DE3243809C2 - - Google Patents
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
- F02M53/02—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzsy
stem zum Einspritzen erwärmten Dieselkraftstoffes der
im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art.
Aus der DE-PS 5 55 737 ist eine Kraftstoffeinspritzein
richtung der im Oberbegriff erläuterten Art bekannt,
bei dem eine Einspritzpumpe mit Rücksaugventil inter
mittierend Kraftstoff unter hohem Druck einem Ein
spritzventil zuführt, dessen Ventilnadel entgegen der
Kraftstoffströmung durch den Kraftstoffdruck öffnet und
über eine Schließkraft geschlossen gehalten wird.
Aus der DE-OS 24 01 874 ist ein Kraftstoffeinspritzsy
stem bekannt, bei dem ein von einem Speicherdruck be
aufschlagter Kolben über ein Zwischenglied, das von
einem Steuerdruck beaufschlagt ist, unmittelbar auf die
Düsennadel einwirkt, die wieder von einem Speicher
kraftstoffdruck ständig beaufschlagt wird.
Aus der US-PS 41 67 168 ist darüber hinaus eine mit
einem federbelasteten Hilfskolben versehene Kammer im
Ventil sowie ein Hochdruck-Rückschlagventil bekannt,
die jedoch dazu vorgesehen sind, ein rasches Schließen
des Einspritzventiles zu unterstützen.
Bei dem den Oberbegriff des Patentanspruches bildenden
Kraftstoffeinspritzsystem wird die Düsennadel des Ein
spritzventiles durch den Kraftstoffdruck des erwärmten
Dieselkraftstoffes geöffnet. Bei solchen Kraftstoffein
spritzsystemen muß unbedingt sichergestellt werden, daß
der Dieselkraftstoff während der Zumessung im flüssigen
Zustand verbleibt, damit die Einspritzpumpe die jeweils
erforderliche genau bemessene Kraftstoffmenge verteilen
kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffein
spritzsystem der im Oberbegriff erläuterten Art derart
zu verbessern, daß einerseits sichergestellt wird, daß
der Dieselkraftstoff während der Zumessung stets im
flüssigen Zustand verbleibt und daß andererseits der
über das Einspritzventil eingespritzte erwärmte Diesel
kraftstoff bereits so weit erwärmt ist, daß er unmit
telbar bei der Einspritzung in den gasförmigen Zustand
übergeht, jedoch die Zumeßeigenschaften des Kraftstoff
einspritzsystems verbessert werden, indem als Steuer
kraftstoff nicht der erwärmte sondern der Umgebungstem
peratur aufweisende Kraftstoff verwendet wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem
ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 die im Kennzeichenteil des Patentan
spruches 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.
Im Anspruch 2 ist eine zweckmäßige Ausgestaltung für
den Druckregler aufgezeigt.
Dadurch, daß die Einspritzpumpe über das Rücksaugventil
einerseits über eine Leitung mit einem Hochdruck-Rück
schlagventil mit dem Hochdruckspeicher und der Heizein
richtung und eine Leitung mit der Kammer im Einspritz
ventil verbunden ist und andererseits über eine weitere
Leitung mit einer weiteren Kammer im Einspritzventil
verbunden ist, wobei in der weiteren Kammer ein von
einer Feder belasteter Hilfskolben angeordnet ist, der
über einen Schaft auf den in der anderen Kammer ange
ordneten, mit der Düsennadel verbundenen Kolben in
Schließrichtung einwirkt, um die Düsennadel entgegen
dem in der Kammer anstehenden Kraftstoffhochdruck in
ihrer geschlossenen Lage zu halten und der Hilfskolben
durch den von der Einspritzpumpe gelieferten Kraft
stoffdruck des nicht erwärmten Kraftstoffes in Öff
nungsrichtung beaufschlagt ist und daß das Hochdruck
rückschlagventil erst bei einem Kraftstoffdruck öffnet,
der höher ist als der Kraftstoffdruck, bei dem sich der
Hilfskolben entgegen der Kraft der Feder bewegt, kann
die eingespritzte Kraftstoffmenge optimal bestimmt und
damit der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden.
