DE2433112C3

DE2433112C3 - Steuereinrichtung für ein hydraulisch gesteuertes Brennstoffeinspritzventil fur Dieselbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2433112C3
Application number: DE19742433112
Authority: DE
Inventors: Anton lllnau Zurich Steiger (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1974-07-02
Filing date: 1974-07-10
Publication date: 1977-08-25

Description

men mit dem hydraulisch gesteuerten Brennstoffeinspritzventil und

F ί g, 2 eine Folge von Diagrammen air Erläuterung des Verlaufs eines Steuerdruckimpulses in der Steuerleitung der Steuereinrichtung gemäß F i g. 1.

Die Fig. 1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1, das an eine Brennstoffleitung 2 mit einem Brennstoffspeicher 3 angeschlossen ist. Der Leitung 2 mit dem Speicher 3 wird durch eine Hochdruckpumpe H Brennstoff mit einem im wesentlichen konstanten Einspritzdruck zugeführt, der bis zu 1000 bar und mehr betragen kann.

Die Betätigung des Einspritzventils 1 erfolgt mit Hilfe einer Steuereinrichtung 4, deren Steuerleitung S mit einer Länge L an das Einspritzventil 1 angeschlossen ist.

Die Steuereinrichtung 4 enthält eine Pumpe 6, die Steuerflüssigkeit, wie z. B. Dieselöl, aus einem Behälter 7 ansaugt und in eine Druckleitung 8 fördert. An die Druckleitung 8 ist ein Speicher 10 sowie ein ao Druckregelventil 11 angeschlossen. Am Ende der Druckleitung 8 befindet sich ein nachfolgend als Dreiwegeventil 12 bezeichnetes Dreiwegesteuerorgan, das zur Auslösung der Einspritzvorganges durch nicht dargestellte Mittel periodisch betätigt wird. Das Dreiwegeventil schafft in seiner offenen Stellung eine Verbindung der Druckleitung 8 mit der Steuerleitung 5, so daß der Steuerdruck aus der Leitung 8 in die Steuerleitung 5 dringen kann und in dieser einen Steuerdruckimpuls bildet. In seiner anderen, schließenden Stellung sperrt das Dreiwegeventil 12 die Druckleitung 8 ab und verbindet die Steuerleitung 5 mit einer Entlastungsleitung 13, die in den Behälter 7 mündet und ein Druckhalteventil 14 enthält.

Wie noch aus der F i g. 1 hervorgeht, enthält das Einspritzventil 1 eine Ventilnadel 15, die in bekannter Weise bei ihrem Anheben die Strömung des Brennstoffes aus einem Kanal 16 zu Einspritzöffnungen 17 freigibt. Ein kolbenartig erweiteter Abschnitt 20 der Ventilnadel 15 befindet sich dichtend geführt in einer Zylinderbohrung 18. Einspritzseitig begrenzt der Abschnitt 20 der Ventilnadel einen Steuerraum 21, an den die Steuerleitung 5 angeschlossen ist. Der Raum oberhalb des kolbenartig erweiterten Ventilabschnittes 20 ist mit einer Entlüftungsbohrung 22 versehen.

Am kolbenartig erweiterten Ventilnadelabschnitt 20 anliegend befindet sich ein im Gehäuse 23 des Ventils 1 dichtend geführter Kolben 24, auf dessen obere Stirnfläche der Druck des Brennstoffes in der Leitung 2 bzw. im Kanal 16 dauernd einwirkt.

Im Betrieb ist im Ruhezustand, d. h., wenn kein Einspritzvorgang stattfindet, das Dreiwegeventil 12 so eingestellt, daß es die Druckleitung 8 schließt und die Steuerleitung 5 mit der Entlastungsleitung 13 verbindet. Das Druckhalteventil 14 in der Entlastungsleitung 13 hält dabei die Steuerleitung 5 unter einem Standdruck p_R, der einige wenige bar betragen kann, und der auch im Steuerraum 21 des Einspritzventils 1 herrscht. Der auf den Kolben 24 wirkende hohe Brennstoffeinspritzdruck drückt jedoch die Ventilnadel 15 gegen ihren Sitz nach unten und verschließt so die Einspritzöffnungen 17.

