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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Absperrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs, wie sie aus der CH-PS 447 714 bekannt ist. Dort ist zur Vorlagerung
der begrenzten Brennstoffmenge in den Speicherraum um den Sperrkolben eine Umleitung
vorgesehen, in der eine Drossel angeordnet ist, deren Querschnitt so bemessen ist,
daß bei maximal zulässiger Motordrehzahl die Vollastmenge noch sicher als Vorlagerung
in den Speicherraum einfließen kann. Ist der Leckverlust der Düse zusammen mit der
Einspritzmenge während eines Einspritztaktes größer als die durch die Drossel zufließende
Brennstoffmenge, so wird durch den Sperrkolben die Umleitung infolge des zu viel
abfließenden Brennstoffs abgesperrt und so das Einspritzventil von der Brennstoffversorgung
abgeschnitten. Die Absperrvorrichtung spricht aber erst bei einem relativ hohen
Leckstrom an. Das Ansprechen erfolgt bei Motoren, die nur im Teillastbereich gefahren
werden, erst bei Leckströmen, die größer als die Vollastmenge sind.
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Aufgabe der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Absperrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die bereits
bei Leckstrommengen anspricht, die wesentlich kleiner als die Vollastmenge sind.
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Lösung der Aufgabe Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor,
daß die in den Speicherraum geführte Zuführleitung über eine Dosiereinrichtung mit
der Druckquelle (Brennstoffzuführleitung) verbunden ist und durch die Dosiereinrichtung
die pro
Einspritzung vorgelagerte Brennstoffmenge mindestens mengenmäßig
steuerbar ist.
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Vorteile der Erfindung Durch die Dosierungsmöglichkeit der in den
Speicherraum einzubringenden Vorlagemenge kann erreicht werden, daß die Absperrvorrichtung
bereits bei einem geringfügigen Lecken des Einspritzventils anspricht. Beispielsweise
ist ein Ansprechen der Absperrvorrichtung sicher erreichbar, wenn die Undichtigkeit
2% der Düsenfläche übersteigt.
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Vorteilhaft kann die Dosierung durch ein im Takt des Einspritzventil
gesteuertes Magnetventil sein, wobei zur weiteren Anpassung an die Vorlagemenge
das Magnetventil entsprechend der öffnungszeit des Einspritzventils aufgesteuert
wird. Eine in allen Betriebsverhältnissen angepaßte Vorlagemenge kann zugeführt
werden, wenn als Dosierung eine in ihrer Einspritzmenge regelbare Einspritzpumpe
dient. Dadurch wird ein empfindliches Ansprechen der Absperrvorrichtung auch in
Teillastbereichen und im Leerlauf möglich, so daß Fehler der Einspritzventile frühzeitig
erkannt werden können und ein Verrußen des Verbrennungsmotors oder Kolbenfresser
infolge unverbrannten Brennstoffs vermieden werden.
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Eine Vereinfachung im Aufbau bei trotzdem guter Wirksamkeit der Absperrvorrichtung
bei mehreren Einspritzventilen kann dadurch erreicht werden1 daß die Speicherräume
mehrerer Einspritzventile durch eine gemeinsame Dosierung mit einer geregelten Vorlagemenge
von Brennstoff versorgbar sind. Es können dabei durch eine Dosierung alle Einspritzventile
oder mehrere Ventilgruppen gleichzeitig
mit der Vorlagerungsmenge
versorqt werden. Werden mehrere Ventile gleichzeitig versorgt, so ist es zweckmäßig,
um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern, in die in die Speicherräume mündenden
Zuführleitungen jeweils ein Rückschlagventil vorzusehen.
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Um trotz der Rückschlagventile eine sichere Vorlagerung des Brennstoffs
zu erreichen, ist es erforderlich, daß der Druck im Speicherraum niedriger ist als
der etwa konstante auf die dem Einspritzventil abgewandte Stirnseite des Sperrkolbens
wirkende, die Einspritzung bewirkende Druck. Dies kann einfach durch eine entsprechende
Federauslegung der auf den Sperrkolben und den Ventilkörper des Sicherheitsventil
wirkenden Federn erreicht werden. Vorteilhaft liegt die Druckdifferenz etwa zwischen
10 und 20 bar.
