DE19839581A1 - Treibstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Treib
stoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere eine Treib
stoffeinspritzvorrichtung, die bevorzugt Tellerventile mit
flachem Sitz verwendet. Unter "Tellerventil" wird allge
mein ein Ventil verstanden, dessen Ventilkörper eine
Translationsbewegung ausführt.
Einspritzmotoren verwenden Treibstoffeinspritzvorrichtun
gen, von denen jede eine abgemessene Menge an Treibstoff
während jedes Motorzyklus einem zugeordneten Motorzylinder
zuführt. Häufig werden derartige Einspritzvorrichtungen
auch als "Einspritzventil" oder "Einspritzdüse" bezeich
net, ohne daß diese Bezeichnungen eng auf ein Ventil oder
eine Düse als solche beschränkt sind.
Frühere Treibstoffeinspritzvorrichtungen waren der Art
nach mechanisch oder hydraulisch betätigt, mit entweder
einer mechanischen oder hydraulischen Steuerung der Treib
stoffabgabe. In jüngerer Zeit wurden elektronisch gesteu
erte Treibstoffeinspritzvorrichtungen entwickelt. Im Fall
einer Einspritzvorrichtung mit mechanisch betätigter elek
tronischer Einheit wird Treibstoff der Einspritzvorrich
tung durch eine Förderpumpe zugeführt. Die Einspritzvor
richtung umfaßt einen Kolben, der durch einen nockenge
triebenen Kipphebel beweglich ist, um den Treibstoff, der
von der Förderpumpe angeliefert wurde, auf hohen Druck zu
komprimieren. Ein elektrisch betätigter Mechanismus, der
entweder außerhalb des Körpers der Einspritzvorrichtung
getragen ist oder innerhalb der eigentlichen Einspritzvor
richtung angeordnet ist, wird dann betätigt, um die Treib
stoffabgabe an den zugeordneten Motorzylinder zu veranlas
sen.
In früheren Konstruktionen derartiger Treibstoffeinspritz
vorrichtungen wurde Treibstoff unter hohem Druck durch Ka
näle geleitet, die außerhalb einer mittigen Aussparung an
geordnet sind, die einen Elektromagneten enthält, der ei
nen Ventilmechanismus betätigt. Die Kanäle sind dicht an
der Außenoberfläche der Treibstoffeinspritzvorrichtung an
geordnet und sind dadurch gebildet, daß man einander
schneidende Bohrungen bohrt. Nach dem Bohren müssen Ab
schnitte einiger der Bohrungen mit Stopfen ausgefüllt wer
den. Diese Kanäle und Stopfen sind sehr hohen Strömungs
mitteldrücken ausgesetzt und erfordern hierdurch einen
sorgfältigen Aufbau, so daß ihre Kompliziertheit und ihre
Kosten erhöht werden.
Zusätzlich zur Vorangehenden ist deswegen, weil die Hoch
druckkanäle außerhalb des Elektromagneten angeordnet sind,
die Größe des Elektromagneten notwendigerweise begrenzt,
wodurch auch die zur Verfügung stehende Kraft des Elektro
magneten begrenzt wird.
Noch weiter ist anzuführen, daß eine frühere Art einer
Treibstoffeinspritzvorrichtung ein unmittelbar betätigtes
Sperrventil benutzt, das einen oberen und unteren Ventil
sitz umfaßt, die zum ordnungsgemäßen Betrieb genau ausge
richtet werden müssen. Herstellungs- und Montagetoleranzen
müssen deshalb gering gehalten werden, was die Kosten noch
weiter erhöht.
Es ist ein Ziel der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände
der Ansprüche 1, 8 und 16. Bevorzugte vorteilhafte Ausge
staltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen beschrieben.
Nach der Erfindung enthält eine Treibstoffeinspritzvor
richtung einen Treibstoff-Hochdruckkanal, der vorteilhaft
im wesentlichen mit der Mittelachse der Vorrichtung zusam
menfällt.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine
Treibstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritzvorrichtungs
gehäuse, das eine Mittelachse festlegt, eine Kolbenhöhlung
und einen Kolbenkanal, der mit der Kolbenhöhlung in Strö
mungsmittelverbindung steht und an einer Öffnung endet,
die im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfallend
angeordnet ist. Ein Mittelrohr ist ferner vorgesehen, das
ein erstes Ende, ein zweites und einen Rohrkanal zwischen
dem ersten und zweiten Ende aufweist. Ein erstes Ventil
ist in einer Ventilaussparung angeordnet, umgibt das erste
Ende des Mittelrohres und ist zwischen einer geschlossenen
Lage, in der der Rohrkanal in Strömungsmittelverbindung
mit dem Kolbenkanal gebracht ist, und einer offenen Lage
beweglich, in welcher der Rohrkanal in Strömungsmittelver
bindung mit der Ventilaussparung steht. Das Mittelrohr um
faßt einen Teil am zweiten Ende, der ein zweites Ventil
bildet, das zwischen einer ersten Lage, in der ein erster
und zweiter Sperrteil-Endkanal in Strömungsmittelverbin
dung miteinander stehen, und einer zweiten Lage beweglich
ist, in der der erste Sperrteil-Endkanal vom zweiten
Sperrteil-Endkanal isoliert ist. Eine Betätigungseinrich
tung ist ferner vorgesehen, um das erste und zweite Ventil
zu bewegen.
