmenge im Sinne einer Verkleinerung des zweiten Druckraums verschiebbar.
Durch diese Ausgestaltung ist die Zumessung der Kraftstoffmenge auf besonders einfache
und genaue Weise möglich.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Steuerkante des Verdrängerkolbens
mit einem in der Wandung einer den Verdrängerkolben aufnehmenden Bohrung
vorgesehenen Auslaß für das Zusatzfluid beim Vorschub des Verdrängerkolbens in der
Weise zusammen, daß bei Erreichen des Auslasses der dem Verdrängerkolben vorgelagerte
Zusatzfluidbemessungsraum durch die Steuerkante gegen den Zusatzfluidauslaß entlastet
und damit die Förderung von Zusatzfluid vom Düsenraum beendet wird. Der Abstand von
der Steuerkante zu dem Auslaß ist von dem Drehwinkel des Verdrängerkolbens abhängig,
wodurch die zugemessene Zusatzfluidmenge einstellbar ist.
Die vorgenannte Ausführungsform kann dadurch weitergebildet sein, daß der
Zusatzfluidbemessungsraum einen mit einem Rückschlagventil versehenen
Zusatzfluideinlaß zur Zuführung des Zusatzfluids in den Zusatzfluidbemessungsraum bei
Verschiebung des Verdrängerkolbens im Sinne einer Vergrößerung des
Zusatzfluidbemessungsraums aufweist.
Gemäß einer Alternative ist die dem Düsenraum abgewandte Seite der Düsennadel über
eine Steuerdruckzuführungsleitung mit einem Steuerdruck im Sinne eines Schließens der
Einspritzdüse beaufschlagbar. Zur Entlastung der dem Düsenraum abgewandten Seite der
Düsennadel von dem Steuerdruck im Sinne eines Öffnens der Einspritzdüse unter Wirkung
des im Düsenraum anstehenden Kraftstoffdrucks ist ein Düsennadelsteuerventil
vorgesehen. Diese Ausgestaltung kann dadurch weitergebildet sein, daß der Steuerdruck
über ein in der Steuerdruckzuführungsleitung vorgesehenes Steuerdruckventil der dem
Düsenraum abgewandten Seite der Düsennadel zuführbar ist, oder alternativ, daß der
Steuerdruck über eine in der Steuerdruckzuführungsleitung vorgesehene Drossel der dem
Düsenraum abgewandten Seite der Düsennadel zuführbar ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, dem Düsennadelsteuerventil einen
federbelasteten Hilfsverdrängerkolben mit einem dem von der Düsennadel bei deren
Öffnung von der dem Düsenraum abgewandten Seite verdrängten Volumen
entsprechenden Volumen und eine Drossel nachzuschalten. Hierdurch wird
vorteilhafterweise ein besonders schnelles Öffnen und Schließen der Einspritzdüse durch
die Düsennadel ermöglicht.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine die Düsennadel in die geschlossene Stellung der
Einspritzdüse beaufschlagende Düsennadelfeder vorgesehen.
Gemäß einer anderen Alternative ist es vorgesehen, daß in der Kraftstoffzuführungsleitung
ein dem Düsenraum vorgeschaltetes Düsennadelsteuerventil vorgesehen ist, das die
Zuführung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuführungsleitung in den Düsenraum
frei gibt und ein Öffnen der Einspritzdüse durch Verschiebung der Düsennadel gegen die
Kraft einer die Düsennadel in die geschlossene Stellung der Einspritzdüse
beaufschlagenden Düsennadelfeder bewirkt. Durch eine solche passive Steuerung der
Düsennadel durch die Düsennadelfeder ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung besonders
einfach aufzubauen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Regeleinrichtung zur Verdrehung des
Verdrängerkolbens um seine Längsachse durch eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung
gebildet. Hierdurch ist ein besonders einfacher und kompakter Aufbau der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung und ein zuverlässiger Betrieb derselben möglich.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2a bis 2c perspektivische, etwas schematisierte Ansichten des bei
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Verdrängerkolbens für
das Zusatzfluid in drei verschiedenen Phasen des Arbeitsablaufs;
Fig. 3 eine schematisierte Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 4 eine schematisierte Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß
einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Querschnittsansicht eine Darstellung einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung (Injektor) nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dient zum Einspritzen von Kraftstoff und
einem Zusatzfluid, das beispielsweise Wasser oder eine Kraftstoff-/Wasser-Emulsion sein
kann, in den Brennraum eines Dieselmotors.
