DE19923422A1 - Elektronisches Einspritzsystem - Google Patents

Abstract

Elektronisches Einspritzsystem, insbesondere Pumpe-Düse-Einheit (PDE) oder Pumpe-Leitung-Düse (PLD), für Kraftstoffe mit einer höheren Viskosität und Betriebstemperatur als Dieselkraftstoff, wie Schweröl, mit einer mechanisch oder hydraulisch angetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe, die einen Pumpenzylinder (1) aufweist, in welchem der von einer Niederdruckförderpumpe (9) aus einem Kraftstofftank (8) über einen Niederdruckkreislauf (11, 15) gelieferte Kraftstoff mit dem erforderlichen Einspritzdruck beaufschlagt wird, und mit einem Magnetventil, das eine durch einen Magneten (35) betätigbare Ankerplatte (36) aufweist, die mit einem Steuerkolben (18) zur Steuerung des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge gekoppelt ist. DOLLAR A Um ein kompaktes Einspritzsystem bereitzustellen, das auch mit höher viskosen Kraftstoffen einwandfrei funktioniert, ist der Steuerkolben (18) des Magnetventils in den Pumpenzylinder (1) der Hochdruckeinspritzpumpe integriert und direkt ansteuerbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Einspritzsystem, insbesondere Pumpe-Düse-Einheit (PDE) oder Pumpe-Leitung- Düse (PLD), für Kraftstoffe mit einer höheren Viskosität und Betriebstemperatur als Dieselkraftstoff, wie Schweröl, mit einer mechanisch oder hydraulisch angetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe, die einen Pumpenzylinder aufweist, in welchem der von einer Niederdruckförderpumpe aus einem Kraftstofftank über einen Niederdruckkreislauf gelieferte Kraftstoff mit dem erforderlichen Einspritzdruck beaufschlagt wird, und mit einem Magnetventil, das eine durch einen Magneten betätigbare Ankerplatte aufweist, die mit einem Steuerkolben zur Steuerung des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge gekoppelt ist.

