DE60216075T2

DE60216075T2 - Kraftstoffeinspritzanordnung

Info

Publication number: DE60216075T2
Application number: DE60216075T
Authority: DE
Inventors: Kai Lehtonen; David Jay
Original assignee: Wartsila Finland Oy
Current assignee: Wartsila Finland Oy
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: FI20011011A0; EP1387938B1; DK1387938T3; DE60216075D1; EP1387938A1; ATE345440T1; US7083126B2; FI114502B; FI20011011A; WO2002092994A1; US20040163625A1

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Hintergrund
Die Kraftstoffeinspritzung hat einen sehr großen Einfluss auf den Betrieb und die Verbrennung bei einem Dieselmotor. Die so genannte Common-Rail-Kraftstoffeinspritzung ist entwickelt worden, um die Steuerung der Verbrennung zu verbessern. Eines der Systeme dieser Gattung, das insbesondere bei großen Motoren Anwendung findet, ist in EP 959.245 offenbart.
Einer der Faktoren, die einen besonders großen Einfluss auf den Betrieb des Motors haben, ist die erfolgreiche Arbeit und Steuerung der Einspritzdüsen.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzanordnung zu schaffen, in deren Folge die Arbeit der Common-Rail-Einspritzung zuverlässig ist und die Gefahr einer Undichtigkeit der Einspritzdüsen zur Brennkammer hin minimiert werden kann.
Die Aufgaben der Erfindung können in der Weise gelöst werden, die detaillierter in Anspruch 1 und den weiteren Ansprüchen beschrieben ist.
Die Kraftstoffeinspritzanordnung gemäß der Erfindung umfasst:

– eine Kraftstoffquelle und eine mit dieser verbundene Kraftstoffdüse, wobei die Kraftstoffdüse eine Kraftstoffkammer und eine Nadelventilanordnung in Verbindung mit der Kraftstoffkammer zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und eine Anordnung zur Bewirkung einer Kraftwirkung an dem Ventil der Nadelventilanordnung in der Schließrichtung desselben aufweist,
– eine Kraftstoffsteueranordnung, durch deren unterschiedliche Schaltstellungen die Kraftstoffströmungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle und der Kraftstoffkammer der Kraftstoffdüse sowie zwischen der Kraftstoffquelle und der Anordnung zur Bewirkung einer Kraftwirkung verbunden werden kann, wobei die Kraftstoffsteueranordnung in der Einspritzanordnung eine mechanische Krafteinheit aufweist, um ihre Schaltstellungen zu ändern.