Bevorzugt weist jedes vom ersten und zweiten Ventil ein
Rohr- bzw. Tellerventil (d. h. ein Ventil mit translato
risch bewegtem Ventilkörper) mit flachem Sitz auf. Eben
falls bevorzugt versetzt das zweite Ventil den zweiten
Sperrteil-Endkanal in Strömungsmittelverbindung mit einem
Ablaufkanal, wenn das zweite Ventil in die zweite Lage be
wegt ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die
Betätigungseinrichtung einen Elektromagneten oder eine an
dere funktionsgleiche elektronische Betätigungseinrichtung
auf, die einen ersten und zweiten Anker umfassen kann, der
mit dem ersten bzw. zweiten Ventil gekoppelt ist.
Bevorzugt ist das erste Ventil zur offenen Lage hin von
einer ersten Ventilfeder und das zweite Ventil zur ersten
Lage hin von einer zweiten Ventilfeder belastet. Die erste
Ventilfeder kann eine erste Federkraft ausüben, und die
zweite Ventilfeder kann eine zweite Federkraft ausüben,
die größer ist als die erste Federkraft.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um
faßt eine Treibstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritzvor
richtungsgehäuse, das eine Mittelachse festlegt, und ein
Mittelrohr mit einem Mittelkanal, der im wesentlichen mit
der Mittelachse zusammenfällt, zum Leiten von Treibstoff
zwischen dem ersten und zweiten Ende. Ein erstes Teller
ventil mit flachem Sitz umgibt das erste Ende des Mit
telkanals. Das Mittelrohr umfaßt einen Abschnitt, der ein
zweites Tellerventil mit flachem Sitz festlegt. Eine Betä
tigungseinrichtung ist vorgesehen, um das erste und zweite
Tellerventil mit flachem Sitz zu bewegen.
Nach einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
umfaßt eine Treibstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritz
vorrichtungsgehäuse, das eine Mittelachse festlegt, und
einen Kolbenkanal, der im wesentlichen mit der Mittelachse
zusammenfällt. Ein Mittelrohr umfaßt einen Mittelkanal,
der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, um
zwischen dem ersten und zweiten Ende des Mittelrohrs
Treibstoff zu leiten. Ein erstes Tellerventil mit flachem
Sitz ist in der Ventilaussparung angeordnet, umgibt das
erste Ende des Mittelrohrs und ist zwischen einer offenen
und geschlossenen Lage beweglich, wobei die Ventilausspa
rung in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal und
dem Mittelkanal gebracht ist, wenn das erste Tellerventil
mit flachem Sitz in die offene Lage bewegt ist. Der Mit
telkanal ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolben
kanal gebracht und gegenüber der Ventilaussparung iso
liert, wenn das erste Tellerventil mit flachem Sitz in die
geschlossene Lage bewegt ist. Eine erste Ventilfeder übt
eine erste Federkraft aus, um das erste Tellerventil mit
flachem Sitz in die offene Lage zu drücken. Ferner sind
der erste und zweite Sperrteil-Endkanal mit dem ersten und
zweiten Ende einer Sperranordnung gekoppelt. Das Mittel
rohr umfaßt einen Abschnitt an seinem zweiten Ende, der
ein zweites Tellerventil mit flachem Sitz bildet, das zwi
schen einer ersten und zweiten Lage beweglich ist, wobei
der Mittelkanal in Strömungsmittelverbindung mit dem er
sten und zweiten Sperrteil-Endkanal gebracht ist, wenn das
zweite Tellerventil mit flachem Sitz in die erste Lage be
wegt ist. Der Mittelkanal ist in Strömungsmittelverbindung
mit dem ersten Sperrteil-Endkanal und dem zweiten Sperr
teil-Endkanal gebracht, und der zweite Sperrteil-Endkanal
ist in Strömungsmittelverbindung mit einem Ablaufkanal ge
bracht und gegenüber dem Mittelkanal isoliert, wenn das
zweite Tellerventil mit flachem Sitz in die zweite Lage
bewegt ist. Eine zweite Ventilfeder übt eine zweite Feder
kraft aus, um das zweite Tellerventil mit flachem Sitz in
die erste Lage zu drücken, wobei die zweite Federkraft
größer ist als die erste Federkraft. Ein Elektromagnet ist
vorgesehen, der eine Magnetspule sowie einen ersten und
zweiten Anker aufweist, der mit dem ersten bzw. zweiten
Tellerventil mit flachem Sitz gekoppelt ist, wobei die Ma
gnetspule mit ersten und zweiten Strom-
Wellenformabschnitten erregbar ist, um aufeinanderfolgend
das erste und zweite Tellerventil mit flachem Sitz zu be
wegen.