Zum Auslösen eines Einspritzvorganges wird das Dreiwegeventil 12 so umgestellt, daß es die Entlastungsleitung 13 verschließt und die Druckleitung 8 mit der Steuerleitung 5 verbindet. Der durch das Druckregelventil 11 bestimmte Steuerdruck gelangt in Form eines Steuerdruckimpulses in die Steuerleitung 5, wobei eine positive Druckwelle entsteht, die sich in der Steuerleitung 5 mit Schallgeschwindigkeit bewegt. Nach dem Ablauf der beabsichtigten Einspritzdauer wird das Dreiwegeventil 12 geschlossen, d. h. in die Stellung gestellt, in welcher es die Leitungen 8 und 5 trennt und die Steuerleitung 5 mit der Entlastungsleitung 13 und dem Druckhalteventil 14 verbindet.

Das Schließen des Dreiwegeventils hat eine plötzliche Senkung des Druckes am Anfang der Steuer-Leitung 5 zur Folge, die sich als negative Druckwelle durch die Leitung 5 zum Einspritzventil 1 bewegt.

Wie aus dem Diagramm a in der F i g. 2 ersichtlich ist, wird auf diese Weise ein Steuerdruckimpuls S gebildet, der einen Anfang A, ein Ende E und in der Leitung 5 eine Länge W hat. Die Höhe des Steuerdruckimpulses ist durch den Steuerdruck p_s bestimmt, welcher durch das Druckregelventil 11 gegeben ist. Die Länge W des Impulses S ist durch die gewünschte Einspritzdauer und die Schallgeschwindigkeit in der Steuerleitung 5 bestimmt, die z. B. 1400 m/s betragen kann. Der Druckimpuls S erhebt sich im Diagramm a über den Standdruck p_R, der im Ruhezustand in der Leitung 5 herrscht.

Wie durch einen Pfeil χ angedeutet ist, bewegt sich der Steuerdruckimpuls 5 mit Schallgeschwindigkeit durch die Leitung 5 zum Einspritzventil 1.

Das Diagramm b zeigt, daß der Steuerdruckimpuls 5 nach dem Erreichen des Einspritzventils 1, d. h. beim Eindringen in den Steuerraum 21, reflektiert wird. Bei der Reflexion entsteht ein Druck ρ_Λ, welcher um die Differenz p_D der Drücke p_s und p_K größer ist als der Steuerdruck p_s.

Das Diagramm c zeigt den Druckzustand in der Mitte des Reflexionsvorganges. Die Diagramme d und e zeigen schließlich, wie sich der Steuerdruckimpuls durch die Steuerleitung 5 zurück zum Dreiwegeventil 12 bewegt. Eine Reflexion am linken Ende der Leitung 5 ist nicht möglich, da der Druckanstieg durch das Druckhalteventil 14 abgeleitet wird.

Im Diagramm c der F i g. 2 ist noch der Betätigungsdruck p_B eingetragen, bei welchem die im Steuerraum 21 auf den kolbenartig erweiterten Ventilnadelabschnitt 20 wirkende Druckkraft die Kraft des Einspritzbrennstoffdruckes auf den Kolben 24 überwindet und ein Anheben der Nadel 15 ermöglicht. Dieser Betätigungsdruck ist in an sich bekannter Weise durch die geometrischen Verhältnisse im Einspritzventil 1, insbesondere die Durchmesser der Nadel 15, des Kolbens 24 und des erweiterten Ventilnadelabschnittes 20 sowie den Einspritzdruck gegeben.

Wie aus dem Diagramm c ersichtlich ist, ist der Betätigungsdruck p_n kleiner als der Reflexionsdruck p_A, jedoch wesentlich größer als der Steuerdruck p_s. Der Steuerdruck p_s muß hingegen größer sein als der Mittelwert p_M zwischen dem Staudruck p_R und dem Betätigungsdruck p_B.