Bei herkömmlichen Einspritzsystemen wird der Steuerkolben über eine Hydraulikflüssigkeit indirekt betätigt. Als Hydraulikflüssigkeit wird der einzuspritzende Kraftstoff verwendet. Je nach Viskosität des verwendeten Kraftstoffs treten hohe Betriebstemperaturen an dem Magneten des Magnetventils auf. Das kann zu Störungen oder Beschädigungen infolge von Kavitation führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Einspritzsystem bereitzustellen, das auch mit höher viskosen Kraftstoffen einwandfrei funktioniert. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Einspritzsystem einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe ist bei einem elektronischen Einspritzsystem, insbesondere einer Pumpe-Düse-Einheit (PDE) oder Pumpe- Leitung-Düse (PLD), für Kraftstoffe mit einer höheren Viskosität und Betriebstemperatur als Dieselkraftstoff, wie Schweröl, mit einer mechanisch oder hydraulisch angetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe, die einen Pumpenzylinder aufweist, in welchem der von einer Niederdruckförderpumpe aus einem Kraftstofftank über einen Niederdruckkreislauf gelieferte Kraftstoff mit dem erforderlichen Einspritzdruck beaufschlagt wird, und mit einem Magnetventil, das eine durch einen Magneten betätigbare Ankerplatte aufweist, die mit einem Steuerkolben zur Steuerung des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge gekoppelt ist, dadurch gelöst, dass der Steuerkolben des Magnetventils in den Pumpenzylinder der Hochdruckeinspritzpumpe integriert und direkt ansteuerbar ist. Dadurch wird eine direkte Steuerung der Einspritzvorgänge ohne Servounterstützung mit zusätzlichen Toleranzen ermöglicht.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte und der Magnet des Magnetventils durch eine Abschirmhülse von dem Kraftstoff abgeschirmt sind. Dadurch wird eine Aufheizung der Ankerplatte und des Magneten im Betrieb durch warmen Kraftstoff vermieden. Wenn der Magnet nur mit Luft und nicht mit warmem Kraftstoff in Berührung kommt, können kleinere Abstände zwischen der Ankerplatte und dem Magneten realisiert werden. Das führt zu größeren magnetischen Kräften und zu kürzeren Schaltzeiten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschirmte Raum um die Ankerplatte und den Magneten im Betrieb über Bohrungen mit Luft oder einem Kühlmittel durchströmt wird. Dadurch wird verhindert, dass eine hohe Kraftstofftemperatur, die bspw. 140°C betragen kann, zu Schäden an dem Magneten führt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben zwischen einer geöffneten Ventilstellung, in welcher der Pumpenraum der Hochdruckeinspritzpumpe mit einer Niederdruckkammer verbunden ist, die konzentrisch zu dem Steuerkolben in dem Pumpenzylinder ausgebildet ist, und einer geschlossenen Ventilstellung gegen die Vorspannkraft einer Ventilfeder in einer aus einem verschleißarmen Werkstoff gebildeten Führungshülse hin und her bewegbar geführt ist, die in den Pumpenzylinder eingeschrumpft und durch eine Anschlagplatte abgedichtet ist. Die Führungshülse hat den Vorteil, dass sie als besonders verschleißanfälliges Bauteil leicht ausgetauscht werden kann. Beim Auftreten von Verschleiß muß also nicht gleich der komplette Pumpenzylinder ausgetauscht werden. Die Niederdruckkammer dient zur Spülung und liefert den Vorteil, dass immer frischer Kraftstoff angesaugt wird.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben innen hohl ausgebildet ist und der Innenraum des Steuerkolbens mit einem drucklosen Ringraum in Verbindung steht, der konzentrisch zu dem Steuerkolben im Bereich der Ventilfeder in dem Pumpenzylinder ausgebildet ist und über eine Bohrung mit dem Kraftstofftank in Verbindung steht. Die im Betrieb auftretende Kraftstoffleckagen sammeln sich in dem Ringraum und gelangen von dort zurück in den Kraftstofftank.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschirmhülse ein Dichtelement integriert und an der Abschirmhülse ein Balg angebracht ist, der sich bis zu dem Steuerkolben erstreckt. Die Hülse dient als Halterung für die Ventilfeder. Der Balg dient zusätzlich zu Abschirmung der Ankerplatte und des Magneten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet durch eine Zwischenplatte aus einem Spezialwerkstoff thermisch von dem Pumpenzylinder und dem Kraftstoff entkoppelt ist. Dadurch wird eine sichere Funktion des Magneten gewährleistet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems im Schnitt; und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

In Fig. 1 sieht man einen Pumpenzylinder 1 einer Hochdruckeinspritzpumpe. In dem in Fig. 1 unteren Teil des Pumpenzylinders 1 ist ein Teil eines Pumpenraums 2 zu sehen. Der Pumpenraum 2 ist durch Bohrungen 3 und 4 und eine Hochdruckleitung 5 mit einer Einspritzdüse 6 verbunden.

Der einzuspritzende Kraftstoff wird aus einem Kraftstofftank 8 mit Hilfe einer Niederdruckförderpumpe 9 in einen Niederdruckpumpenraum 10 gefördert. Von dem Niederdruckpumpenraum 10 gelangt der einzuspritzende Kraftstoff über einen Zulauf 11 in eine Niederdruckkammer 12, die in einem Abschnitt 14 mit vergrößertem Durchmesser einer Durchgangsbohrung 13 in dem Pumpenzylinder 1 ausgebildet ist.

In die Durchgangsbohrung 13 ist eine Führungshülse 16 eingeschrumpft. Die Führungshülse 16 ist aus einem besonders verschleißfesten Werkstoff gebildet. Auf der in Fig. 1 rechten Seite ist die Durchgangsbohrung 13 durch eine Anschlagplatte 17 verschlossen. An der Anschlagplatte 17 kommt ein Steuerkolben 18 in Anschlag, der zu einem Ventil gehört, das in den Pumpenzylinder 1 der Hochdruckeinspritzpumpe integriert ist. In der geöffneten Stellung des Ventils wird der Steuerkolben 18 durch eine Ventilfeder 19 gegen die Anschlagplatte 17 gedrückt.