Die Erfindung wird anhand eines in den
Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher er
läutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Kraftstoffeinspritzsystems gemäß der
Erfindung und
Fig. 2 ein Diagramm über die Druck- und
Temperaturverhältnisse des Diesel
kraftstoffes.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem weist
eine mit 10 bezeichnete Einspritzpumpe auf, deren Aufbau herkömmlich
ist und daher nicht weiter erläutert wird, da dies für das Verständ
nis der Erfindung nicht erforderlich ist. Es reicht darauf hinzuwei
sen, daß die Einspritzpumpe 10 intermittierend Kraftstoff in eine
Auslaßleitung 12 fördert, wobei der Kraftstoffdruck während des
Pumpenförderhubes progressiv bis auf etwa 120 bar ansteigt. Der
Kraftstoff wird hierbei über ein an sich bekanntes Rücksaugventil 14
geführt, das dafür sorgt, daß während des Pumpensaughubes ein bestimm
ter niedriger Leitungsdruck aufrechterhalten wird.
Das Kraftstoffeinspritzsystem weist weiterhin ein Einspritzventil 16,
einen über ein Magnetventil gesteuerten Druckregler 18, ein Hochdruck-
Rückschlagventil 20, einen Hochdruckspeicher 22 und eine Heizeinrich
tung 24 auf.
Das Einspritzventil 16 besteht aus einem Ventilkörper 30 in dem eine
obere und eine untere Kraftstoffkammer 32 und 34 ausgebildet sind,
die durch zwei im Abstand angeordnete Dichtteile 36 und 38 voneinan
der getrennt sind. Die untere Kraftstoffkammer 34 steht in Verbindung
mit der eigentlichen Einspritzdüse 40 über die der Kraftstoff aus der
Kraftstoffkammer 34 in den Verbrennungsraum des Motors eingespritzt
wird. Die Einspritzdüse 40 wirkt hierbei mit der Ventilspitze 42 einer
Düsennadel 44 zusammen, deren anderes Ende mit einem Kolben 46 ver
bunden ist. Der Kolben 46 ist hierbei im Dichtteil 38 abgedichtet und
verschiebbar geführt. Die untere Kraftstoffkammer 34 steht über einen
Anschlußstutzen 58 mit einer Hochdruckleitung 50 in Verbindung, die
vom Hochdruckspeicher 22 über die Heizeinrichtung 24 mit erwärmtem
Dieselkraftstoff unter hohem Druck versorgt wird.
Der Hochdruckspeicher 22 wird von der Einspritzpumpe 10 über die
Auslaßleitung 12, das Rücksaugventil 14, Leitungen 52 und 54
und ein Hochdruck-Rückschlagventil 20 mit Kraftstoff versorgt. Die
Feder 56 des Hochdruck-Rückschlagventiles 20 ist hierbei so ausge
legt, daß das Ventil geschlossen bleibt, bis der Kraftstoffdruck etwa
120 bar übersteigt. Dadurch wird sichergestellt, daß im Hoch
druckspeicher 22 stets ein so hoher Kraftstoffdruck zur Verfügung
steht.
Parallel zum Hochdruckspeicher 22 ist ein Druckregler 18 angeordnet,
dessen Ventilnadel 60 über ein Magnetventil derart angesteuert wird,
daß er normalerweise bei einem Kraftstoffdruck von etwa 120 bar
arbeitet, daß jedoch der Kraftstoffdruck falls erforderlich durch
Veränderung der Spannung am Magnetventil entsprechend erhöht werden
kann.