Die Länge L der Steuerleitung muß, um diese Verhältnisse zu ermöglichen, größer sein als die Hälfte des Weges W, welchen der längste in Betracht kommende Steuerdruckimpuls 5 von seinem Anfang A bis zum Ende E mit Schallgeschwindigkeit durchläuft. Bei einer kleineren Länge könnte es nämlich vorkommen, daß der Anfang A des sich nach Diagramm 2 e zurückbewegenden Impulses das Dreiwegeventil 12 erreicht, bevor dieses zur Beendigung der Impulssendung geschlossen ist. Wenn, wie vorgesehen, der

zurückkehrende Impuls auf das nach der Impulssendung geschlossene Dreiwegeventil 12 auftrifft, wird der Überdruck durch das Druckhalteventil 14 abgeleitet, so daß in der Leitung S der gewählte Standdruck P₁₁ bleibt.

Wie aus folgendem Beispie! ersichtlich ist, ergeben sich dabei Längen der Steuerleitungen, die wesentlich größer sind als die bisher in Frage kommenden Längen.

Beispiel

8-Zylinder-Reihenmotor mit einer Bohrung von 32 cm,

Motorlänge L_M ca. 1,4 X 8 X 0,32 = 3,6 m,
Länge der Steuerleitung bei einer maximalen Einspritzdauer / = 9 X IO"^;ls und einer Schallgeschwindigkeit von 1400 m/s

L>

1400X 9 X 10-^;l

= 6,3 m

Die Mindestlänge der erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerleitung beträgt 6,3 m, die gewünschte größte konstruktiv in Betracht kommende Länge einer Steuerleitung bisheriger Ausführungsform (von einem Ende des Motors zum anderen) hingegen 3,6 m.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuereinrichtung für ein hydraulisch gesteuer-. tes Brennstoffeinspritzventil für Dieselbrennkraftmaschinen, dessen Ventilnadel durch den unter einem im wesentlichen konstanten Druck stehenden, ständig sowohl auf eine an der Nadel im Bereich einer diese einspritzseitig umgebenden Druckkammer ausgebildeten Ringschulter in oftnungsrichtung einwirkenden als auch das rückwärtige Nadelende in Schließrichtung belastenden Einspritzbrennstoff so beaufschlagt wird, daß die Ventilnadel in ihre Schließstellung gedrückt wird, sowie einen kolbenartig erweiterten, in einei zylindrischen Bohrung dichtend geführten Abschnitt aufweist, der einspritzseitig einen ringförmigen Steuerraum begrenzt, in dem mit ihrem einen Ende eine Steuerleitung mündet, deren anderes Ende an ein von der Brennkraftmaschine gesteuertes Dreiwegesteuerorgan angeschlossen ist, durch welches die Steuerleitung abwechselnd über eine Druckleitung mit einer Steuerflüssigkeit mit einem im wesentlichen konstanten, jedoch niedrigeren Druck als der Einspritzbrennstoffdruck fördern- as den Pumpe in eine im Steuerraum der Ventilnadel hierdurch einen das Einspritzventil öffnenden Steuerdruckimpuls erzeugende Verbindung gebracht oder an eine den Steuerraum entlastende Leitung angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckleitung (8) zwischen der Pumpe (6) für die Steuerflüssigkeit und dem Dreiwegesteuerorgan (12) ein Steuerflüssigkeit unter Druck aufnehmender Speicher (10) angeschlossen und in der Entlastungsleitung (13) ein Druckhalteventil (14) angeordnet ist, daß ferner die Steuerleitung eine Länge (L) aufweist, die größer ist als die Hälfte des von dem längsten, in Betracht kommenden Steuerdruckimpuls (S) von seinem Anfang (A) bis zu seinem Ende (E) in der Steuerleitung (5) mit Schallgeschwindigkeit durchlaufenen Wtges (W), und daß außerdem dei Steuerdruck (p_s) kleiner als der zum Öffnen des Einspritzventils (1) erforderliche Betätigungsdruck (pb), jedoch größer als der Mittelwert (p_M) zwischen dem vom Druckhalteventil (14) eingestellten Standdruck (p_R) und dem Betätigungsdruck (pß) ist.