Die vorliegende Erfindung erübrigt demnach die einander
schneidenden Hochdruckbohrungen und Hochdruckstopfen wie
früherer Einspritzvorichtungen und verhindert ferner Pro
bleme bei der Ventilsitzausrichtung. Es sind weniger Teile
und Herstellungsvorgänge erforderlich; und mehr Raum ist
für einen Elektromagneten mit größerem Durchmesser vorge
sehen, so daß eine erhöhte Elektromagnetkraft erzielt wer
den kann. Ferner kann mehr Raum für andere Bestandteile
verfügbar gemacht werden, wie etwa ein Anschlußteil für
eine Außenverdrahtung.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten,
schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläu
tert. Daraus ergeben sich auch weitere Vorteile und Ausge
staltungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Treibstoffeinspritzvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung, zusammen mit ei
ner Nockenwelle und einem Kipphebel, und diese Fi
gur stellt weiter ein Blockschaltbild einer För
derpumpe und eines elektronischen Steuermoduls zum
Steuern der Treibstoffeinspritzvorrichtung dar;
Fig. 2 einen Teilschnitt der Treibstoffeinspritzvorrichtung
der Fig. 1;
Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der Treibstoffein
spritzvorrichtung der Fig. 2, der den Elektroma
gneten, das Hochdruck-Ablaßventil und das unmit
telbar betätigte Sperrventil detaillierter zeigt;
und
Fig. 4 ein Wellenformdiagramm, das Strom-Wellenformen
darstellt, die der Magnetspule der Fig. 2 und 3
zugeführt werden.
Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beschrieben und dabei bezug auf Fig. 1 genommen. Dabei ist
ein Abschnitt eines Treibstoffsystems 10 dargestellt, das
für einen Diesel-Kolben-Verbrennungsmotor mit Direktein
spritzung ausgelegt ist. Es wird jedoch darauf hingewie
sen, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Arten
von Motoren anwendbar ist, wie etwa Kreiskolbenmotoren
oder Motoren mit modifiziertem Zyklus, und daß der Motor
eine oder mehrere Motorbrennkammern oder Zylinder aufwei
sen kann. Der Motor hat mindestens einen Zylinderkopf, wo
bei jeder Zylinderkopf eine oder mehrere gesonderte Ein
spritzbohrungen festlegt, von denen jede eine Einspritz
vorrichtung 20 nach der vorliegenden Erfindung aufnimmt.
Das Treibstoffsystem 10 umfaßt ferner eine Vorrichtung 22
zum Zuführen von Treibstoff zu jeder Einspritzvorrichtung
20, eine Vorrichtung 24, um jede Einspritzvorrichtung 20
zu veranlassen, den Treibstoff unter Druck zu setzen, und
eine Vorrichtung 26, um jede Einspritzvorrichtung 20 elek
tronisch zu steuern.
Die Treibstoff-Zufuhrvorrichtung 22 umfaßt bevorzugt einen
Treibstofftank 28, einen Treibstoff-Zufuhrkanal 30, der in
Strömungsmittelverbindung zwischen dem Treibstofftank 28
und der Einspritzvorrichtung 20 angeordnet ist, eine
Treibstofförderpumpe 32 mit verhältnismäßig niedrigem
Druck, ein oder mehrere Treibstoffilter 34 und einen
Treibstoff-Ablaufkanal 36, der in Strömungsmittelverbin
dung zwischen der Einspritzvorrichtung 20 und dem Treib
stofftank 28 angeordnet ist. Falls gewünscht, können
Treibstoffkanäle im Kopf des Motors in Strömungsmittelver
bindung mit der Treibstoffeinspritzvorrichtung 20 und ei
nem oder beiden der Kanäle 30 und 36 angeordnet sein.
Die Vorrichtung 24 kann jede mechanische Betätigungsvor
richtung oder hydraulische Betätigungsvorrichtung sein. In
der gezeigten Ausführungsform wird eine Anordnung 50 aus
einem Stößel und einem Kolben, die der Einspritzvorrich
tung 20 zugeordnet ist, mittelbar oder unmittelbar von ei
nem Nockenvorsprung 52 einer vom Motor angetriebenen Noc
kenwelle 54 betätigt. Der Nockenvorsprung 52 treibt eine
Kipphebelanordnung 64, die ihrerseits die Anordnung 50 aus
Stößel und Kolben hin- und herbewegt. Es kann alternativ
auch eine Schubstange (nicht gezeigt) zwischen dem Nocken
vorsprung 52 und der Kipphebelanordnung 64 angeordnet
sein.
Die elektronische Steuervorrichtung 26 umfaßt bevorzugt
ein elektronisches Steuermodul (ECM) 66, das folgendes
steuert: (1) den Zeitablauf des Treibstoffeinspritzvorgan
ges; (2) die gesamte Treibstoffeinspritzmenge während ei
nes Einspritzzyklus; (3) den Treibstoff-Einspritzdruck;
(4) die Anzahl gesonderter Einspritzsegmente während eines
jeden Einspritzzyklus; (5) das Zeitintervall bzw. die Zei
tintervalle zwischen den Einspritzsegmenten; und (6) die
Treibstoffmenge, die während eines jeden Einspritzsegments
eines jeden Einspritzzyklus abgegeben wird.
Bevorzugt ist jede Einspritzvorrichtung 20 eine eine Ein
heit bildende Einspritzvorrichtung, die in einem einzigen
Gehäuse eine Vorrichtung umfaßt, um sowohl den Treibstoff
unter Druck mit hohem Pegel zu setzen (z. B. 207 MPa
(30000 p.s.i. = 2070 bar)) als auch den unter Druck ge
setzten Treibstoff in den zugeordneten Zylinder einzu
spritzen. Obwohl als Einheits-Einspritzvorrichtung 20 ge
zeigt, könnte die Einspritzvorrichtung auch einen Modu
laufbau aufweisen, worin die Treibstoff-Einspritz
einrichtung von der Treibstoff-Druckbeaufschlagungsein
richtung gesondert ist.
Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 bezug genommen. Danach
umfaßt die Einspritzvorrichtung 20 ein Gehäuse 74, einen
Düsenabschnitt 76, eine elektrische Betätigungseinrichtung
78, ein Ablaß- bzw. Überstromventil 80, eine Ablaßventil
feder 81, einen Kolben 82, der in einer Kolbenhöhlung 83
angeordnet ist, ein Sperrteil 84, eine Sperrteilfeder 86,
die einen Sperrteilkolben 87 umgibt, wobei das Sperrteil
84 und der Sperrteilkolben 87 zusammen eine Sperranordnung
bilden, ein unmittelbar betätigtes Sperrventil (DOC-
Ventil) 88 und eine Feder (DOC-Feder) 90 für das unmittel
bar betätigte Sperrventil 88. In der bevorzugten Aus
führungsform übt die Ablaßventilfeder 81 eine erste Fe
derkraft aus, wenn sie zusammengedrückt ist, während die
Feder 90 für das unmittelbar betätigte Sperrventil eine
zweite Federkraft ausübt, die größer ist als die erste Fe
derkraft, wenn sie zusammengedrückt ist.
Gemäß Fig. 3 weist die elektrische Betätigungseinrichtung
78 bevorzugt einen Elektromagneten 100 zum Steuern der
Ventile 80, 88 auf. Die Betätigungseinrichtung 78 kann
statt dessen eine unterschiedliche Vorrichtung aufweisen,
falls gewünscht. Der Elektromagnet 100 umfaßt einen Stator
102 mit einer Aussparung 104, innerhalb welcher eine Ma
gnetspule 106 angeordnet ist. Der Elektromagnet 100 umfaßt
ferner eine Ankeranordnung, die einen ersten und zweiten
ringförmigen Anker 108 bzw. 110 aufweist, die auf jeder
Seite eines ringförmigen mittigen Distanzstücks 112 ange
ordnet sind, das aus nichtmagnetischem Material (das heißt
Material mit hoher Reluktanz) hergestellt ist. Das Di
stanzstück 112 kann frei und an keiner anderen Anordnung
angebracht sein, oder es kann an jedem der Anker 108, 110
angebracht sein, oder es kann an einem Spulenkörper 116
befestigt sein, der innerhalb des Stators 102 gehalten
ist. Der erste und zweite Anker 108, 110 umgeben ein axial
bewegliches Mittelrohr 120, wie es auch beim ersten Ventil
80 und beim mittigen Distanzstück 112 der Fall ist.
Der Stator 102 des Elektromagneten umfaßt einen ersten und
zweiten äußeren Schenkel 126 bzw. 128 und einen mittleren
Schenkel 130, die gemeinsam im Querschnitt eine C-Form
bilden. Eine Stirnfläche 132 des äußeren Schenkels 128 und
eine Endfläche 136 des Ankers 108 bilden einen ersten
Luftspalt, während ein zweiter Luftspalt von den gegen
überliegenden Flächen 138, 140 des äußeren Schenkels 126
bzw. des Ankers 110 gebildet ist. Der erste Anker 108 be
rührt eine Scheibe 142, die ihrerseits gegen das Ablaßven
til 80 anliegt. Ein Kanal 144 sorgt für Strömungsmittel
verbindung zwischen einer Ventilaussparung 146, die das
Ablaßventil 80 enthält, und einer weiteren Aussparung 148.
Die Aussparung 146 steht in Strömungsmittelverbindung mit
einem Treibstoffzufuhrkanal (nicht gezeigt). Ein Ablaßka
nal 150 steht durch einen weiteren Kanal (nicht gezeigt)
in Strömungsmittelverbindung mit dem Ablaß.
Der zweite Anker 110 berührt eine Scheibe 160, die ihrer
seits gegen einen Haltering 162 anliegt, der in einer Nut
im Mittelrohr 120 angeordnet ist. Eine Scheibe 164 berührt
den Haltering 162 und wird gegen diesen durch die Feder 90
des unmittelbar betätigten Sperrventils gedrückt. Das Mit
telrohr 120 umfaßt einen Abschnitt 170, der das unmittel
bar betriebene Sperrventil 88 festlegt. Der Abschnitt 170
umfaßt eine Oberfläche 172, die eine konische Dichtfläche
festlegt, die gegen einen komplementären, konischen Ven
tilsitz 174 aufsitzen kann, der im Gehäuseteil 154 ausge
bildet ist. (Der Außendurchmesser des Abschnitts 170 ist
geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrung, die
das Mittelrohr 120 enthält, und zwar über dem Sitz 174.)
Der Abschnitt 170 umfaßt ferner eine untere konische Tel
lerventilfläche 178, die eine äußere Messerkante 180 fest
legt, welche einem flachen Ventilsitz 181 eines weiteren
Gehäuseteils 182 gegenüberliegend angeordnet ist.
