EP1920155B1

EP1920155B1 - Kraftstoff-einspritzsystem für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1920155B1
Application number: EP06776522A
Authority: EP
Inventors: Andreas Moch; Wolfgang Scheibe
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: EP1920156A1; DE502006005872D1; JP2009503348A; JP2009503349A; WO2007014734A1; WO2007014733A1; KR101231701B1; JP4869346B2; DE102005036780A1; KR101358851B1; KR20080045689A; EP1920155A1; JP5122455B2; ATE513987T1; KR20080043803A; ATE454550T1; EP1920156B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Kraftstoff-Einspritzsysteme der vorgenannten Art sind aus der JP 61-138873 A1 bekannt, bei der in einer Leitungsverbindung zwischen einer Hochdruckquelle und einem Einspritzinjektor ein Mengenbegrenzungsventil vorgesehen ist, zu dem überbrückend ein angesteuertes Bypassventil angeordnet ist. Das Mengenbegrenzungsventil umfasst einen dicht in einer Aufnahmebohrung geführten Ventilkolben, der zwischen einer zulaufseitigen Ausgangslage und einer auslaufseitigen Sperrlage verschiebbar ist, der auf die zulaufseitige Ausgangslage federnd abgestützt ist und der, gegen die federnde Abstützung in seine auslaufseitige Sperrlage verschoben, eine Anschlaglage einnimmt, wobei das entsprechend dem Verschiebeweg verdrängte Hubvolumen dem Einspritzinjektor zugeführt und über den Einspritzinjektor in abgemessener Menge in einer vorgegebenen Zeit auf den jeweiligen Brennraum eingespritzt wird. Abgesehen von Leckagen entspricht das dem Einspritzinjektor zugeführte Volumen dem über den Ventilkolben verdrängten Volumen, das in Vorbereitung auf einen nächsten Einspritzvorgang wieder aufgefüllt werden muss. Hierzu ist dem Mengenbegrenzungsventil das Bypassventil zugeordnet, über das nach Beendigung der Einspritzung die Zulaufseite und die Auslaufseite des Mengenbegrenzungsventiles verbunden wird, so dass aufgrund der federnden Abstützung des Ventilkolbens in Richtung auf seine zulaufseitige Ausgangslage das verdrängte Hubvolumen wieder aufgefüllt und der Ventilkolben in seine Ausgangslage zurückgedrängt werden kann, so dass der Ventilkolben wieder seine Ausgangslage für den nächsten Einspritzvorgang einnimmt.
Bei einer derartigen Ausbildung des Kraftstoff-Einspritzsystems wird über das Mengenbegrenzungsventil zwar sichergestellt, dass für die Einspritzung über den Kraftstoff-Einspritzinjektor jeweils nur die Kraftstoffmenge zur Verfügung steht, die über den Ventilkolben verdrängt wird, bis dieser seine jeweilige auslaufseitige Endlage, gegebenenfalls seine Sperrlage erreicht hat. Die so erreichte Sperrfunktion ist aber nur gewährleistet, wenn über das Bypassventil und eine entsprechende Ansteuerung desselben die Kraftstoffzuführung auf den Injektor unterbrochen bleibt, was eine entsprechende Ansteuerung des Bypassventiles bedingt, somit einen weiteren Steuerungsaufwand, der zudem entsprechend überwacht und abgesichert sein muss, da ein unkontrollierter Zulauf von Kraftstoff auf den Brennraum eines Zylinders zur Zerstörung der Brennkraftmaschine führen kann.
Entsprechende Gegebenheiten liegen auch bei einem Kraftstoff-Einspritzsystem gemäß der DE 102 13 659 A1 vor, ungeachtet dessen, dass bei dieser Lösung mit einem Druckverstärker gearbeitet wird, der zusätzlich die Funktion eines Mengenbegrenzungsventiles wahrnimmt.
Zur Mengenbegrenzung bei Fehlfunktionen des Einspritzinjektors infolge Hängenbleibens seiner für den Einspritzvorgang aus seiner Schließstellung anzuhebenden Düsennadel in eine Öffnungslage ist aus der DE 1 601 408 einmal die Verwendung eines Mengenbegrenzungsventiles bekannt, das mit einem gegen die Zulaufseite federnd abgestützten Ventilkolben arbeitet, der bei unzulässig hohem Einspritzvolumen, also zum Beispiel beim Hängenbleiben der Düsennadel differenzdruckabhängig in eine ablaufseitige Sperrlage verfahren wird und dessen dem ungestörten Einspritzbetrieb entsprechendes Verdrängungsvolumen zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen über eine gedrosselte Bypassverbindung jeweils wieder aufgefüllt wird. In der Sperrlage, die sich ergibt, wenn das Verdrängungsvolumen z.B. aufgrund von Dauereinspritzung oder Leckagen seitens des Injektors nicht mehr aufgefüllt werden kann, ist die Bypassverbindung über den Ventilkolben abgesteuert.
