DE69602467T2

DE69602467T2 - Brennstoffsystem

Info

Publication number: DE69602467T2
Application number: DE69602467T
Authority: DE
Inventors: Alan Conway Green; John William Stevens
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1995-02-11
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: EP0726390B1; CZ38796A3; CZ285943B6; RO115553B1; US5711279A; GB9502671D0; JPH08240166A; KR960031783A; ES2133896T3; EP0726390A1; DE69602467D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für die Zufuhr von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine jener Art, welche eine über eine Nocke betätigte Kolbenpumpe mit einer Pumpenkammer, einen Auslaß aus der Pumpenkammer, eine mit dem Auslaß verbundene Kraftstoff-Einspritzdüse umfaßt, wobei die Düse ein durch den Kraftstoffdruck betätigtes Ventilelement aufweist, das auf elastische Weise auf eine geschlossene Position hin vorgespannt ist, in der es in einen Sitz eingreift, und welches geöffnet wird, um Kraftstoff durch einen Düsenauslaß strömen zu lassen, wenn der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer einen ausreichend hohen Wert erreicht, und ein Überlaufventil, das dazu dient, Kraftstoff aus der Pumpenkammer überlaufen zu lassen, um dadurch den darin vorhandenen Druck zu senken und ein Schließen des Ventilelements zu ermöglichen, um zu verhindern, daß weiterer Kraftstoff durch den Auslaß strömt.
Ein Beispiel eines solchen Systems ist eine sogenannte Einheit/Einspritzdüse, in der die Pumpe, die Düse und das Überlaufventil als eine einzige Einheit konstruiert sind. Dies ermöglicht die Entwicklung sehr hoher Kraftstoffdrücke, die vorteilhaft für die Verringerung des Schadstoffausstosses aus dem dazugehörigen Motor sind. Solche Vorteile können jedoch verlorengehen, wenn sich das Ventilelement an seinem Sitz nicht rasch schließt, wenn sich das Überlaufventil öffnet, um den Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer zu senken.
Es wurde vorgeschlagen, den überlaufenden Kraftstoff auf eine Oberfläche des Ventilelements zu richten, um das Schließen des Ventilelements durch das elastische Mittel zu unterstützen. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in US-A-4,475,515 zu sehen. Der Bereich des Endes des Ventilelements ist durch andere Konstruktionseinschränkungen, wie zum Beispiel die Leistung während des Öffnens des Ventilelements und Platzüberlegungen, fixiert. Als Ergebnis dessen muß der Druck im Saugraum sehr hoch sein, um Verbesserungen an den Ventilschließeigenschaften zu erzielen.
Gemäß der Erfindung umfaßt das elastische Mittel in einem System der angegebenen Art eine gewundene Druckfeder, deren eines Ende in einen Anschlag eingreift, der beweglich ist, um die Feder zusammenzudrücken, wenn das Ventilelement von dem Sitz wegbewegt wird, wobei das andere Ende der Feder in einen Kolben eingreift, der gleitend in einer Bohrung gelagert ist, wobei die Endfläche des Kolbens, die sich beim Öffnen des Überlaufventils fernab von der Feder befindet, dem Druck des Kraftstoffs ausgesetzt wird, der durch das Überlaufventil fließt, wodurch der Kolben verdrängt wird, um das Schließen des Ventilelements auf seinem Sitz zu erleichtern.
Beispiele für die Kraftstoffsysteme gemäß der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels des Systems ist, und
Fig. 2, 3 und 4 Modifikationen an Teilen des Systems zeigen, das in Fig. 1 dargestellt ist.
Bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen umfaßt das Kraftstoffsystem eine nockenbetätigte, hin- und herbewegliche Kolbenpumpe 10, ein Überlaufventil 11 und eine Kraftstoff-Einspritzdüse 12. In einer praktischen Anordnung sind diese drei Komponenten an einem gemeinsamen Körper befestigt.
Die Kolbenpumpe umfaßt eine zylindrische Bohrung 13, in welcher auf gleitende Weise ein Pumpkolben 14 befestigt ist. Der Kolben ist mittels einer gewundenen Druckfeder 15 aus der Bohrung nach außen hin vorgespannt und nach innen durch eine motorgetriebene Nocke 16 beweglich. Wie dargestellt, wirkt die Nocke 16 direkt auf den Kolben, aber in der Praxis ist eine Nockenstößelgruppe vorhanden, und der Kolben kann durch einen Schwinghebel betätigt werden. Das innere Ende der Bohrung stellt gemeinsam mit dem Ende des Pumpkolbens eine Pumpenkammer 9 dar, die einen Auslaß 18 besitzt, der mit einem Einlaß 19 der Kraftstoff-Einspritzdüse 12 verbunden ist.
