DE3343157A1

DE3343157A1 - Treibstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE3343157A1
Application number: DE19833343157
Authority: DE
Inventors: Fujio Aoki; Kazumi Higashi Matsuyama Saitama Koike
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1984-08-02
Also published as: US4544097A; GB2132694A; GB8331810D0; JPS6212866Y2; GB2132694B; JPS5984275U

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treibstoffeinspritzeinrichtung für einen Dieselmotor oder dergleichen und insbesondere eine verbesserte Treibstoff einspritzeinrichtung, die in der Lage ist, automatisch die Einspritzrate in Motorbetriebsbereichen mit hoher und niedriger Drehzahl zu steuern.

Auf dem technischen Bereich der Motoren, etwa der Dieselmotoren, besteht eine Tendenz nach der Einspritzung von Treibstoff bei höheren Drücken, d.h. nach der Verwendung von höheren Einspritzraten, was den Ausstoß von Rauch und Kohlenwasserstoffen (HC) im Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl absenkt. Aber in dem Maße, wie dieses Vorgehen das den Rauch und die HC-Emissionen betreffende Problem löst, erzeugt es jedoch ein anderes Problem hinsichtlich der Haltbarkeit und der Emission von Stickoxiden (NOx). Wenn man den Treibstoff bis auf ein wesentliches Maß im Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl unter Druck setzt, dann erhöht dies den Einspritzdruck im Betriebsbereich mit hoher Drehzahl

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mehr als nöüig und erfordert ein höheres Antriebsdrehmoraent für die Einspritzpumpe, was die Haltbarkeit der Pumpe verringert und die NOx-Konzentration im Motorabgas erhöht.

Ein bisher vorgeschlagener Versuch, den Treibstoffdruck an einem Einspritzrohr (Rohrdruck) unter einem Bezugswert zu halten, besteht darin, daß man ein Entlastungsventil in einem Einspritzrohr anbringt, durch welches das Einspritzrohr zur Außenseite hin entlastet v/erden kann, wie beispielsweise in JP-OS 57-129250 offenbart. Ein solcher Versuch leidet jedoch unter dem Nachteil, daß infolge der Länge des Einspritzrohres, welches die Verbindung zwischen Pumpe und Düse herstellt, das Volumen und der Strömungsmittelwiderstand im Einspritzrohr zwischen dem Entlastungsventil und dem Düsenloch erhöht sind und die Auswirkung des Entlastungsventils die Steuergenauigkeit absenkt und hierbei die Einspritzcharakteristiken unstabil macht.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Treibstoffeinspritzeinrichtung zu finden, die die angestrebte Verbrennung von Treibstoff dadurch fördert, daß sie wirksam die Rauch- und HC-Emissionen im Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl bei einem Dieselmotor oder dergleichen steuert, sowie die NOx-Konzentration im Motorabgas im Betriebsbereich mit hoher Drehzahl.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Treibstoffeinspritzeinrichtung vorzusehen, welche den Treibstoffeinspritzdruck in den Betriebsbereichen mit niedriger und hoher Drehzahl eines Dieselmotors ^° oder dergleichen auf einen bestimmten Bereich einschränkt.

' Es isL· ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Treibstoffeinspritzeinrichtung vorzusehen, welche die Haltbarkeit der Einspritzpumpe steigert, die einem Dieselmotor oder dergleichen zugeordnet ist, indem sie die Last verringert, die hierauf einwirkt, während der Treibstoff bei hohem Druck eingespritzt wird.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine allgemein verbesserte Treibstoffeinspritzeinrichtung zu finden.