Weiter ist es aus dieser Druckschrift auch bekannt, zur Mengenbegrenzung in der zum Einspritzinjektor führenden Leitungsverbindung ein Akkumuliervolumen vorzusehen, das bei störungsfreiem Arbeiten des Einspritzinjektors aufgrund entsprechender Bemessung der zu- und ablaufseitigen Querschnitte ein vorgegebenes Druckniveau hält, unter dieses Druckniveau aber zum Beispiel bei Dauereinspritzung abfällt, so dass durch Erfassung des Druckniveaus über einen Messkolben ein Warnsignal ausgelöst werden kann. Beide Lösungen arbeiten von der Steuerung des Einspritzinjektors unabhängig.
Mengenbegrenzungsventile, die differenzdruckabhängig auch als Sperrventile arbeiten, sind des Weiteren aus der DE 196 40 085 C1 bekannt, und zwar mit Bemessung der druckbeaufschlagten Gesamtfläche ihres Ventilkolbens derart, dass beim Starten der Brennkraftmaschine ein Öffnen des Ventilkolbens - Freigabe des Kraftstoffdurchlaufes - schon dann erfolgt, wenn an einer Teilfläche ein Druck anliegt, der ein Verschieben des Ventilkolbens im Schadensfall bis zur einspritzseitigen Schließstellung gegen die Federkraft ermöglicht.
Weiter ist aus der DE 195 48 610 A1 ein den dem nachgeordneten Einspritzinjektor zugeführten Volumenstrom begrenzendes und zusätzlich als Mengenbegrenzungsventil auch differenzdruckabhängig sowie als Sperrventil arbeitendes fremdenergiegesteuertes Ventil bekannt, dessen Ventilkolben durch eine über ein variables elektromagnetisches Feld bestimmte Rückstellkraft beaufschlagbar ist, so dass die Arbeitsweise des Ventiles in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert werden kann. Konstruktiv ist hierzu der als Anker genutzte Ventilkolben gehäuseseitig von einer Magnetspule umschlossen, wobei das Gehäuse zumindest im Überdeckungsbereich zur Magnetspule aus amagnetischen Materialien besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff-Einspritzsystem der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, dass das Bypassventil zwar aktiv, bevorzugt hinsichtlich der Durchlaufzeit angesteuert wird, ggf. auch hinsichtlich der Durchlaufmenge pro Zeiteinheit - also des Volumenstromes, die aktive Ansteuerung aber ohne zusätzlichen Steuerungsaufwand in ihren Auswirkungen blockiert ist, sofern der Betrieb des Einspritzinjektors gestört ist und Kraftstoff dem Brennraum der Brennkraftmaschine bezogen auf den störungsfreien Betrieb des Einspritzinjektors in Übermenge, und somit nicht in vorgegebener Weise über den Einspritzinjektor kontrolliert, dem Brennraum zugeführt wird.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht, demzufolge das Sperrglied des Bypassventiles in Richtung auf seine Sperrstellung, insbesondere in seiner Sperrstellung mit einer der Druckdifferenz zwischen Zulaufseite und Ablaufseite des Mengenbegrenzungsventiles entsprechenden Schließkraft kraftstoffbeaufschlagt ist und dem Bypassventil eine Stelleinrichtung zugeordnet ist, über die dessen Sperrglied in Gegenrichtung, d. h. in Richtung auf seine zulaufseitige Offenstellung, verstellbar ist. Die Größe der über die Stelleinrichtung aufzubringenden Stellkraft ist dabei derart auf die über die bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors durch die Druckdifferenz bedingte Schließkraft abgestimmt ist, dass das Sperrglied bei gestörtem Betrieb des Einspritzinjektors, und dadurch bedingter höherer Druckdifferenz, in seiner Sperrstellung verbleibt, ungeachtet einer versuchten Verstellung über die Stelleinrichtung. Maßgeblich hierfür ist, dass die über die Stelleinrichtung aufzubringende Stellkraft kleiner ist als die in diesem Betriebszustand gegebene Schließkraft, die sich durch Federkraft, und in Offenstellung des Sperrgliedes bevorzugt strömungs- und drosselungsabhängig ergibt und die bei störungsfreiem Betrieb kleiner ist als die Öffnungskraft, die über die Stelleinrichtung aufgebracht werden kann.
Damit ist für das Bypassventil die Sperrstellung des Sperrgliedes unabhängig von jeder Ansteuerung gewährleistet, sobald sich über den Einspritzinjektor eine auf den Brennraum des jeweiligen Zylinders zugeführte Kraftstoffmenge ergibt, die seitens des Mengenbegrenzungsventils eine Druckdifferenz zur Folge hat, welche über der Druckdifferenz liegt, die sich im regulären Betrieb der Brennkraftmaschine und bei vorgegebener, störungsfreier Arbeitsweise des Einspritzinjektors ergibt. Eine Drosselung bei Überströmen des Sperrgliedes bleibt aufgrund der vorgesehenen Öffnung des Bypassventiles außerhalb des zeitlichen Einspritzbereiches des über das Mengenbegrenzungsventil versorgten Einspritzinjektors ohne negativen Einfluss auf den Einspritzdruck, da während der Einspritzphase - aufgrund des zeitlichen Versatzes - kein Druckverlust auftritt.
