DE4445980C2

DE4445980C2 - Einspritzsystem

Info

Publication number: DE4445980C2
Application number: DE4445980A
Authority: DE
Inventors: Werner Remmels; Uwe Breidenbach
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: L Orange 70435 Stuttgart De GmbH
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: DE4445980A1; US5651346A

Description

Es ist bekannt, zur Reduktion von Ruß- und Stickoxiden im Abgas einer Dieselbrennkraftmaschine zusammen mit dem Kraftstoff auch Wasser in die Zylinder einzuspritzen.

Aus dem Aufsatz von Gerhard Lehner, "Dieseleinspritzung für Großmotoren", in der MTZ Motortechnischen Zeitschrift 55 (1994) 9, Seiten 502, 511 und 512 ist ein Speichereinspritzsystem bekannt. Der dort verwendete Einspritzinjektor ist mit einer federbelasteten Düsennadel ausgebildet. Für die Einspritzung wird von einem Magnetventil ein Durchgang freigegeben, der den Druckspeicher mit einem zu den Spritzlöchern führenden Kraftstoffkanal im Düsenkörper verbindet. Der an Radialflächen der Düsennadel wirkende Kraftstoffdruck hebt die Düsennadel von ihrem Sitz im Injektorkörper ab, wodurch die Spritzlöcher freigegeben werden. In den Spritzpausen ist die Düsennadel nicht mit dem Speicherdruck, sondern mit dem Standdruck belastet, der von der Steifigkeit der Feder abhängt, die die Düsennadel gegen ihren Sitz im Injektorkörper drängt. Da für korrekte Funktion die Steifigkeit der Feder hoch ist, ist auch der Standdruck in den Einspritzpausen nicht eben niedrig.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 43 41 739 C1 geht ein Speichereinspritzsystem als bekannt hervor, dessen Düsennadel hydraulisch gesteuert ist. Der hohe Druck des Kraftstoffspeichers wirkt in einem Steuerraum mit einem Kolben, der mit der Düsennadel verbunden ist, und hält die Düsennadel in den Einspritzpausen in geschlossener Stellung. Zugleich ist in den Einspritzpausen ein mit den Spritzlöchern in Verbindung stehender Ringraum an der Düsennadel über ein weiteres elektromagnetisches Ventil mit einer Rücklaufleitung verbunden. Da aus diesem Grund vor den Spritzlöchern der Kraftstoffdruck sehr niedrig ist, kann zwischen den Einspritzungen mit relativ niedrigem Druck Wasser vor die Spritzlöcher gefördert werden. Zur Auslösung der Einspritzung sind die erwähnten Magnetventile jeweils umzuschalten, wobei der Steuerraum druckentlastet wird und der Ringraum vor den Spritzlöchern mit dem Kraftstoffspeicher verbunden wird.

In der DE 29 09 307 C2, die als am nächsten kommender Stand der Technik anzusehen ist, ist ein Einspritzsystem dargestellt, das sich zur Steuerung der Einspritzung eines elektromagnetischen 3/2-Steuerventils bedient. In einer ersten Schaltstellung verbindet das Steuerventil einen Druckspeicher mit einem Kraftstoffkanal im Injektor, der mit einem vor den Spritzlöchern gelegenen Ringraum an der Düsennadel kommuniziert. In einer zweiten Schaltstellung verbindet das Steuerventil den erwähnten Kraftstoffkanal mit einer Rücklaufleitung, wodurch die Einspritzung beendet wird und zugleich der Kraftstoffdruck im Injektor auf den in der Rücklaufleitung herrschenden Druck abgesenkt wird. Für das Steuerventil ist als konstruktive Ausführungsform ein Steuerschieber offenbart. Eine Wassereinspritzung ist bei diesem Einspritzsystem nicht vorgesehen.