In einem Injektorgehäuse 1 ist eine Düsennadel 2 verschieblich angeordnet, die an ihrem
unteren Ende mit einer konischen Spitze versehen ist und dazu in der Lage ist eine
Einspritzdüse 25 zu öffnen und zu schließen, durch welche der Kraftstoff und das
Zusatzfluid in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt wird. Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird durch eine Kraftstoffzuführungsleitung 19 von einem
durch eine Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) mit dem Kraftstoff versorgten ölelastischen
Vorspeicher (Common Rail) mit Kraftstoff versorgt. In dem Injektorgehäuse 1 ist weiterhin
ein Kolbenkörper 6 verschieblich angeordnet, der aus einem Trennkolben 6a und einem
Verdrängerkolben 6b integral gebildet ist. Dem Verdrängerkolben 6b ist ein Raum zur
Bemessung des Zusatzfluids 13 vorgelagert, aus welchem das Zusatzfluid durch die
Wirkung des Verdrängerkolbens 6b über eine Zusatzfluidzuführungsleitung 26 in den die
Düsennadel 2 umgebenden Düsenraum 21 gefördert wird.
Der Trennkolben 6a ist ein beidseits beaufschlagbarer Kolben, der in einer in dem
Injektorgehäuse 1 ausgebildeten Bohrung verschieblich und auch drehbar gelagert ist. Der
Trennkolben 6a teilt das Volumen der Bohrung in einen ersten Druckraum 23 und einen
zweiten Druckraum 24. Der erste Druckraum 23 steht über eine Überströmleitung 18, die
ein Kraftstoffmengensteuerventils 4 enthält, mit dem zweiten Druckraum in Verbindung.
In die den Verdrängerkolben 6b aufnehmende Bohrung mündet ein Einlaß 10 und ein
Auslaß 11 für das Zusatzfluid. An der Mantelfläche des Verdrängerkolbens 6b ist eine
Steuerkante 12 ausgebildet, welche mit dem Auslaß 11 in einer später noch im einzelnen
beschriebenen Weise zur Zumessung der von dem Verdrängerkolben 6b in den Düsenraum
21 geförderten Zusatzfluidmenge zusammenwirkt. An der Oberseite des Kolbenkörpers 6
ist eine aus einer Zahnstangen-Ritzel-Anordnung gebildete Regeleinrichtung 8 vorgesehen,
durch die der Kolbenkörper 6 und damit der Verdrängerkolben 6b mit der dort
ausgebildeten Steuerkante 12 verdreht werden kann, so daß sich die gegenseitige Lage von
Steuerkante 12 und Auslaß 11 verändern.
Die Düsennadel 2 wird durch eine Düsennadelfeder 3 in ihrer geschlossenen Stellung
gehalten. Auf der dem Düsenraum 21 entgegengesetzten Seite der Düsennadel 2 ist ein
Steuerdruckraum 29 gebildet, welcher über eine Steuerdruckzuführungsleitung 14 mittels
eines Steuerdrucks zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 25 beaufschlagbar ist. Die
Steuerdruckzuführungsleitung 14 ist in zwei Zweige aufgespalten, von denen einer eine
Drossel und der andere ein Steuerdruckventil 27 enthält. Von dem Steuerdruckraum 29
führt eine Entlastungsleitung, die ein Düsennadelsteuerventil 5 enthält, zu einem
Steuermengenabfluß 15.