Bezüglich des Bypassventiles bedarf es somit, da dessen Sperrstellung sich differenzdruckabhängig ergibt, bezogen auf die Umstellung in die Sperrstellung keiner Ansteuerung, sondern lediglich bezüglich der Umstellung auf die Offenstellung, wobei Fehler in der diesbezüglichen Ansteuerung nicht sicherheitsrelevant werden können, da sich ergebende übermäßige Einspritzmengen zu erhöhten Druckdifferenzen führen, die ihrerseits unabhängig von jeder Ansteuerung eine Umstellung des Sperrgliedes des Bypassventiles in die Sperrstellung zur Folge haben, und damit eine Blockierung der Kraftstoffzufuhr auf den Brennraum des jeweiligen Zylinders.
Die Höhe der Druckdifferenz bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors liegt in der Größenordnung des Produktes der den Ventilkolben des Mengenbegrenzungsventiles auf seine Ausgangslage beaufschlagenden Federkraft und der Ventilkolbenfläche, so dass das Ansprechverhalten des Bypassventiles und damit auch des Mengenbegrenzungsventiles durch konstruktive Vorgaben in einfacher Weise festgelegt werden kann.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bietet darüber hinaus auch bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen den Vorteil, auf eine gesonderte Regelung für die Ansteuerung der Stelleinrichtung des Bypassventiles verzichten zu können, wenn, entsprechend der festgelegten Zündfolge der Zylinder, die Ansteuerung für das dem Mengenbegrenzungsventil eines Zylinders zugeordnete Bypassventil aus der Ansteuerung für den Einspritzinjektor eines anderen Zylinders abgeleitet wird, auf den bedingt durch den Zündversatz dieses Zylinders in einem Zeitraum eingespritzt wird, in dem auf den Brennraum des Zylinders keine Einspritzung erfolgt, in dessen Leitungsverbindung zur Hochdruckquelle das parallel anzusprechende Bypassventil liegt.
Im Hinblick auf die Ansteuerung des Bypassventiles erweist sich als Stelleinrichtung für dieses ein Magnetsteller als zweckmäßig, so dass ein jeweiliger Einspritzinjektor und ein in Abhängigkeit von diesem angesteuertes Bypassventil bei minimalem Aufwand in vorgegebener Abhängigkeit, angesteuert und bestromt werden können, wobei bezüglich eines Magnetstellers insbesondere auch die Festlegung einer Grenzkraft allein durch die Auslegung, und damit ohne Zusatzaufwand möglich ist.
Bevorzugt findet im Rahmen der Erfindung ein Bypassventil Verwendung, dessen Sperrglied in Stellrichtung überströmt wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist aber auch mit Bypassventilen zu realisieren, bei denen das Sperrglied quer zur Überströmungsrichtung verstellbar ist und somit für die Verstellung eine in der Größenordnung der jeweils gegebenen Druckdifferenz entsprechende Reibkraft zu überwinden ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit ihrem Kraftstoff-Einspritzsystem,
Fig. 2: in schematisierter Schnittdarstellung das in der Leitungsverbindung einer Hochdruckquelle zu einem Einspritzinjektor liegende Mengenbegrenzungsventil mit zugeordnetem Bypassventil als Mengenbegrenzungsanordnung,
Fig. 3: wiederum stark schematisiert im Schnitt, eine Ausgestaltung des Bypassventiles,
Fig. 4: bezogen auf ein Mengenbegrenzungsventil, das in der Leitungsverbindung der Hochdruckquelle zu einem Einspritzinjektor liegt, die dessen Ventilkolben den Hubweg über der Zeit bei störungsfreiem Betrieb des zugehörigen Einspritzinjektors,
Fig. 5: eine der Fig. 2 entsprechende schematisierte Darstellung, bei der der ablaufseitige Leitungsabschnitt auf die Aufnahmebohrung des Mengenbegrenzungsventiles ausmündet und über das Mengenbegrenzungsventil an die Leitungsverbindung zum Einspritzinjektor angeschlossen ist, und
Fig. 6: eine weitere Ausgestaltungsform für ein Bypassventil, wobei dieses als Schieberventil mit quer zur Durchströmungsrichtung liegendem und quer zu seiner Verstellrichtung differenzdruckabhängig beaufschlagtem Sperrglied arbeitet.