Eine Treibstoffeinspritzeinrichtung zur Aufrechterhaltung eines Einspritzdruckes eines Treibstoffs, der von einer Treibstoff-Speisequelle hei" gefördert wird, und zwar innerhalb eines bestimmten Bereichs, umfaßt nach der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse mit einer Niederdruckkammer, die mit der Außenseite in Verbindung steht, und einer Hochdruckkammer, die den zugeführten Treibstoff aufnimmt, einem Einspritzventil, das im Gehäuse angebracht ist, um den Treibstoff in Abhängigkeit vom Druck des Treibstoffs einzuspritzen, der in die Hochdruckkammer eingelassen wird, und einer Treibstoffraten-Steuereinrichtung, die im Gehäuse angeordnet ist, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer dann herzustellen, wenn der Treibstoffdruck in der Hochdruckkammer einen bestimmten Wert erreicht, wobei die Einrichtung dann den Treibstoff in die Niederdruckkammer abgibt.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung begrenzt eine Treibstoffeinspritzeinrichtung für einen Dieselmotor oder dergleichen den Treibstoffeinspritzdruck auf einen bestimmten Bereich. Der Treibstoff wird von einer Treibstoffzufuhrquelle unter Druck in eine Hochdruckkammer eingespeist, um in dieser einen Druck zu entwickeln. Eine Einspritz-

düse ist in einem Düsenhalter angebracht und weist ein Düsenloch zum Einspritzen von Treibstoff in Abhängigkeit vom Druck in der Hochdruckkammer auf. Der Düsenhalter weist in seinem Inneren eine Niederdruckkammer auf, welche mit der Außenseite in Verbindung steht. Ein Einspritzraten-Steuerventil ist abnehmbar im Düsenhalter angebracht, um Treibstoff in die Niederdruckkammer abzugeben, wenn der Treibstoffdruck, der mit der Hochdruckkammer in Verbindung steht, über einen bestimmten Wert hinausgeht.

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen werden.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Aufriß einer Treibstoffeinspritzeinrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, Fig. 2 ein vergrößerter Schnitt durch ein Einspritzraten-Steuerventil , das in der Einrichtung der Fig. 1 enthalten ist,

Fig. 3 ein Schnitt, der eine Abänderung an dem Einspritzraten-Steuerventil der Fig. 1 zeigt, Fig. 4 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen dem Hub eines Einspritzraten-Steuerventils und der Fläche eines Düsenlochs zeigt, und Fig. 5 ein Diagramm, welches die Eigenschaften

einer Treibstoffeinspritzeinrichtung der vorliegenden Erfindung und jene einer Treibstoff einspritzeinrichtung aus dem Stand der

Technik darstellt.
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Während die Treibstoffeinspritzeinrichtung der vorliegenden Erfindung zu zahlreichen, tatsächlichen Ausführungsbeispielen in der Lage ist, und zwar in

Abhängigkeit von den Randbedingungen und den Erfordernissen der Anwendung, wurde doch eine wesentliche Anzahl von Stücken des hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiels hergestellt, ge~

g prüft und benutzt, und alle haben eine äußerst zufriedenstellende Leistung gezeigt.

Es wird nun auf Fig. 1 der Zeichnung Hezug genommen; eine Treibstoffeinspritzeinrichtung, die die vorlie-

^q gende Erfindung verkörpert, ist gezeigt und allgemein· mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Einrichtung IO umfaßt einen Düsenhalter 12, der mit einer zylindrischen Kammer 14 an seinem unteren Endabschnitt ausgebildet ist. Eine Düse bzw. ein Düsenteil 16 weist einen Abschnitt mit größerem Durchmesser auf, der mit dem unteren Ende der Kammer 14 durch ein Anschlußteil 18 mittels einer Andruckmutter 20 verbunden ist, welche in Gewindeeingriff hiermit steht. In dieser Lage der Düse 16 ist die Spitze eines Düsenlöchs 22 außerhalb der Andruckmutter 20 angeordnet. Eine Feder 24 ist in der Kammer 14 so vorgespannt, daß sie ständig eine bekannte Ventilnadel (nicht gezeigt) vorspannt, die in der Düse 16 angeordnet ist und hierbei normalerweise die Verbindung des Düsen- · loches 22 mit einem Kanal 26 im Inneren des Düsenhalters 12 unterbricht.