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Um einen sicheren Betrieb bei Maximaldrehzahl und Vollast sicherzustellen,
muß gewährleistet sein, daß die vorzulegende maximale Brennstoffmenge innerhalb
der Einspritzpausen den Einspritzventilen zuführbar ist. Wird diese Einspritzpause
voll ausgenützt, so kann ohne besondere Mittel eine Stillsetzung des Verbrennungsmotors
bei Überschreiten der zulässigen Maximaldrehzahl bei Vollast erreicht werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform mündet die in den Speicherraum
geführte Zuführleitung in einen den Sperrkolben umfassenden Ringkanal, wobei durch
den Sperrkolben durch Aufsitzen auf einen Ventilsitz die Verbindung zwischen der
in den Speicherraum mündenden Zuführleitung und dem Einspritzventil absperrbar ist
mit Ausnahme eines Drosselkanals, dessen Querschnitt der maximal zulässigen Leckströmung
des Einspritzventils entsprechend bemessen
ist. Durch diese Maßnahme
kann die Ansprechempfindlichkeit der Absperrvorrichtung gesteigert werden, so daß
diese anspricht, wenn beispielsweise das Einspritzventil eine Undichtigkeit aufweist,
die 2% des wirksamen Querschnitts der DUse übersteigt. Der Drosselkanal kann dabei
durch eine Querbohrung und eine Längsbohrung die in eine Drosselbohrung kleineren
Querschnitts übergeht, im Sperrkolben gebildet sein, wobei die Drosselbohrung einen
Durchmesser zwischen etwa 0,1 und 0,2, vorzugsweise 0,12 bis 0,15 mm bei Fahrzeug-Dieselmotoren
aufweist.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, sowie aus weiteren Unteransprüchen.
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Zeichnung Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels für
die Brennstoffversorgung eines Verbrennungsmotors mit jeweils einer Absperrvorrichtung
an jedem Einspritzventil, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Steuerimpulse für die
Einspritzventile und eines der Dosierung der Vorlagerungsmenge dienenden Magnetventils,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel der Absperrvorrichtung
und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Absperrvorrichtung,
bei der die Einspritzung des Brennstoffs über einen Gasspeicher erfolgt.
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Beschreibung der Erfinaungsbeispiele Bei dem in Fig. 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel wird Zur Versorgung eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors
aus einem Tank 1 über ein Filter 2 durch eine Förderpumpe 3 unter Speicherdruck
stehender Brennstoff in eine Brennstoffzuführleitung 4 gepumpt und über einen Druckregler
5 auf konstantem Druck von beispielsweise 270 Bar gehalten. Die Brennstoffzuführleitung
4 steht direkt mit einer Stirnseite 6 eines Sperrkolbens 7 einer Absperrvorrichtung
8 in Verbindung. Der Sperrkolben 7 selbst ist gegen die Wirkung einer Feder 9 in
einem Speicherraum 10 eines Gehäuses 11 durch den Druck in der Brennstoffzuführleitung
4 verschiebbar. Der der Stirnseite 6 gegenüberliegende Speicherraum 10 steht direkt
mit einem elektromagnetisch gesteuerten Einspritzventil 12 in Verbindung. Im Ausführungsbeispiel
sind vier Einspritzventile 12 dargestellt. Je nach Bedarf können dies aber mehr
oder weniger oder auch nur eines sein.
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In den Speicherraum mündet durch den Sperrkolben 7 absperrbar eine
Zuführöffnung 13, die über ein Rückschlagventil 14 und ein Magnetventil 15 ebenfalls
mit der Brennstoffzuführleitung 4 verbindbar ist. Bei der Anordnung mehrerer Einspritzventile
12 können alle Absperrvorrichtungen 8 mit diesem einen Magnetventil 15 verbunden
sein. Es können aber auch für jedes Einspritzventil 12 oder für Gruppen von zwei
oder mehreren Einspritzventilen 12 jeweils ein besonderes Magnetventil 15 vorgesehen
sein.
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Die Federn 9 der Absperrvorrichtungen 8 und die Federn 16 der Rückschlagventile
14 sind unter Berücksichtigung der Flächenverhältnisse so ausgelegt, daß bei geöffnetem
Magnetventil 15 der Sperrkolben 7 mit seiner Stirnseite 6
sicher
gegen den oberen Anschlag 17 geschoben wird, auch wenn im Speicherraum 10 ein um
etwa 10 bis 20 Bar niedrigerer Druck vorhanden ist als in der Brennstoffzuführleitung
4, so daß sichergestellt ist, daß bei maximal zulässiger Motordrehzahl die erforderliche
Vollastmenge- in den Speicherraum 10 in der für das Magnetventil 15 zur Verfügung
stehenden öffnungszeit zuströmen kann. Durch die öffnungszeit des Magnetventils
15 kann nun die in den Speicherraum 10 einfließende Vorlagerungsmenge geregelt werden.
Ist nun eines der Einspritzventile 12 undicht, so wird durch dieses Ventil mehr
Brennstoff eingespritzt als durch die Zuführöffnung 13 zugeführt wird. Dadurch senkt
sich der Sperrkolben 7 infolge des dauernd auf ihm lastenden Drucks der Brennstoffzuführleitung
4 entgegen der Wirkung der Feder 9 nach unten und versperrt durch seine Kante 18
die Zuführöffnung 13, wodurch die Brennstoffzuführung zum Einspritzventil vollkommen
abgesperrt und so dieses undichte Einspritzventil 12 stillgesetzt wird.
