DE19941688C2

DE19941688C2 - Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE19941688C2
Application number: DE19941688A
Authority: DE
Inventors: Reda Rizk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: DE19941688A1; FR2797917A1; US6446608B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, umfassend einen Aktor 20, 30, 40, 50, 60, einen Kolben 80, einen Druckraum 100, eine Hochdruckleitung 140, eine Einspritzdüse, einen Düsenfederraum 125, einen Düsenraum, eine Kraftstoffzuführleitung 120 und ein Entlastungsventil 130. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Entlastungsventil 130 beim Schließen ein konstantes Kraftstoffvolumen aus der Hochdruckleitung 140 zieht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Derartige Einspritzeinrichtungen sind beispielsweise aus DE 196 12 737 A1 bekannt. Bei den bekannten, insbesondere magnetventilgesteuerten Einspritzeinrichtungen sind die Vor einspritzung, ihre Dosierung und ihre Absetzung von der Haupteinspritzung wichtige Parameter zur Einflußnahme auf die Geräusch- oder die Abgasemission. Die minimale Einspritzmenge ist dabei durch die Schnelligkeit des Magnetventils bestimmt. Oft ist jedoch die Einspritzmenge, die durch die lange Fahr zeit des Magnetventils vorbestimmt ist, zu groß, um eine Verbrennungsoptimierung zu ermöglichen. Bei der DE 196 12 737 A1 ist im Strömungsweg zwischen dem Hochdruckraum und einer Absteuerleitung ein Ventil vorgesehen, das bei Einspritzbe ginn geschlossen ist und erst in Abhängigkeit vom Druck im Hochdruckraum nach Einspritzbeginn in einem kleinen Druckbe reich öffnet und den Strömungsweg für eine kurze Dauer frei gibt. Dies bewirkt einen über die kurze Dauer konstant blei benden Einspritzdruck, der sich günstig auf den Einspritzver lauf auswirkt.

Aus der DE 585 014 C ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit Voreinspritzung bekannt, bei der ein federbelasteter Aus gleichskolben vorgesehen ist. Durch ein Verändern der Lage eines Anschlags für den Ausweichkolben lässt sich ein Spei cherraum und damit die Länge des Zeitraums zwischen der Vor einspritzung und der Haupteinspritzung, d. h. die Zeit, wäh rend welcher die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen ist, verändern.

In der DE 38 12 867 C2 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit Druckbegrenzung während der Haupteinspritzphase gezeigt. Hierzu ist ein Ausweichkolben vorgesehen, der an einer Stirn fläche durch eine Feder belastet ist und dessen andere Stirn fläche ständig vom Druck im Pumpenarbeitsraum beaufschlagt ist, so dass er beim Erreichen der vorbestimmten Druckhöhe in seiner Führungsbohrung entgegen der Feder zurückweicht, wo durch im Pumpenarbeitsraum wie in der Einspritzleitung eine Druckbegrenzung eintritt.

Sowohl bei dem Einspritzsystem der DE 38 12 867 C2 als auch bei dem aus der DE 585 014 C bekannten finden verschiebliche Kolben zur Verringerung des Einspritzdruckes im Druckraum Verwendung. Die minimale Einspritzmenge bleibt jedoch davon unbeeinflußt.

Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ein spritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direktein spritzung bereitzustellen, bei der die Voreinspritzmenge ver ringert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Als Entlastungsventil kann dabei ein bekanntes Druckventil mit Gleichraumentlastung eingesetzt werden, wie es bei Rei heneinspritzpumpen zur Verwendung kommt. Es kann so auf eine gebräuchliche Druckventil-Bauart zurückgegriffen werden ohne die Notwendigkeit einer Neukonstruktion.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einspritz einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einspritzeinrichtung im Schnitt zeigt,

Fig. 2 ein in der Einspritzeinrichtung der Fig. 1 verwen detes Entlastungsventil in vergrößerter Darstellung zeigt,

Fig. 2a einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2 zeigt und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Entlastungsven tils in vergrößerter Darstellung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Einspritzeinrichtung 10 für eine Brenn kraftmaschine mit Direkteinspritzung. Die Einspritzeinrich tung 10 weist einen Elektromagneten 20 zur Betätigung eines Steuerventils 30 auf, welches vorzugsweise als 3/2-Wegventil ausgeführt ist und die Strömungsverbindung zwischen einer Steuerleitung 40 und einem Mitteldruckraum 50 freigibt oder unterbricht sowie gegengleich die Strömungsverbindung zwi schen einer Leckölleitung 40a und dem Mitteldruckraum 50 un terbricht oder freigibt.

Die Steuerleitung 40 geht von einem nicht weiter dargestell ten unter Mitteldruck stehenden Hydraulikspeicher aus. Die Leckölleitung 40a mündet in einen Leckölbehälter. An den Mit teldruckraum 50 grenzt ein hydraulischer Verstärkungskolben 60, welcher einen Mitteldruckkolben 70 und einen Hochdruck kolben 80 aufweist. Der hydraulische Verstärkungskolben 60 wird über eine Feder 90 in der Ruhelage gehalten.

Der Hochdruckkolben 80 grenzt stirnseitig an einen Hochdruck raum 100, der vom Hochdruckkolben 80 und dem Hochdruckzylin der 110 gebildet ist. Der Hochdruckraum 100 steht mit einer mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbundenen Kraftstoff zuführleitung 120 in Verbindung. Die Kraftstoffzuführleitung 120 mündet in einen Düsenfederraum 125, in dem eine Feder 135 angeordnet ist, die eine Düsennadel 150 in die Schließpositi on vorspannt. Zwischen dem Düsenfederraum 125 und dem Hoch druckraum 100 ist ein Entlastungsventil 130 angeordnet. Der Hochdruckraum 100 ist ferner über eine Hochdruckleitung 140 mit einem die Düsennadel 150 umgebenden Düsenraum verbunden.

Das Entlastungsventil 130 ist in einem Gehäuseabschnitt 170 zwischen dem Hochdruckraum 100 und der Kraftstoffzuführlei tung 120 angeordnet. Es besteht, wie aus der Detaildarstel lung in Fig. 2 zu erkennen, aus einem Entlastungskolben 180, welcher in einer Zylinderbohrung 190 verlagerbar aufgenommen ist. Die Zylinderbohrung 190 weist einen Innendurchmesser d auf und erweitert sich in ihrem oberen, dem Hochdruckraum 100 nahen Bereich, über einen konischen Absatz 200 zu einem In nendurchmesser D.

Der Entlastungskolben 180 weist in seinem oberen, dem Hoch druckraum 100 nahen Bereich, einen sich konisch erweiternden Abschnitt 210 auf. Mit dem Abschnitt 210 sitzt er in der in Fig. 2 gezeigten Schließposition des Entlastungsventils 130, bei der der Entlastungskolben 180 in der Zylinderbohrung 190 nach unten verlagert ist, auf dem konischen Absatz 200. Un terhalb des konisch verlaufenden Abschnitts 210 weist der Entlastungskolben 180 einen Ringabschnitt 220 auf, dessen Au ßendurchmesser dem Innendurchmesser d der Zylinderbohrung 190 entspricht. Dem Ringabschnitt 220 schließt sich ein Kolbenab schnitt 230 mit einem gegenüber dem Ringabschnitt 220 verrin gerten Außendurchmesser an. Der Kolbenabschnitt 230 wiederum grenzt an einen unteren Kolbenabschnitt 240 an, dessen Außen durchmesser dem des Ringabschnitts 220 entspricht. Der Kol benabschnitt 240 weist in Umfangsrichtung beabstandete Längs nuten 250 (Fig. 2a) auf, die in den Kolbenabschnitt 230 mün den.

Das Entlastungsventil 130 in der Einspritzeinrichtung 10 ar beitet wie folgt:

Über die Kraftstoffzuführleitung 120 und den Düsenfederraum 125 gelangt der Kraftstoff in den Bereich der unteren Stirn fläche 245 des Entlastungskolbens 180 des Entlastungsventils 130. Aufgrund der zwischen der Zuführleitung 120 und dem Hochdruckraum 100 herrschenden Druckdifferenz verlagert sich der Entlastungskolben 180 nach oben in eine Öffnungsposition, in der der Strömungsweg zwischen der Kraftstoffzuführleitung 120 und dem Hochdruckraum 100 freigegeben ist. Wird nun der Elektromagnet 20 durch Anlegen eines Schaltimpulses betätigt, wird durch Bewegen des Steuerventils 30 der Mitteldruckraum 50 oberhalb des Mitteldruckkolben 70 mit der Steuerleitung 40 verbunden. Der hydraulische Verstärkungskolben 60 wird nach folgend nach unten bewegt. Die Bewegung bewirkt einen Druck anstieg im Hochdruckraum 100. Sobald der Druck im Hochdruck raum 100 den Druck in der Kraftstoffzuführleitung 120 über steigt, verlagert sich der Entlastungskolben 180 durch den Druck, der auf die obere Stirnfläche 260 des Kolbenabschnitts 210 ausgeübt wird, soweit in der Zylinderbohrung 190 nach un ten, bis der Ringabschnitt 220 des Entlastungskolbens 180 den Absatz 200 in der Zylinderbohrung 190 überstreicht, was den Strömungsweg des Kraftstoffs unterbricht.

Nachfolgend verlagert sich der Entlastungskolben 180 aufgrund des steigenden Drucks im Hochdruckraum 100 weiter nach unten, bis der konische Abschnitt 210 auf dem Absatz 200 im Zylinder 190 aufsitzt. Durch diese nachfolgende, zweite Abwärtsverla gerung des Entlastungsventils 180 wird der Hochdruckleitung 140, die mit dem Hochdruckraum 100 in Verbindung steht, ein konstantes Kraftstoffvolumen entzogen, welches H × π × d²/4 (H = Abstand untere Kante des Ringabschnitts 220 zum Kontaktpunkt konischer Abschnitt 210 des Entlastungskolbens 180 mit dem Absatz 200) entspricht. Das Entlastungsventil 130 ist nun vollständig geschlossen, der Entlastungskolben 180 in seiner untersten Position. Nun baut sich im Hochdruckraum 100 weiter Druck auf, bis in dem mit dem Hochdruckraum 100 über die Hochdruckleitung 140 in Verbindung stehenden Düsenfederraum der Druck erreicht ist, der ausreicht, um die Düsennadel 150 aus ihrem Sitz zu heben. Die Einspritzung beginnt dann mit einem Kraftstoffvolumen, das durch das vollständige Setzen des Entlastungsventils 130 um ein definiertes Volumen vermin dert ist. Um dieses definierte Kraftstoffvolumen ist die Ein spritzmenge beim Öffnen der Einspritzdüse reduziert.

Bei einer alternativen Ausführungsform (Fig. 3) umfaßt das Entlastungsventil 130' einen Entlastungskolben 180% dessen unterer Abschnitt 240' mit einer zentralen Längsbohrung 250' ausgeführt ist, die in zwei orthogonal zueinander angeordnete eine Querbohrungen 255' mündet, welche wieder in den Kolben abschnitt 230' von vermindertem Außendurchmesser münden. Die Kraftstoffzuführung erfolgt auch hier im Bereich der unteren Stirnfläche 245' des Entlastungskolbens 180' in die Zylinder bohrung 190'. Die Kraftstoffzuführleitung 120' mündet in den Düsenfederraum 125'.

Claims

1. Einspritzeinrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, umfassend

- einen Aktor (20, 30, 40, 50, 60),
- einen Kolben (80),
- einen Druckraum (100; 100'),
- eine Hochdruckleitung (140; 140'),
- eine Einspritzdüse,
- einen Düsenraum,
- einen Düsenfederraum (125; 125'),
- eine Kraftstoffzuführleitung (120; 120') und
- ein Entlastungsventil (130; 130')

dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (130; 130') beim Schließen ein konstantes Kraftstoffvolumen aus der Hochdruckleitung (140; 140') zieht.

2. Einspritzeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (130; 130') im Strömungsweg zwischen der Kraftstoffzuführleitung (120; 120') und dem Druckraum (100; 100') angeordnet ist.

3. Einspritzeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (130; 130') umfaßt:

- eine Zylinderbohrung
- (190; 190') mit einem größeren Innendurchmesser (D; D') und einem kleineren Innendurchmessser (d; d'); wobei der Übergang vom größeren Innendurchmesser (D; D') zum kleineren Innendurchmesser (d; d') als konischer Ab satz (200; 200') ausgebildet ist,
- einen in der Zylinderbohrung (190; 190') verlagerbaren Kolben (180; 180') mit einem oberen, sich konisch er weiternden Abschnitt (210; 210') und einem unterhalb diesem angeordneten Ringabschnitt (220; 220'), wobei der Ringabschnitt (220; 220') und die den Zylinder (100; 100') mit dem kleineren Innendurchmesser (d; d') begrenzende Innenfläche dichtend zusammenwirken, und wobei der Kolben (180; 180') bei einer Abwärtsverlage rung im Bereich des sich konisch erweiternden Ab schnitts (210; 210') auf dem Absatz (200; 200') auf sitzt.

4. Einspritzeinrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Ringabschnitt (220) benachbarter unterer Ab schnitt (240) des Kolbens (180) am Außenumfang mit Längsnuten (250) versehen ist.

5. Einspritzeinrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Ringabschnitt (220')benachbarter unterer Ab schnitt (240') des Kolbens (180') mit einer zentralen Längsbohrung (250') und sich dieser anschließenden Quer bohrungen (255') versehen ist.

6. Einspritzeinrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführleitung (120; 120') im Bereich des unteren Abschnitts (240; 240') des Kolbens (180; 180') in die Zylinderbohrung (190; 190') mündet.