DE2433112B2 - Steuereinrichtung fuer ein hydraulisch gesteuertes brennstoffeinspritzventil fuer dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Dynamische Vorgänge bei Einspritzvorrichtungen

50 auszunutzen, ist zwar z. B. aus der CH-PS 3 38 650

bereits bekannt. Bei dieser Einspritzvorrichtung wird jedoch in einem Niederdruckpumpenkreislauf umlau-

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für fender Brennstoff durch ein schnellschließenden Venein hydraulisch gesteuertes Brennstoffeinspritzventil til gestoppt, wodurch in einer an den Kreislauf angefür Dieselbrennkraftmaschinen, dessen Ventilnadel 55 schlossenen und zu einer Einspritzdüse führenden durch den unter einem im wesentlichen konstanten Einspritzleitung eine für den benötigten Einspritz-Druck stehenden, standig sowohl auf eine an der druck erforderliche Druckwelle ausgelöst wird. Unter Nadel im Bereich einer diese einspritzseitig umgeben- dem Einfluß der umlaufenden Druckwelle öffnet dann den Druckkammer ausgebildeten Ringschulter in das Einspritzventil, so daß der derart unter Druck geöffnungsrichtung einwirkenden als auch das rück- 60 setzte Einspritzbrennstoff austreten kann. Eine Verwärtige Nadelende in Schließrichtung belastenden wendung der wie vorstehend beschrieben erzeugten Einspritzbrennstoff so beaufschlagt wird, daß die Druckwelle allein zum Zweck der Steuerung einer mit Ventilnadel in ihre Schließstellung gedruckt wird, so- hohen Einspritzdrücken beaufschlagten Einspritzdüse wie einen kolbenartig erweiterten, in einer zylindri- liegt hier mithin nicht vor.

sehen Bohrung dichtend geführten Abschnitt auf- 65 Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in weist, der einspritzseitig einen ringförmigen Steuer- der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführaum begrenzt, in dem mit ihrem einen Ende eine rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Steuerleitung mündet, deren anderes Ende an ein von Fig. 1 ein Schema der Steuereinrichtung zusam-

3 4

p mit dem hydraulisch gesteuerten Brennstoffein- in Form eines Steuerdruckimpulses in die Steuerlei-

spritzvenül und ^ng 5, wobei eine positive Druckwelle entsteht, die

Fig. 2 eine Folge von Diagrammen zur Erläute- sich in der SteuerleitungS mit Schallgeschwindigkeit

rung des Verlaufs eines Steuerdruckimpulses in der bewegt. Nach dem Ablauf der beabsichtigten Ein-

Steuerleitung der Steuereinrichtung gemäß Fig. 1. 5 spritzdauer wird das Dreiwegeventil 12 geschlossen,

Die Fig. 1 zeigt em Brenr^offeinspritzventil 1, d. h. in die Stellung gestellt, in welcher es die Leitun-

das an eine Brennstoffleitung 2 mit einem Brennstoff- gen 8 und S trennt und die Steuerleitung 5 mit der

speicher 3 angeschlossen ist. Der Leitung 2 mit dem Enüastungsleitung 13 und dem Druckhalteventil 14

Speicher 3 wird durch eine Hochdruckpampe H verbindet.

Brennstoff mit einem im wesentlichen konstanten 10 Das Schließen des Dreiwegeventils hat eine plötz-

Einspiitzdruck zugeführt, der bis zu 1000 bar und liehe Senkung des Druckes am Anfang der Steuer-

mehr betragen kann. leitung S zur Folge, die sich als negative Druckwelle

Die Betätigung des Einspritzventils 1 erfolgt mit durch die Leitung S zum Einspritzventil 1 bewegt.