Fig. 4 zeigt Abschnitte 192, 194 von Strom-Wellenformen,
die von einer Treiberschaltung 196 an die Elektromagnet
wicklung 106 während eines Abschnitts einer Einspritzfolge
angelegt werden, um die Treibstoffeinspritzung zu bewir
ken. Der erste Abschnitt 192 der Strom-Wellenform wird
zwischen den Zeiten t=t0 und t=t5 angelegt, und der zweite
Abschnitt 194 der Strom-Wellenform wird nach der Zeit t=t5
angelegt. Zwischen der Zeit t=t und der Zeit t=t2 wird ein
erster Anzugstrom an die Elektromagnetwicklung 106 ange
legt, und ein erster Haltestrom bei etwas reduziertem Pe
gel wird nachfolgend zwischen den Zeiten t=t2 und t=t5 an
gelegt. Ein zweiter Anzugstrom, der allgemein größer ist
als der Pegel des ersten Anzugstroms, wird zwischen den
Zeiten t=t5 und t=t8 angelegt, und ein zweiter Haltestrom,
der im allgemeinen größer ist als der erste Haltestrompe
gel, wird zwischen den Zeiten t=t8 und t=t9 angelegt.
Im Detail ist zu Beginn einer Einspritzfolge die Elektro
magnetspule 106 nicht angeregt und gestattet es dadurch
der Ablaßventilfeder 81 (die eine erste Federkraft aus
übt), das Ablaßventil 80 zu öffnen, so daß eine äußere
Messerkante 197 einer konischen Ventilteller-Dichtfläche
198 im Abstand zum flachen Ventilsitz 200 angeordnet wird.
Zu dieser Zeit bewegt die DOC-Feder 90 für das unmittelbar
betriebene Sperrventil (die eine zweite Federkraft ausübt,
die größer ist als die erste Federkraft) das Mittelrohr
120 nach oben bis in eine Lage, bei welcher die äußere
Messerkante 180 der Dichtfläche 178 zum flachen Ventilsitz
182 beabstandet ist, derart, daß die konische Dichtfläche
172 in dichtendem Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 174
steht. Unter diesen Bedingungen tritt Treibstoff in die
Ventilaussparung 146 von einem Einlaßkanal (nicht gezeigt)
her ein und strömt nachfolgend durch einen Kolbenkanal 208
(Fig. 2), Kanäle 210, 212 im Kolben 82 und eine Ringnut
214, die den Kolben 82 umgibt, zum Ablauf. Zu diesem Zeit
punkt strömt auch Treibstoff zum Ablauf durch den Kanal
144, die Aussparung 148 und den Ringraum rund um das Mit
telrohr 120. Nachfolgend drückt der Vorsprung am Nocken
den Kolben 82 der Einspritzvorrichtung 20 nach unten und
nimmt die Kanäle 210, 212 im Kolben 82 aus der Strömungs
mittelverbindung mit der Ringnut 214 heraus, so daß dann
eine Druckbeaufschlagung des Treibstoffs erfolgen kann.
Der Abschnitt 192 der Strom-Wellenform wird dann an die
Elektromagnetspule 106 durch die Treiberschaltung 196 an
gelegt. Die Anzug- und Haltestrompegel des Abschnitts 192
und die Ventilfedern 81, 90 sind so gewählt, daß die Bewe
gungskraft, die vom ersten Anker 108 entwickelt wird, die
erste Federkraft überwindet, die von der Feder 81 entwic
kelt wird, aber daß die Bewegungskraft, die vom zweiten
Anker 110 entwickelt wird, kleiner ist als die zweite Fe
derkraft, die von der Feder 90 entwickelt wird. Demzufolge
bewegt sich der erste Anker 108 nach oben gegen die Schei
be 142 und verschließt das Ablaßventil 80. An dieser Stel
le wird die äußere Messerkante 197 in dichtendem Kontakt
mit dem flachen Sitz 200 bewegt und isoliert hierdurch den
Kolbenkanal 208 gegenüber der Ventilaussparung 146. Wäh
rend dieses Zeitpunkts verbleibt auch, weil die Ventilfe
der 90 eine größere Federkraft ausübt als die Kraft, die
vom zweiten Anker 110 entwickelt wird, das unmittelbar be
tätigte Sperrventil 88 in dem vorher schon beschriebenen
Zustand offen. Treibstoff, der durch die Abwärtsbewegung
des Kolbens 82 unter Druck gesetzt wurde, wird hierdurch
durch den Kolbenkanal 208 und einen Mittelkanal 220 im
Mittelrohr 120 zum ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal
222, 224 abgegeben, der zum unteren bzw. oberen Ende der
Sperranordnung führt, um die Strömungsmitteldrücke an den
Enden der Sperranordnung im wesentlichen auszugleichen.
Die Feder 86 belastet das Sperrteil, so daß es zu diesem
Zeitpunkt geschlossen bleibt.
Die Treiberschaltung 196 gibt nachfolgend den zweiten Ab
schnitt 194 der Strom-Wellenform an die Elektromagnetspule
106 ab. Dieser erhöhte Strompegel entwickelt eine erhöhte
Kraft am zweiten Anker 110, die die zweite Federkraft
überschreitet und einen solchen Anker veranlaßt, sich nach
unten zu bewegen. Diese Abwärtsbewegung wird von der An
triebsscheibe 160 und dem Haltering 162 auf das Ventil 88
übertragen, um das Ventil 88 zu veranlassen, sich eben
falls so nach unten zu bewegen, daß die äußere Messerkante
180 in dichtendem Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 181
bewegt wird. Zusätzlich bewegt sich die konische Dichtflä
che 172 aus dem dichtenden Kontakt mit dem Ventilsitz 174.