In der Zusatzfluidzuführungsleitung 26 ist ein in Förderungsrichtung des Zusatzfluids
durchgängiges Rückschlagventil 16 angeordnet. In dem Einlaß 10 für das Zusatzfluid ist
ein Rückschlagventil 17 angeordnet, das in Strömungsrichtung des Einlasses durchgängig
ist.
Die Fig. 2a bis 2c zeigen die Art und Weise, wie der Verdrängerkolben 6b durch die an
seinem Mantel ausgebildete Steuerkante 12 mit dem Auslaß 11 für das Zusatzfluid
zusammenwirkt, um die von dem Verdrängerkolben 6b in den Düsenraum 21 und damit
durch die Einspritzdüse 25 in den Brennraum des Dieselmotors geförderte Menge des
Zusatzfluids zuzumessen. Der Verdrängerkolben 6b ist mit einer Steuerkante 12 versehen,
die sich spiralförmig um diesen herum erstreckt und einen unterhalb der Steuerkante
liegenden Bereich, in welchem der Verdrängerkolben 6b seinen vollen Radius aufweist,
von einem oberhalb der Steuerkante 12 liegenden Bereich, in welchem der
Verdrängerkolben 6b einen reduzierten Radius aufweist, trennt. Der oberhalb der
Steuerkante 12 liegende Bereich mit reduziertem Radius ist über einen Steuerkanal 12a mit
der Unterseite des Verdrängerkolbens 6b verbunden, so daß zwischen diesen beiden
Bereichen eine Strömungsverbindung besteht, welche von dem Zusatzfluid in Richtung zu
dem Auslaß 11 durchströmbar ist.
In der in Fig. 2a gezeigten Lage befindet sich der Verdrängerkolben 6b in seiner untersten
Stellung. Bei der in Fig. 2b gezeigten Aufwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 6b wird
durch den Einlaß 10 an der Unterseite des Verdrängerkolbens 6b Zusatzfluid in den dem
Verdrängerkolben vorgelagerten Zusatzfluidbemessungsraum 13 angesaugt. Der Auslaß 11
für das Zusatzfluid kann durch den Verdrängerkolben 6b geöffnet oder verschlossen sein,
was davon abhängig ist, ob sich der Auslaß 11 aufgrund der Winkellage des
Verdrängerkolbens 6b oberhalb oder unterhalb der Steuerkante 12 befindet. In der in Fig.
2b gezeigten Lage des Verdrängerkolbens 6b ist der Auslaß 11 geöffnet. In der in Fig. 2c
gezeigten Lage befindet sich der Verdrängerkolben 6b in seiner oberen Lage für den
augenblicklichen Einspritzvorgang, die jedoch vom Betriebszustand des Motors abhängig
ist und durch die Lage des Trennkolbens 6a bestimmt ist. Der Auslaß 11 für das
Zusatzfluid ist jetzt geschlossen, und entsprechend der Hubhöhe h von der Steuerkante 12
bis zur Bohrung des Auslasses 11 wird bei der dann folgenden Abwärtsbewegung des
Verdrängerkolbens 6b das Zusatzfluid über die Zusatzfluidzuführungsleitung 26 in den
Düsenraum 21 gefördert. Wenn die Steuerkante 12 bei der Abwärtsbewegung des
Verdrängerkolbens 6b die Bohrung des Auslasses 11 erreicht, wird der dem
Verdrängerkolben 6b vorgelagerte Zusatzfluidbemessungsraum über den Steuerkanal 12a
und den oberhalb der Steuerkante 12 liegenden Bereich, wo der Verdrängerkolben 6b einen
reduzierten Radius aufweist, entlastet, so daß die Förderung des Zusatzfluids beendet ist.
Beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird die Menge des in den Brennraum des
Motors einzuspritzenden Zusatzfluids mittels der Regeleinrichtung 8 durch Verstellung der
Winkellage des Kolbenkörpers 6 und damit der Steuerkante 12 am Verdrängerkolben 6b
eingestellt. Das Kraftstoffmengensteuerventil 4 wird auf Durchfluß "offen" geschaltet und
es herrscht Druckgleichheit oberhalb und unterhalb des Trennkolbens 6a. Infolge der von
unten auf den Trennkolben 6a wirkenden Federkraft der Hilfsfeder 7 bewegt sich der
Trennkolben 6a nach oben, wobei durch die Überströmleitung 18 Kraftstoff in den
unterhalb des Trennkolbens 6a befindlichen zweiten Druckraum 24 gelangt. Gleichzeitig
mit der Aufwärtsbewegung des Trennkolbens 6a und damit des Verdrängerkolbens 6b
gelangt Zusatzfluid über den Einlaß 10 in den dem Verdrängerkolben 6b vorgelagerten
Zusatzfluidbemessungsraum 13. Das Kraftstoffmengensteuerventil 4 bleibt solange
geöffnet, bis sich in dem zweiten Druckraum 24 die Kraftstoffmenge befindet, die für den
nachfolgenden Einspritzvorgang entsprechend dem Motorbetriebspunkt erforderlich ist.
Dann wird das Kraftstoffmengensteuerventil 4 geschlossen.
Durch Öffnen des Düsennadelsteuerventils 5 wird der Steuerdruckraum 29 oberhalb der
Düsennadel 2 gegen den Steuermengenabfluß 15 druckentlastet, wodurch sich an der
Düsennadel 2 ein Kräfteungleichgewicht ergibt und sich die Düsennadel 2 nach oben
bewegt, so daß sich die Einspritzdüse 25 öffnet und der Einspritzvorgang beginnt. Da sich
somit vom Düsenraum 21 her der Druck in der Kraftstoffzuführungsleitung 19 und der
Zusatzfluidzuführungsleitung 26 zu dem Zusatzfluidbemessungsraum 13 und dem zweiten
Druckraum 24 hin abbaut, bewegt sich der Kolbenkörper 6 infolge des Oberdrucks des
Kraftstoffes im ersten Druckraum 23 abwärts und es werden der Kraftstoff aus dem
zweiten Druckraum 24 und das Zusatzfluid aus dem Zusatzfluidbemessungsraum 13 in den
Düsenraum 21 gefördert und durch die Einspritzdüse 25 in den Brennraum des Motors
eingespritzt. Bei der Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 6b wird solange das
Zusatzfluid in den Düsenraum 21 gefördert, bis die Steuerkante 12 die Verbindung zum
Auslaß 11 freigibt. Überschüssiges, nicht einzuspritzendes Zusatzfluid wird über den
Auslaß 11 abgegeben. Das Ende des Einspritzvorgangs ist erreicht, wenn sich der
Kolbenkörper 6 und damit der Trennkolben 6a und der Verdrängerkolben 6b an ihren
unteren Endlagen befinden. Am Ende des Einspritzvorgangs wird nun das
Düsennadelsteuerventil 5 gesperrt und durch schnellen Aufbau des über die
Steuerdruckzuführungsleitung 14 zugeführten Steuerdrucks im Steuerdruckraum 29 bewegt
sich die Düsennadel 2 schnell nach unten in die geschlossene Stellung.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt,
bei der die Steuerung der Düsennadel 2 in einfacherer Art auf passive Weise ohne
Zuhilfenahme eines Steuerdrucks erfolgt. Hierzu ist in der Kraftstoffzuführungsleitung 19
stromaufwärts des Düsenraums 21 ein Steuerventil 30 angeordnet, durch welches das
Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 25 durch den Druck des über die
Kraftstoffzuführungsleitung 19 von dem ölelastischen Vorspeicher (Common Rail)
zugeführten Kraftstoffs gesteuert wird. Zum Öffnen der Einspritzdüse 25 zu Beginn des
Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 30 geöffnet, so daß die Düsennadel 2 durch den
dann anliegenden Kraftstoffdruck angehoben und die Einspritzdüse 25 geöffnet wird.
