DE4341739C1

DE4341739C1 - Einspritzsystem

Info

Publication number: DE4341739C1
Application number: DE19934341739
Authority: DE
Inventors: Dieter Schoenfeld; Uwe Breidenbach
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2013-12-09

Description

Die Erfindung betrifft Einspritzsysteme zur intermittierenden Kraft stoffzufuhr in Brennräume einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1.

Herkömmliche Kraftstoffeinspritzsysteme erzeugen den nötigen Hochdruck für die Kraftstoffzufuhr in die Brennräume von Brennkraftmaschinen, wie z. B. Dieselmotoren, mit Pumpen, die von den Brennkraftmaschinen direkt angetrieben sind. Bei niedriger Motordrehzahl kann die Pumpen leistung ungenügend, und die Kraftstoffeinspritzung ungenau werden, was zu Leistungsverlusten und erhöhten Schadstoffemissionen der Brenn kraftmaschine führt.

Sogenannte Common Rail Systeme mit einer zentralen Pumpe zur kon tinuierlichen, stoßfreien Förderung des Kraftstoffs in Hochdruck speicher und von da über Leitungen zu den Einspritzventilen erlauben die Entkopplung der Einspritzung von Druckschwankungen, die bei her kömmlichen von den Motoren direkt angetriebenen Pumpen bei großen Drehzahlunterschieden auftreten.

Bekannt ist ein Common Rail Einspritzsystem (s. The electronically controlled dynamic rail injection System (DIS), Ganser-Hydromag), das aus einem Kraftstoffreservoir mittels einer Hochdruckpumpe Kraftstoff in ein großvolumiges Leitungssystem fördert, das mit Einspritz öffnungen in Einspritzventilen unmittelbar verbunden ist. Die Ein spritzventile sind mit hydraulischem Druck betätigbar, wobei elek tromagnetisch betätigte Ventile das Öffnen und Schließen der Ein spritzventile in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraft maschine steuern.

Dieses Einspritzsystem hat den Nachteil, daß der von der Hoch druckpumpe im Betrieb erzeugte hohe Druck über die gesamte Länge der Leitungen bis zu den Einspritzöffnungen der Einspritzventile immer anliegt, auch wenn keine Einspritzung erfolgt.

Bekannt ist auch ein Einspritzsystem (EP 0228 578 B1), bei dem Kraft stoff stromaufwärts geschlossener Einspritzöffnungen unter hohem Druck in Speichern innerhalb der Einspritzventile gehalten wird. Der hohe Druck des Kraftstoffs beeinflußt im Betrieb der Einspritzventile die Bewegungen der Ventilglieder und beeinträchtigt die Funktion des Ein spritzventils daher in einer für die Genauigkeit des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge nachteiligen Weise, so daß der Kraftstoff in den Brennräumen der Brennkraftmaschine mit verminderter Leistungsabga be und erhöhter Schadstoffemission verbrennt. Ein mechanisches Ventil in der Leitung von der Kraftstoffpumpe zu den Speichern senkt den Druck permanent etwas ab, was für die Einspritzungen selbst uner wünscht ist und zwischen den einzelnen Einspritzungen die Ventil glieder dennoch hohem Druck aussetzt.

Schließlich ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 090 739 A1 eine elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung für Dieselmotoren bekannt, bei der ein Dreiwegeventil für die Drucksteuerung verwendet wird. Ein Hinweis auf die Lösung des oben aufgezeigten Problems ist dieser Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Einspritzsystem zu schaffen, das trotz sehr hoher Einspritzdrücke eine genaue Steuerung der Einspritzventile ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Einspritzsystem mit den Merk malen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung sind elektromagnetische Ventile in den Kraftstoff leitungen von einem Kraftstoffspeicher zu den Einspritzöffnungen der Einspritzventile angeordnet. In einer ersten Position eines elek tromagnetischen Ventils ist die Einspritzöffnung eines Einspritz ventils mit dem Kraftstoffspeicher verbunden, während in einer zweiten Position des elektromagnetischen Ventils die Einspritzöffnung mit ei ner Niederdruck-Rücklaufleitung verbunden ist und die Leitung von dem Kraftstoffspeicher an dem elektromagnetischen Ventil dicht abge schlossen wird. Das elektromagnetische Ventil ist während einer Ein spritzung in seiner ersten Position und zwischen zwei Einspritzungen eines Einspritzventils in seiner zweiten Position, so daß während ei ner Einspritzung der hohe Druck des Kraftstoffspeichers ohne nennens werte Drosselung durch das elektromagnetischen Ventil an der Ein spritzöffnung verfügbar ist, und der gewünschte Einspritzstrahl oder die gewünschte Zerstäubung des Kraftstoffs nicht durch Druckverluste beeinträchtigt ist, wohingegen zwischen zwei Einspritzungen eines Ein spritzventils das elektromagnetische Ventil in seiner zweiten Position ist, so daß die Einspritzöffnung im Einspritzventil mit der Niederdruck- Rücklaufleitung verbunden ist, und der verbliebene Kraft stoff vor der Einspritzöffnung keinen nennenswerten Druck auf die Ven tilglieder des Einspritzventils ausübt, so daß eine genaue Dosierung des in die Brennräume geförderten Kraftstoffs und damit eine ver besserte Leistung und verminderte Schadstoffemission der Brennkraft maschine erreicht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zur wei teren Verminderung der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine die Einspritzöffnungen der Einspritzventile jeweils mit einem Wasserzulauf verbunden. Wasser kann zwischen den Einspritzungen bei relativ nie drigem Druck mit einer kostengünstigen Pumpe in die Einspritzventile gefördert werden, da nur das Druckniveau der mit den Einspritz öffnungen verbundenen Niederdruck-Rücklaufleitungen überwunden werden muß. Das Wasser gelangt mit dem hohen Druck, der an der Einspritzöff nung anliegt, wenn das elektromagnetische Ventil in seiner ersten Po sition ist und die Verbindung von der Einspritzöffnung zum Kraftstoff speicher herstellt, in den Brennraum der Brennkraftmaschine, und kann zur Absenkung der NOx- und Rußemissionen beitragen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels be schrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Einspritzventil eines Common Rail Systems gemäß der Erfindung.

Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritz ventil 1 eines Common Rail Systems (nicht dargestellt) während eines Einspritzvorgangs dar. Das Einspritzventil 1 ist eines von mehreren (nicht dargestellt) einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), insbesondere eines Dieselmotors. Von einem Kraftstoff speicher (nicht dargestellt), in dem der Kraftstoff bei hohem Druck p1, z. B. p1 = 1200-1500 bar, gespeichert ist, führt eine Leitung 2 zu dem Einspritzventil 1.

Das Einspritzventil 1 weist ein Gehäuse 3 mit einer Einspritzöffnung 4 und ein Ventilglied 5 zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung 4 auf. Das Ventilglied 5 ist über eine Feder 6 und einen Kolben 7 mit einem Steuerraum 8 in einem Zylinder 9 verbunden. Feder 6 stützt sich am Gehäuse 3 ab, dient zur Führung des Kolbens 7 und drückt das Ven tilglied 5 gegen die Einspritzöffnung 4, wenn der Kraftstoffdruck aus fällt. Von dem Steuerraum 8 geht eine Leitung 10 mit einer Drossel 13 ab, deren Querschnitt von einem elektromagnetischen 2/2 Wege-Ventil 11 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Steuerraum 8 ist über eine Leitung 12 und eine Drossel 13 mit der Leitung 2 verbunden.

Leitung 2 mündet in ein elektromagnetisches 3/2 Wege-Ventil 14, von dem eine Leitung 15 zu einem ringförmigen Raum 16 im Einspritzventil 1 führt, der mit der Einspritzöffnung 4 des Einspritzventils 1 verbunden ist. Eine Niederdruck-Rücklaufleitung 17 mit einem Druck p0, z. B. p0 = 2,5 bar, ist an das elektromagnetische 3/2 Wege-Ventil 14 ange schlossen und enthält ein Rückschlagventil 21.

Eine Pumpe 18 fördert über eine Leitung 19 von einem Reservoir (nicht dargestellt) Wasser zu der Einspritzöffnung 4 des Einspritzventils 1. Zwischen Pumpe 18 und Einspritzöffnung 4 ist ein Rückschlagventil 20 in der Leitung 19 angeordnet. Die Pumpe 18 erzeugt einen Druck p2, z. B. p2 = 4 bar in der Leitung 19, der etwas über dem Druck p0 liegt.

Eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) betätigt das elektro magnetische 3/2 Wege-Ventil 14 und das elektromagnetische 2/2 Wege- Ventil 11, so daß deren Bewegungen aufeinander abgestimmt sind, ins besondere das elektromagnetische 3/2 Wege-Ventil 14 in einer ersten Position gehalten ist, bei der die Leitung 2 mit der Leitung 15 ver bunden ist, wenn das elektromagnetische 2/2 Wege-Ventil 11 den Quer schnitt der Leitung 10 freigibt, und das elektromagnetische 3/2 Wege- Ventil 14 in einer zweiten Position gehalten ist, bei der die Leitung 2 mit der Niederdruck-Rücklaufleitung 17 verbunden ist, wenn das elek tromagnetische 2/2 Wege-Ventil 11 den Querschnitt der Leitung 10 schließt.

Verfahren zum Betrieb des Einspritzventils

Kraftstoff ist beim Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich mit dem hohen Druck p1 in der Leitung 2 vorrätig. Der hohe Druck p1 wirkt über die Leitung 12 auch im Steuerraum 8 und drückt das Ventilglied 5 auf die Einspritzöffnung 4, solange das 2/2 Wege-Ventil 11 den Quer schnitt der Leitung 10 geschlossen hält.