Die DE 39 28 611 A1 zeigt einen Injektor für Dieselmotoren, in dem zwischen den einzelnen Einspritzzyklen Wasser im Kraftstoff eingelagert werden kann. Der Zusatz von Zusatzflüssigkeit im Dieselkraftstoff erfolgt im Bereich des Düsennadelsitzes wo ein Kanal für Kraftstoff und ein Kanal für die Zusatzflüssigkeit miteinander in Verbindung stehen. Zur Zuführung des Wassers muß der Standdruck, der in den Einspritzpausen im Injektor anliegt, überwunden werden. Das Einspritzsystem bedient sich einer herkömmlichen Einspritzpumpe zur Einspritzung. Einen Hinweis auf die Lösung der bei Druckspeichereinspritzsystemen im Zusammenhang mit der Wassereinspritzung aufgrund des permanent im Druckspeicher und in der Einspritzleitung anstehenden hohen Kraftstoffdrucks bestehenden Problematik ist aus dieser Schrift nicht zu entnehmen.

Die DE-AS 10 25 693 zeigt eine Ausführungsform eines 3/2-Wegeventils, wie es aus dem Bereich der Hydraulik bekannt ist. Das Ventilgehäuse besitzt zwei Ventilsitze, die mit einem axial in zwei Schaltstellungen verfahrbaren Betätigungsglied zusammenwirken, um jeweils einen von zwei Anschlüssen mit einem dritten Anschluß zu verbinden. In dieser Anordnung der Anschlüsse ist das Ventil zur Steuerung der Einspritzung bei einem Druckspeichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit Druckabsenkung in den Einspritzpausen und Wasservorlagerung nicht zu gebrauchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speichereinspritzsystem mit in einem Injektor angeordneten Steuerventil aufzuzeigen, das es in konstruktiv und schaltungstechnisch besonders einfacher Weise ermöglicht, die Einspritzung zu steuern und in den Einspritzpausen den im Injektor anstehenden Druck auf das Niveau in einer Rücklaufleitung abzusenken, um eine Wasservorlagerung bei niedrigem Druck zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder 2 aufgeführten Merkmale gelöst. Zur Steuerung der Einspritzung und zur Absenkung des Kraftstoffdrucks auf Werte unterhalb des der Federsteifigkeit entsprechenden Standdrucks genügt ein einziges Steuerventil für zwei Schaltstellungen. In einer ersten Schaltstellung wird in bekannter Weise ein vor den Spritzlöchern gelegener Ringraum an der Düsennadel über einen Kraftstoffkanal im Injektorkörper mit einer mit dem Kraftstoffspeicher verbundenen Einspritzleitung verbunden. Hierzu wird ein entsprechender erster Durchgang freigegeben. In der zweiten Schaltstellung, wenn der erwähnte Durchgang geschlossen ist, wird stattdessen ein zweiter Durchgang freigegeben, der den Kraftstoffkanal, der vor die Spritzlöcher führt, mit einer Rücklaufleitung verbindet. Die Unteransprüche geben hierzu zweckmäßige Ausgestaltungen des Steuerventils an.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und wird im folgenden näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Einspritzinjektors eines Common-Rail- Systems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine fragmentarische. Ansicht des Einspritzinjektors, mit einer weiteren Möglichkeit zur Ausbildung des Durchgangs zur Rücklaufleitung.