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Die Öffnungszeiten der in Fig. 1 dargestellten vier Einspritzventile
121 bis 12 und des zugeordneten Magnet-1 4 ventils 15 sind in Fig. 2 dargestellt,
wobei die mit t 121, t 122, t 123, t 124 und t 15 bezeichneten Grundlinien die Schließzeit
und die nicht näher bezeichneten Hochziehungen dieser Linien die öffnungszeiten
darstellen.
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Die Öffnungszeit des Magnetventils 15 liegt dabei zwischen den Öffnungszeiten
der Einspritzventile 124 und 12l, wobei die Öffnungszeiten aller Ventile 12 und
15 an die erforderliche Einspritzmenge des Brennstoffs angepaßt ist.
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Erfolgt nun die Auslegung der Durchflußquerschnitte zum Speicherraum
10 derart, daß bei Vollast und bei maximaler Drehzahl die öffnungszeit für das Magnetventil
15 gerade
der Zeitspanne zwischen den öffnungszeiten der Ein.
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spritzventile t 124 und t 121 entspricht, so erfolgt beim Überschreiten
der zulässigen Maximaldrehzahl bei Vollast ein selbsttätiges Absperren der Einspritzventile
12 durch die Absperrvorrichtungen 8, da dann mehr Brennstoff durch die Einspritzventile
12 eingespritzt werden müßte, als durch das Magnetventil 15 in die Speicherräume
10 vorgelagert werden kann.
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Da die Vorlagerungsmenge gerade der erforderlichen Einspritzmenge
entspricht, erreicht der Sperrkolben 7 bei jedem Einspritzvorgang seine Sperrstellung,
wie dies beim Einspritzventil 121 eingezeichnet ist. Um ein öffnen des Sperrkolbens
7 bei der Vorlagerung der erforderlichen Einspritzmenge zu erreichen, ist jeder
Sperrkolben 7 mit einem in Sperrstellung bis zur Zuführöffnung 13 reichenden Absatz
29 versehen, durch den ein Teil der unter Druck zugeführten Vorlagerungsmenge von
der Zuführöffnung 13 unter den Sperrkolben 7 strömen kann, um so ein Anheben und
freies Auffüllen des Speicherraums 10 sicherzustellen. Der eine Art Ringraum bildende
Absatz 29 ist dabei so bemessen, daß die Vorlagerungsmenge für Vollast-und Maximaldrehzahl
sicher in den Speicherraum 10 vorgelagert werden kann. Die Bemessung kann aber so
knapp gewählt werden, daß bei einer Uberdrehzahl die Füllzeit nicht mehr ausreicht
und damit die Sperrkolben 7 selbsttätig die weitere Brennstoffzuführung sperren.
Anstelle des Absatzes 29 kann, wie nachfolgend bei den Ausführungsbeispielen der
Fig. 3 und 4 beschrieben, auch eine Drosselbohrung 25 mit einem entsprechenden Drosselkanal
24 vorgesehen sein.
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In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Absperrvorrichtung
8' dargestellt. Dort ist im Gehäuse 11 im Bereich der Zuführöffnung 13 eine den
Sperrkolben 7 umschließende Ringnut 19 vorgesehen. Der Sperrkolben 7 selbst ist
als Sitzventil ausgebildet, wozu eine abgeschrägte Fläche 20 es Sperrkolbens 7 an
einer entsprechend geformten Dichtfläche 21 des Gehäuses 11 zur Anlage kommen kann.
Durch die Absperrvorrichtung 8' ist keine vollkommene Absperrung erreichbar, da
im Sperrkolben 7 ein durch eine Querbohrung 22 und eine Längsbohrung 23 gebildeter
Drosselkanal 24 mit einer Drosselbohrung 25 vorgesehen ist. Überschreitet die Leckstrommenge
eines schadhaften, in Fig. 3 nicht dargestellten mit dem Speicherraum 10 in Verbindung
stehenden Einspritzventils die durch die Drosselbohrung 25 einströmende Menge, so
bleibt der Sperrkolben 7 durch die auf seine Stirnseite 6 wirkende Druckbelastung
niedergedrückt, so daß keine weiteren Kraftstoffmengen mehr vorgelagert und so das
Einspritzventil stillgesetzt wird. Der Speicherdruck wird durch einen gegebenenfalls
in der Druckhöhe regelbaren Druck in einem als Druckspeicher dienenden Flüssigkeitsspeicher
26 bestimmt.
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Als Druckflüssigkeit dient der Brennstoff, der über ein zu Fig. 4näher
beschriebenes Nachfüllventil 31 in den Speicher 26 nachströmen kann.