Die Wirkung dieser Bewegung ist es, den zweiten Sperrteil-
Endkanal 224 gegenüber dem Hochdruckströmungsmittel im
Mittelkanal 220 zu isolieren und eine Strömungsmittelver
bindung zwischen dem zweiten Sperrteil-Endkanal 224 und
dem Kanal 150 zu gestatten, der in Strömungsverbindung mit
dem Ablauf steht (die Verbindung zwischen dem Kanal 150
und dem Ablauf ist in den Figuren nicht gezeigt). Die
Drücke über die Sperranordnung gelangen dann außer Gleich
gewicht, wodurch das Sperrteil nach oben getrieben wird
und es gestattet, daß der Treibstoff in einen zugeordneten
Zylinder eingespritzt wird.
Wenn der Einspritzvorgang beendet werden soll, dann kann
der Strom, der an die Magnetspule 106 abgegeben wird, auf
den Haltepegel des ersten Teils 192 der Strom-Wellenform
reduziert werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Falls ge
wünscht, kann der Strom, der an die Magnetspule 106 abge
ben wird, auch auf null oder irgendeinen anderen Pegel
verringert werden, der kleiner ist als der erste Haltepe
gel. In jedem Fall bewegt sich das unmittelbar betriebene
Sperrventil 88 zuerst nach oben und stellt hierdurch die
Verbindung des zweiten Sperrteil-Endkanals 224 mit dem Ka
nal 222 wieder her. Die Strömungsmitteldrücke über die
Sperranordnung hinweg werden somit ausgeglichen, wodurch
es der Sperrteilfeder 86 gestattet ist, das Sperrteil 84
zu schließen. Der Strom kann dann auf null oder jedes an
dere Niveau verringert werden, das niedriger ist als der
erste Haltepegel (wenn er nicht schon so reduziert wurde).
Ungeachtet des Umstands, ob der angelegte Strom unmittel
bar auf den ersten Haltepegel abfällt oder auf einen Pe
gel, der kleiner ist als der erste Haltepegel, öffnet die
Ablaßventilfeder 81 das Ablaßventil 80, nachdem die Feder
90 für das unmittelbar betriebene Sperrventil 88 dieses
nach oben bewegt hat.
Falls gewünscht, kann die Elektromagnetspule mehr als zwei
Abschnitte der Strom-Wellenform empfangen, um entweder ei
nen einzigen Anker oder mehrere Anker zu veranlassen, sich
in jede Anzahl von Lagen (nicht nur zwei) zu bewegen, und
hierdurch ein oder mehrere Ventile oder andere bewegliche
Elemente zu betätigen. Ferner könnte das Ablaßventil 80,
falls gewünscht, von einem hydraulischen, selbsthaltenden
Stiftventil ersetzt werden.
Ferner können auch mehrfache oder geteilte Einspritzvor
gänge pro Einspritzzyklus dadurch bewirkt werden, daß man
geeignete Wellenformabschnitte der Magnetspule 106 zu
führt. Beispielsweise können der erste und zweite Wellen
formabschnitt 192, 194 der Spule 106 zugeführt werden, um
eine Leiteinspritzung oder erste Einspritzung zu bewirken.
Unmittelbar danach kann der Strom auf das Niveau des er
sten Haltestroms verringert und dann wieder auf den zwei
ten Anzugpegel und den zweiten Haltepegel erhöht werden,
um die zweite Einspritzung oder Haupteinspritzung zu be
wirken. Der Leit- und Haupteinspritzvorgang können aber
auch anfangs dadurch bewirkt werden, daß man die Wellen
formabschnitte 192 und 194 an die Magnetspule 106 anlegt
und dann die Anlegung der Abschnitte 192 und 194 an die
Spule 106 wiederholt. Die Zeitdauern des Leit- und Haupt
einspritzvorgangs (und somit die Menge an Treibstoff, die
während jedes Einspritzvorganges abgegeben wird) werden
durch die Dauern der zweiten Haltepegel in den Wellenform
teilen 194 bestimmt. Natürlich können die Gestaltungen der
Wellenformen, die in Fig. 4 gezeigt sind, falls notwendig
oder gewünscht, auch abgewandelt werden, um ein geeignetes
Einspritz-Ansprechverhalten oder eine andere Charakteri
stik zu erzielen.
Zusammenfassend wird eine Treibstoffeinspritzvorrichtung
20 geschaffen mit einem Steuermagneten 100 und zwei sich
überlappenden Flachsitz-Tellerventilen 80 und 88, die die
Anlegung von Strömungsmitteldrücken an das erste und zwei
te Ende eines Sperrteils steuern, um demzufolge den Ein
spritzvorgang von Treibstoff in einen zugeordneten Motor
zylinder zu steuern.