Die Feder 24 wird am einen Ende durch einen Federsitz 28 gehalten, der mit der Ventinadel in Verbindung steht, und am anderen Ende durch eine Beilage 30, die mit dem inneren Endabschnitt der Kammer 14 in Eingriff steht. Die Kammer 14 steht mit einem Treibstoff vorratsbehälter (nicht gezeigt) über einen Kanal 32 in Verbindung, der im Düsenhalter 12 ausgebildet ist, sowie einem Kanal, der nun beschrieben wird. Der Kanal 26 steht am einen Ende mit einer Treibstoffversorgung (nicht gezeigt) in Verbindung, die am freien Endabschnitt der Düse 16 gebildet ist, sowie am anderen

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Ende mit einer Abgabeöffnung einer Einspritzpumpe (nicht gezeigt), und zwar genauer gesagt der Ausgangsöffnung eines Abgabeventils, über ein Einspritzrohr (nicht gezeigt), das mit einem Anschlußteil 34 verbunden ist. Der so weit beschriebene Aufbau ist im wesentlichen gleich jenem einer Treibstoffeinspritzeinrichtung aus dem Stand der Technik.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ¹^ ist ein Einspritzraten-Steuerventilmechanismus, der allgemein mit 35 bezeichnet ist, abnehmbar oberhalb der Kammer 14 des Düsenhalters 12 angebracht. Der Steuerventilmechanismus 35 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt, der eine Niederdruckkammer 36 in einem oberen Endabschnitt des Düsenhalters 12 bildet. Ein Ventilkasten 38 ist im zylindrischen Abschnitt des Mechanisirus35 eingesetzt und am unteren Ende der Niederdruckkammer 36 mittels einer Hülse 40 befestigt, welche in den zylindrischen Abschnitt eingeschraubt ist. ^O Eine Andruckmutter 4 2 steht mit dem oberen Ende der Hülse 40 in Eingriff. Ein Verbindungsteil 44, das einteilig mit der Andruckmutter 4 2 ausgebildet ist, bildet einen Anschluß an eine Rückführleitung (nicht gezeigt) , um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Niederdruckkammer 36 und dem Treibstoffvorratsbehälter herzustellen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Ventilkasten 38 mit einem Kanal 46 zum Anschluß des Kanales 32 an die

Niederdruckkammer 36 ausgebildet. Eine zylindrische Bohrung 48 erstreckt sich durch die Mitte des Ventilkastens 38, während ein Ventilkörper 50 in der Bohrung 48 auf- und abwärts beweglich ist. Der Ventilkörper 50 sperrt und öffnet bei der Bewegung wahlweise einen

Kanal 52, der sich in die Bohrung 48 des Ventilkastens 38 öffnet. Der Düsenhalter 12 ist mit einer Hochdruckkammer 54 unterhalb des Ventilkastens 38 ausgebildet, und zwar in Verbindung mit der Bohrung

des Ventilkastens 38 und dem Kanal 26. Ein Federsitz 56 ruht auf der Oberfläche des Ventilkörpers 50, um ein Ende einer Feder 60 abzustützen, deren anderes Ende mit einer Ringscheibe 58 verankert ist, die am oberen Ende der Niederdruckkammer 38 angeordnet ist. Die Feder 60 drückt üblicherweise den Ventilkörper 50 nach unten, um den Kanal 52 zu sperren. Der Kanal 52 steht mit der Niederdruekkainmer 36 durch einen Kanal 52' in Verbindung, der ebenfalls im Ventilkasten 38 ausgebildet ist.

Im Betrieb wird Treibstoff unter Druck aus dem Vorratsbehälter zur Düse 16 mittels der Einspritzpumpe über den Kanal 26 zugeführt. Infolge des Anstiegs des Treibstoffdrucks, der auf die Düse 16 übertragen wird, wird die Ventilnadel in der Düse 16 gegen die Wirkung der Feder 24 derart nach unten gedrückt, daß der Treibstoff in einen Motorzylinder über das Düsenloch 22 eingespritzt wird. Gleichzeitig wird der Treibstoffdruck im Kanal 26 in die Hochdruckkammer 5 4 eingelassen, um auf den Ventilkörper 50 einzuwirken. Wenn der Treibstoffdruck im Kanal 26 über einen bestimmten Wert hinaus angestiegen ist, dann preßt der Treibstoff druck, der auf den Ventilkörpe:r 50 von der Seite der Hochdruckkammer her einwirkt, den Ventilkörper 50 unter Überwindung der Kraft der Feder 60 nach oben. Dies stellt die Strömungsmittelverbindung der Hochdruckkammer54 mit der Niederdruckkammer 36 über die Kanäle 52 und 52' her, wobei der Kanal 26 zum Vorratsbehälter hin abgelassen wird.

Der Bereich, in welchem die Einspritzrate verringert werden soll, wird vorgegeben durch den Ventilöffnungsdruck, die Hubfläche und den Drosselhub 1 (sh. Fig. 2) des Steuermechanismus 35. Im einzelnen ändert sich der Druck, der sich in der Kammer 26 einstellt, mit dem Hub der Verschiebung des Ventilkörpers 50, der die wirksame Querschnittsfläche des

' Kanales 52 dementsprechend ändert, wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 4 bezeichnet ist. Sobald der Druck im Kanal 26 über den bestimmten Wert angestiegen ist, findet ein Steuervorgang derart statt, daß die wirksame Querschnittsfläche des Kanales 52 das Maximum erreicht. Eine solche Eigenschaft des Verhältnisses zwischen Kanalfläche und Ventilhub kann wunschgemäß lediglich dadurch eingestellt werden, daß man die Beilage 58 auswechselt, die zwischen der Feder 60 und der Hülse 40 eingesetzt ist.

Eine Abwandlung des Steuerventilmechanismus 35, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, in welcher dieselben Bezugszeichen wie jene der Fig. 1 und 2 dieselben Bauteile bezeichnen. Bei dem abgewandelten Steuerventilmechanis mus ist ein Ventilkasten 70 im wesentlichen auf dieselbe Weise aufgebaut wie ein Einspritzventil, wie es etwa in der Düse 18 angeordnet ist. Wie gezeigt,

-²O weist der Ventilkasten 70 eine zylindrische Bohrung 72 zur Aufnahme eines Ventilkörpers 74 auf. Die Bohrung 72 ist radial an ihrem unteren Endabschnitt vergrößert, um eine Treibstoff-Einspeisestelle 76 zu bilden, während ein Anschluß an einen konischen Ventil ° sitz 78 unterhalb der Treibstoff-Einspeisestelle 76 hergestellt ist. Der Ventilkörper 72 ist einteilig mit einem Ventilsitz 80 ausgebildet, und weist an seinem unteren Endabschnitt einen konischen Abschnitt auf, der mit dem konischen Ventilsitz 78 in Eingriff

bringbar ist. Die Treibstoff-Einspeisestelle 76 ist mit der Niederdruckkammer 36 über einen Kanal 82 verbunden. Wiederum sind die Kammer 14 und die Niederdruckkainmer 36 durch den Kanal 46 miteinander verbunden, der sich durch den Ventilkasten 70 erstreckt.

Experimente haben gezeigt, daß das Ausführungsbeispiel und dessen Abwandlung, die oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden, wirksam die Einspritzrate im Motorbetriebsbereich mit niederer Drehzahl unterdrücken, wie durch eine ausgezogene Kurve in Fig. 5 gezeigt ist, verglichen mit der Einrichtung aus dem Stand der Technik, die durch eine punktierte Kurve bezeichnet ist.

^Q Insgesamt ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine Treibstoffeinspritzeinrichtung liefert, die keine Änderung an einer herkömmlichen Einspritzdüse erfordert, mit Ausnahme des Auswechseln eines Düsenhalters, weil ein Einspritzraten-Steuermechanismus hiervon abnehmbar am Düsenhalter der Einspritzdüse aus dem Stand der Technik angebracht ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in der Lage, den Einspritzdruck auf einen Bereich zu begrenzen,

der niedriger ist als ein bestimmter Viert. Dies verhindert, daß die Einspritzpumpe überlastet wird, und fördert hierbei die Haltbarkeit eines Nocken zum Antreiben des Pumpkolbens, während die Steuerung

der Abgasemissionen erreicht wird. Das heißt, Rauchig p:

und HC-Emissionen werden durch die Anhebung des Einspritzdruckes im Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl verringert, und die NOx-Konzentration wird im Motorbetriebsbereich mit hoher Drehzahl verringert

Ein anderes, kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß infolge des Hubs 1, an dessen Ende der Ventilkörper 50 den Kanal 26 entlastet, die Feder 60 und der Treibstoff in der Niederdruckkammer

36 eine Dämpfungswirkung herstellen, welche es der 35

Einrichtung gestattet, den Treibstoffdruck im wesentlichen flach abzuschneiden.