Erreicht der Trennkolben 6a am Ende des Einspritzvorgangs seine untere Endlage, so fällt
der Druck im Düsenraum 21 schlagartig ab und die Düsennadel 2 wird durch die
Düsennadelfeder 3 nach unten gedrückt und verschließt die Düse. Bevor sich der
Trennkolben 6a nach oben bewegt schaltet das Steuerventil 30 auf Durchfluß "gesperrt".
Im übrigen ist die Betriebsweise der in Fig. 3 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung
die gleiche wie die bei der in Fig. 1 gezeigten.
Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
bei welcher Vorkehrungen getroffen sind, um das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse
25 durch die Düsennadel 2 zu beschleunigen. Hierzu sind dem Düsennadelsteuerventil 5 in
der den Steuerdruckraum 29 gegenüber den Steuermengenabfluß 15 entlastenden Leitung
ein federbelasteter Hilfsverdrängerkolben 20 und eine Drossel 22 nachgeschaltet. Der
Hilfsverdrängerkolben 20 ist in der Lage ein Volumen aufzunehmen, das dem aus dem
Steuerdruckraum 29 auf dem von dem Düsenraum 21 abgewandten Seite der Düsennadel 2
verdrängten Volumen entspricht.
Zu Beginn des Einspritzvorgangs befindet sich der federbelastete Hilfsverdrängerkolben 20
in seiner unteren Lage. Beim Öffnen des Düsennadelsteuerventils 5 zu Beginn des
Einspritzvorgangs wird durch den sich in der Entlastungsleitung aufbauenden Steuerdruck
von dem Hilfsverdrängerkolben 20 ein zusätzliches Volumen geschaffen, in welches das
Steuervolumen aus dem Steuerdruckraum 29 sofort aufgenommen wird, so daß ein Aufbau
von Gegendruck verhindert wird und die Einspritzdüse 25 durch eine schnelle Bewegung
der Düsennadel 2 in die geöffnete Stellung sehr schnell öffnet. Durch die nachgeschaltete
Drossel 22 wird der Druck bis auf einen geeigneten Wert aufgebaut, der niedriger als der
Kraftstoffdruck in dem ölelastischen Vorspeicher ist und durch den die Düsennadel 2 nicht
nach unten bewegt wird. Wenn der Kolbenkörper 6 und damit der Trennkolben 6a und der
Verdrängerkolben 6b ihre untere Endlage erreicht, füllt der Druck in dem Düsenraum 21 ab
und die Düsennadel 2 schließt die Einspritzdüse 25 schnell. Anschließend wird das
Düsennadelsteuerventil 5 geschlossen und der Einspritzvorgang ist beendet.
Abweichend von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der
Trennkolben 6a und der Verdrängerkolben 6b auch außerhalb des Injektorgehäuses 1
angeordnet sein, beispielsweise wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aus Platzmangel
möglichst kompakt aufgebaut sein soll. Die Erfindung ist somit keineswegs auf
Ausführungsformen beschränkt, bei denen die Kolbenanordnung und die Einspritzdüse in
einem gemeinsamen Injektorgehäuse angeordnet sind.