Das Einspritzventil 16 weist in seiner oberen Kraftstoffkammer 32
einen Hilfskolben 62 auf. Der Hilfskolben 62 ist in der Kraftstoff
kammer 32 abgedichtet und verschiebbar geführt und wirkt mit einem
Schaft 64 des Kolbens 46 zusammen, der sich abgedichtet und verschieb
bar durch das Dichtteil 36 erstreckt. Der Hilfskolben 62 wird durch
eine Feder 66 nach unten gedrückt, die so ausgelegt ist, daß das Ein
spritzventil 16 bis zu einem Kraftstoffdruck von etwa 105 bar
geschlossen bleibt. Die obere Kraftstoffkammer 32 wird über einen
Stutzen 68 über eine Leitung 70 versorgt, die unmittelbar in Verbin
dung mit der Leitung 52 vom Rücksaugventil 14 steht.
Im Einspritzventil 16 ist der Raum 76 hinter dem Hilfskolben 62 über
einen Auslaß 72 und der Raum 78 oberhalb des Kolbens 46 über einen
Auslaß 74 entlastet.
Die nur schematisch gezeigte Heizeinrichtung 24 kann von bekannter
Bauart sein, etwa in der Weise, daß um die Leitung 50 eine Kammer
oder eine Rohranordnung vorgesehen ist, die von Auspuffgasen durch
strömt wird. Ebenso kann in der Heizeinrichtung 24 für die Startphase
des Motors eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen sein.
Aus Fig. 2 sind die Druck- und Temperaturverhältnisse des Dieselkraft
stoffes zu ersehen, wobei bei Druck- und Temperaturverhältnissen
links von einer Geraden 80 sich der Dieselkraftstoff in flüssigem Zu
stand befindet, während er sich bei Druck- und Temperaturverhältnis
sen rechts von der Geraden 80 bereits in dampfförmigem Zustand befin
det.
Aus Fig. 2 ist auch zu ersehen, daß der Einspritzdruck von etwa
120 bar und die Kraftstofferwärmung von 426° Celsius knapp an
der Grenze zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand des Diesel
kraftstoffes liegt.
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems wird anhand von
Fig. 1 erläutert. Zunächst befinden sich alle Elemente in der in der
Figur gezeigten Ausgangslage. Das heißt, die Feder 66 drückt den
Hilfskolben 62 nach unten, dieser berührt den Schaft 64 und drückt
hierdurch den Kolben 46 nach unten, der die mit ihm verbundene Düsen
nadel 44 mit ihrer Ventilspitze 42 in geschlossener Lage an der Ein
spritzdüse 40 hält.
Während der Startphase des Motors wird über eine elektrische Heiz
einrichtung in der Heizeinrichtung 24 der Kraftstoff in der Leitung 50
auf etwa 426° Celsius erwärmt. Der Hochdruckspeicher 22 ist mit Kraft
stoff von einem Druck von etwa 120 bar aufgefüllt.
Führt die Einspritzpumpe 10 einen Förderhub aus, so steigt der Kraft
stoffdruck progressiv an, öffnet das Rücksaugventil 14 und beauf
schlagt die Leitungen 52, 70 und 54. Sobald der Kraftstoffdruck in
der Kraftstoffkammer 32 etwa 105 bar erreicht, wird sich der Hilfs
kolben 62 entgegen der Kraft der Feder 66 nach oben bewegen, bis
er von dem Anschlag 82 aufgehalten wird. Nachdem nunmehr die Kraft
des Hilfskolbens 62 nicht mehr über den Schaft 64 auf den Kolben 46
einwirkt, wird der hohe Kraftstoffdruck des erwärmten Kraftstoffes in
der Leitung 50 und in der Kraftstoffkammer 34 den Kolben 46 nach
oben bewegen und hierdurch über die Düsennadel 44 und die Ventil
spitze 42 die Einspritzdüse 40 öffnen. Dadurch wird Kraftstoff mit
einer Temperatur von etwa 426° Celsius und einem Druck von 105 bar
über die Düsenöffnungen 84 der Einspritzdüse 40 in den Verbrennungs
raum eingespritzt. Durch den bei der Einspritzung auftretenden plötz
lichen Druckabfall im Kraftstoff geht dieser unmittelbar vom flüssigen
Zustand in den gasförmigen Zustand über ohne daß hierfür der Luft
im Verbrennungsraum Wärme entzogen werden muß. Dadurch wird ein
höherer Wirkungsgrad des Motors erzielt.