Der in der Fig. 1 dargestellte Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine ist über eine Einspritzleitung 16 und einen Zwischenspeicher 13 mit einem Kraftstoffspeicher 14 verbunden, in den von einer Kraftstoffpumpe 15 aus einem Vorratsbehälter 12 Kraftstoff mit hohem Druck gefördert wird. Im Injektorkörper 1 des Einspritzinjektors ist eine gegen die Kraft einer Feder 6 in Längsrichtung des Einspritzinjektors verschiebbare Düsennadel 2 angeordnet, die in der dargestellten Lage Spritzlöcher 4 im Injektorkörper 1 verschließt. Bei Beaufschlagung von Radialflächen der Düsennadel 2 mit dem im Kraftstoffspeicher 14 herrschenden Kraftstoffdruck hebt die Düsennadel 2 von ihrem Sitz im Injektorkörper 1 ab und gibt die Spritzlöcher 4 für eine Einspritzung frei. Die Steuerung der Einspritzung erfolgt durch ein Steuerventil 8, das zwei Schaltstellungen einnehmen kann. In der dargestellten Schaltstellung erfolgt keine Einspritzung. Das Steuerventil 8 wird durch eine Feder 19 zwischen zwei mit dem Steuerventil bzw. dem Injektorkörper verbundenen Ringscheiben 18, 20 in einem Sitz 17 gehalten, der aus Absätzen an Steuerventil und Injektorkörper gebildet wird. In dieser ersten Schaltstellung ist ein am Steuerventil 8 gelegener Ringraum 9, in den ein Kraftstoffkanal 5 mündet, über einen Durchgang mit einer Rücklaufleitung 11 verbunden. Der Durchgang wird von Absätzen eines offenen zweiten Sitzes 10 gebildet. Aufgrund dieser Verbindung des Kraftstoffkanals 5 mit der Rücklaufleitung 11 kann der Kraftstoffdruck im Kraftstoffkanal 5 auf annähernd den Umgebungsdruck abgesenkt werden. Dadurch ist es möglich, durch eine Pumpe 23 über eine Leitung 25 und ein Rückschlagventil 24 Wasser in den Ringkanal 3 vor die Spritzlöcher 4 mit niedrigem Druck zu fördern. Der durch die Förderung von Wasser verdrängte Kraftstoff fließt über die Rücklaufleitung 11 in den Vorratsbehälter 12 ab. Bei der Einspritzung wird das dermaßen vor den Spritzlöchern 4 gelagerte Wasser zusammen mit Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Zur Einspritzung wird ein Magnet 22 des Einspritzinjektors bestromt, und dadurch die Ventilplatte 21 und damit das gesamte Steuerventil 8 nach oben gezogen, bis die den zweiten Sitz 10 bildenden Absätze an Steuerventil und Injektorkörper sich in Anlage aneinander befinden. In dieser Schaltstellung kann kein Kraftstoff aus dem Ringraum 9 in die Rücklaufleitung 11 abfließen. Statt dessen fließt hoch verdichteter Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 14 über den nun offenen Sitz 17 und den Ringraum 9 in den Kraftstoffkanal 5 vor die Spritzlöcher 4. Durch den zunehmenden Druck wird die Düsennadel gegen die Feder 6 aufgeschoben. Die Einspritzung beginnt. Nach dem Entstromen des Magneten 22 schließt das Steuerventil 8 durch die Federkraft den Sitz 17, so daß Kraftstoff nur noch eingespritzt wird, bis im Kraftstoffkanal 5 der Druck unter den Öffnungsdruck der Feder 6 abgesunken ist. Da nun der Sitz 10 wieder offen ist, sinkt der Kraftstoffdruck im Kraftstoffkanal weiter ab, bis auf den in der Rücklaufleitung 11 herrschenden Druck.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der in Fig. 1 dargestellten Einspritzdüse. Jedoch ist hier der untere Teil des Steuerventils 8 in anderer Weise ausgebildet. Der untere Sitz 10 wird von einer oberen radialen Fläche an einem Bund 32 gebildet. Ein weiterer Bund 33 bildet zusammen mit zylindrischen Flächen des Injektorkörpers eine Führung. Von der Führungsfläche geht eine Bohrung 31 aus, die über eine weitere Bohrung 30 mit der Rücklaufleitung 11 verbunden ist. In der dargestellten Stellung fließt überschüssiger Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal 5 in die Rücklaufleitung 11 ab. Bei der Einspritzung liegt das Steuerventil in den Sitzflächen des Sitzes 10 an, wobei zugleich die Bohrung 31 von der Umfangsfläche des Bundes 33 überdeckt ist und demnach über die Bohrung 31 kein Kraftstoff abfließen kann.