Die Kraftstoff-Einspritzdüse umfaßt einen Düsenkörper 20, der ein sich nach innen öffnendes Ventilelement 21 beherbergt. Das Ventilelement wird mittels einer gewundenen Druckfeder 23, die in einer Kammer enthalten ist, die vom Blindende einer Bohrung 24 definiert wird, in Eingriff mit einem Sitz gedrückt, um zu verhindern, daß Kraftstoff vom Einlaß 19 zu einem Auslaß 22 oder einer Vielzahl an Auslässen fließt. Das Ventilelement 21 trägt einen Federanschlag 25, der durch eine zwischenliegende Beilagscheibe 26 in ein Ende der gewundenen Druckfeder 23 eingreift, und das gegenüberliegende Ende der Feder greift in einen scheibenähnlichen Kolben 27 ein, der gleitend in der Bohrung enthalten ist und mit dem Blindende der Bohrung in Anschlag gebracht werden kann. Der Kolben 27 ist mit einer zentralen Öffnung 34 ausgestattet, und die Bohrung 24 ist neben ihrem Blindende mit einem Auslaß 29 ausgestattet. Der Federanschlag 25 trägt eine Spindel 33, die sich sehr nahe zum Kolben hin erstreckt, die aber von diesem durch einen Abstand getrennt ist, der gleich ist wie die erforderliche Gesamtanhebung des Ventilelements. Die Spindel kann einstückig mit dem Anschlag ausgeführt sein, oder es kann sich bei ihr um ein getrenntes Bauteil handeln. Für gewöhnlich definiert das Ventilelement eine Fläche, gegen die der unter Druck stehende Kraftstoff am Einlaß 19 wirken kann, um das Ventilelement gegen die Wirkung der Feder vom Sitz weg zu heben. In diesem Beispiel wird das Ausmaß der Bewegung des Ventilelements weg von seinem Sitz durch die Anlagen der Spindel an den Kolben 27 begrenzt.
Das Überlaufventil 11 verfügt über einen Einlaß 40, der mit der Pumpenkammer verbunden ist, und einen Auslaß 41, der über einen Durchgang 28 mit dem Blindende der Bohrung 24 verbunden ist. Das Überlaufventil wird vorteilhafterweise durch ein Stellglied unter der Steuerung eines elektronischen Motorsteuerungssystems elektromagnetisch betätigt und umfaßt ein Ventilelement 40A, das von einer Feder zur offenen Position hin vorgespannt wird. Das Stellglied umfaßt einen Elektromagneten und einen Läufer, der an das Ventilelement 40A angekoppelt ist, und wenn der Elektromagnet erregt wird, bewegt der Läufer das Ventilelement in Eingriff mit einem Sitz, um das Ventil zu schließen.
Während des Betriebes wird Kraftstoff beim Auswärtshub des Pumpkolbens 14 über eine Einlaßöffnung 42, ein Rückschlagventil 43, durch das offene Überlaufventil 11 und den Auslaß 18 in die Pumpkammer 9 gesogen. Danach wird, wenn sich die Nocke dreht und der Nockenstößel in die voraneilende Flanke der Nockennase eingreift, ab der in Fig. 1 dargestellten Position der Nocke 16 eine nach innen gerichtete Bewegung auf den Kolben 14 übertragen. Durch eine solche Bewegung wird Kraftstoff durch den Auslaß 18 verdrängt, und zuerst fließt der Kraftstoff durch das geöffnete Überlaufventil 11 und über den Durchgang 28 und die Öffnung 34 zum Auslaß 29. Wenn eine Einspritzung erforderlich ist, wird das Überlaufventil geschlossen, und der Kraftstoff in der Pumpkammer 9 wird unter Druck gesetzt und fließt über die Öffnung 19 zur Kraftstoff-Einspritzdüse. Wenn der Druck einen vorherbestimmten Wert erreicht, wird das Ventilelement 21 der Düse von seinem Sitz abgehoben, um den Kraftstoff durch den Auslaß 22 fließen zu lassen. Dieser Durchfluß des Kraftstoffs hält solange an, wie der Pumpkolben von der Nocke nach innen bewegt wird, bis das Überlaufventil 11 geöffnet wird. Die Anhebung des Ventilelements 21 wird durch die Anlage der Spindel an dem Kolben begrenzt, was auch den Verschluß der Öffnung 34 bewirkt.