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein hydraulisch gesteuertes Brennstoffeinspritzventil für Dieselbrennkraftmaschinen, dessen Ventilnadel durch den unter einem im wesentlichen konstanten Druck stehenden, ständig sowohl auf eine an der Nadel im Bereich einer diese einspritzseitig umgebenden Druckkammer ausgebildeten Ringschulter in Öffnungsrichtung einwirkenden als auch das rückwärtige Nadelende in Schließrichtung belastenden Einspritzbrennstoff so beaufschlagt wird, daß die Ventilnadel in ihre Schließstellung gedrückt wird, sowie einen kolbenartig erweiterten, in einer zylindrischen Bohrung dichtend geführten Abschnitt aufweist, der einspritzseitig einen ringförmigen Steuerraum begrenzt, in dem mit ihrem einen Ende eine Steuerleitung mündet, deren anderes Ende an ein von der Brennkraftmaschine gesteuertes Dreiwegesteuerorgan angeschlossen ist, durch welches die Steuerleitung abwechstilnd über eine Druckleitung mit einer Steuerflüssigkeit mit einem im wesentlichen konstanten, jedoch niedrigeren Druck als der Einspritzbrennstoffdruck fördernden Pumpe in eine im Steuerraum der Ventilnadel hierdurch einen das Einspritzventil öffnenden Steuerdruckimpuls erzeugende Verbindung gebracht oder an eine den Steuerraum entlastende Leitung angeschlossen wird.

Eine derartige Steuereinrichtung ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 4 99 013 bekannt.

Bei dieser bekannten, mit einem Drehschieber als Dreiwegesteuerorgan versehenen Einrichtung kann jedoch, insbesondere bei der Verwendung hoher Einspritzdrücke, die über 1000 bar betragen können, der Steuerdruck hohe Werte annehmen. Die Bereitstellung des hohen Steuerdrucks und die Bildung des Steuerdruckimpulses kann dabei Schwierigkeiten bereiten, wenn z. B. nicht mehr eine einfache Zahnradpumpe verwendet werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für ein hydraulisch gesteuertes Brennstoffeinspritzventil zu schaffen, durch die auch hohe Einfpritzdrücke mit verhältnismäßig niedrigen Steuerdrücken steuerbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Druckleitung zwischen der Pumpe für die Steuerflüssigkeit und dem Dreiwegesteuerorgan ein Steuerflüssigkeit unter Druck aufnehmender Speicher angeschlossen und in der Entlastungsleitur>~ ?in Druckhalteventil angeordnet ist, daß ferner die Steuerleitung eine Länge aufweist, die größer ist als die Hälfte des von dem längsten, in Betracht kommenden Steuerdruckimpuls von seinem Anfang bis zu seinem Ende in der Steuerleitung mit Schallgeschwindigkeit durchlaufenen Weges, und daß außerdem der Steuerdruck kleiner als der zum öffnen des Einspritzventils erforderliche Betätigungsdruck, jedoch größer als der Mittelwert zwischen dem vom Druckhalteventil eingestellten Standdruck und dem Betätigungsdruck ist.

Durch diese Maßnahme werden dynamische Vorgänge in der Steuerleitung ausgenützt, die eine Senkung des Steuerdruckes auf ungefähr die Hälfte der bisher erforderlichen Größe ermöglichen. Dadurch kann eine Vereinfachung der Steuervorrichtung erzielt werden.

Dynamische Vorgänge bei Einspritzvorrichtungen auszunutzen, ist zwar z. B. aus der CH-PS 3 38 650 bereits bekannt. Bei dieser Einspritzvorrichtung wird jedoch in einem Niederdruckpumpenkreislauf umlaufender Brennstoff durch ein schnellschließenden Ventil gestoppt, wodurch in einer an den Kreislauf angeschlossenen und zu einer Einspritzdüse führenden Einspritzleitung eine für den benötigten Einspritzdruck erforderliche Druckwelle ausgelöst wird. Unter dem Einfluß der umlaufenden Druckwelle öffnet dann das Einspritzventil, so daß der derart unter Druck gesetzte Einspritzbrennstoff austreten kann. Eine Verwendung der wie vorstehend beschrieben erzeugten Druckwelle allein zum Zweck der Steuerung einer mit hohen Einspritzdrücken beaufschlagten Einspritzdüse liegt hier mithin nicht vor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema der Steuereinrichtung zusam-