EP1920156B1

EP1920156B1 - Kraftstoff-einspritzsystem für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1920156B1
Application number: EP06776523A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Scheibe
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: DE502006005872D1; EP1920155A1; KR20080043803A; JP2009503348A; KR20080045689A; ATE513987T1; KR101358851B1; EP1920155B1; WO2007014734A1; WO2007014733A1; ATE454550T1; JP4869346B2; JP2009503349A; DE102005036780A1; KR101231701B1; JP5122455B2; EP1920156A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Kraftstoff-Einspritzsystem der vorgenannten Art ist aus der DE 195 48 610 A1 bekannt. Es ist bei diesem System ein den dem nachgeordneten Einspritzinjektor zugeführten Volumenstrom begrenzendes und zusätzliches als Mengenbegrenzungsventil auch differenzdruckabhängig sowie als Sperrventil arbeitendes, fremdenergiegesteuertes 2/2-Wegeventil vorgesehen. Die dem Ventil zugeordnete Stelleinrichtung arbeitet magnetisch, und es ist der Ventilkörper über eine von einem variablen elektromagnetischen Feld gebildete Rückstellkraft in Richtung auf seine Öffnungsstellung belastbar. Damit soll eine Arbeitsweise des Ventiles ermöglicht werden, bei der dieses in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit vom jeweils zulässigen maximalen Einspritzvolumen des nachgeordneten Kraftstoffinjektors gesteuert ist. Eine solche Ausgestaltung erfordert einen hohen Steuerungsaufwand und bedingt differenzdruckabhängig hohe Stellkräfte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzsystem der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, dass sowohl der Steuerungsaufwand als auch der Energiebedarf der Stelleinrichtung reduziert sind, und dies ausgestaltungsbedingt bei insgesamt reduziertem Energieaufwand.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei der der Einspritzinjektor und das vorgelagerte Ventil im gleichen Zeitbereich bestromt und geöffnet werden, ist der Energiebedarf des Ventiles in der Obergrenze im Wesentlichen auf den Wert beschränkt, der erforderlich ist, um im ungestörten Betrieb die Differenzkraft zuzüglich eines Sicherheitsschwellwerts zu überwinden, die sich in der jeweiligen Phase zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen aufbaut. Arbeitet der Einspritzinjektor leckagefrei oder zumindest leckagefrei, so ergeben sich nur geringe Druckunterschiede, und die aus den Druckunterschieden, also aus dem Differenzdruck resultierende Stellkraft in Öffnungsrichtung ist nur gering. Größere Druckunterschiede sind ein Indikator für eine unzulässige Leckage oder sonstige Störungen im Übergang vom Ventil zum nachfolgenden Injektor, und solchen Druckunterschieden entsprechende Kräfte sollen bei der erfindungsgemäßen Lösung bewusst nicht überwunden werden können, so dass entsprechende Stellkräfte auch nicht aufzubringen sind.
Zudem ist bei der erfindungsgemäßen Lösung auch die Überströmung des Ventilkörpers des dem Einspritzinjektor zulaufseitig vorgelagerten Ventiles im Wesentlichen drosselfrei, so dass aus einer solchen Drosselung resultierende Stellkräfte ebenfalls nicht zu überwinden sind, in der Versorgung des Kraftstoffinjektors zudem auch entsprechende Drosselverluste vermieden werden können, was den Energiebedarf insgesamt senkt.
Da die Stellkraft der Stelleinrichtung für ein betriebssicheres Arbeiten auch nur um einen verhältnismäßig kleinen Sicherheitsschwellwert oberhalb der Schließkraft liegen muss, die bei störungsfreiem Betrieb des Einspritzinjektors und abgesteuertem Einspritzinjektor der am Ventilkörper wirksamen Druckdifferenz entspricht, sind für die Auslegung der Stelleinrichtung auch keine hohen Sicherheitsmarschen erforderlich, so dass auch baulich einfache und leichte Stelleinrichtungen verwendbar sind, so insbesondere magnetische Stelleinrichtungen.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre ist nicht auf in Stellrichtung des Ventilkörpers des dem Einspritzinjektor zulaufseitig vorgelagerten Ventiles überströmbare Ventile beschränkt, sondern auch in Verbindung mit Ventilen zu realisieren, deren Ventilkörper quer zur Stellrichtung überströmt ist und somit in seiner Führung differenzdruckabhängig belastet ist, wobei sich aus dieser differenzdruckabhängigen Belastung der jeweiligen Verstellung entgegenwirkende Reibkräfte ergeben, so dass für die Auslegung der Stelleinrichtung diese Reibkräfte zu berücksichtigen sind.