Wie aus dem vorangehenden ersichtlich wird, fällt der Mit
telkanal 220 im wesentlichen mit der Mittelachse der
Treibstoffeinspritzvorrichtung 20 zusammen und ist mit dem
ersten und zweiten Ende auf die Enden des Kolbenkanals 208
bzw. den ersten Sperrteil-Endkanal 222 ausgerichtet. Weil
Treibstoff längs der Mitte der Einspritzvorrichtung ge
lenkt wird, sind einander schneidende Hochdruckbohrungen
und Stopfen nicht erforderlich. Ferner besteht kein Erfor
dernis, den unteren Ventilsitz des unmittelbar betriebenen
Sperrventils 88 auszurichten. Das Ventil kann mit weniger
Teilen hergestellt werden, und die Anzahl von Schritten,
die zur Herstellung des Ventiles erforderlich sind, ist
verringert. Noch weiter kann der Elektromagnet 100 einen
größeren Durchmesser haben, wobei der Magnet 100 hohe An
kerkräfte entwickeln und damit wiederum den Einspritzvor
richtungsbetrieb verbessern kann. Weil die Treibstoffkanä
le nicht rund um die Außenseite des Elektromagneten herum
laufen, ist für andere Bauteile mehr Raum verfügbar, wie
etwa ein Anschlußteil 240 für die Verdrahtung zum An
schließen der Magnetspule an die Treiberschaltung 196.
Während die Treibstoffeinspritzvorrichtung der vorliegen
den Erfindung flache Sitze bzw. Flachsitz-Ventile benutzt,
die eine höhere Dichtungskraft erfordern können als Venti
le, die konische Sitze benutzen, und während das Ansprech
verhalten des unmittelbar betriebenen Sperrventils 88
langsamer sein kann als das von unmittelbar betriebenen
Sperrventilen aus früheren Konstruktionen (und zwar infol
ge der erhöhten Masse), wird doch die Ansicht vertreten,
daß die oben vermerkten Vorzüge gegenüber diesen möglichen
Nachteilen überwiegen.
Zahlreiche Abänderungen und alternative Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann ange
sichts der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Dement
sprechend soll diese Beschreibung nur als erläuternd ange
sehen werden und dient dem Zweck, dem Fachmann die beste
Art und Weise zum Ausführen der Erfindung zu lehren. Die
Einzelheiten des Aufbaus und/oder der Funktion können we
sentlich verändert werden, ohne daß man den Gedanken der
Erfindung verläßt, und die ausschließliche Verwendung al
ler modifizierten Ausführungsformen, die innerhalb des
Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche liegen, wird vor
behalten.
Claims (16)
1. Treibstoffeinspritzvorrichtung, mit:
- - einem Einspritzvorrichtungsgehäuse (74), das eine Mittelachse festlegt,
- - einer Kolbenhöhlung (83),
- - einem Kolbenkanal (208), der mit der Kolbenhöh lung (83) in Strömungsmittelverbindung steht und an einer Öffnung endet, die im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfallend angeordnet ist,
- - einem Mittelrohr (120) mit einem ersten Ende nahe der Öffnung, einem zweiten Ende und einem Rohrka nal (220) zwischen dem ersten und zweiten Ende,
- - einem ersten Ventil (80), das in einer Ventilaus sparung (146) angeordnet ist, das erste Ende des Mittelrohrs (120) umgibt und zwischen einer offe nen Lage, in welcher der Rohrkanal (220) in Strö mungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal (208) gebracht ist, und einer geschlossenen Lage beweg lich ist, in welcher der Rohrkanal (220) in Strö mungsmittelverbindung mit der Ventilaussparung (146) steht,
- - einem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224),
- - einem zweiten Ventil (88), das das zweite Ende des Mittelrohres (120) umgibt und zwischen einer ersten Lage, in welcher der erste und der zweite Sperrteil-Endkanal (222, 224) miteinander in Strömungsmittelverbindung stehen, und einer zwei ten Lage beweglich ist, in welcher der erste Sperrteil-Endkanal (222) gegenüber dem zweiten Sperrteil-Endkanal (224) isoliert ist, und
- - einer Betätigungseinrichtung (78) zum Bewegen des ersten und zweiten Ventils (80, 88).
2. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch
das zweite Ventil (80, 88) ein Tellerventil mit fla
chem Sitz aufweisen.
3. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Ventil (88) den zweiten Sperrteil-Endkanal
(224) in Strömungsmittelverbindung mit einem Ablauf
kanal (150) versetzt, wenn das zweite Ventil (88) in
die zweite Lage bewegt ist.
4. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
tätigungseinrichtung (78) einen Elektromagneten
(100) aufweist.
5. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (100)
einen ersten und zweiten Anker (108, 110) aufweist,
der mit dem ersten bzw. zweiten Ventil (80, 88) ge
koppelt ist.
6. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das er
ste Ventil (80) zur offenen Lage hin durch eine er
ste Ventilfeder (81) belastet ist, und das zweite
Ventil (88) zur ersten Lage hin durch eine zweite
Ventilfeder (90) belastet ist.
7. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die er
ste Ventilfeder (81) eine erste Federkraft ausübt,
und daß die zweite Ventilfeder (90) eine zweite Fe
derkraft ausübt, die größer ist als die erste Feder
kraft.