Die Kraftstoffsteueranordnung weist vorteilhafterweise ein Ventilelement auf, wobei die Stellung des Schafts desselben den Arbeitszustand der Einspritzanordnung bestimmt. Es ist eine mechanische Krafteinheit vorgesehen, die mit dem Schaft verbunden ist und mittels der der Schaft zwischen der ersten Stellung, in der das Ventilelement die Strömungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle und der Kraftstoffkammer der Nadelventilanordnung verschließt und die Kraftstoffkammer der Nadelventilanordnung mit einem Raum verbindet, der eine Herabsetzung seines Drucks gestattet, und einer zweiten Stellung verschiebbar ist, in der eine Strömungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle und der Kraftstoffkammer der Nadelventilanordnung besteht. Erfindungsgemäß weist der Schaft zwischen der ersten und der zweiten Stellung eine Zwischenstellung auf, in der die Kraftstoffströmungsverbindung von der Kraftstoffquelle mit der Anordnung zur Bewirkung einer Kraftwirkung an dem Ventil der Nadelventilanordnung verbunden ist.
Die mechanische Krafteinheit weist eine Schaftanordnung auf, die durch elektrischen Strom verschiebbar ist und mit dem Schaft der Ventilanordnung verbunden ist. Die mechanische Krafteinheit weist weiter eine Federanordnung oder dergleichen auf, die den Schaft des Ventilelements einer Kraft aussetzt, die bestrebt ist, diesen in einer Richtung zu bewegen, die die Nadelventilanordnung öffnet.
Offenbarung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 schematisch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanordnung in der ersten Stellung,
2 schematisch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanordnung in der Zwischenstellung und
3 schematisch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanordnung in der zweiten Stellung.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Kraftstoffeinspritzanordnung. Die Anordnung weist einen Common-Rail-Speicher 2 als Kraftstoffquelle auf. Der Kraftstoff im Common-Rail-Speicher befindet sich bereits in einem unter Druck gesetzten Zustand, um in die Brennkammer des Motors durch eine Kraftstoffdüse 3 hindurch eingespritzt werden. Die Kraftstoffdüse 3 weist eine Kraftstoffammer 4 auf, von der aus Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt wird und in Verbindung mit der die Düse angebracht ist (in der Figur nicht dargestellt). Die Kraftstoffdüse weist auch eine Nadelventilanordnung 5 zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung auf. An der Kraftstoffdüse angebracht ist eine Anordnung 6 zur Bewirkung einer Kraftwirkung auf das Ventil der Nadelventilanordnung in deren Schließrichtung vorgesehen. Diese Anordnung 6 weist eine Kolbeneinheit 6' auf, mittels der die das Nadelventil schließende Kraft auf dieses gerichtet werden kann.
Die Anordnung weist weiter eine Kraftstoffsteueranordnung 7 auf, mittels der die Kraftstoffströmungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle 2 und der Brennkammer 4 der Kraftstoffdüse 3 sowie zwischen der Kraftstoffquelle 2 und der Anordnung 6 zur Bewirkung der Kraftwirkung verbunden werden kann. Bei dieser Anordnung kann zwischen dem EIN- und dem AUS-Schalten der Kraftstoffzuführung eine Kraft auf die Nadelventilanordnung in deren Schließrichtung gerichtet werden, in welchem Fall das Schließen der Nadel nach der Einspritzung gewährleistet ist. Diese Lösung besitzt auch weitere Vorteile, die aus der nachfolgenden Beschreibung der Kraftstoffsteueranordnung 7 ersichtlich sind.
Die Steueranordnung 7 weist ein Ventilelement auf, dessen Schaft 8 so angeordnet ist, dass er sich in der Richtung seiner Längsachse im Körper des Ventilelements 14 bewegt. Der Schaft 8 und der Körper 14 bilden zusammen zwei Sitzflächen 9 und 10, die drei Kraftstoffräume 11, 12 und 13 des Ventilelements voneinander trennen. In der ersten Stellung des Schafts schließt der Schaft 8 des Ventilelements die Strömungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle 2 und der Nadelventilanordnung 5, und verbindet er die Kraftstoffkammer 4 der Nadelventilanordnung 5 mit einem Raum, der die Herabsetzung seines Drucks 15 gestattet. Diese Situation ist in 1 dargestellt. Der Common-Rail- Speicher 2 ist über einen Kanal 2' mit dem Kraftstoffraum 11 der Steueranordnung 7 verbunden, der in dieser Stellung des Schafts gegenüber dem Kraftstoffraum 12 durch eine Sitzfläche 9 geschlossen ist. Ein Verbindungskanal 12' ist von dem Kraftstoffraum 12 aus zur Kraftstoffkammer 4 des Ventilelements hin angeordnet. Der Kraftstoffraum 12 ist in dieser Stellung des Schafts 8 noch über eine offene Sitzfläche 10 mit dem Kraftstoffraum 13 verbunden, der mit dem Kolbeneinheitsraum 6' verbunden ist. Des Weiteren gibt es eine Verbindung von dem Kolbeneinheitsraum 6' aus zum Raum 15 hin über einen Kanal 13''. Der Kanal 13'' ist vorteilhafterweise mit einem Drosselelement 13''' ausgestattet, um die Strömung einzuschränken bzw. zu drosseln.
Zur Steuerung der Stellung des Schafts 8 des Ventilelements ist eine mechanische Krafteinheit 16, 17 vorgesehen, die eine Schaftanordnung 16, die durch elektrischen Strom verschiebbar ist und an dem ersten Ende des Schafts 8 angebracht ist, und eine Federanordnung 17 aufweist, die an dem gegenüberliegenden zweiten Ende des Schafts 8 angebracht ist. Durch die Wechselwirkung der durch den elektrischen Strom verschiebbaren Schaftanordnung 16 und der Federanordnung 17 kann der Schaft 8 in zwei unterschiedlichen Stellungen und in einer Zwischenstellung angeordnet werden. Die erste Stellung des Schafts 8 ist in 1 dargestellt. In dieser Stellung ist die Zuführung vom Common-Rail-Speicher 2 aus geschlossen, und ist die Kraftstoffkammer 4 mit dem Raum 15 über die Kraftstoffräume 12 und 13 sowie über die Kolbeneinheit 6' verbunden, um den Druck der Kraftstoffkammer 4 herabzusetzen. Dies bedeutet, dass die Nadelventilanordnung 5 geschlossen ist
Die Zwischenstellung der Steueranordnung 7, in der die Kraftstoffströmungsverbindung mit der Anordnung 6 zur Bewirkung der Kraftwirkung verbunden ist, ist in 2 dargestellt. Mittels einer mechanischen Krafteinheit 16 ist eine solche Kraft gegen die Kraft der Feder 17 aufgebracht worden, dass der Schaft 8 zu der in 2 dargestellten Stellung verschoben ist. Folglich ist diese Stellung die Zwischenstellung des Schafts vor der dritten Stellung oder vor der ersten Stellung, jeweils abhängig von jeder Bewegungsrichtung des Schafts. In der in 2 dargestellten Zwischenstellung befindet sich der Schaft 8 in einer solchen Stellung, dass die beiden Sitzflächen 9 und 10 offen sind, in welchem Fall der Druck des Common-Rail-Speichers 2 eine Wirkung auf die Ventilnadel und deren obere Seite durch die Kolbeneinheit 6' sowie auf deren untere Seite in der Kraftstoffkammer 4 hat. Dies stellt sicher, dass die Nadel vor der Einspritzung geschlossen bleibt. In dieser Situation strömt etwas Kraftstoff aus dem System durch den Kanal 13'' aus, jedoch ist die Drosselung 13''' derart gewählt worden, dass diese Menge nicht übermäßig groß ist.
3 zeigt eine Situation, bei der die Kraftstoffeinspritzung in Betrieb ist. Jetzt befindet sich der Schaft 8 in einer Stellung, bei der die Sitzfläche 10 geschlossen ist, jedoch die Sitzfläche 9 offen ist. Dies bedeutet, dass der Common-Rail-Speicher 2 über den Kraftstoffraum 12 mit der Kraftstoffkammer 4 in Verbindung steht, und, wenn die Sitzfläche 10 gleichzeitig geschlossen wird, kann der Druck in der Kolbeneinheit 6' absinken, wenn er mit dem Raum 15 über den Kanal 13" in Verbindung steht. Wenn die Einspritzung angehalten werden soll, wird der Schaft 8 durch die in 2 dargestellte Stellung hindurch in die in 1 dargestellte Stellung verschoben, was durch die Krafteinheit 16 unterstützt wird. Unter anderem sorgt dies für eine zuverlässige Schließung der Ventilnadel als Folge des Hochdrucks des Common-Rail-Speichers, der in die Kolbeneinheit 6' eingeführt wird.
Die Anordnung weist auch ein Ventil 19 mit einem konstanten Druck auf, mittels dessen der an der Kolbeneinheit 6' wirkende Druck auf einem bestimmten Niveau gehalten wird. Durch mechanische Veränderung der Stellung des Schafts 8 wird die Möglichkeit, dass der Schaft 8 hängen bleibt, minimiert, jedoch schließt sich, wenn der Schaft 8 in der Zwischenstellung verbleibt, die Nadelventilanordnung 5, da der Druck des Common-Rail-Speichers 2 auch einen das Ventil schließenden Einfluss über die Kolbeneinheit 6' hat. Auf diese Weise findet kein Austritt von Kraftstoff aus der Nadelventilanordnung in den Motorzylinder statt. Die Anordnung weist auch die Kanäle 18 und 18' zur Abgabe des Kraftstoffs aus den Räumen auf, die zwischen dem Enden des Körper und dem Schaft verbleiben.