Bei geschlossener Einspritzöffnung 4 ist erfindungsgemäß das elek tromagnetische 3/2 Wege-Ventil 14 in einer zweiten Position, in der die Leitung 15 mit der Niederdruck-Rücklaufleitung 17 verbunden ist, so daß vor der Einspritzöffnung 4 der Druck p0 der Niederdruck-Rück laufleitung 17, z. B. p0 = 2,5 bar, anliegt. Wasser kann aus der mit dem Druck p2 = 4 bar beaufschlagten Leitung 19 in das Einspritzventil 1 vor die geschlossene Einspritzöffnung 4 gefördert werden.

Gibt das 2/2 Ventil 11 den Querschnitt der Leitung 10 frei, fällt der Druck im Steuerraum 8 ab. Das elektromagnetische 3/2 Wege-Ventil 14 geht in eine erste Position und stellt die Verbindung zwischen Leitung 2 und Leitung 15 her, so daß der hohe Druck p1 von z. B. p1 = 1200-1500 bar im ringförmigen Raum 16 und vor der Einspritzöffnung 4 anliegt. Der Druck p1 wirkt auf Differenzflächen 22, 23 am Ventilglied 5 im Raum 16 und an der Einspritzöffnung 4, so daß sich das Ventilglied 5 von der Einspritzöffnung 4 abhebt und die Einspritzung des Kraftstoff- Wassergemisches freigibt.

Bei Beendigung des Einspritzvorgangs schließt das 2/2 Wege-Ventil 11 den Querschnitt der Leitung 10 und der Druck im Steuerraum 8 steigt an auf p1. Das elektromagnetische 3/2 Wege-Ventil 14 geht in seine zweite Position, so daß der Druck im Einspritzventil 1 wieder auf den Druck p0 in der Niederdruck-Rücklaufleitung 17 fällt, und der Druck im Steu erraum 8 den Druck auf die Differenzflächen 22, 23 bei weitem über wiegt, und das Ventilglied 5 die Einspritzöffnung 4 ohne Nachfedern und Nachtropfen schließt.

Claims

1. Einspritzsystem zur intermittierenden Kraftstoffzufuhr in Brennräume einer Brennkraftmaschine mit einer kontinuierlich Kraftstoff in einen Kraftstoff speicher fördernden Pumpe, Einspritzleitungen, die von dem Kraftstoffspeicher zu Einspritzöffnungen in Einspritzventilen führen, wobei die Einspritzventile jeweils in einem Gehäuse ein Ventilglied aufweisen, das in Richtung einer Längsachse des Einspritzventils beweglich ist und mit dem Gehäuse einen Steuerraum bildet, um die Einspritzöffnung freizugeben, wenn in dem Steuer raum ein reduzierter Druck anliegt, und die Einspritzöffnung zu verschließen, wenn in dem Steuerraum ein hoher Druck p1 anliegt, wobei ein erstes elek tromagnetisches Ventil eine Auslaßleitung (10) des Steuerraums (8) zur Be stimmung des Druckes im Steuerraum (8) öffnet und schließt, dadurch gekenn zeichnet, daß ein zweites elektromagnetisches Ventil (14) in jeder Einspritzlei tung (2) enthalten ist, eine Rücklaufleitung (17) an jedes zweite elektromagne tische Ventil (14) angeschlossen ist und in einer ersten Position des zweiten elektromagnetischen Ventils (14) die Einspritzleitung (2) mit der Einspritzöff nung (4) in Verbindung steht, während in einer zweiten Position des zweiten elektromagnetischen Ventils (14) die Einspritzöffnung (4) mit der Rücklauflei tung (17) verbunden ist.

2. Einspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (18) über eine dritte Leitung (19) Wasser zu der Einspritzöffnung (4) des Ein spritzventils (1) fördert.

3. Einspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (18) einen Druck p2 in der dritten Leitung (19) erzeugt, der etwas über dem Druck p0 in der Rücklaufleitung (17) liegt.

4. Einspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer einrichtung das zweite elektromagnetische Ventil (14) und das erste elektro magnetische Ventil (11) betätigt und deren Bewegungen aufeinander abstimmt.

5. Einspritzsystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer einrichtung das zweite elektromagnetische Ventil (14) und das erste elektroma gnetische Ventil (11) so betätigt, daß das zweite elektromagnetische Ventil (14) in einer ersten Position gehalten ist, bei der die Einspritzleitung (2) mit einer vierten Leitung (15) verbunden ist, wenn das erste elektromagnetische Ventil (11) den Querschnitt der Auslaßleitung (10) freigibt, und das zweite elektromagne tische Ventil (14) in einer zweiten Position gehalten ist, bei der die Einspritzlei tung (2) mit der Rücklaufleitung (17) verbunden ist, wenn das erste elektroma gnetische Ventil (11) den Querschnitt der Auslaßleitung (10) schließt.