Claims

1. Einspritzsystem zur intermittierenden Kraftstoffzufuhr in Brennräume einer Brennkraftmaschine, mit einer kontinuierlich Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördernden Pumpe, mit Einspritzleitungen, die den Kraftstoffspeicher mit Einspritzinjektoren verbinden, die in einem Injektorkörper jeweils eine in Längsrichtung des Einspritzinjektors verschiebbare, in den Einspritzpausen durch eine Feder auf ihrem Sitz im Injektorkörper gehaltene Düsennadel enthalten, die bei Beaufschlagung von Radialflächen mit dem Speicherdruck von ihrem Sitz im Injektorkörper abhebt und Spritzlöcher freigibt, wobei die Steuerung der Einspritzung durch ein Steuerventil für zwei Schaltstellungen erfolgt, das in einer Schaltstellung zur Einspritzung einen Durchgang freigibt, der einen mit den Spritzlöchern in Verbindung stehenden Kraftstoffkanal im Injektorkörper mit einer Einspritzleitung verbindet, und das in einer weiteren Schaltstellung in den Einspritzpausen den Durchgang verschließt, ferner mit einer Rücklaufleitung (11), die mit dem Kraftstoffkanal (5) in den Einspritzpausen durch einen vom Steuerventil (8) aufgesteuerten Durchgang verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einspritzpausen eine Pumpe (23) über eine Leitung (25) Wasser vor die Spritzlöcher (4) fördert, daß das Steuerventil (8) zwischen zwei durch Sitze (17 und 10) am Steuerventil (8) und Injektorkörper (1) gebildeten Schaltstellungen hin und her verschiebbar ist, daß das Steuerventil (8) mit einem zwischen den Sitzen (17 und 10) liegenden Teil ausgebildet ist, der von einem Ringraum (9) umgeben ist, der mit dem Kraftstoffkanal (5) verbunden ist, daß bei der Einspritzung die auseinanderliegenden Sitzflächen des auf der einen Seite des Ringraums (9) liegenden Sitzes (17) einen Durchgang bilden, der die Einspritzleitung (16) mit dem Ringraum (9) verbindet, während die auf der gegenüberliegenden Seite des Ringraums (9) aneinander anliegenden Sitzflächen des Sitzes (10) den Ringraum (9) gegen einen mit der Rücklaufleitung (11) verbundenen Raum abdichten, und daß in den Einspritzpausen das Steuerventil (8) im Sitz (17) anliegt, während die Sitzflächen des Sitzes (10) auseinanderliegen und so einen Durchgang vom Ringraum (9) zur Rücklaufleitung (11) bilden.

2. Einspritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (8) zwischen zwei durch Sitze (17 und 10) am Steuerventil (8) und Injektorkörper (1) gebildeten Schaltstellungen hin und her verschiebbar ist, daß das Steuerventil (8) mit einem Teil ausgebildet ist, das von einem Ringraum (9) umgeben ist, der mit dem Kraftstoffkanal (5) verbunden ist, daß bei der Einspritzung die auseinanderliegenden Sitzflächen des auf einer Seite des Ringraums (9) liegenden Sitzes (17) einen Durchgang bilden, der die Einspritzleitung (16) mit dem Ringraum (9) verbindet, während auf der dem Sitz (17) gegenüberliegenden Seite des Ringraums (9) das Steuerventil (8) mit einem Bund (33) verbunden ist, dessen Umfangsfläche eine in die Führung des Bundes (33) im Injektorkörper (1) austretende Bohrung (31) überdeckt, die mit der Rücklaufleitung (11) verbunden ist, und daß in den Einspritzpausen das Steuerventil (8) im Sitz (17) anliegt, der den Ringraum (9) gegen die Einspritzleitung (16) abdichtet, und daß die Bohrung (31) mit dem Ringraum (9) in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (8) als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist.