EP0610584B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Vor- und Hauptspritzung unterschiedlicher Kraftstoffe über ein Einnadel-Einspritzventil - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Vor- und Hauptspritzung unterschiedlicher Kraftstoffe über ein Einnadel-Einspritzventil Download PDF

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EP0610584B1
EP0610584B1 EP19930120307 EP93120307A EP0610584B1 EP 0610584 B1 EP0610584 B1 EP 0610584B1 EP 19930120307 EP19930120307 EP 19930120307 EP 93120307 A EP93120307 A EP 93120307A EP 0610584 B1 EP0610584 B1 EP 0610584B1
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EP
European Patent Office
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injection
valve
fuel
pump
bore
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19930120307
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English (en)
French (fr)
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EP0610584A1 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Priesner
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MAN Truck and Bus Osterreich AG
Original Assignee
Steyr Nutzfahrzeuge AG
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04—Injectors peculiar thereto

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for a pre-injection and main injection of different fuels via a single-needle injection valve, in which the pre-injection fuel is introduced into the injection valve from a low-pressure feed device, there through the spring chamber receiving the valve needle in the closing direction and through a channel in a cavity is fed into the valve needle and from there upstream via throttle bores in the nozzle antechamber and main injection fuel is subsequently introduced from an injection pump via an injection line or directly and a valve-internal channel into the nozzle antechamber behind the upstream pre-injection fuel, the valve needle being used to form the Cavity is drilled coaxially from its back to close to its tip, this cavity on the back by a partially immersed and with the pressure plate of the pressure Kfeder connected spacer bolt and can be filled with pre-injection fuel via a fill hole provided behind an annular lifting surface of the valve needle in the rear half thereof, via a feed channel into which a check valve which is only permeable in the feed direction is installed.
  • Such a fuel injection device is known from DE 30 12 418 A1, FIG. 2 and associated text.
  • An injection valve is used there, with a valve needle, in the cavity of which the check valve is installed directly.
  • This consists of a compression spring and a closing piston, through which the feed hole running in the spacer bolt can be closed against the feed direction in order to prevent backflow of pre-injection fuel located in the cavity when the main injection fuel becomes effective.
  • This known solution requires a relatively large valve needle, in which the cavity available for loading with pre-injection fuel is also comparatively severely restricted by the installation of the compression spring and the closing piston of the check valve. The amount of pre-injection fuel is therefore limited or must be adjusted accordingly by enlarging spaces outside the valve needle.
  • a fuel injection device similar to that discussed above is known from EP 0 064 146 B1.
  • a single-needle injection valve is used, with which a pre- and main injection of different fuels can be carried out.
  • the single-needle injection valve used here has a relatively complicated and therefore expensive structure. This complexity results from the design of the valve-internal supply paths for the pre-injection fuel and a relief valve built into the supply path for the main injection fuel.
  • the valve needle is hollow and open to the rear.
  • a bolt that connects to the pressure plate of the closing pressure spring, which extends from the front to close to the tip of the nozzle needle, has a longitudinal flattening on the outside, a transverse bore and a longitudinal bore for the passage of pre-injection fuel, and also a seat for the ball of a check valve forms.
  • the latter also has a compression spring acting on the ball, serves to prevent a backflow of fuel during the injection and is installed in the cavity of the valve needle in front of said bolt.
  • Throttle bores branch off from the area of the relevant receiving space, which enable the pre-injection fuel to be discharged into the nozzle antechamber.
  • the relief valve installed in the supply channel for main injection fuel is also relatively complicated; it consists of a compression spring and a special relief piston, which is realized by a stepped piston, which has a blind hole at the entrance and transverse holes leading away from it, as well as a shoulder, for which a corresponding seat is formed inside the valve is.
  • both the injection valves can be used as the injection pump can also be designed to be comparatively simple.
  • the additional structural effort for the external control means is in any case less expensive than a more complicated design of the injection valves and the injection pump.
  • these external control means namely the two solenoid valves in conjunction with the control device controlling their operation, enable the pre-injection fuel to be precisely pre-stored in terms of time and quantity in all operating areas of the internal combustion engines and to replenish the cavity with main injection fuel that is created in the subsequent line paths by closing an injection pump-side pressure valve , so that at the beginning of a pump piston-side delivery stroke in the injection valve a clearly defined stratification of pre-injection fuel and main injection fuel is given and in addition the line path previously given by the pressure line and the pump outlet space is completely filled with main injection fuel.
  • fuel is injected with exactly the amount of fuel that is displaced by the stroke of the pressure valve from the subsequent line paths.
  • the fuel injection device has an injection pump 1 with pump pistons 2 controlled by cams (not shown), each of which has conventional control grooves 3, 4 and oblique control edges 5 and can be rotated by a control device (also not shown) for power control.
  • the pump chambers 7, each of which can be filled with fluid such as oil or diesel fuel from a supply device via a laterally opening control bore 6, are adjoined by a pump outlet chamber 8 and an injection line 11 connected to a supply channel 10 internally provided with a single-needle injection valve 9. If the single-needle injection valve 9 is combined with the injection pump 1 to form a pump nozzle member, the injection line 11 is omitted.
  • connection bore 12 between each pump chamber 7 and pump outlet chamber 8 is provided on the rear with a conical extension 13, which serves as a seat for a in the pump outlet chamber 8 low-pressure valve 14 is used, which is acted upon in the closing direction by a pressure spring 15 also installed in the pump outlet chamber 8.
  • the injection pump according to the invention only serves to build up pressure and to advance the amount of main injection fuel coming in for injection, which is successively supplied to the line paths 8, 11, 10 adjoining the pressure valve 14.
  • Each pressure valve 14 acts as a pressure piston during the pump piston stroke, which pushes the fuel column behind it by means of its stroke movement and at the same time blocks a filling bore 16 opening laterally into the pump outlet space 8, via which after each injection process has ended and the pressure valve 14 has returned to its closed position
  • the resulting cavity, corresponding to the amount of fuel injected, in said conduits 8, 11, 10 can be refilled with main injection fuel from a low-pressure feed device 17, controlled shortly before or after completion of a pre-injection fuel refill via a magnetic valve 19 built into the external feed line 18 .
  • Each single-needle injection valve 9 assigned to a cylinder of the internal combustion engine has a hollow valve needle 20, the cavity 21 of which is closed on the rear side can be filled with pre-injection fuel from the outside via a filling bore 22, specifically via an internal valve consisting of parts 23/1, 23 / 2, 23/3, 23/4, 23/5, 23/6 composing feed channel 23, in which a check valve 24 which is only permeable in the feed direction is installed.
  • the latter serves to prevent a backflow of pre-injection fuel during the injection.
  • the cavity 21 is connected via holes 25 located near the valve needle tip 27 to the nozzle antechamber 26 which extends around the front part of the valve needle 20 and widens at the rear.
  • the valve needle 20 is preferably drilled from its rear coaxially to almost its tip 27.
  • This cavity 21 designed in this way is preferably closed on the rear by a partially immersed spacer bolt 28, which establishes the connection between the valve needle 20 and a pressure plate 29, on which a compression spring 30 acting on the valve needle 20 in the closing direction is supported at the front.
  • This compression spring 30 presses the valve needle 20 in the closed position against a conical valve seat 31, in front of which nozzle bores 32 open into the combustion chamber.
  • annular lifting surface 33 approximately through the middle of its longitudinal extension at the transition between its smaller diameter front and larger diameter rear section, through which the valve needle with correspondingly acting in the nozzle vestibule 26 fuel pressure can be raised in the open position.
  • the filling bore 22 is preferably provided behind the annular lifting surface 33 of the valve needle 20 in the rear half thereof and is designed as a transverse bore which extends from an annular groove 34 provided on the outside of the valve needle 20, which communicates with the supply channel 23 in each valve needle position.
  • the latter in turn preferably includes the spring chamber receiving the compression spring 30 (section 23/2), an annular gap (section 23/3) around the pressure plate 29 and the spacer bolt 28, and then sits down with a transverse channel (section 23/4), one Vertical bore (section 23/5), in which the check valve 24 is installed, and continues with an oblique bore (section 23/6), the latter opening laterally at the level of the filling bore 22 into the receiving bore 35 guiding the valve needle 20.
  • the aim should be that the check valve 24 is installed in the valve-internal feed channel 23 as close as possible before the junction point in the receiving bore 35.
  • the valve-internal feed channel 23 can be supplied with pre-injection fuel from a low-pressure feed device 36 via a feed line 37, in which a cyclically controllable solenoid valve 38 is built in for the exact metering in terms of time and quantity.
  • the main injection fuel supply channel 10 opening into the nozzle antechamber 26 is formed internally in the valve only by bore sections communicating with one another without any internals.
  • the two solenoid valves 19, 38 are preferably combined in a common valve block 39 which is installed in the two supply lines 18, 37 running over it.
  • the two solenoid valves 19, 38 can be controlled by an electronic control device 40, which operates on the basis of their supplied angle of rotation signals ⁇ of the crankshaft of the internal combustion engine or a camshaft controlling the gas exchange valves thereof or the pump pistons 2 of the injection pump 1 and in which the opening and closing times of the two solenoid valves 19, 38 are stored as values dependent on the angle of rotation.
  • Each of the two fuels is provided in its own storage tank 41, 42 and is made from it by the associated low-pressure feed device 17 or 36 eligible.
  • Each of the latter consists of a feed pump 17/1 or 36/1 and a pressure relief valve 17/2 or 36/2, which limits their delivery pressure to approximately 2 to 4 bar.
  • diesel fuel can be used as the ignitable pilot injection fuel and a diesel water emulsion or ethanol can be used as the ignition carrier main injection fuel.
  • the pump chambers 7 of the injection pump can also be supplied with the appropriate fuel from the corresponding low-pressure feed device 36.
  • the cavities given in the injection system are first refilled.
  • the two fuels are basically stratified in such a way that pre-injection fuel is present in the vicinity of the nozzle bores 32 in the nozzle vestibule 26 and the main injection fuel is stratified behind it, that is to say at a greater distance.
  • the line paths 8, 11 adjoining the pressure valve 14 and all the channels inside the valve are depressurized. This state occurs when the pressure in the pump chamber 7 collapses at the end of the pump piston stroke and, as a result, the valve needle 20 closes and the pressure valve 14 returns to its closed position.
  • the solenoid valve 38 is first opened from the control device 40, so that pre-injection fuel can be introduced into the injection valve 36 through the low-pressure feed device 36, specifically via the feed channel 23 with its parts 23/1, 23/2, 23/3, 23 / 4, 23/5, 23/6, as a result of which the fuel located in the cavity 21 of the valve needle 20 is discharged into the nozzle antechamber 26 via the throttle bores 25 - while displacing the main injection fuel still located in the nozzle antechamber 26 back into the supply channel 10.
  • the solenoid valve 38 is closed again by the control device 40 and the pre-injection fuel pre-storage is thus ended.
  • the solenoid valve 19 is opened, so that then main injection fuel from the low-pressure feed device 17 via the feed line 18 and the filling bore 16 for filling of the cavity given in the conduction paths 8, 11 and 10 can be conveyed.
  • the main injection fuel in the valve-internal supply channel 10 is subsequently added to the pre-injection fuel which is already upstream of the latter.
  • the solenoid valve 18 is closed again by the control device 40.
  • the opening time for the solenoid valve 18 is so large that all cavities can always be filled. The sequence described also leads to an exact metering if the set amount was smaller than the desired pre-injection fuel amount.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Vor- und Haupteinspritzung unterschiedlicher Kraftstoffe über ein Einnadel-Einspritzventil, bei der Voreinspritzkraftstoff von einer Niederdruck-Speiseeinrichtung her in das Einspritzventil eingeleitet, dort durch den die Ventilnadel in Schließrichtung beaufschlagende Druckfeder aufnehmenden Federraum hindurch und über einen Kanal in einen Hohlraum in der Ventilnadel eingespeist sowie von dort über nahe deren Sitz gegebene Drosselbohrungen im Düsenvorraum vorgelagert und Haupteinspritzkraftstoff anschließend von einer Einspritzpumpe über eine Einspritzleitung oder direkt und einen ventilinternen Kanal ebenfalls in den Düsenvorraum hinter den vorgelagerten Voreinspritzkraftstoff eingeleitet wird, wobei die Ventilnadel zur Bildung des Hohlraumes von ihrer Rückseite her koaxial bis nahe zu ihrer Spitze aufgebohrt ist, dieser Hohlraum rückseitig durch einen partiell eintauchenden und mit dem Druckteller der Druckfeder verbundenen Distanzbolzen verschlossen und über eine hinter einer ringförmigen Hubfläche der Ventilnadel in deren rückwärtiger Hälfte gegebene Füllbohrung mit Voreinspritzkraftstoff füllbar ist, über einen Zuführkanal, in den ein nur in Speiserichtung durchlässiges Rückschlagventil eingebaut ist.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus der DE 30 12 418 Al, Fig. 2 und zugehörigem Text, bekannt. Dort kommt ein Einspritzventil zur Anwendung, mit einer Ventilnadel, in deren Hohlraum unmittelbar das Rückschlagventil eingebaut ist. Dieses besteht aus einer Druckfeder und einem Schließkolben, durch den die im Distanzbolzen verlaufende Zuführbohrung entgegen Speiserichtung verschließbar ist, um ein Rückströmen von im Hohlraum befindlichem Voreinspritzkraftstoff bei Wirksamwerden des Haupteinspritzkraftstoffes zu verhindern. Diese bekannte Lösung setzt eine verhältnismäßig stark dimensionierte Ventilnadel voraus, in der zudem der für eine Ladung mit Voreinspritzkraftstoff zur Verfügung stehende Hohlraum durch den Einbau der Druckfeder und des Schließkolbens des Rückschlagventiles vergleichsweise stark eingeschränkt ist. Die Menge an Voreinspritzkraftstoff ist daher beschränkt oder muß durch Vergrößerung außerhalb der Ventilnadel gegebener Räume entsprechend eingestellt werden.
  • Auch der ventilinterne Haupteinspritzkraftstoff-Zuführkanal ist - wie Fig. 2 zeigt-bei der bekannten Lösung nicht frei von Einbauten. Vielmehr enthält dieser ein eingangs eingebautes Stabfilter.
  • Über die Zuführung, insbesondere zeit- und mengenmäßige Zumessung des Voreinspritzkraftstoffes zum Einspritzventil ist in diesem Vorhalt nichts ausgesagt. Hinsichtlich der Zumessung des Haupteinspritzkraftstoffes ist ausgesagt, daß hierfür eine Einspritzpumpe vorgesehen ist.
  • Eine der vorstehend diskutierten ähnliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus der EP 0 064 146 B1 bekannt. Auch hier ist ein Einnadel-Einspritzventil verwendet, mit dem eine Vor- und Haupteinspritzung unterschiedlicher Kraftstoffe durchführbar ist. Das dabei verwendete Einnadel-Einspritzventil besitzt jedoch einen relativ komplizierten und damit teuren Aufbau. Diese Komplexität resultiert aus der Gestaltung der ventilinternen Zuführwege für den Voreinspritzkraftstoff und einem in den Zuführweg für den Haupteinspritzkraftstoff eingebauten Entlastungsventil. Dabei ist die Ventilnadel hohl ausgebildet und nach hinten offen. In diesen Hohlraum taucht ein die Verbindung zum Druckteller der Schließdruckfeder herstellender Bolzen ein, der vorne bis nahe zur Spitze der Düsennadel reicht, außen eine Längsabflachung, ferner eine Querbohrung und eine Längsbohrung für die Durchleitung von Voreinspritzkraftstoff aufweist und außerdem einen Sitz für die Kugel eines Rückschlagventiles bildet. Letzteres weist außerdem eine die Kugel beaufschlagende Druckfeder auf, dient zur Verhinderung eines Kraftstoffrückflusses während der Einspritzung und ist vor besagtem Bolzen in den Hohlraum der Ventilnadel eingebaut. Vom Bereich des diesbezüglichen Aufnahmeraumes zweigen Drosselbohrungen ab, die die Ausleitung des Voreinspritzkraftstoffes in den Düsenvorraum ermöglichen. Auch das in den Zuführkanal für Haupteinspritzkraftstoff eingebaute Entlastungsventil ist relativ kompliziert, es besteht aus einer Druckfeder und einem speziellen Entlastungskolben, der durch einen Stufenkolben realisiert ist, welcher eingangs eine Sacklochbohrung und davon abgehende Querbohrungen sowie eine Schulter aufweist, für die ventilintern ein entsprechender Sitz ausgebildet ist.
  • Diese bekannte Lösung läßt zwar eine exakte Dosierung der Vorlagerungskraftstoffmenge zu, muß jedoch außer den bereits erwähnten Nachteilen noch andere Nachteile in Kauf nehmen, auf die nachstehend eingegangen ist. Die Vorlagerungskraftstoffmenge ist aufgrund der Einspritzventilgestaltung konstruktiv festgelegt und daher nicht variierbar. Außerdem bringt der düsenseitige Einbau des Entlastungsventiles zusätzliche Druckverluste und Schadvolumina mit sich. Ferner muß der Druck in der Einspritzleitung nach Beendigung einer Einspritzung niedriger sein als der Öffnungsdruck des düsenseitigen Entlastungsventiles. Dies bedeutet entweder einen aus Platzgründen schwer darstellbaren hohen Öffnungsdruck für dieses, verbunden mit hohem Druckverlust, oder ein einspritzpumpenseitig überentlastendes Druckventil mit den für ein solches aus anderen Einspritzvorrichtungen bekannten Nachteilen wie Kavitation, Streuung von Einspritzmenge und -beginn und dergleichen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß einfachere und damit billigere Einnadel-Einspritzventile verwendbar sind, außerdem in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine eine variable, mengenmäßig aber exakt angepaßte Dosierung des Vor- und Haupteinspritzkraftstoffes möglich ist und problematische Zustände nach Beendigung eines Einspritzvorganges vermeidbar sind.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,
    • daß die Füllbohrung als Querbohrung ausgebildet ist, die von einer außen an der Ventilnadel gegebenen Ringnut abgeht, welche in jeder Ventilnadelstellung mit dem Zuführkanal kommuniziert,
    • daß das Rückschlagventil im ventilinternen Zuführkanal möglichst nahe vor dessen Einmündung in die die Ventilnadel führende Aufnahmebohrung hingerückt eingebaut ist,
    • daß der ventilinterne Haupteinspritzkraftstoff-Zuführkanal nur durch miteinander kommunizierende Bohrungsabschnitte ohne Einbauten gebildet ist,
    • daß zur zeit- und mengenmäßig exakten Zumessung des Voreinspritzkraftstoffes in der externen Zuleitung ein steuerbares Magnetventil eingebaut ist,
    • daß sich an jeden Pumpenraum der Einspritzpumpe ein ein Druckventil und eine Druckfeder aufnehmender Pumpenausgangsraum und daran entweder über die Einspritzleitung oder direkt der einspritzventilinterne Zuführkanal anschließt, und
    • daß die Einspritzpumpe nur zur Druckerzeugung und zum Vorschub der dem Druckventil in den anschließenden Leitungswegen nachgelagerten Kraftstoffsäule dient, wobei jedes Druckventil beim Pumpenkolben-Hub als Druckkolben wirkt und gleichzeitig eine seitlich in den Pumpenausgangsraum einmündende Füllbohrung absperrt, über die nach Beendigung jedes Einspritzvorganges und Rückführung des Druckventils in Schließstellung der dadurch entstehende, der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechende Hohlraum in besagten Leitungswegen von einer Niederdruck-Speiseeinrichtung her wieder mit Haupteinspritzkraftstoff auffüllbar ist, und zwar gesteuert kurz vor oder nach Beendigung der Voreinspritzkraftstoff-Nachfüllung über ein in die Zuleitung eingebautes Magnetventil.
  • Durch das erfindungsgemäße Verlegen der für die zeit- und mengenmäßig exakte Zumessung des Voreinspritzkraftstoffs verantwortlichen Steuerungsorgane und jener Steuerungsorgane, die für das zeit- und mengenmäßig exakte Wiederauffüllen des nach Beendigung eines Einspritzvorganges gegebenen Hohlraumes in den Haupteinspritzkraftstoff-Leitungswegen verantwortlich sind, können sowohl die Einspritzventile als auch die Einspritzpumpe konstruktiv vergleichsweise einfach gestaltet sein. Der bauliche Mehraufwand für die externen Steuermittel ist kostenmäßig jedenfalls geringer anzusetzen als eine kompliziertere Gestaltung der Einspritzventile und der Einspritzpumpe. Außerdem ermöglichen diese externen Steuermittel, nämlich die beiden Magentventile in Verbindung mit der deren Betrieb steuernden Steuereinrichtung, eine in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschinen zeit- und mengenmäßig exakte Vorlagerung des Voreinspritzkraftstoffes sowie Wiederauffüllung des durch das Schließen eines einspritzpumpenseitigen Druckventiles in den nachfolgenden Leitungswegen entstehenden Hohlraumes mit Haupteinspritzkraftstoff, so daß am Beginn eines pumpenkolbenseitigen Förderhubes im Einspritzventil eine eindeutig definierte Schichtung von Voreinspritzkraftstoff und Haupteinspritzkraftstoff gegeben und außerdem der davor durch die Druckleitung und den Pumpenausgangsraum gegebene Leitungsweg vollständig mit Haupteinspritzkraftstoff gefüllt ist. Zur Einspritzung kommt dann bei einem pumpenkolbenseitigen Förderhub exakt jene Kraftstoffmenge, die durch den Hub des Druckventiles aus den anschließenden Leitungswegen verdrängt wird. Kavitations-Schäden, eine Streuung von Einspritzmenge und -beginn und zu geringer Einspritzdruck, wie sie in nachteiliger Form bei der eingangs diskutierten bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung auftreten können, ergeben sich mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgrund deren Gestaltung nicht.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Nachstehend ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist eine Einspritzpumpe 1 mit von nicht dargestellten Nocken gesteuerten Pumpenkolben 2 auf, die jeweils übliche Steuernuten 3, 4 und schräge Steuerkanten 5 aufweisen sowie für Leistungsregelung durch eine ebenfalls nicht dargestellte Steuervorrichtung verdrehbar sind. An die jeweils über eine seitlich einmündende Steuerbohrung 6 mit Fluid, wie Öl oder Dieselkraftstoff von einer Versorgungseinrichtung her füllbaren Pumpenräume 7 schließt sich ausgangsjeweils ein Pumpenausgangsraum 8 und daran eine mit einem intern eines Einnadel-Einspritzventiles 9 gegebenen Zuführkanal 10 verbundene Einspritzleitung 11 an. Wenn das Einnadel-Einspritzventil 9 mit der Einspritzpumpe 1 zu einem Pumpen-Düsen-Organ vereinigt ist, entfällt die Einspritzleitung 11. Die zwischen jedem Pumpenraum 7 und Pumpenausgangsraum 8 gegebene Verbindungsbohrung 12 ist rückseitig mit einer kegligen Erweiterung 13 versehen, die als Sitz für ein im Pumpenausgangsraum 8 leckagearm eingebautes Druckventil 14 dient, welches in Schließrichtung durch eine ebenfalls in den Pumpenausgangsraum 8 eingebaute Druckfeder 15 beaufschlagt ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Einspritzpumpen, bei denen durch den Pumpenkolben-Hub der geförderte Kraftstoff unmittelbar einem Einspritzventil zugeführt wird, dient die erfindungsgemäße Einspritzpumpe nur zum Druckaufbau und zum Vorschub der zur Einspritzung kommenden Menge an Haupteinspritzkraftstoff, welcher sukzessive den sich am Druckventil 14 anschließenden Leitungswegen 8, 11, 10 zugeführt wird. Dabei wirkt jedes Druckventil 14 beim Pumpenkolben-Hub als Druckkolben, der durch seine Hubbewegung die dahinter anstehende Kraftstoffsäule voranschiebt und gleichzeitig eine seitlich in den Pumpenausgangsraum 8 einmündende Füllbohrung 16 absperrt, über die nach Beendigung jedes Einspritzvorganges und Rückführung des Druckventils 14 in dessen Schließstellung der dadurch entstehende, der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechende Hohlraum in besagten Leitungswegen 8, 11, 10 von einer Niederdruck-Speiseeinrichtung 17 her wieder mit Haupteinspritzkraftstoff auffüllbar ist, und zwar gesteuert kurz vor oder nach Beendigung einer Voreinspritzkraftstoff-Nachfüllung über ein in die externe Zuleitung 18 eingebautes Magentventil 19.
  • Jedes einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnete Einnadel-Einspritzventil 9 weist eine hohl ausgebildete Ventilnadel 20 auf, deren rückseitig verschlossener Hohlraum 21 über eine Füllbohrung 22 von außen her mit Voreinspritzkraftstoff füllbar ist, und zwar über einen ventilinternen, sich aus Teilen 23/1, 23/2, 23/3, 23/4, 23/5, 23/6 zusammensetzenden Zuführkanal 23, in den ein nur in Speiserichtung durchlässiges Rückschlagventil 24 eingebaut ist.Letzteres dient dazu, ein Rückströmen von Voreinspritzkraftstoff während der Einspritzung zu verhindern. Der Hohlraum 21 steht über nahe der Ventilnadelspitze 27 gelegene Bohrungen 25 mit dem sich um den vorderen Teil der Ventilnadel 20 erstreckenden und hinten erweitenden Düsenvorraum 26 in Verbindung.
  • Zur Bildung des Hohlraumes 21 ist die Ventilnadel 20 vorzugsweise von ihrer Rückseite her koaxial bis nahezu ihrer Spitze 27 aufgebohrt. Dieser so gestaltete Hohlraum 21 ist rückseitig vorzugsweise durch einen partiell eintauchenden Distanzbolzen 28 verschlossen, welcher die Verbindung zwischen der Ventilnadel 20 und einem Druckteller 29 herstellt, an dem eine die Ventilnadel 20 in Schließrichtung beaufschlagende Druckfeder 30 vorne abgestützt ist. Diese Druckfeder 30 drückt die Ventilnaddel 20 in Schließposition an einen kegligen Ventilsitz 31, vor welchem Düsenbohrungen 32 in den Brennraum ausmünden. An der Ventilnadel 20 ist etwa in der Mitte ihrer Längserstreckung am Übergang zwischen ihrem durchmesserschwächeren vorderen und durchmessergrößeren hinteren Abschnitt eine ringförmige Hubfläche 33 gegeben, durch die die Ventilnadel bei entsprechend im Düsenvorraum 26 wirkenden Kraftstoffdruck in Öffnungsstellung anhebbar ist.
  • Die Füllbohrung 22 ist vorzugsweise hinter der ringförmigen Hubfläche 33 der Ventilnadel 20 in deren rückwärtiger Hälfte gegeben und als Querbohrung ausgebildet, die von einer außen an der Ventilnadel 20 gegebenen Ringnut 34 abgeht, welche in jeder Ventilnadelstellung mit dem Zuführkanal 23 kommuniziert. Letzterer wiederum schließt vorzugsweise den die Druckfeder 30 aufnehmenden Federraum (Abschnitt 23/2), einen Ringspalt (Abschnitt 23/3) um den Druckteller 29 und den Distanzbolzen 28 ein, und setzt sich dann mit einem Querkanal (Abschnitt 23/4), einer Vertikalbohrung (Abschnitt 23/5), in die das Rückschlagventil 24 eingebaut ist, und mit einer Schrägbohrung (Abschnitt 23/6) fort, welch letztere in Höhe der Füllbohrung 22 seitlich in die die Ventilnadel 20 führende Aufnahmebohrung 35 einmündet. Grundsätzlich ist dabei anzustreben, daß das Rückschlagventil 24 im ventilinternen Zuführkanal 23 möglichst nahe vor dessen Einmündungsstelle in die Aufnahmebohrung 35 eingebaut ist.
  • Der ventilinterne Zuführkanal 23 ist von einer Niederdruck-Speiseeinrichtung 36 her über eine Zuleitung 37 mit Voreinspritzkraftstoff versorgbar, in welche zur zeit- und mengenmäßig exakten Zumessung desselben ein taktweise steuerbares Magnetventil 38 eingebaut ist.
  • Der in den Düsenvorraum 26 ausmündende Haupteinspritzkraftstoff-Zuführkanal 10 ist ventilintern nur durch miteinander kommunizierende Bohrungsabschnitte ohne jedwede Einbauten gebildet.
  • Die beiden Magnetventile 19, 38 sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Ventilblock 39 zusammengefaßt, der in die beiden über ihn laufenden Zuführleitungen 18, 37 eingebaut ist. Die beiden Magnetventile 19, 38 sind von einer elektronischen Steuereinrichtung 40 her steuerbar, die auf der Basis ihr zugeführter Drehwinkelsignale φ der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder einer die Gaswechselventile derselben oder die Pumpenkolben 2 der Einspritzpumpe 1 steuernden Nockenwelle arbeitet und in der die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der beiden Magnetventile 19, 38 als drehwinkelabhängige Werte abgespeichert sind.
  • Jeder der beiden Kraftstoffe wird in einem eigenen Vorratstank 41, 42 bereitgestellt und ist aus diesen durch die zugehörige Niederdruck-Speiseeinrichtung 17 bzw. 36 förderbar. Jede der letzteren besteht aus einer Förderpumpe 17/1 bzw. 36/1 und einem deren Förderdruck auf etwa 2 bis 4 bar begrenzenden Druckbegrenzungsventil 17/2 bzw. 36/2. Als zündwilliger Voreinspritzkraftstoff kann beispielsweise Dieselkraftstoff und als zündträger Haupteinspritzkraftstoff eine Diesel-Wasser-Emulsion oder Äthanol verwendet werden. Für den Fall, daß als zündwilliger Kraftstoff Dieselkraftstoff verwendet wird, können von der diesbezüglichen Niederdruck-Speiseeinrichtung 36 her auch die Pumpenräume 7 der Einspritzpumpe mit entsprechendem Kraftstoff versorgt werden.
  • Nachfolgend ist die Funktion der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzung anhand eines vollständigen Kraftstoffschichtungsvorganges und anschließenden Einspritzvorganges geschildert.
  • Nach Beendigung einer Einspritzung erfolgt zunächst eine Wiederauffüllung der im Einspritzsystem gegebenen Hohlräume. Dabei werden die beiden Kraftstoffe grundsätzlich so geschichtet, daß in der Nähe der Düsenbohrungen 32 im Düsenvorraum 26 Voreinspritzkraftstoff vorliegt und dahinter, also in größerer Entfernung der Haupteinspritzkraftstoff geschichtet wird. Nach Beendigung einer Einspritzung sind die sich an das Druckventil 14 anschließenden Leitungswege 8, 11 und alle ventilinternen Kanäle drucklos. Dieser Zustand ist dann gegeben, wenn der Druck in Pumpenraum 7 am Ende des Pumpenkolbenhubes zusammenbricht und infolge davon die Ventilnadel 20 schließt und das Druckventil 14 in seine Schließposition zurückkehrt. Anschließend wird zunächst das Magnetventil 38 von der Steuereinrichtung 40 her geöffnet, so daß durch die Niederdruck-Speiseeinrichtung 36 Voreinspritzkraftstoff in das Einspritzventil einleitbar ist, und zwar über den Zuführkanal 23 mit seinen Teilen 23/1, 23/2, 23/3, 23/4, 23/5, 23/6, wodurch der sich im Hohlraum 21 der Ventilnadel 20 befindliche Kraftstoff über die Drosselbohrungen 25 - unter Verdrängung des noch im Düsenvorraum 26 befindlichen Haupteinspritzkraftstoffes zurück in den Zuführkanal 10 - in den Düsenvorraum 26 ausgebracht wird. Sobald die entsprechende Menge an Voreinspritzkraftstoff im Düsenvorraum 26 vorgelagert ist, wird das Magnetventil 38 von der Steuereinrichtung 40 her wieder geschlossen und damit die Voreinspritzkraftstoff-Vorlagerung beendet. Anschließend oder mit geringer zeitlicher Voreilung vor dem Schließen des Magentventiles 38 wird das Magnetventil 19 geöffnet, so daß dann von der Niederdruck-Speiseeinrichtung 17 her Haupteinspritzkraftstoff über die Zuleitung 18 und die Füllbohrung 16 zur Auffüllung des in den Leitungswegen 8, 11 und 10 gegebenen Hohlraumes förderbar ist. Hierdurch wird der Haupteinspritzkraftstoff im ventilinternen Zuführkanal 10 dem bereits vorgelagerten Voreinspritzkraftstoff an diesen anschließend nachgelagert. Sobald dieser Nachfüllvorgang beendet ist, wird das Magnetventil 18 von der Steuereinrichtung 40 her wieder geschlossen. Die Öffnungszeit für das Magnetventil 18 ist so groß bemessen, daß immer alle Hohlräume aufgefüllt werden können. Der beschriebene Ablauf führt auch dann zu einer exakten Dosierung, wenn die eingestellte Menge kleiner war als die gewünschte Voreinspritzkraftstoffmenge. Die besagten Nachfüllvorgänge laufen praktisch während des Abwärtshubes des zugehörigen Pumpenkolbens 2 ab. Bei dem anschließenden, für die Einspritzung maßgeblichen Pumpenkolben-Aufwärtshub verdrängt der Pumpenkolben 2 nach Verschluß der Steuerbohrung 6 das Arbeitsmedium aus dem Pumpenraum 7. Dadurch wird das als Druckkolben wirkende Druckventil 14 gegen den Widerstand der Druckfeder 15 angehoben, wobei die Füllbohrung 16 verschlossen wird. In der Folge wird über die im Pumpenausgangsraum 8, der anschließenden Einspritzleitung 11 und dem ventilinternen Zuführkanal 10 anstehende Haupteinspritzkraftstoffsäule eine Druckwelle erzeugt, durch die die Ventilnadel 20 angehoben wird und eine Einspritzung erfolgt, wobei zunächst der Voreinspritzkraftstoff und anschließend der Haupteinspritzkraftstoff über die Düsenbohrungen 32 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritztwerden. Sobald vom Pumpenkolben 2 die Steuerbohrung 6 aufgesteuert wird, bricht die über die Kraftstoffsäule übertragene Druckwelle zusammen. In der Folge schließen die Ventilnadel 20 und das Druckventil 14, wodurch sich in den dahinter gegebenen Leitungswegen 8, 11,10 wieder ein Hohlraum in der Größe der eingespritzten Kraftstoffmenge ergibt. Beim folgenden Abwärtsgang des Pumpenkolbens 2 erfolgt dann wieder eine erneute Auffüllung des Einspritzsystems mit Voreinspritzkraftstoff und Haupteinspritzkraftstoff in der wie vorstehend angegebenen Weise.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Vor- und Haupteinspritzung unterschiedlicher Kraftstoffe über ein Einnadel-Einspritzventil (9), bei der Voreinspritzkraftstoff von einer Niederdruck-Speiseeinrichtung (36) her in das Einspritzventil eingeleitet, dort durch den die Ventilnadel (20) in Schließrichtung beaufschlagende Druckfeder (30) aufnehmenden Federraum (23/2) hindurch und über einen Kanal (23; 23/4, 23/5, 23/6) in einen Hohlraum (21) in der Ventilnadel eingespeist sowie von dort über nahe deren Sitz gegebene Drosselbohrungen (25) im Düsenvorraum (26) vorgelagert und anschließend Haupteinspritzkraftstoff von einer Einspritzpumpe (1) über eine Einspritzleitung (11) oder direkt und einen ventilinternen Kanal (10) ebenfalls in den Düsenvorraum hinter den vorgelagerten Voreinspritzkraftstoff eingeleitet wird, wobei die Ventilnadel (20) zur Bildung des Hohlraumes von ihrer Rückseite her koaxial bis nahe zu ihrer Spitze aufgebohrt ist, dieser Hohlraum (21) rückseitig durch einen partiell eintauchenden und mit dem Druckteller (29) der Druckfeder (30) verbundenen Distanzbolzen (28) verschlossen und über die hinter einer ringförmigen Hubfläche (33) der Ventilnadel in deren rückwärtiger Hälfte gegebene Füllbohrung (22) mit Voreinspritzkraftstoff füllbar ist, wobei in den Zuführkanal (23; 23/4, 23/5, 23/6) ein nur in Speiserichtung durchlässiges Rückschlagventil (24) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Füllbohrung (22) als Querbohrung ausgebildet ist, die von einer außen an der Ventilnadel (20) gegebenen Ringnut (34) abgeht, welche in jeder Ventilnadelstellung mit dem Zuführkanal (23) kommuniziert,
    - daß das Rückschlagventil (24) im ventilinternen Zuführkanal (23) möglichst nahe vor dessen Einmündung in die die Ventilnadel (20) führende Aufnahmebohrung (35) hingerückt eingebaut ist,
    - daß der ventilinterne Haupteinspritzkraftstoff-Zuführkanal (10) nur durch miteinander kommunizierende Bohrungsabschnitte ohne Einbauten gebildet ist,
    - daß zur zeit- und mengenmäßig exakten Zumessung des Voreinspritzkraftstoffes in einer externen Zuleitung (37) ein entsprechend steuerbares Magnetventil (38) eingebaut ist,
    - daß sich an jeden Pumpenraum (7) der Einspritzpumpe (1) ein ein Druckventil (14) und eine Druckfeder (15) aufnehmender Pumpenausgangsraum (8) und daran entweder über die Einspritzleitung (11) oder direkt der einspritzventilinterne Zuführkanal (10) anschließt, und
    - daß die Einspritzpumpe (1) nur zur Druckerzeugung und zum Vorschub der dem Druckventil (14) in den anschließenden Leitungswegen (8, 11, 10) nachgelagerten Kraftstoffsäule dient, wobei jedes Druckventil (14) beim Pumpenkolben-Hub als Druckkolben wirkt und gleichzeitig eine seitlich in den Pumpenausgangsraum (8) einmündende Füllbohrung (16) absperrt, über die nach Beendigung jedes Einspritzvorganges und Rückführung des Druckventils (14) in Schließstellung der dadurch entstehende, der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechende Hohlraum in besagten Leitungswegen (8, 11, 10) von einer Niederdruck-Speiseeinrichtung (17) her wieder mit Haupteinspritzkraftstoff auffüllbar ist, und zwar gesteuert kurz vor oder nach Beendigung der Voreinspritzkraftstoff-Nachfüllung über ein in eine Zuleitung (18) eingebautes Magnetventil (19).
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (23) den die Druckfeder (30) aufnehmenden Federraum (23/2), einen Ringspalt (23/3) um den Druckteller (29) und den Distanzbolzen (28) einschließt sowie sich dann mit einem Querkanal (23/4), einer Vertikalbohrung (23/5), in die das Rückschlagventil (24) eingebaut ist, und einer Schrägbohrung (23/6) fortsetzt, die in Höhe der Füllbohrung (22) seitlich in die die Ventilnadel (20) führende Aufnahmebohrung (35) einmündet.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetventile (19, 38) von einer elektronischen Steuereinrichtung (40) her steuerbar sind, die auf der Basis ihr zugeführter Drehwinkelsignale (ϕ) der Kurbelwelle oder einer die Gaswechselventile oder die Pumpenkolben (2) der Einspritzpumpe (1) steuernden Nockenwelle arbeitet und in der die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der beiden Magnetventile (19, 38) als drehwinkelabhängige Werte abgespeichert sind.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetventile (19, 38) in einem gemeinsamen Ventilblock (39) zusammengefaßt sind, über den die beiden Zuführleitungen (18, 37) laufen.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kraftstoffe in einen eigenen Vorratstank (41, 42) bereitgestellt und aus diesem durch die zugehörige Niederdruck-Speiseeinrichtung (17, 36) förderbar ist.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Niederdruck-Speiseeinrichtungen (17, 36) aus einer Förderpumpe (17/1, 36/1) und einem, deren Förderdruck auf etwa 2 bis 4 bar begrenzenden Druckbegrenzungsventil (17/2, 36/2) besteht.
  7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der den zündwilligen Kraftstoff fördernden Niederdruck-Speiseeinrichtung (36) auch die Pumpenräume (7) der Einspritzpumpe (1) mit entsprechendem Kraftstoff versorgbar sind.
  8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Verwendung zur Voreinspritzung von Dieselkraftstoff und zur Haupteinspritzung einer Diesel-Wasser-Emulsion oder Äthanol.
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