DE19923422C2 - Elektronisches Einspritzsystem - Google Patents
Elektronisches EinspritzsystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches
Einspritzsystem nach dem Oberbegriff das Anspruchs 1.
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.
Aus der DE 41 42 940 A1 ist eine elektrisch gesteuerte
Pumpedüse bekannt, die aufgrund der guten Wärmeleitung
zwischen Pumpenzylinder und Magnetventil nicht für die
Verwendung bei höherviskosen und vorgeheizten Kraftstoffen
geeignet ist. Auch weitere bekannt gewordene Einspritzsysteme mit Magnetventilen
und Pumpenzylindern sind
aufgrund der guten Wärmeleitung zwischen
Magnetventil und Pumpenzylinder nicht für die Verwendung
bei höherviskosen und vorgeheizten Kraftstoffen geeignet.
Diese bekannten Einspritzsysteme weisen überdies
den Nachteil auf, dass der Bedarf an Bauraum relativ groß
ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Einspritzsystem
bereitzustellen, das auch mit höherviskosen Kraftstoffen
einwandfrei funktioniert. Darüber hinaus soll das
erfindungsgemäße Einspritzsystem einfach aufgebaut und
kostengünstig herstellbar sein.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Diese Maßnahmen haben eine deutliche Reduktion der
wärmeübertragenden Querschnitte zwischen den
temperaturführenden Bohrungen und dem
temperaturempfindlichen Magnet des Magnetventils zur Folge. Dieser
Effekt wird durch den hohlen Steuerkolben weiter verstärkt.
Durch den drucklosen Ringraum zwischen Steuerkolben und dem Magneten des
Magnetventils wird außerdem verhindert, dass Leckagen bis zum Magneten des
Magnetventils gelangen können, da sie vorher abgeführt
werden. Schließlich zeichnet sich das erfindungsgemäße
Einspritzsystem durch eine sehr kompakte Bauweise aus.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Ankerplatte und der Magnet des
Magnetventils durch eine Abschirmhülse und einen mit der
Abschirmhülse verbundenen Balg abgeschirmt sind. Die
Abschirmhülse dient als Halterung für die Ventilfeder. Der
Balg dient zusätzlich zur Abschirmung der Ankerplatte und
des Magneten. 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 Magnet durch eine
Zwischenplatte aus einem Spezialwerkstoff thermisch von dem
Pumpenzylinder und dem Kraftstoff entkoppelt ist. Dadurch
wird eine sichere Funktion des Magneten gewährleistet.
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.
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.
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 (6)
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 Pumpenkolben in einem Pumpenzylinder (1)
aufweist, in welchem der in einem Kraftstoffzulauf (11)
anstehende Kraftstoff mit dem erforderlichen Einspritzdruck
beaufschlagt wird, und mit einem Magnetventil (18, 35, 36), das den
Förderstrom des Pumpenkolbens in einen Ablauf (15) oder in
eine mit einer Einspritzdüse (6) in Verbindung stehenden
Bohrung (4) mit einem in den Pumpenzylinder (1)
integrierten, direkt angesteuerten Steuerkolben (18)
steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18)
des Magnetventils im rechten Winkel zur Längsachse des
Pumpenzylinders (1) angeordnet ist, dass zwischen
Magnetventil sowie Bohrung (4) und Ablauf (15) konzentrisch
zu dem Steuerkolben (18) ein druckloser Ringraum (23) im
Pumpenzylinder (1) ausgebildet ist, dass der Steuerkolben
(18) innen hohl ausgebildet ist und dass der Innenraum (19) des
Steuerkolbens (18) mit dem Ringraum (23) in Verbindung
steht.
2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass Magnet (35) und Ankerplatte (36) des das Magnetventils (18, 35, 36) vom Ringraum (23) durch eine
Abschirmhülse (31) und einen mit der Abschirmhülse (31)
verbundenen Balg (30) abgeschirmt sind.
3. Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der abgeschirmte Raum (41) um die Ankerplatte (36) und
den Magneten (35) des Magnetventils im Betrieb über
Bohrungen (39, 40) mit Luft oder einem Kühlmittel
durchströmt wird.
4. Einspritzsystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (35) durch eine
Zwischenplatte (33) aus einem Spezialwerkstoff thermisch
von dem Pumpenzylinder (1) entkoppelt ist.
5. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschirmhülse (31) ein
Dichtelement (32) integriert ist.
6. 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.
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