Das erfindungsgemäße, dem Einspritzinjektor zulaufseitig vorgelagerte Ventil lässt sich im Rahmen der Erfindung des Weiteren auch in Verbindung mit Einspritzinjektoren einsetzen, die konstruktionsbedingt mit größeren Leckagen arbeiten. In Verbindung mit solchen Lösungen, bei denen das Ventil ebenfalls mit weitgehend ungedrosselter Überströmung arbeitet, erweist es sich als zweckmäßig, im Bypass zum Ventil eine Speichereinheit vorzusehen, die im Rahmen der zulässigen Leckagen das jeweilige Leckagevolumen auf Betriebsdruck vorgespannt ausgleicht.
Für eine solche Speichereinheit eignet sich erfindungsgemäß ein Aufbau, bei dem in einem gehäuseseitigen Aufnahmeraum ein Ventilkolben verschieblich und dicht gegen Federkraft druckabhängig verstellbar vorgesehen ist, so dass der Kolben zum Ausgleich des Leckagevolumens verschoben werden kann. chereinheit mit einem im Aufnahmeraum verschieblich geführten, das Speichervolumen abgrenzenden Ventilkolben der dicht geführte Ventilkolben auch genutzt sein kann, um das Speichervolumen gegen die ablaufseitige Verbindung zum Injektor abzusperren, so dass bei unkontrolliertem Abfließen von Kraftstoff über den Injektor bei Fehlfunktion des Injektors über die Speichereinheit auch eine Absperrfunktion wahrgenommen werden kann.
Im Rahmen der Erfindung kann es des Weiteren zweckmäßig sein, dem dem Einspritzinjektor zulaufseitig vorgelagerten Ventil wiederum vorgelagert ein Mengenbegrenzungsventil anzuordnen, das als gedrosselt überströmbares Mengenbegrenzungsventil ausgebildet ist und dem die Funktion zukommet, bei ungesteuertem Zulauf von Kraftstoff auf den Brennraum des jeweils zu versorgenden Zylinders durch Versagen des Injektors, beispielsweise Abreißen von dessen Düsenkappe und/oder bei Versagen des Ventiles, insbesondere Hängenbleiben des Ventiles in seiner Offenstellung einen weiteren Zulauf von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine zu unterbinden.
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 Brennkraftma- schine mit ihrem Kraftstoff-Einspritzsystem,
Fig. 2: in schematisierter Schnittdarstellung das in der Leitungsverbindung einer Hochdruckquelle zu einem Einspritzinjektor des Kraftstoff-Einspritzsystemes liegende erfindungsgemäße Ventil in einer bevorzug- ten, erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform mit Über- strömung in Stellrichtung,
Fig. 3: eine weitere Schemadarstellung, bei der dem Ventil als Bestandteil einer Ventilanordnung anströmseitig ein überströmbares Mengenbegrenzungsventil vorgela- gert ist,
Fig. 4: in einer der Fig. 3 entsprechenden Darstellung eine Ventilanordnung, bei der das Ventil im Bypass zu einem nicht überströmbaren Mengenbegrenzungsventil liegt, zu dem anströmseitig vorgelagert ein ü- berströmbares Mengenbegrenzungsventil vorgesehen ist, und
Fig. 5: eine weitere Bauform eines im Rahmen der Erfindung nutzbaren Ventiles im Schema, wobei das Ventil quer zur Stellrichtung überströmt wird.

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 1 gezeigt, jeweils auf einen Brennraum 3 über ein Einspritzdüse 12 eines Einspritzinjektors 7, der an eine Kraftstoffzuleitung 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 einzelnen Zylindern zugeordneten Einspritzinjektoren 7, wobei jedem der Injektoren 7 jeweils eine Ventilanordnung 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 Ventilanordnung 8 ist, wie in Fig. 3 und 4 veranschaulicht, durch ein erfindungsgemäß mit Fremdenergie angesteuertes Ventil 14 gebildet, oder umfasst ein solches Ventil 14. Ein Ventil 14 ist in Fig. 2 in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung gezeigt, dessen Anströmrichtung durch den Pfeil 31 veranschaulicht ist.