In Fig. 1 ist für eine als Dieselmotor arbeitende Brennkraftmaschine 1 ein Kraftstoff-Einspritzsystem 2 gezeigt. Die Einspritzung erfolgt, wie in der Figur für einen Zylinder der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine gezeigt, jeweils auf einen Brennraum 3 über die Einspritzdüse 12 eines Kraftstoffinjektors 7, der an eine Leitungsverbindung 11 angeschlossen ist, in der ausgehend von einem Kraftstofftank 10 eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe 9 und, nachgeordnet als Hochdruckquelle, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 5 mit nachgeordnetem Hochdruckspeicher 6 angeordnet sind. Vom Hochdruckspeicher 6 aus erfolgt verzweigend die Versorgung der den jeweiligen Zylindern zugeordneten Kraftstoffinjektoren 7, wobei jedem der Injektoren 7 jeweils eine Mengenbegrenzungsanordnung 8 vorgelagert ist. Die Ansteuerung der Injektoren 7 erfolgt, wie schematisch angedeutet, über eine Steuer- und Regeleinheit 4.
Die in Fig. 1 nur schematisch angedeutete Mengenbegrenzungsanordnung 8 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt und umfasst ein in der Leitungsverbindung 11 liegendes Mengenbegrenzungsventil 13 sowie eine diesem zugeordnete Bypassanordnung, veranschaulicht durch ein Bypassventil 14, das mit der Zulaufseite 17 und der Ablaufseite 18 zum Mengenbegrenzungsventil 13 über Leitungsabschnitte 15 und 16 verbunden ist. Die getrennte Darstellung des Mengenbegrenzungsventils 13 und des Bypassventiles 14 ist eine im Rahmen der Erfindung liegende Lösung; selbstverständlich kann die Mengenbegrenzungsanordnung 8 auch baulich zusammengefasst ausgebildet sein, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse. Das Mengenbegrenzungsventil 13 weist herkömmlichen Aufbau auf mit einem Gehäuse 19, in dessen Aufnahmebohrung 20 ein Ventilkolben 21 dicht geführt ist, der über eine Feder 22 in Richtung auf die Zulaufseite 17 abgestützt ist und in Fig. 2 in seiner zulaufseitigen Anschlaglage als Ausgangslage gezeigt ist.
Die dargestellte Lage des Ventilkolbens 21 entspricht einer Betriebssituation, bei der die durch den zulaufseitig anstehenden Druck auf den Ventilkolben 21 wirkende Stellkraft kleiner ist als die Stellkraft, die aus dem ablaufseitig anstehenden Druck zuzüglich der Kraft der Feder 22 resultiert. Sinkt die den Ventilkolben 21 in Richtung auf seine zulaufseitige Ausgangslage wirkende Stellkraft auf einen Wert, der kleiner ist als die aus dem zulaufseitig anstehenden Druck resultierende Stellkraft, so wird der Ventilkolben 21 in Richtung auf die Ablaufseite 18 verlagert und erreicht gegebenenfalls die ablaufseitig gegebene Anschlaglage zum aufnehmenden Gehäuse 19 als Sperrlage.
Der Verstellweg, also der Hub H des Ventilkolbens 21 zwischen seiner zulaufseitigen Ausgangslage und seiner ablaufseitigen Sperrlage entspricht einem Hubvolumen, das zumindest gleich, bevorzugt größer ist als das maximale Einspritzvolumen des Einspritzinjektors. Geschlossenes Bypassventil 14 vorausgesetzt, verlagert sich der Ventilkolben 21 aus seiner Ausgangslage gemäß Fig. 2 bei der Einspritzung über den Einspritzinjektor um einen Verstellweg, der zu einem dem Einspritzvolumen entsprechenden Hubvolumen korreliert. Ergeben sich, beispielsweise durch Hängenbleiben der Düsennadel der Düse 12 des Einspritzinjektors 7 in einer Offenstellung größere Ablaufmengen, so erschöpft das über den Ventilkolben 21 in seiner zulaufseitigen Ausgangslage ablaufseitig abgegrenzte Volumen und es verlagert sich der Ventilkolben 21 infolge des ablaufseitig gegebenen Druckabfalles in seine ablaufseitige Sperrlage, so dass - von Leckagen abgesehen - der weitere Zulauf von Kraftstoff zum und über den Einspritzinjektor 7 auf den jeweiligen Brennraum 3 unterbunden ist.
In entsprechender Weise ergibt sich auch bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors 7 bei jedem Einspritzvorgang eine Verlagerung des Ventilkolbens 21 in Richtung auf seine ablaufseitige Sperrlage, mit einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen Zulaufseite 17 und Ablaufseite 18, und die Rückstellung des Ventilkolbens 21 auf seine zulaufseitige Ausgangslage erfolgt nach Abschluss des Einspritzvorganges dadurch, dass über das Bypassventil 14 die Auslaufseite 18 mit der Zulaufseite 17 verbunden wird, so dass das über den Ventilkolben 21 abgegrenzte Hubvolumen wieder aufgefüllt und der Ventilkolben 21 über die Feder 22 wieder in seine zulaufseitige Ausgangslage zurückgestellt werden kann.
Das Bypassventil 14 muss somit - bei störungsfreiem Betrieb - in dem jeweiligen Intervall zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen eines jeweiligen Einspritzinjektors 7, das Mengenbegrenzungsventil 13 überbrückend, eine Verbindung zwischen der Zulaufseite 17 und der Ablaufseite 18 zumindest für einen Zeitabschnitt freischalten, diese Verbindung ansonsten aber geschlossen halten bzw. unterbrechen, und zwar sowohl während der jeweiligen Einspritzvorgänge wie auch in den Fällen, in denen ein unkontrollierter Zulauf von Kraftstoff über den Einspritzinjektor auf den Brennraum infolge einer betrieblichen Störung, beispielsweise des Hängenbleibens der Düsennadel der Düse des Einspritzinjektors, erfolgt. Hierzu wird im Rahmen der Erfindung das Bypassventil 14 mit einem Sperrglied 23, bevorzugt in Form eines Ventilkörpers 24, ausgebildet, der in Richtung auf seine Sperrstellung mit der Druckdifferenz zwischen Zulaufseite 17 und Ablaufseite 18 des Mengenbegrenzungsventiles 13 beaufschlagt ist und der lediglich zum Verstellen in seine Offenstellung über eine angesteuerte Stelleinrichtung 25 verstellbar ist, wobei die Stelleinrichtung 25 hinsichtlich der über sie aufzubringenden Stellkraft so ausgelegt ist, dass zwar eine Verstellung des Ventilkörpers 24 in seine Offenstellung bei Differenzdrücken möglich ist, wie sie bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors mit entsprechenden Einspritzvolumina auftreten, nicht aber bei darüber liegenden Differenzdrücken, wie sie sich beispielsweise bei einem Hängenbleiben der Düsennadel der Düse des Einspritzinjektors mit entsprechender Dauereinspritzung einstellen.
Die sich bei solchen Gegebenheiten einstellenden Druckdifferenzen haben zur Folge, dass das durch den Ventilkörper 24 gebildete und in Stellrichtung angeströmte Sperrglied 23 bedingt durch die beschränkte Stellkraft der Stelleinrichtung 25 nicht mehr in eine Offenstellung verstellt werden kann, in der der Durchlauf von Kraftstoff über das Bypassventil 14 möglich ist, und dies ungeachtet dessen, ob die Stelleinrichtung 25 im Sinne einer Betätigung des Sperrgliedes 23 angesprochen ist oder nicht.
Realisieren lässt sich eine derartige Funktion in besonders einfacher Weise über eine Stelleinrichtung 25 in Form eines Magnetstellers 26.
Ein bevorzugter Aufbau für ein derartiges Bypassventil 14 ist in Fig. 3 gezeigt, bei der die Leitungsabschnitte 15 und 16 in Endstücken 27, 28 auslaufen, die über eine Spannverbindung 29 dichtend miteinander verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist das ablaufseitige, der Leitung 16 zugeordnete Endstück 28 als Aufnahme für den Ventilkörper 24 ausgebildet und weist eine entsprechende Bohrung 30 auf, die im Durchmesser zum Querschnitt des Leitungsabschnittes 16 erweitert ist. Das Endstück 28 bildet somit eine Bohrungsaufnahme, und in der Bohrung 30 ist der Ventilkörper 24 geführt, wobei die Bohrung in Durchflussrichtung 31 auf eine Sitzfläche 32 für den Ventilkegel 33 des Ventilkörpers 24 ausläuft. Der Ventilkegel 33 ist seinerseits mit einem Schaftteil des Ventilkörpers 24 verbunden, der als Hohlschaft ausgebildet den Magnetanker 34 des Magnetstellers 26 bildet. Im Bereich des als Hohlschaft ausgebildeten Magnetankers 34 ist der Ventilkörper 24 zentral durchströmt, im Bereich des Ventilkegels 33 umfangsseitig überströmt, so dass in der Offenstellung des Ventilkörpers 34 eine Durchströmung, bevorzugt eine etwas gedrosselte Durchströmung stattfindet, durch die der Ventilkörper gegebenenfalls ergänzend zur Feder 46 in Richtung auf seine Sperrstellung aufgrund der Drosselung differenzdruckabhängig belastet ist. Der Ventilkegel 33 und das Endstück 28 in seinem die Aufnahme für die Bohrung 30 bildenden und in Überlappung zur Spule 35 des Magnetstellers 26 liegenden Bereich 45 sind aus amagnetischem Material ausgebildet.
In der Schließstellung des Ventilkörpers 24 ist dieser um einen vorgegebenen Stellweg beabstandet zur Stirnseite des teilweise in Überdeckung zur Bohrung 30 liegenden Endstückes 27 angeordnet, so dass das Endstück 27 mit seiner Stirnseite eine Anschlagbegrenzung für den Ventilkörper 24 in Öffnungsrichtung bildet. Die Spannvorrichtung 29 ist beispielsweise durch hutartige Spannhülsen 36, 37 realisiert, die radiale Absätze der Endstücke 27, 28 übergreifen, wobei im Schaftteil der Spannhülse 36, in einer radialen Aussparung derselben, auch die Spule 35 des Magnetstellers 26 untergebracht ist, so dass sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt.
Fig. 2 zeigt, nur schematisch angedeutet, den Magnetsteller 26 mit seiner Steuerleitung 38, wobei, entsprechend der geschilderten Funktion des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems und der diesem zugeordneten Mengenbegrenzungsanordnung 8 eine Bestromung des Magnetstellers 26 nur zum Öffnen der Bypassverbindung erforderlich ist. Geöffnet werden darf und muss die Bypassverbindung zwischen aufeinander folgenden Einspritzintervallen des Einspritzinjektors. Eine entsprechende Ansteuerung kann über die der Brennkraftmaschine 1 zugeordnete Steuer- und Regeleinrichtung 4 erfolgen. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, den bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen gegebenen Zündversatz zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine für die Ansteuerung des Bypassventiles 14 bzw. dessen Magnetstellers 26 zu nutzen, derart, dass das in der Leitungsverbindung zu einem Zylinder liegende Bypassventil 14 in Abhängigkeit von der Bestromung des Einspritzinjektors eines anderen Zylinders bestromt wird, auf den die Einspritzung in dem Intervall zwischen zwei Einspritzungen des Zylinders erfolgt, in dessen Versorgung das angesteuerte Bypassventil 26 liegt. Schematisiert ist dies in Fig. 1 dadurch angedeutet, dass von der Ansteuerleitung 39 für einen hier nicht dargestellten Zylinder eine Steuerleitung 40 abgezweigt ist, die mit der Mengenbegrenzungsanordnung 8 für den Einspritzinjektor 7 des dargestellten Zylinders verbunden ist.
Der diesbezügliche Betriebsablauf ist schematisch in Fig. 4 veranschaulicht, in der der Hub des Ventilkolbens 21 eines Mengenbegrenzungsventiles 13 über der Zeit bezogen auf einander folgender Einspritzungen eines einem Zylinder zugeordneten Einspritzinjektors dargestellt ist. Abgetragen ist der jeweilige Hub für den Ventilkolben 21 eines Mengenbegrenzungsventiles 13, das in der Leitungsverbindung zu einem auf einen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 einspritzenden Einspritzinjektor 7 liegt. Die Bestromungszeit dieses Einspritzinjektors, im Folgenden als erster Einspritzinjektor bezeichnet, ist mit T1 bezeichnet.
In Verbindung mit der bei der Einspritzung abfließenden Kraftstoffmenge und der sich dadurch einstellenden Druckdifferenz ergibt sich eine Verschiebung des Ventilkolbens 21 in Richtung auf seine auslaufseitige Sperrlage, diese wird bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors aber nicht erreicht. Der einer störungsfreien Einspritzung entsprechende Hubweg ist mit 41 abgetragen. Die so erreichte Hubstellung des Ventilkolbens 21 wird im Wesentlichen beibehalten, bis das Bypassventil 14 öffnet, so dass infolge der Verringerung der Druckdifferenz der Ventilkolben 21 wieder in seine zulaufseitige Ausgangslage zurückkehrt. Der entsprechende Hubweg ist bei 42 abgetragen. Die Kurvenzüge 43 und 44 deuten an, dass sich der Ventilkolben 21 aufgrund von Leckagen sowohl während der Einspritzung (Kurvenzug 43) wie auch im Intervall zwischen zwei aufeinander folgenden Einspritzungen auf den gleichen Zylinder (Kurvenzug 44) in seiner Hubstellung etwas verlagert. Die Rückstellung des Ventilkolbens 21 auf seine zulaufseitige Ausgangslage gemäß dem Abschnitt 42 der Hubkurve erfolgt aufgrund der Öffnung des Bypassventiles 14.
Für das Bypassventil 14 ist in Fig. 4 die Bestromungsdauer mit T2 angegeben, wobei die Bestromungsdauer T2 des Bypassventiles 14, wie bereits erläutert, bevorzugt der Einspritzzeit eines zweiten, auf einen anderen Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzenden Einspritzinjektors entspricht, so dass sich, störungsfreier Betrieb der Brennkraftmaschine unterstellt, im Wesentlichen gleich große Bestromungsintervalle T1 und T2 ergeben.
Insgesamt wird somit durch die Erfindung ein Kraftstoff-Einspritzsystem dahingehend ausgestaltet, dass bei mechanisch einfachem Aufbau und geringem Steuerungsaufwand eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet wird.