8. Treibstoffeinspritzvorrichtung, bevorzugt nach einem
der Ansprüche 1 bis 7, mit:
- - einem Einspritzvorrichtungsgehäuse (74), das eine Mittelachse festlegt,
- - einem Mittelkanal (220), der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, um Treibstoff zwi schen dem ersten und zweiten Ende des Mittelka nals (220) zu leiten,
- - einem ersten Tellerventil (80) mit flachem Sitz, das das erste Ende des Mittelkanals (220) umgibt,
- - einem zweiten Tellerventil (88) mit flachem Sitz, das das zweite Ende des Mittelkanals (220) um gibt, und
- - einer Betätigungseinrichtung (78) zum Bewegen des ersten und zweiten Tellerventils (80, 88) mit flachem Sitz.
9. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, da
durch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch
das zweite Tellerventil (80, 88) mit flachem Sitz
zwischen zwei Lagen beweglich ist.
10. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß das erste Tellerventil
(80) mit flachem Sitz in einer Ventilaussparung
(146) angeordnet ist und in eine offene Lage beweg
lich ist, um den Mittelkanal (220) in Strömungsmit
telverbindung mit der Ventilaussparung (146) zu
bringen, und in eine geschlossene Lage beweglich
ist, um den Mittelkanal (220) in Strömungsmittelver
bindung mit einem Kolbenkanal (208) zu bringen.
11. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz in eine
erste Lage beweglich ist, um den Mittelkanal (220)
in Strömungsmittelverbindung mit einem ersten und
zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224) zu bringen,
und in eine zweite Lage beweglich ist, um den ersten
Sperrteil-Endkanal (222) vom zweiten Sperrteil-
Endkanal (224) zu isolieren und den zweiten Sperr
teil-Endkanal (224) in Strömungsmittelverbindung mit
einem Ablaufkanal (150) zu bringen.
12. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Betätigungseinrichtung (78) einen Elektromagneten
(100) aufweist.
13. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (100)
einen ersten und zweiten Anker (108, 110) umfaßt,
der mit dem ersten bzw. zweiten Ventil (80, 88) ge
koppelt ist.
14. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An
sprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz zur offenen
Lage hin durch eine erste Ventilfeder (81) belastet
ist, und daß das zweite Tellerventil (88) mit fla
chem Sitz zur ersten Lage hin durch eine zweite Ven
tilfeder (90) belastet ist.
15. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 14, da
durch gekennzeichnet, daß die erste Ventilfeder (81)
eine erste Federkraft ausübt, und daß die zweite
Ventilfeder (90) eine zweite Federkraft ausübt, die
größer ist als die erste Federkraft.
16. Treibstoffeinspritzvorrichtung vorzugsweise nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 15, mit:
- - einem Einspritzvorrichtungsgehäuse (74), das eine Mittelachse festlegt,
- - einem Kolbenkanal (208), der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt,
- - einem Mittelrohr (120) mit einem Mittelkanal (220), der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, um Treibstoff zwischen dem ersten und zweiten Ende des Mittelrohres (120) zu lei ten,
- - einem ersten Tellerventil (80) mit flachem Sitz, das in einer Ventilaussparung (146) angeordnet ist, das erste Ende des Mittelrohrs (120) umgibt und zwischen einer offenen und geschlossenen Lage beweglich ist, wobei die Ventilaussparung (146) in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal (208) und dem Mittelkanal (220) gebracht ist, wenn das erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz in die offene Lage bewegt ist, und wobei der Mit telkanal (220) in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal (208) gebracht und gegenüber der Ventilaussparung (146) isoliert ist, wenn das er ste Tellerventil (80) mit flachem Sitz in die ge schlossene Lage bewegt ist,
- - einer ersten Ventilfeder (81), die eine erste Fe derkraft ausübt, um das erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz zur offenen Lage hin zu bela sten,
- - einer Sperrteilanordnung (84, 86, 87),
- - einem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224), der mit dem ersten und zweiten Ende der Sperrteilanordnung (84, 86, 87) gekoppelt ist,
- - einem Ablaufkanal (150),
- - einem zweiten Tellerventil (88) mit flachem Sitz, das das zweite Ende des Mittelrohrs (120) umgibt und zwischen einer ersten und zweiten Lage beweg lich ist, wobei der Mittelkanal (220) in Strö mungsmittelverbindung mit dem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224) gebracht ist, wenn das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz in die erste Lage bewegt ist, und wobei der Mit telkanal (220) in Strömungsmittelverbindung mit dem ersten Sperrteil-Endkanal (222) gebracht ist und der zweite Sperrteil-Endkanal (224) in Strö mungsmittelverbindung mit dem Ablaufkanal (150) gebracht sowie gegenüber dem Mittelkanal (220) isoliert ist, wenn das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz in die zweite Lage bewegt ist,
- - einer zweiten Ventilfeder (90), die eine zweite Federkraft ausübt, um das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz zur ersten Lage hin zu be lasten, wobei die zweite Federkraft größer ist als die erste Federkraft, und
- - einem Elektromagnet (100) mit einer Magnetspule (106) und einem ersten und zweiten Anker (108, 110), die mit dem ersten bzw. zweiten Tellerven til (80, 88) mit flachem Sitz gekoppelt sind, wo bei die Magnetspule (106) von einem ersten und zweiten Strom-Wellenformabschnitt (192, 194) an regbar ist, um aufeinanderfolgend das erste und zweite Tellerventil (80, 88) mit flachem Sitz zu bewegen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CATERPILLAR INC., PEORIA, ILL., US DELPHI TECHNOLO |
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8141 | Disposal/no request for examination |