Während des weiteren Förderhubes der Einspritzpumpe 10 steigt der
Kraftstoffdruck in der Leitung 54 progressiv an bis bei etwa
120 bar das Hochdruck-Rückschlagventil öffnet. Auf diese Weise
wird der Hochdruckspeicher 22 stets unter einem Druck von 120 bar
gehalten, wobei dieser Druck durch den Druckregler 18 festgelegt
wird. Dadurch kann der Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 34 ober
halb des aus Fig. 2 zu entnehmenden Verdampfungspunktes gehalten
werden und verbleibt somit im flüssigen Zustand bis er über die Ein
spritzdüse 40 in den Verbrennungsraum eingespritzt wird.
Sobald die Einspritzpumpe 10 ihren Saughub ausführt, schließt das
Rücksaugventil 14 und der Kraftstoffdruck in der Leitung 52 fällt ab.
Die Feder 66 kann daher den Hilfskolben 62 nach unten bewegen, dieser
stößt gegen den Schaft 64 und bewegt hierdurch den Kolben 46 nach
unten, der mit der mit ihm verbundenen Düsennadel 44 und der Vetil
spitze 42 die Einspritzdüse 40 schließt und die Kraftstoffeinspritzung
damit beendet.
Sobald der Motor seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, kann
die elektrische Heizeinrichtung in der Heizeinrichtung 24 ausgeschaltet
werden und die Erwärmung des Kraftstoffes auf die erwünschten etwa
426° Celsius wird über die Wärme der Auspuffgase erzielt.
Claims (2)
1. Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen erwärm
ten Dieselkraftstoffes, mit einer Einspritzpumpe
mit Rücksaugventil, die intermittierend Kraftstoff
unter hohem Druck einem Hochdruckspeicher mit
einer Heizeinrichtung und einer Kammer eines Ein
spritzventiles zuführt, dessen Ventilnadel entge
gen der Kraftstoffströmung durch den Kraftstoff
druck öffnet und über einen von einer Feder bela
steten Hilfskolben geschlossen wird, wobei der
Kraftstoff unter einem gleichbleibenden hohen
Druck und hoher Temperatur gehalten wird, derart,
daß bei der beim Öffnen der Ventilnadel auftreten
den Druckentlastung eine vom Druckabfall und von
der Vorwärmung abhängige Verdampfung des flüssigen
Kraftstoffes erfolgt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einspritzpumpe (10) über
das Rücksaugventil (14) einerseits über eine Lei
tung (54) mit einem Hochdruck-Rückschlagventil
(20) mit dem Hochdruckspeicher (22) und der Heiz
einrichtung (24) und eine Leitung (50) mit der
Kammer (34) im Einspritzventil (16) verbunden ist
und andererseits über eine weitere Leitung (70)
mit einer weiteren Kammer (32) im Einspritzventil
(16) verbunden ist, wobei in der weiteren Kammer
(32) ein von einer Feder (66) belasteter Hilfskol
ben (62) angeordnet ist, der über einen Schaft
(64) auf den in der anderen Kammer (34) angeordne
ten, mit der Düsennadel (44) verbundenen Kolben
(46) in Schließrichtung einwirkt, um die Düsenna
del (44) entgegen dem in der Kammer (34) anstehen
den Kraftstoffhochdruck in ihrer geschlossenen
Lage zu halten und der Hilfskolben (62) durch den
von der Einspritzpumpe (10) gelieferten Kraft
stoffdruck des nicht erwärmten Kraftstoffes in
Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und daß das
Hochdruck-Rückschlagventil (20) erst bei einem
Kraftstoffdruck öffnet, der höher ist als der
Kraftstoffdruck bei dem sich der Hilfskolben (62)
entgegen der Kraft der Feder (66) bewegt.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß ein
Druckregler (18) parallel zum Hochdruckspeicher
(22) und stromab des Hochdruck-Rückschlagventiles
(20) angeordnet und über ein Magnetventil ein
stellbar ist.
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