In Fig. 5 ist abweichend zu Fig. 2 der ablaufseitige Leitungsabschnitt 16 des Bypassventiles 14 an die Bohrung 30 des Mengenbegrenzungsventiles angeschlossen so dass auch in jenen Fällen, in denen das als 2/2-Ventil arbeitende Bypassventil 14 nicht geschaltet werden kann und ggf. in seiner Offenstellung hängen bleibt, eine Absperrung der Ablaufseite 18 gegen den Kraftstoffinjektor 7 zu erreichen ist, falls über den Kraftstoffinjektor ein ungeregelter Abfluss von Kraftstoff auf den jeweiligen Brennraum erfolgen sollte. Die Verlagerung des Ventilkolbens 21 auf seine Sperrlage ist in einem solchen Fall über die Druckdifferenz zu erreichen, die sich aufgrund der Drosselfunktion beim Überströmen des Bypassventiles 14 ergibt. Die Drosselfunktion führt zum Aufbau einer Druckdifferenz zwischen der zulaufseitigen Seite des Kolbens 21 und dessen ablaufseitiger Beaufschlagung.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Bypassventiles, nunmehr mit 50 bezeichnet, veranschaulicht. Dieses Bypassventil 50 umfasst einen Schieber 51 der quer zur Stellrichtung überströmt wird, wobei die Überströmungsrichtung wiederum über den Pfeil 31 veranschaulicht ist. In der Darstellung nimmt der Schieber 51 seine Sperrstellung ein, die Stelleinrichtung 52 ist wiederum als magnetische Stelleinrichtung veranschaulicht. Versehen ist der Schieber 51 mit einer Überströmöffnung 53, die strichliert angedeutet ist.
Die gezeigte Situation entspricht einer Schließstellung des Bypassventiles 50, und bei einer Druckdifferenz zwischen Anströmseite und Abströmseite ist der Schieber 51 quer zu seiner Stellrichtung kraftbeaufschlagt, wodurch sich für den Schieber 51 den abzufangenden Querkräften entsprechende Reibkräfte gegenüber dem Schiebergehäuse 54 ergeben. Die durch solche Druckdifferenzen bedingten Stützkräfte zwischen dem Schieber 51 und dem Gehäuse 54 sind als Querkräfte zur Stellrichtung des Schiebers durch die Pfeile 55 veranschaulicht.
Aus Druckdifferenzen, beispielsweise bei übermäßigen Leckagen, beim Hängenbleiben des Injektors in seiner Spritzstellung oder dergleichen ergeben sich Querbelastungen des Schiebers 51, und der Größe der Druckdifferenzen entsprechende Stützkräfte (Pfeile 55), aus denen einer Verstellung des Schiebers 51 entgegenwirkende Reibkräfte resultieren. Zur Überwindung dieser Reibkräfte sind, wie zur Überwindung der Druckdifferenzen, entsprechende Stellkräfte erforderlich.
Ist ein entsprechendes Stellkraftangebot, wie erfindungsgemäß vorgesehen, beschränkt, so kann auch der solchen Druckdifferenzen entsprechende Stellkraftbedarf zur Verstellung des Schiebers 51 nicht gedeckt werden, mit der Folge, dass der Schieber 51, analog zum Ventilkörper 24, in seiner Sperrstellung verbleibt, wenn bei Störungen das zur Verfügung stehende Stellkraftangebot überschritten wird.
Die Stelleinrichtung 52 ist bevorzugt auch hier als magnetische Stelleinrichtung ausgebildet, die vorliegend zweckmäßigerweise als lineare Stelleinrichtung ausgebildet ist, welche eine Verstellung des Schiebers 51 nach entgegengesetzten Seiten ermöglicht.