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In bekannter Weise kann der Speicherdruck für die Einspritzung auch
durch die Wirkung eines Gasspeichers 26' erzielt werden, wie dies in Fig. 4 angedeutet
ist.
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Die Massenträgheit des verwendeten Druckgases ist geringer als bei
einer Druckflüssigkeit, so daß insbesondere bei hohen Einspritzfrequenzen Vorteile
erzielt werden können. Auch auftretende Druckschwingungen können so besser beherrscht
werden. Wird beim Beispiel nach Fig. 3 als Druckspeicher ein Gasspeicher verwendet,
dann entfällt das Nachfüllventil 31.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der Gasspeicher 26'
durch einen Trennkolben 27 und ein Flüssigkeitspolster 28 vom Sperrkolben 7 getrennt.
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Die erforderliche Energie für die Einspritzung wird durch Kompression
des Gasspeichers 26' bei der Vorlagerung der Vorlagerungsmenge durch die Zuführöffnung
13 unter Anhebung des Sperrkolbens 7 und des Trennkolbens 27 durch die Brennstoffversorgung
aufgebracht. Im übrigen entspricht der Aufbau der in Fig. 4 dargestellten Sperrvorrichtung
8" weitgehend der Vorrichtung 8' in Fig. 3.
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Das Flüssigkeitspolster 28 wird unter Vermeidung einer besonderen
Sperrölquelle vom Brennstoff selbst gebildet, der über ein Nachfüllventil 31 nachströmen
kann, falls Leckverluste auftreten sollten. Eine Überströmbohrung 30 dient als Sicherheitseinrichtung,
wenn bei nicht öffnendem, d.h. hängengebliebenem Einspritzventil Vorlagerungsbrennstoff
von einer Zumeßpumpe in den Speicherraum 10 zugeführt wird.
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Um zu erreichen, daß im Speicherraum 10 nach dem Abspritzen der Einspritzventile
12 noch ein geringer Restdruck zurückbleibt, und so eine Blasenbildung im Brennkraftstoff
vermieden wird, kann das Einspritzende und das Schließen der elektrisch gesteuerten
Einspritzventile 12 durch einen Abschaltkontakt gesteuert werden. Dazu ist wie in
Fig. 3 dargestellt, im unteren Bereich des Speicherraums 10 ein mit dem Sperrkolben
7 zusammenarbeitender Kontakt 34 angeordnet. Er ist, um ein sicheres Absperren des
Sperrkolbens 7 zu gewährleisten, in einem Isolator 35 gegen eine Feder 36 verschiebbar
geführt. Die Feder 36 gibt gleichzeitig die Kontaktbrücke für ein elektrisch durch
druckdicht eingeschmolzenes Glas 37 im Gehäuse
gehaltenes Verbindungsstück
38 ab, das über einen isoliert nach außen geführten Anschluß 39 elektrisch mit der
in Fig. 1 angedeuteten Ventilsteuerung 40 verbunden ist.
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Wirkungsweise der Absperrvorrichtung Bei dichten Einspritzventilen
12 (s.Fig. 1) wird über das Magnetventil 15 in den Speicherraum 10 so viel Brennstoff
vorgelagert, daß bei dem nach dem Schließen des Magnetventils 15 erfolgenden Einspritzen
durch öffnen des Einspritzventils 12 der vorgelagerte Brennstoff durch das Einspritzventil
12 abgespritzt wird und der Sperrkolben 7 die Zuführöffnung 13 absperrt.
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Ist das Einspritzventil 12 aber undicht, so verbleibt der Sperrkolben
7 in seiner Sperrstellung und die Zuführöffnung 13 ist durch die Kante 18 des Sperrkolbens
7 abgedeckt. Eine weitere Vorlagerung von Brennkraftstoff in den Speicherraum 10
wird dadurch verhindert und das lecke Einspritzventil 12 stillgesetzt.
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Ähnlich ist die Funktion auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig.
3 und 4. Übersteigt dort die Leckölmenge die durch den Drosselkanal 24 einströmende
Menge, so kann sich der Sperrkolben 7 nicht mehr von seinem Sitz abheben und macht
damit auch eine Vorlagerung von Brennstoff unmöglich, so daß das zugeordnete Einspritzventil
stillgesetzt ist. Durch einen besonderen durch den Sperrkolben 7 in seiner Sperrstellung
betätigten Kontakt 34 kann diese Störung auch optisch oder akustisch gemeldet oder
sonstige erforderlich
erscheinende Maßnahmen eingeleitet werden.
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So kann dieser Kontakt 34 z.B. auch dazu dienen, das elektromagnetisch
betätigte Einspritzventil 12 abzuschalten, so daß vom zugehörigen Steuergerät nur
der den Einspritzbeginn auslösende Steuerimpuls erzeugt werden muß, was eine wesentliche
Vereinfachung des Steuergerätaufbaus ermöglicht.