Hilfe einer Steuereinrichtung 4, deren Steuerleitung S Wie aus dem Diagramm a in der F i g. 2 ersichtlich

mit einer Länge L an das Einspritzventil 1 angeschlos- 15 ist, wird auf diese Weise ein Steuerdruckimpuls S ge-

senist. bildet, der einen Anfang A, ein Ende E und in der

Die Steuereinrichtung 4 enthält eine Pumpe 6, die Leitung S eine Länge W hat. Die Höhe des Steuer-Steuerflüssigkeit, wie z. B. Dieselöl, aus einem Behäl- druckimpulses ist durch den Steuerdruck p_s bestimmt, ter 7 ansaugt und in eine Druckleitung 8 fördert. An welcher durch das Druckregelventil 11 gegeben ist. die Druckleitung 8 ist ein Speicher 10 sowie ein 20 Die Länge W des Impulses S ist durch die gewünschte Druckregelventil 11 angeschlossen. Am Ende der Einspritzdauer und die Schallgeschwindigkeit in der Druckleitung 8 befindet sich ein nachfolgend als Drei- Steuerleitung S bestimmt, die z. B. 1400 m/s betragen wegeventil 12 bezeichnetes Dreiwegesteuerorgan, das kann. Der Druckimpuls S erhebt sich im Diagramm a zur Auslösung der Einspritzvorganges durch nicht über den Standdruck p_R, der im Ruhezustand in der dargestellte Mittel periodisch betätigt wird. Das Drei- as Leitung 5 herrscht.

wegeventil schafft in seiner offenen Stellung eine Ver- Wie durch einen Pfeil χ angedeutet ist, bewegt sich bindung der Druckleitung 8 mit der Steuerleitung 5, der Steuerdruckimpuls S mit Schallgeschwindigkeit so daß der Steuerdruck aus der Leitung 8 in die durch die Leitung 5 zum Einspritzventil 1.
Steuerleitung 5 dringen kann und in dieser einen Das Diagramm b zeigt, daß der Steuerdruck-Steuerdruckimpuls bildet. In seiner anderen, schlie- 30 impuls 5 nach dem Erreichen des Einspritzventils 1, ßenden Stellung sperrt das Dreiwegeventil 12 die d. h. beim Eindringen in den Steuerraum 21, reflek-Druckleitung 8 ab und verbindet die Steuerleitung 5 tiert wird. Bei der Reflexion entsteht ein Druck p_A, mit einer Entlastungsleitung 13, die in den Behälter 7 welcher um die Differenz p_D der Drücke p_s und p_R mündet und tin Druckhalteventil 14 enthält. größer ist als der Steuerdruck p_s.

Wie noch aus der F i g. 1 hervorgeht, enthält das 35 Das Diagramm c zeigt den Druckzustand in der Einspritzventil 1 eine Ventilnadel 15, die in bekann- Mitte des Reflexionsvorganges. Die Diagramme d ter Weise bei ihrem Anheben die Strömung des und e zeigen schließlich, wie sich der Steuerdruck-Brennstoffes aus einem Kanal 16 zu Einspritzöffnun- impuls durch die Steuerleitung 5 zurück zum Dreigen 17 freigibt. Ein kolbenartig erweiteter Abschnitt wegeventil 12 bewegt. Eine Reflexion am linken Ende 20 der Ventilnadel 15 befindet sich dichtend geführt 4» der Leitung 5 ist nicht möglich, da der Druckanstieg in einer Zylinderbohrung 18. Einspritzseitig begrenzt durch das Druckhalteventil 14 abgeleitet wird,
der Abschnitt 20 der Ventilnadel einen Steuerraum Im Diagramm c der F i g. 2 ist noch der Betäti-21, an den die Steuerleitung 5 angeschlossen ist. Der gungsdruck p_B eingetragen, bei welchem die im Raum oberhalb des kolbenartig erweiterten Ventil- Steuerraum 21 auf den kolbenartig erweiterten Ventilabschnittes 20 ist mit einer Entlüftungsbohrung 22 45 nadelabschnitt 20 wirkende Druckkraft die Kraft des versehen. Einspritzbrennstoffdruckes auf den Kolben 24 über-

Am kolbenartig erweiterten Ventilnadelabschnitt windet und ein Anheben der Nadel 15 ermöglicht. 20 anliegend befindet sich ein im Gehäuse 23 des Dieser Betätigungsdruck ist in an sich bekannter Ventils 1 dichtend geführter Kolben 24, auf dessen Weise durch die geometrischen Verhältnisse im Einobere Stirnfläche der Druck des Brennstoffes in der 50 spritzventil 1, insbesondere die Durchmesser der Na-Leitung 2 bzw. im Kanal 16 dauernd einwirkt. del 15, des Kolbens 24 und des erweiterten Ventil-

Im Betrieb ist im Ruhezustand, d. h. wenn kein nadelabschnittes 20 sowie den Einspritzdruck gegeben. Einspritzvorgang stattfindet, das Dreiwegeventil 12 so Wie aus dem Diagramm c ersichtlich ist, ist der Beeingestellt, daß es die Druckleitung 8 schließt und die tätigungsdruck p_B kleiner als der Reflexionsdruck p_A, Steuerleitung 5 mit der Entlastungsleitung 13 verbin- 55 jedoch wesentlich größer als der Steuerdruck p_s. Der det. Das Druckhalteventil 14 in der Entlastungsleitung Steuerdruck p_s muß hingegen größer sein als der 13 hält dabei die Steuerleitung 5 unter einem Stand- Mittelwert p_u zwischen dem Staudruck p_R und dem druck p_R, der einige wenige bar betragen kann, und Betätigungsdruck p_B.

der auch im Steuerraum 21 des Einspritzventils 1 Die Länge L der Steuerleitung muß, um diese Verherrscht. Der auf den Kolben 24 wirkende hohe 60 hältnisse zu ermöglichen, größer sein als die Hälfte Brennstoffeinspritzdruck drückt jedoch die Ventil ■ des Weges W, welchen der längste in Betracht komnadel 15 gegen ihren Sitz nach unten und verschließt mende Steuerdruckimpuls S von seinem Anfang A bis so die Einspritzöffnungen 17. zum Ende E mit Schallgeschwindigkeit durchläuft.

Zum Auslösen eines Einspritzvorganges wird das Bei einer kleineren Länge könnte es nämlich vorkom-Dreiwegeventil 12 so umgestellt, daß es die Ent- 65 men, daß der Anfang A des sich nach Diagramm 2 e lastungsleitung 13 verschließt und die Druckleitung 8 zurückbewegenden Impulses das Dreiwegeventil 12 mit der Steuerleitung 5 verbindet. Der durch das erreicht, bevor dieses zur Beendigung der Impuls-Druckregelventil 11 bestimmte Steuerdruck gelangt sendung geschlossen ist. Wenn, wie vorgesehen, der

zurückkehrende Impuls auf das nach der Impuls- Motorlänge L_M ca. 1,4 X 8 X 0,32 == 3,6 m,

Sendung geschlossene Dreiwegeventil 12 auftiifft, wird Länge der Steuerleitung bei einer maximalen Ein-

der Überdruck durch das Druckhalteventil 14 abge- spritzdaueir ί = 9 X 10~³ s und einer Schallgeschwin-

leitet, so daß in der Leitung S der gewählte Stand- digkeit von 1400 m/s
druck P₈ bleibt. 5

Wie aus folgendem Beispiel ersichtlich ist, ergeben ^ -> 1400 X 9 X 10~³ _ g 3 _m

sich dabei Längen der Steuerleitungen, die wesentlich 2 '
größer sind als die bisher in Frage kommenden

Längen. Die Mindestlänge der erfindungsgemäß ausgebilde-

Beispiel 10 ten Steuerleitung beträgt 6,3 m, die gewünschte größte

konstruktiv in Betracht kommende Länge einer Steuer-

8-Zylinder-Reihenmotor mit einer Bohrung von leitung bisheriger Ausführungsform (von einem Ende

32 cm, des Motors zum anderen) hingegen 3,6 m.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

V648«

Claims (1)

1. der Brennkraftmaschine gesteuertes Dreiwegesteuer-Patentanspruch: organ angeschlossen ist, durch welches die Steuerleitung abwechselnd über eine Druckleitung mit einer

   Steuereinrichtung für ein hydraulisch gesteuer- Steuerflüssigkeit mit einem im wesentlichen konstantes Brennstoffeinspritzventil für Dieselbrennkraft- 5 ten, jedoch niedrigeren Druck als der Einspntzbrennmaschinen, dessen Ventilnadel durch den unter stoffdruck fördernden Pumpe in eine im Steuerraum einem im wesentlichen konstanten Druck stehen- der Ventilnadel hierdurch einen das Einspritzventil den, schräg sowohl auf eine an der Nadel im Be- öffnenden Steuerdruckimpuls erzeugende verumuung reich einer diese einspritzseitig umgebenden gebracht oder an eine den Steuerraum entlastende Druckkammer ausgebildeten Ringschulter in öff- io Leitung angeschlossen wird.

   nungsrichtung einwirkenden als auch das rück- Eine derartige Steuereinrichtung is!. z. B. aus der

   wartime Nadelende in Schließrichtung belastenden schweizerischen Patentschrift 4 99 013 bekannt
   Einspritzbrennstoff so beaufschlagt wird, daß die Bei dieser bekannten, mit einem Drehschieber als

   Ventilnadel in ihre Schließstellung gedrückt wird, Dreiwegesteuerorgan versehenen Einrichtung kann sowie einen kolbenartig erweiterten, in einer zylin- 15 jedoch, insbesondere bei der Verwendung hoher Eindrischen Bohrung dichtend geführten Abschnitt spritzdrücke, die über 1000 bar betragen können, der aufweist, der einspritzseitig einen ringförmigen Steuerdruck hohe Werte annehmen. Die Bereitstellung Steuerraum begrenzt, in dem mit ihrem einen des hohen Steuerdrucks und die Bildung des Steuer-Ende eine Steuerleitung mündet, deren anderes druckimpulses kann dabei Schwierigkeiten bereiten, Ende an ein von der Brennkraftmaschine gesteu- 20 wenn z. B. nicht mehr eine einfache Zahnradpumpe ertes Dreiwegesteuerorgan angeschlossen ist, durch verwendet werden kann.

   welches die Steuerleitung abwechselnd über eine Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

   Druckleitung mit einer Steuerflüssigkeit mit einem eii.e Steuereinrichtung für ein hydraulisch gesteuertes im wesentlichen konstanten, jedoch niedrigeren Brennstoffeinspritzventil zu schaffen, durch die auch Druck als der Einspritzbrennstoffdruck fördern- 25 hohe Einspritzdrücke mit verhältnismäßig niedrigen den Pumpe in eine im Steuerraum der Ventilnadel Steuerdrücken steuerbar sind.

   ' hierdurch einen das Einspritzventil öffnenden Die&e Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

   Steuerdruckimpuls erzeugende Verbindung ge- löst, daß an die Druckleitung zwischen der Pumpe bracht oder an eine den Steuerraum entlastende für die Steuerflüssigkeit und dem Dreiwegesteuerorgan Leitung angeschlossen wird, dadurch ge- 30 ein Steuerflüssigkeit unter Druck aufnehmender Speiken η ζ e i c h η e t, daß an die Druckleitung (8) eher angeschlossen und in der Entlastungsleitung ein zwischen der Pumpe (6) für die Steuerflüssigkeit Druckhalteventil angeordnet ist, daß ferner die Steuer- und dem Dreiwegesteuerorgan (12) ein Steuerflüs- leitung eine Länge aufweist, die größer ist als sigkeit unter Druck aufnehmender Speicher (10) die Hälfte des von dem längsten, in Betracht komangeschlossen und in der Entlastungsleitung (13) 35 menden Steuerdruckimpuls von seinem Anfang bis ein Druckhalteventil (14) angeordnet ist, daß fer- zu seinem Ende in der Steuerleitung mit Schallner die Steuerleitung eine Länge (L) aufweist, die geschwindigkeit durchlaufenen Weges, und daß größer ist als die Hälfte des von dem längsten, in außerdem der Steuerdruck kleiner als der zum öffnen Betracht kommenden Steuerdruckimpuls (5) von des Einspritzventils erforderliche Betätigungsdruck, seinem Anfang (A) bis zu seinem Ende (E) in der 40 jedoch größer als der Mittelwert zwischen dem vom Steuerleitung (S) mit Schallgeschwindigkeit durch- Druckhalteventil eingestellten Standdruck und dem laufenen Weges (W), und daß außerdem der Betätigungsdruck ist.

   Steuerdruck (p_s) kleiner als der zum öffnen des Durch diese Maßnahme werden dynamische Vor-

   Einspritzventils (1) erforderliche Betätigungs- gänge in der Steuerleitung ausgenützt, die eine Sendruck (p_B), jedoch größer als der Mittelwert (p_M) 45 kung des Steuerdruckes auf ungefähr die Hälfte der zwischen dem vom Druckhalteventil (14) einge- bisher erforderlichen Größe ermöglichen. Dadurch stellten Standdruck (p_R) und dem Betätigungs- kann eine Vereinfachung der Steuervorrichtung erdruck (p_B) ist. zielt werden.