Claims

Kraftstoff-Einspritzsystem (2) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einer Kraftstoff-Hochdruckquelle, mit einem Brennraum (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine zugeordnetem Einspritz-injektor (7), mit einer in einer Leitungsverbindung der Hochdruckquelle zum Einspritzinjektor liegenden Mengenbegrenzungsanordnung (8), umfassend ein Mengenbegrenzungsventil (13) und eine Bypassanordnung hierzu, und mit in einer Aufnahmebohrung (20) des Mengenbegrenzungsventils dicht geführtem Ventilkolben (21), der zwischen einer zulaufseitigen Ausgangslage und einer auslaufseitigen Sperrlage als Anschlaglage verschiebbar ist, der auf die zulaufseitige Ausgangslage federnd abgestützt ist und dessen Verstellweg zwischen der Ausgangslage und der Sperrlage einem Hubvolumen entspricht, das gleich oder größer ist als das maximale Einspritzvolumen des Injektors (7), wobei sich im Betrieb zwischen der Zulaufseite (17) und der Auslaufseite (18) des Mengenbegrenzungsventils (13) eine Druckdifferenz einstellt und wobei die Bypassanordnung zum Mengenbegrenzungsventil dessen Zulaufseite (17) und dessen Auslaufseite (18) verbindet und in der Bypassanordnung ein als absperrbares Durchflussventil ausgebildetes Bypassventil (14) liegt, das ein Sperrglied (23) aufweist, welches zwischen einer Sperrstellung und einer Durchgangsstellung über eine Stelleinrichtung verstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bypassventil (14) außerhalb des Zeitbereiches der Einspritzung des ablaufseitig nachgeordneten Kraftstoff-Einspritzinjektors (7) über die Stelleinrichtung (25) offengeschaltet ist und dass das Sperrglied (23) des Bypassventiles (14) in Richtung auf seine Sperrstellung, insbesondere in seiner Sperrstellung mit der Druckdifferenz zwischen Zulaufseite (17) und Ablaufseite (18) des Mengenbegrenzungsventils (13) entsprechender Schließkraft kraftstoffbeaufschlagt und in Gegenrichtung über die Stelleinrichtung (25) verstellbar ist und dass die maximale Stellkraft der Stelleinrichtung (25) um ein vorgegebenes Maß kleiner als die Schließkraft ist, die sich bei einer einem gestörten Betrieb des Kraftstoff-Injektors (7) auftretenden Druckdifferenz ergibt.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stellkraft der Stelleinrichtung (25) um einen Sicherheitsschwellwert größer ist als die Schließkraft, die der bei störungsfreiem Betrieb des Kraftstoff-Injektors (7) und in Schließstellung befindlichen Ventilkörper (24) des Bypassventiles (14) auf den Ventilkörper (24) wirkenden Druckdifferenz entspricht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (24) in Richtung auf seine Schließstellung federbelastet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (24) des Ventiles (14) in seiner Öffnungsstellung mit einer strömungsbedingten Kraft in Richtung auf seine Schließstellung belastet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors (7) am Ventilkolben (21) des Mengenbegrenzungsventiles (13) gegebene Druckdifferenz in der Größenordnung der den Ventilkolben (21) in Richtung auf seine Ausgangslage beaufschlagenden Federkraft liegt.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (25) des Bypassventiles (14) als elektrisch betätigte Stelleinrichtung ausgebildet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (25) des Bypassventiles (14) als magnetische Stelleinrichtung ausgebildet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bypassventil (14) als Sperrglied (23) ein in Durchflussrichtung auf seine Sperrstellung differenzdruckbeaufschlagten, dichtend in einer Bohrung (30) geführten Ventilkörper (24) aufweist, der im Überdeckungsbereich zu einer die Bohrungsaufnahme umschließenden Erregerspule (35) einen Magnetanker (34) bildet, wobei die Bohrungsaufnahme zumindest im Bereich (45) zwischen Erregerspule (35) und Magnetanker(34) aus amagnetischem Material besteht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrung (30) in Durchflussrichtung auf eine Sitzfläche (32) der Bohrungsaufnahme ausläuft und der Magnetanker (34) einen der Sitzfläche (32) zugeordneten Ventilkegel (33) trägt, der aus amagnetischem Material besteht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetanker (34) als Hohlschaft ausgebildet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ankerbereich des Ventilkörpers (24) zentral durchströmt und der Ventilkegel (33) außenseitig überströmt wird.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass - bei mehrzylindriger Ausbildung der Brennkraftmaschine (1) und auf die Brennräume (3) der Zylinder jeweils entsprechend der Zündfolge zeitversetzt einspritzendem, elektrisch angesteuertem Einspritzinjektor (7) - für das Bypassventil (14), das einem in der Leitungsverbindung (11) zu einem auf den Brennraum (3) eines ersten Zylinders einspritzenden Einspritzinjektor (7) liegenden Mengenbegrenzungsventil (13) zugeordnet ist, und für einen auf den Brennraum (3) eines zweiten, in der Zündfolge zeitversetzten Zylinders einspritzenden Einspritzinjektor eine Ansteuerung im gleichen Zeitbereich vorgesehen ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit der Bestromung des auf den zweiten Zylinder einspritzenden Einspritzinjektors (7) eine Bestromung des Bypassventiles (14) des Mengenbegrenzungsventiles (13) verbunden ist, das in der Leitungsverbindung (11) zum auf den ersten Zylinder einspritzenden Einspritzinjektor (7) liegt.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine gemeinsame Bestromung des auf den zweiten Zylinder einspritzenden Einspritzventiles (17) und des Bypassventiles (14) vorgesehen ist, das dem Mengenbegrenzungsventil (13) des auf den ersten Zylinder einspritzenden Einspritzinjektors (7) zugeordnet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (24) des Bypassventiles (14) in seiner Stellrichtung überströmt ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (Schieber 51) des Bypassventiles (50) quer zu seiner Stellrichtung überströmt ist.
Kraftstoff-Einspritzinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (14) ablaufseitig auf die Aufnahmebohrung des Mengenbegrenzungsventiles (13) in einem Bereich ausmündet, der über den Ventilkolben (21) gegen die Ablaufverbindung zum Kraftstoff-Injektor (7) absperrbar ist.