In der geöffneten Ventilstellung ist der Hochdruckpumpenraum 2 über die Bohrung 3 und an einem Ventilsitz 20 vorbei sowie über einen Durchgang 21, der als Drossel wirkt, mit der Niederdruckkammer 12 verbunden. Die Niederdruckkammer 12 wiederum steht über einen Ablauf 15 mit dem Niederdruckpumpenraum 10 in Verbindung.

Der Steuerkolben 18 ist innen hohl ausgebildet. Der Innenraum 19 des Steuerkolbens 18 ist durch zwei Durchlässe 22 mit einem Ringraum 23 verbunden, der konzentrisch zu einem Ende des Steuerkolbens 18 in einem Abschnitt 24 mit erweitertem Durchmesser der Durchgangsbohrung 13 ausgebildet ist. Der als Hohlzylinder ausgebildete Steuerkolben 18 weist vier Abschnitte 25, 26, 27 und 28 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der Abschnitt 28 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Abschnitt 26. Der Durchmesser des Abschnitts 27 ist kleiner als die Durchmesser der Abschnitte 26 und 28, aber größer als der Durchmesser des Abschnitts 25. Zwischen dem Abschnitt 27 und dem Abschnitt 28 des Steuerkolbens 18 ist der Ventilsitz 20 ausgebildet.

In dem Abschnitt 25 ist zwischen einer Ventilfeder 29 und dem Steuerkolben 18 ein Balg 30 angebracht. Das zum freien Ende des Steuerkolbens 18 gewandte Ende des Balges 30 ist an einer Abschirmhülse 31 befestigt. An der Abschirmhülse 31 stützt sich außerdem die Ventilfeder 29 ab. Zwischen der Abschirmhülse 31 und dem Pumpenzylinder 1 ist ein Dichtelement 32 angeordnet. Die Abschirmhülse 31 ist an einer Zwischenplatte 33 aus einem thermisch isolierenden Material festgelegt.

Die Zwischenplatte 33 ist zwischen dem Pumpenzylinder 1 und einem Magneten 35 angeordnet. Der Magnet 35 wirkt mit einer Ankerplatte 36 zusammen, die durch eine Schraube 37 an dem Steuerkolben 18 befestigt ist. Bei einer Betätigung des Magneten 35 wird der Steuerkolben 18 in Fig. 1 nach links verschoben und der Ventilsitz 20 geschlossen. Die Steuerung des Magneten 35 erfolgt über eine Steuereinheit 38.

In der Zwischenplatte 33 sind Bohrungen 39 und 40 angebracht, durch die ein Kühlmittel in einen durch die Abschirmhülse 31 abgeschirmten Raum 41 eintreten und austreten kann.

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem funktioniert wie folgt:
Im geöffneten Zustand hält die Ventilfeder 29 den Ventilsitz 20 geöffnet und drückt den Steuerkolben 18 gegen einen Hubanschlag 42, der an der Anschlagplatte 17 ausgebildet ist. In der geöffneten Ventilstellung sind der Niederdruckpumpenraum 10 und der Hochdruckpumpenraum 2 miteinander verbunden. Damit ist die Füllung des Hochdruckpumpenraums 2 gewährleistet und eine Förderung zur Einspritzdüse 6 verhindert.

Bei einer durch die Steuereinheit 38 gesteuerten Bestromung des Magneten 35 wird der Steuerkolben 18 bis zum Ventilsitz 20 angezogen. Der Durchmesser des Ventilsitzes 20 entspricht dem Durchmesser des Abschnitts 26 des Steuerkolbens 18. Der Steuerkolben 18 befindet sich in der geschlossenen Ventilstellung, und die Kraftstoffförderung zu der Einspritzdüse 6 beginnt.

Die Dauer des Steuersignals der Steuereinheit 38 definiert die eingespritzte Kraftstoffmenge. Mit dem Ende des Steuersignals wird der Steuerkolben 18 aufgrund der Vorspannkraft der Ventilfeder 29 und der Durchmesserdifferenz zwischen den Abschnitten 26 und 28 des Steuerkolbens 18 bis zu dem Hubanschlag 42 bewegt. Dabei wird die Hochdruckleitung 5 infolge der Verbindung zum Niederdruckpumpenraum 10 druckentlastet. Das bewirkt das Ende der Einspritzung.