Bezugszeichenliste
1 Injektorgehäuse
2 Düsennadel
3 Düsennadelfeder
4 Kraftstoffmengensteuerventil
5 Düsennadelsteuerventil
6 Kolbenkörper
6a Trennkolben
6b Verdrängerkolben
7 Hilfsfeder
8 Regeleinrichtung
9 Kraftstoffbemessungsraum
10 Einlaß für Zusatzfluid
11 Auslaß für Zusatzfluid
12 Steuerkante
12a Steuerkanal
13 Zusatzfluidbemessungsraum
14 Steuerdruckzuführungsleitung
15 Steuermengenabfluß
16 Rückschlagventil
17 Rückschlagventil
18 Überströmleitung
19 Kraftstoffzuführungsleitung
20 Hilfsverdrängerkolben
21 Düsenraum
22 Drossel
23 erster Druckraum
24 zweiter Druckraum
25 Einspritzdüse
26 Zusatzfluidzuführungsleitung
27 Steuerdruckventil
28 Düsennadelsteuerventil
29 Steuerdruckraum
30 Steuerventil
2 Düsennadel
3 Düsennadelfeder
4 Kraftstoffmengensteuerventil
5 Düsennadelsteuerventil
6 Kolbenkörper
6a Trennkolben
6b Verdrängerkolben
7 Hilfsfeder
8 Regeleinrichtung
9 Kraftstoffbemessungsraum
10 Einlaß für Zusatzfluid
11 Auslaß für Zusatzfluid
12 Steuerkante
12a Steuerkanal
13 Zusatzfluidbemessungsraum
14 Steuerdruckzuführungsleitung
15 Steuermengenabfluß
16 Rückschlagventil
17 Rückschlagventil
18 Überströmleitung
19 Kraftstoffzuführungsleitung
20 Hilfsverdrängerkolben
21 Düsenraum
22 Drossel
23 erster Druckraum
24 zweiter Druckraum
25 Einspritzdüse
26 Zusatzfluidzuführungsleitung
27 Steuerdruckventil
28 Düsennadelsteuerventil
29 Steuerdruckraum
30 Steuerventil
Claims (14)
1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Zusatzfluid in den
Brennraum eines Dieselmotors, mit
- - einer in einem Injektorgehäuse (1) verschieblich angeordneten Düsennadel (2) zum Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse und zur Abgabe von Kraftstoff aus einem die Düsennadel (2) umgebenden Düsenraum (21) in den Brennraum des Dieselmotors;
- - einer Kraftstoffzuführungsleitung (19) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff zu dem Düsenraum (21);
- - einem verschieblich angeordneten Verdrängerkolben (6b) zur Förderung des Zusatzfluids aus einem dem Verdrängerkolben (6b) vorgelagerten Raum zur Bemessung des Zusatzfluids (13) über eine Zusatzfluidzuführungsleitung (26) in den Düsenraum (21), dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Verdrängerkolben (6b) mittels einer Regeleinrichtung (8) innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs um seine Längsachse drehbar angeordnet ist und mit einer Steuerkante (12) zur Bemessung der aus dem Zusatzfluidbemessungsraum (13) dem Düsenraum (21) zugeführten Menge des Zusatzfluids in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Verdrängerkolbens (6b) versehen ist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdrängerkolben (6b) mit einem ein Kraftstoffvolumen in einen mit der
Kraftstoffzuführungsleitung (19) in Verbindung stehenden ersten Druckraum (23) und
einen mit dem Düsenraum (21) in Verbindung stehenden zweiten Druckraum (24)
unterteilenden beidseits beaufschlagbaren Trennkolben (6a) gekoppelt ist, der zur
Zuführung von Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum (24) in den Düsenraum (21) unter
Wirkung des im ersten Druckraum (23) anstehenden Kraftstoffdrucks der
Kraftstoffzuführungsleitung verschieblich angeordnet ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Menge des dem Düsenraum (21) aus dem zweiten Druckraum (24) zugeführten Kraftstoffs
durch Einstellung des vom Trennkolben (6a) zurückgelegten Verschiebungswegs
einstellbar ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdrängerkolben (6b) und der Trennkolben (6a) durch einen integralen
Kolbenkörper (6) gebildet sind.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Druckraum (23) und der zweite Druckraum (24) durch eine Überströmleitung
(18) miteinander in Verbindung stehen, die ein Kraftstoffmengensteuerventil (4) enthält,