Claims

Kraftstoffeinspritzanordnung (1), mit: – einer Kraftstoffquelle (2) und einer mit dieser verbundenen Kraftstoffdüse (3), die eine Kraftstoffkammer (4) und eine Nadelventilanordnung (5) in Verbindung mit der Kraftstoffkammer zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und eine Anordnung (6) zur Bewirkung einer Kraftwirkung an dem Ventil der Nadelventilanordnung in der Schließrichtung desselben aufweist, – einer Kraftstoffsteueranordnung (7), durch deren unterschiedliche Schaltstellungen die Kraftstoffströmungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle (2) und der Kraftstoffkammer (4) der Kraftstoffdüse sowie zwischen der Kraftstoffquelle (2) und der Anordnung (6) zur Bewirkung einer Kraftwirkung verbunden werden kann, wobei die Kraftstoffsteueranordnung (7) eine mechanische Krafteinheit (16, 17) aufweist, um ihre Schaltstellungen zu ändern.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffsteueranordnung (7) ein Ventilelement aufweist, wobei die Stellung des Schafts (8) desselben den Arbeitszustand der Einspritzungsanordnung bestimmt.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Krafteinheit (16, 17) mit dem Schaft (8) des Ventilelements verbunden ist, mittels der der Schaft zwischen der ersten Stellung, in der das Ventilelement die Strömungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle (2) und der Kraftstoffkammer (4) der Nadelventilanordnung (5) schließt und die Kraftstoffkammer (4) der Nadelventilanordnung mit einem Raum (15) verbindet, der eine Herabsetzung seines Drucks gestattet, und der zweiten Stellung verschiebbar ist, in der eine Strömungsverbindung zwischen der Kraftstoffquelle (2) und der Kraftstoffkammer (4) der Nadelventilanordnung besteht.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Stellung der Schaft (8) eine Zwischenstellung besitzt, in der die Kraftstoffströmungsverbindung von der Kraftstoffquelle (2) aus zu der Anordnung (6) zur Bewirkung einer Kraftwirkung hin an dem Ventil der Nadelventilanordnung verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch, gekennzeichnet, dass die mechanische Krafteinheit (16, 17) aus seiner Schaftanordnung (16) besteht, die durch elektrischen Strom verschiebbar ist und die mit dem Schaft (8) des Ventilelements verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Krafteinheit weiter eine Federanordnung (17) oder dergleichen aufweist, die eine Kraft an dem Ventilelement ausübt und bestrebt ist, dieses in einer Richtung zu verschieben, die die Nadelventilanordnung öffnet.