■ Verglichen mit der Einrichtung aus dem Stand der Technik, welche so aufgebaut ist, daß sie den Treibstoffdruck aus einer Einspritzpumpe entlastet (beispielsweise einer Kolbenkammer einer Verteiler-Einspritzpumpe), steuert die erfindungsgemäße Einrichtung zusätzlich den Rohrdruck an einer Stelle nahe dem Düsenloch, und unterbindet hierdurch proportional den Einfluß der Druckschwingung im Einspritzrohr oder dergleichen. Dies erhöht die Steuergenauigkeit und stellt stabile Einspritzeigenschaften auf.

Verschiedenartige Abwandlungen werden für den Fachmann nach der Aufnahme der Lehren der vorliegenden Offenbarung möglich, ohne daß er deren Bereich verläßt.

Claims

Ansprüche

/i. J Treibstoffeinspritzeinrichtung, um den Ein-²^ spritzdruck von Treibstoff, der von einer Treibstoff-Versorgungsstelle zugeführt wird, innerhalb eines bestimmten Bereiches zu halten, gekenn zeichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein Gehäuse mit einer Niederdruckkammer (36) , die mit der Außenseite in Verbindung steht, und einer Hochdruckkammer (54), die den zugeführten Treibstoff aufnimmt,

- ein Einspritzventil, das im Gehäuse angebracht ist,

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um den Treibstoff in Abhängigkeit vom Druck jenes Treibstoffs einzuspritzen, der in die Hochdruckkammer eingelassen ist, und

- eine Einspritzraten-Steuereinrichtung, die im Gehäuse angeordnet ist, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer dann herzustellen, wenn der Treibstoffdruck in der Hochdruckkammer einen bestimmten Wert erreicht, wobei der Treibstoff in die Niederdruck-

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. kammer abgegeben wird, und wobei die Einspritsraten-Steuereinrichtung eine Steuerventileinrichtung aufweist, um die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer in Abhängigkeit vom Druck des Treibstoffs in der Hochdruckkammer zu steuern.
2. Treibstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung einen Ventilkasten (38) aufweist, der mit einer zylindrischen Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die mit der Hochdruckkammer (54) in Verbindung steht, sowie mit Kanaleinrichtungen (52, 52¹)/ um eine Verbindung zwischen der Bohrung und der Niederdruckkammer (36) herzustellen, einen Ventilkörper (50), der verschieblich in der Bohrung aufgenommen ist, um die Verbindung zwischen der Bohrung und der Kanaleinrichtung in Abhängigkeit vom Treibstoffdruck zu steuern, und eine Spanneinrichtung, um den Ventilkörper in einer Richtung zum Sperren der Verbindung zwischen der Bohrung und der Kanaleinrichtung vorzuspannen, wobei die Spanneinrichtung eine Feder (60) aufweist, deren einer Endabschnitt mit dem einen Endabschnitt des Ventilkörpers in Eingriff steht.
3. Treibstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6 0))eine Federkonstante aufweist, welche so ausgewählt ist, daß die Feder gegen den einen Endabschnitt des Ventilkörpers

(50) derart andrückt, daß eine Verbindung zwischen der Bohrung und der Kanaleinrichtung (52, 52') dann hergestellt wird, wenn der Treibstoffdruck in der Hochdruckkamxner (54) den bestimmten Wert erreicht.

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4. Treibstoff einspritzeinrichtung nach /Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung in ihrem der Hochdruckkammer (54) benachbarten Abschnitt mit einem konischen Ventilsitz (78) ausgebildet ist, und daß der Ventilkörper (74) mit einem konischen Abschnitt ausgebildet ist, der mit dem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist, und zwar unter Vorspannung durch die Spanneinrichtung (60).