Wenn das Überlaufventil geöffnet wird, fließt Kraftstoff unter Druck zum inneren Ende der Bohrung 24, wo er von der geschlossenen Öffnung 34 gestaut wird. Dies bewirkt eine Verdrängung des Kolbens 27, der Spindel 33 und des Federanschlags, um das Schließen des Ventilelements zu unterstützen. Die Verdrängung des Kolbens ermöglicht dem übergelaufenen Kraftstoff, durch den Auslaß 29 zu entkommen, um weggeleitet zu werden. Als Ergebnis fällt der Druck des Kraftstoffs in der Pumpenkammer 9 ab, so daß die Kraft, welche das Ventilelement 21 der Düse in der geöffneten Position hält, verringert wird. Diese Verringerung der Kraft kombiniert mit der Kraft, die auf den Kolben 27 wirkt, führt zu einem raschen Schließen des Ventilelements 21 an seinem Sitz und daher zu einer raschen Beendigung des Kraftstofflusses durch den Auslaß 22. Der Kolben 27 wird danach durch die Wirkung der Feder wieder in Eingriff mit dem Ende der Bohrung gebracht.
Nun wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der eine sogenannte Zweistufen-Förderhöhe-Einspritzdüse dargestellt ist, deren Federanschlag 25 in ein Ende einer gewundenen Druckfeder 30 eingreift, welche das Ventilelement in die geschlossene Position vorspannt. Eine zweite gewundene Druckfeder 31 ist vorhanden, welche an einem Ende an einer Stufe in der Federkammer anliegt und an ihrem anderen Ende in einen beweglichen Anschlagring 32. Der Ring 32 wird in Anlage mit einer Stufe 45 vorgespannt, die am äußeren Ende der Kammer definiert ist, welche die Federn enthält. Der Federanschlag 25 ist so angeordnet, daß er nach einer vorherbestimmten Bewegung des Ventilelements weg von seinem Sitz in den Anschlagring eingreift. Während des Betriebes und bei geschlossenem Überlaufventil steigt daher der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer an, und wenn er einen Pegel erreicht, der von der Kraft, die von der Feder 30 ausgeübt wird, bestimmt wird, wird das Ventilelement von seinem Sitz hochgehoben, um einen beschränkten Durchfluß des Kraftstoffes durch den Auslaß oder die Auslässe 22 zu ermöglichen. Während der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer zunimmt, überwindet die vom Kraftstoffdruck auf das Ventilelement ausgeübte Kraft schließlich die Wirkung beider Federn, und das Ventilelement bewegt sich zu seiner vollständig geöffneten Position. So wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird der Kolben 27 durch den Druck des überlaufenden Kraftstoffs gedrückt, wenn das Überlaufventil 11 geöffnet wird, um eine Schließkraft auf das Ventilelement auszuüben, um eine rasche Bewegung des Ventilelements in Eingriff mit dem Sitz zu bewirken.
Fig. 3 zeigt eine Modifikation der in Fig. 2 gezeigten Anordnung, bei der ein Kolben 27 einen größeren Durchmesser aufweist und in beide Federn 30 und 31 eingreift. Diese Anordnung arbeitet auf ähnliche Weise wie jene, die in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn jedoch in diesem Fall das Überlaufventil geöffnet wird, wirkt der unter Druck in das Blindende der Federkammer eintretende Kraftstoff auf einen größeren Bereich des Kolbens. Dies führt zu einer größeren Kraft, welche das Schließen des Ventilelements 21 unterstützt. Der effektive Bereich, über dem der überlaufende Kraftstoff auf die Kolben wirkt, kann in allen Anordnungen so ausgewählt werden, daß die Verschlußkräfte, die auf das Ventilelement 21 wirken, so eingestellt werden, daß die Verschlußeigenschaften für die Leistung und die Lebensdauer des Düsensitzes optimiert werden.
Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist im wesentlichen dieselbe wie jene, die in Fig. 2 dargestellt ist, außer daß der Kolben nicht an der Öffnung 34 vorhanden ist, und der Auslaß 29, durch welchen der Kraftstoff aus der Federkammer entweicht, weggelassen ist. An seiner Stelle gibt es einen Abzweigungsdurchgang 35, der sich vom Durchgang 28 erstreckt. Die effektiven Größen des Durchgangs 35 und des Durchgangs 28 können entsprechend festgelegt werden, um die durch die Bewegung des Kolbens beim Öffnen des Überlaufventils geschaffene Unterstützung zu verändern. Diese Anordnung kann auch an der Anordnung mit dem größeren Kolben, die in Fig. 3 dargestellt ist, angewandt werden.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für die Zufuhr von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine über eine Nocke betätigte Kolbenpumpe (10) mit einer Pumpenkammer (9), einem Auslaß (18) aus der Pumpenkammer, eine Kraftstoff-Einspritzdüse (12), wobei die Düse ein durch den Kraftstoffdruck betätigtes Ventilelement (21) aufweist, ein Mittel (23), welches so angeordnet ist, daß es das Ventilelement (21) auf elastische Weise auf eine geschlossene Position hin vorspannt, in der es in einen Sitz eingreift, wobei das Ventilelement (21) so angeordnet ist, daß es vom Sitz hochgehoben wird, um einen Durchfluß des Kraftstoffs durch einen Düsenauslaß (22) zu ermöglichen, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb der Pumpenkammer (9) einen ausreichend hohen Wert erreicht, und ein Überlaufventil (11), das dazu dient, Kraftstoff aus der Pumpenkammer überlaufen zu lassen, um dadurch den darin vorhandenen Druck zu senken und ein Schließen des Ventilelements (21) der Düse zu ermöglichen, um zu verhindern, daß weiterer Kraftstoff durch den Auslaß (22) strömt, wobei das elastische Mittel eine gewundene Druckfeder (23) umfaßt, deren eines Ende in einen Anschlag (25) eingreift, der beweglich ist, um die Feder zusammenzudrücken, wenn sich das Ventilelement (21) vom Sitz wegbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Feder in einen Kolben (27) eingreift, der gleitend in einer Bohrung (24) gelagert ist, wobei die Endfläche des Kolbens der Feder abgewandt ist, wenn das Überlaufventil (11) geöffnet wird, weil es dem Druck des Kraftstoffs ausgesetzt wird, der durch das Überlaufventil (11) fließt, um dadurch den Kolben zu verdrängen, um das Schließen des Ventilelements auf seinem Sitz zu erleichtern.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement (21) mit einer Verlängerung (33) ausgestattet ist, die entsprechend angeordnet ist, um in den Kolben (27) einzugreifen, wenn das Ventilelement (21) eine vollständig geöffnete Position einnimmt.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Kolben (27) mit einer Öffnung (34) ausgestattet ist, die sich durch diesen hindurch erstreckt, um Kraftstoff zu einer Federkammer (24) strömen zu lassen, wobei die Federkammer (24) mit einem Auslaß (29) kommuniziert.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, wenn Anspruch 3 von Anspruch 2 abhängig ist, wobei die Öffnung (34) so angeordnet ist, daß, wenn das Ventilelement (21) seine vollständig geöffnete Position einnimmt, die Verlängerung (33) die Öffnung (34) schließt.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters umfassend ein zweites elastisches Mittel (31), wobei das Ventilelement (21) gegen die Wirkung des zweiten elastischen Mittels (31) beweglich ist, wenn das Ventilelement (21) um einen Abstand, der einen vorherbestimmten Abstand überschreitet, von seinem Sitz abgehoben wird.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, wobei das zweite elastische Mittel (31) eine zweite gewundene Druckfeder (31) umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie in einen Anschlag (32) eingreift, wobei der Anschlag (32) so angeordnet ist, daß er in den Anschlag (25) des Ventilelements (21) eingreift, wenn das Ventilelement (21) um einen Abstand, der den vorherbestimmten Abstand überschreitet, vom Sitz angehoben wird.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei das zweite elastische Mittel (31) in den Kolben (27) eingreift.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpenkammer (9) so angeordnet ist, daß sie durch das Überlaufventil (11) mit Kraftstoff versorgt wird.