Das Ventil 14 weist als stellbares Sperrglied einen Ventilkörper 23 auf und umfasst zwischen zulaufseitigen und ablaufseitigen Abschnitten 15 und 16 der Kraftstoffzuleitung 11 liegende und an diese angeschlossene Endstücke 27, 28, die über eine axiale Spannverbindung 29 dichtend miteinander verbunden sind, wobei die Spannverbindung 29 durch als hutartige Spannhülsen 36, 37 gestaltete Gehäusehälften realisiert ist, die radiale Absätze der Endstücke 27, 28 übergreifen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das ablaufseitige, dem Abschnitt 16 zugeordnete Endstück 28 als Aufnahme für den Ventilkörper 23 ausgebildet und weist eine entsprechende Bohrung 30 auf, die im Durchmesser gegenüber dem Querschnitt des Abschnittes 16 der Kraftstoffzuleitung 11 erweitert ist. Der in der Bohrung 30 geführte Ventilkörper 23 läuft mit einem Ventilkegel 33 auf eine Sitzfläche 32 im Übergang der Bohrung 30 auf den Abschnitt 16 aus. Der Ventilkegel 33 ist seinerseits mit einem Schaftteil des Ventilkörpers 23 verbunden, der als Hohlschaft ausgebildet den Magnetanker 34 eines Magnetstellers 26 bildet. Der Magnetsteller 26 umfasst eine Magnetspule 35, die umschließend zum Endstück 28 in einer radialen Aussparung der Spannhülse 37 angeordnet ist und in axialer Verlängerung eines Gewindehalses der Spannhülse 36 liegt, der von einem auslaufend zur Spannhülse 37 vorgesehenen Bund übergriffen und gegen diesen verschraubt ist.
Der Ventilkegel 33 und das Endstück 28 in seinem in der Bohrung 30 den Magnetanker 34 als Schaftteil aufnehmenden Bereich 45, der im Umschließungsbereich der Magnetspule 35 liegt, bestehen aus amagnetischem Material, wie durch gestrichelte Darstellung veranschaulicht.
Im Bereich des als Hohlschaft ausgebildeten Magnetankers 34 ist der Ventilkörper 23 zentral durchströmt, im Bereich des Ventilkegels 33 umfangsseitig überströmt, und die jeweils freien Durchströmungsquerschnitte entsprechen in der Offenstellung des Ventilkörpers 23 im Wesentlichen den Durchströmungsquerschnitten in den Abschnitten 15, 16, so dass in der Offenstellung des Ventilkörpers 23 eine zumindest weitgehend ungedrosselte Durch- bzw. Überströmung gegeben ist, die allenfalls eine geringe Stellkraft in Richtung auf die Schließstellung des Ventilkörpers 23, die in Fig. 2 gezeigt ist, zur Folge hat. Eine solche Stellkraft in Schließrichtung kann, anstelle und/oder ergänzend, auch über eine Stützfeder 46 aufgebracht werden, wie sie bevorzugt in Verlängerung des den Magnetanker 34 bildenden Hohlschaftes bei Abstützung gegen das Endstück 27 angeordnet ist. Die zumindest weitgehend ungedrosselte Durch- bzw. Überströmung ist zweckmäßig, da das Ventil 14 während der Einspritzphase geöffnet ist und mit der Drosselung eine Verringerung des Einspritzdruckes verbunden wäre. Besonders ist deshalb die Beaufschlagung des Ventilkörpers 23 mit Federkraft.
Der Magnetsteller 26 ist als Teil der insgesamt mit 25 bezeichneten Stelleinrichtung über die Leitungsverbindung 38 bestromt, und zwar im Zeitbereich der Einspritzung des Einspritzinjektors 7, in dessen Kraftstoffzuleitung 11 die Ventilanordnung 8, d.h. insbesondere das erfindungsgemäße Ventil 14 liegt, was sich, wie in Fig. 1 strichliert angedeutet, dadurch in einfacher Weise erreichen lässt, dass über die Steuer- und Regeleinheit 4 eine etwa zeitgleiche Bestromung des Injektors 7 und des Magnetsteller 26 erfolgt. Damit ist über das Ventil 14 im Zeitbereich der Einspritzung der Zulauf von Kraftstoff auf den Injektor 7 freigegeben, und mit Abschluss der jeweiligen Einspritzung wird über den Ventilkegel 33 auch der Kraftstoffdurchfluss in Richtung auf den Einspritzinjektor 7 gesperrt.
Arbeitet der Einspritzinjektor 7 leckagefrei oder annähernd leckagefrei, zeigt der Einspritzinjektör 7 also ein, entsprechend seiner jeweiligen Bauart, insoweit störungsfreies Betriebsverhalten, so ergibt sich in den zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen jeweils liegenden Betriebsphasen im ablaufseitigen Abschnitt 16 der Kraftstoffzuleitung 11 im Wesentlichen kein Druckabfall. Es ergibt sich somit zwischen dem zulaufseitigen Leitungsabschnitt 15 und dem ablaufseitigen Leitungsabschnitt 16 keine Druckdifferenz, die ein Öffnen des Ventiles 14 durch Verstellung des Ventilkörpers 23 über den Magnetsteller 26 verhindern würde, dessen Stellkraft auf den ungestörten Betrieb ausgelegt ist. Ergibt sich durch Leckagen am Einspritzinjektor 7 oder im Zulauf auf den Einspritzinjektor 7 in der Phase zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen ein Druckabfall im Abschnitt 16 der Leitungsverbindung 11, so ergibt sich ein erhöhter Differenzdruck und damit eine höhere, den Ventilkörper 23 in Richtung auf seine Schließstellung belastende Kraft. Ist diese Schließkraft, auch in Berücksichtigung der Kraft der Stützfeder 46, größer als die über den Magnetsteller 26 aufzubringende, in Öffnungsrichtung des Ventiles 14 wirkende Stellkraft, so kann das Ventil 14 über den Magnetsteller 26 nicht mehr geöffnet werden und es wir der über das Ventil 14 versorgte Einspritzinjektor von der Kraftstoffversorgung abgeschnitten, so dass leckagebedingte Schädigungen der Brennkraftmaschine durch unkontrolliertes Zulaufen von Kraftstoff auf den Zylinder, und somit dadurch verursachte, ungesteuerte Verbrennungsprozesse, vermieden werden.