Der Steuerkolben 18 ist in der Führungshülse 16 geführt. Die Führungshülse 16 ist in den Pumpenzylinder 1 eingeschrumpft und mit der Anschlagplatte 17 zu dem Niederdruckpumpenraum 10 abgedichtet. Die Hubbewegung des Steuerkolbens 18 zu dem Hubanschlag 42 wird aufgrund des Unterschiedes zwischen dem Durchmesser des Abschnitts 28 des Steuerkolbens 18 und dem Durchmesser eines Absatzes 44, der am Ende des Steuerkolbens 18 ausgebildet ist, hydraulisch gedämpft.

Die Kraftstoffleckagen werden in dem drucklosen Ringraum 23 gesammelt und durch eine Bohrung 45 und eine Sammelleitung 46 zum Kraftstofftank 8 abgeführt.

Der Ankerplatten- und Magnetraum 41 ist durch die Abschirmhülse 31 zu dem drucklosen Ringraum 23 abgedichtet.

Wie in Fig. 2 am deutlichsten zu sehen ist, ist an der Abschirmhülse 31 der Balg 30 befestigt. Der Balg 30 wird durch einen Dichtungsring 49 an dem Steuerkolben 18 abgedichtet.

Claims (7)

1. Elektronisches Einspritzsystem, insbesondere Pumpe-Düse- Einheit (PDE) oder Pumpe-Leitung-Düse (PLD), für Kraftstoffe mit einer höheren Viskosität und Betriebstemperatur als Dieselkraftstoff, wie Schweröl, mit einer mechanisch oder hydraulisch angetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe, die einen Pumpenzylinder (1) aufweist, in welchem der von einer Niederdruckförderpumpe (9) aus einem Kraftstofftank (8) über einen Niederdruckkreislauf (11, 15) gelieferte Kraftstoff mit dem erforderlichen Einspritzdruck beaufschlagt wird, und mit einem Magnetventil, das eine durch einen Magneten (35) betätigbare Ankerplatte (36) aufweist, die mit einem Steuerkolben (18) zur Steuerung des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18) des Magnetventils in den Pumpenzylinder (1) der Hochdruckeinspritzpumpe integriert und direkt ansteuerbar ist.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (36) und der Magnet (35) des Magnetventils durch eine Abschirmhülse (31) von dem Kraftstoff abgeschirmt sind.

3. Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschirmte Raum (41) um die Ankerplatte (36) und den Magneten (35) im Betrieb über Bohrungen (39, 40) mit Luft oder einem Kühlmittel durchströmt wird.

4. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18) zwischen einer geöffneten Ventilstellung, in welcher der Pumpenraum (2) der Hochdruckeinspritzpumpe mit einer Niederdruckkammer (12) verbunden ist, die konzentrisch zu dem Steuerkolben (18) in dem Pumpenzylinder (1) ausgebildet ist, und einer geschlossenen Ventilstellung gegen die Vorspannkraft einer Ventilfeder (29) in einer aus einem verschleißarmen Werkstoff gebildeten Führungshülse (16) hin und her bewegbar geführt ist, die in den Pumpenzylinder (1) eingeschrumpft und durch eine Anschlagplatte (17) abgedichtet ist.

5. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18) innen hohl ausgebildet ist und der Innenraum (19) des Steuerkolbens (18) mit einem drucklosen Ringraum (23) in Verbindung steht, der konzentrisch zu dem Steuerkolben (18) im Bereich der Ventilfeder (29) in dem Pumpenzylinder (1) ausgebildet ist und über eine Bohrung (45) mit dem Kraftstofftank (8) in Verbindung steht.

6. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschirmhülse (31) ein Dichtelement (32) integriert und an der Abschirmhülse (31) ein Balg (30) angebracht ist, der sich bis zu dem Steuerkolben (18) erstreckt.

7. Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (35) durch eine Zwischenplatte (33) aus einem Spezialwerkstoff thermisch von dem Pumpenzylinder (1) und dem Kraftstoff entkoppelt ist.