und daß eine Vorrichtung (7) zur Verschiebung des Trennkolbens (6a) im Sinne einer
Vergrößerung des zweiten Druckraums (24) vorgesehen ist, wobei der Trennkolben (6a)
bei geöffneten Kraftstoffmengensteuerventil (4) unter der Wirkung der Vorrichtung (7) zur
Aufnahme einer vorgegebenen Kraftstoffmenge im Sinne einer Vergrößerung des zweiten
Druckraums (24) verschoben wird und bei geschlossenem Kraftstoffmengensteuerventil
durch den Kraftstoffdruck zur Abgabe der vorgegebenen Kraftstoffmenge im Sinne einer
Verkleinerung des zweiten Druckraums verschiebbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerkante (12) des Verdrängerkolbens (6b) mit einem in der
Wandung einer den Verdrängerkolben (6b) aufnehmenden Bohrung vorgesehenen Auslaß
(11) für das Zusatzfluid beim Vorschub des Verdrängerkolbens (6b) in der Weise
zusammenwirkt, daß bei Erreichen des Auslasses (11) der dem Verdrängerkolben (6b)
vorgelagerte Zusatzfluidbemessungsraum (13) durch die Steuerkante (12) gegen den
Zusatzfluidauslaß (11) entlastet und damit die Förderung von Zusatzfluid zum Düsenraum
(21) beendet wird, wobei der Abstand von der Steuerkante (12) zu dem Auslaß (11) vom
Drehwinkel des Verdrängerkolbens (6b) abhängig ist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zusatzfluidbemessungsraum (13) einen mit einem Rückschlagventil (17) versehenen
Zusatzfluideinlaß (10) zur Zuführung des Zusatzfluids in den Zusatzfluidbemessungsraum
(13) bei Verschiebung des Verdrängerkolbens (6b) im Sinne einer Vergrößerung des
Zusatzfluidbemessungsraums (13) aufweist.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die dem Düsenraum (21) abgewandte Seite der Düsennadel (2) über
eine Steuerdruckzuführungsleitung (14) mit einem Steuerdruck im Sinne eines Schließens
der Einspritzdüse beaufschlagbar ist, und daß ein Düsennadelsteuerventil (5) zur
Entlastung der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite der Düsennadel (2) von dem
Steuerdruck im Sinne eines Öffnens der Einspritzdüse (25) unter Wirkung des im
Düsenraum (21) anstehenden Kraftstoffdrucks vorgesehen ist.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerdruck über ein in der Steuerdruckzuführungsleitung (14) vorgesehenes
Steuerdruckventil (27) der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite der Düsennadel (2)
zuführbar ist.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerdruck über eine in der Steuerdruckzuführungsleitung (14) vorgesehene Drossel der
dem Düsenraum (21) abgewandten Seite der Düsennadel (2) zuführbar ist.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Düsennadelsteuerventil (5) ein federbelasteter
Hilfsverdrängerkolben (20) mit einem dem von der Düsennadel (2) bei deren Öffnung von
der dem Düsenraum (21) abgewandten Seite verdrängten Volumen entsprechenden
Volumen und eine Drossel (22) nachgeschaltet sind.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß eine die Düsennadel (2) in die geschlossene Stellung der
Einspritzdüse (25) beaufschlagende Düsennadelfeder (3) vorgesehen ist.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffzuführungsleitung (19) ein dem Düsenraum (21)
vorgeschaltetes Düsennadelsteuerventil (30) vorgesehen ist, das die Zuführung des
Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuführungsleitung (19) in den Düsenraum (21) freigibt
und ein Öffnen der Einspritzdüse (25) durch Verschiebung der Düsennadel (2) gegen die
Kraft einer die Düsennadel (2) in die geschlossene Stellung der Einspritzdüse (25)
beaufschlagenden Düsennadelfeder (3) bewirkt.
14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) zur Verdrehung des Verdrängerkolbens (6b)
um seine Längsachse durch eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung gebildet ist.
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