Unerwünschte, durch Fehler verursachte Verbrennungsprozesse können ihre Ursache auch darin haben, dass das Ventil 14 eine Fehlfunktion hat, beispielsweise in einer Offenstellung, etwa durch Verklemmen hängen bleibt, oder dadurch, dass seitens der Einspritzdüse 12 deren Düsenkappe abreißt, so dass die drosselnde Wirkung der Spritzlöcher entfällt. Solche Fehler würden zu einem Einströmen von Kraftstoff auf den Brennraum in Übermenge führen. Um ein Einspritzsystem der vorgeschilderten Art auch hiergegen abzusichern, zeigt Fig. 3 als Teil der Ventilanordnung vorgeschaltet zum Ventil 14 ein Mengenbegrenzungsventil 50. Dieses umfasst ein Gehäuse 51 und einen Aufnahmeraum 52, der im Durchströmungsweg der Kräftstoffzuleitung 11 liegt, wobei von den gehäuseseitigen Leitungsteilen der zulaufseitige Leitungsteil mit 54 und der ablaufseitige Leitungsteil mit 55 bezeichnet sind. Zwischen diesen Leitungsteilen liegt innerhalb des Aufnahmeraumes 52 der Ventilkolben 53, der entgegen der Zulaufrichtung (Pfeil 31) über eine Feder 56 abgestützt ist und der entgegen der Federkraft aus seiner zulaufseitigen Anschlaglage in eine ablaufseitige Anschlaglage verstellbar ist. Der diesbezügliche Hubweg ist mit H bezeichnet.
In der in Fig. 3 gezeigten, zulaufseitigen Anschlaglage ist über den Ventilkolben 53 ein dem Hubweg H entsprechendes Hubvolumen abgegrenzt, das zumindest gleich, bevorzugt aber größer ist als das maximale Einspritzvolumen des Einspritzinjektors 7.
Geöffnetes Ventil 14 vorausgesetzt wird der Ventilkolben 53 aufgrund der gegebenen zulaufseitigen Druckbeaufschlagung gegen die Kraft der Feder 56 um einen Hubweg verstellt, zu dem ein Hubvolumen korreliert, das dem Einspritzvolumen entspricht. Ergibt sich ein das maximal zulässige Einspritzvolumen um einen Toleranzwert übersteigendes Abflussvolumen, so geht der Ventilkolben 53 in seine Sperrlage.
Bei innerhalb der vorgegebenen Betriebsgrenzen liegenden Einspritzvolumina bewegt sich der Ventilkolben 53 jeweils nur über einen Teilbereich seines Maximalhubes H, und es wird das insoweit verdrängte Hubvolumen in den Einspritzpausen des nachgeschalteten Einspritzinjektors 7, also bei abgeschaltetem Kraftstoffzulauf auf den Brennraum 3 dadurch ausgeglichen, dass der Ventilkolben 53 "undicht" in der Aufnahme 52 geführt ist. Eine solche undichte Führung kann durch entsprechende Spielbemessung zwischen Ventilkolben 53 und Aufnahme 52 erreicht werden, oder auch durch anderweitig vorgesehene gedrosselte Überströmwege. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Ventilkolben 53 über Ringbunde 57 in der Aufnahme 52 dichtend geführt und es sind diesen Ringbunden 57 drosselnde Überströmwege 58 zugeordnet.
Durch die Hintereinanderschaltung eines derartigen Mengenbegrenzungsventiles, bei dem die Überströmwege 58 einen Rückschiebebypass bilden, mit einem Ventil 14 - das Ventil 14 und das Mengenbegrenzungsventil 15 bilden eine Ventilanordnung 8 - wird eine Lösung aufgezeigt, die für Einspritzinjektoren 7, bei denen in den Phasen der Nichteinspritzung keine oder eine verhältnismäßig kleine Leckage gegeben ist, bei einfachem Aufbau eine sensibel ansprechende Absicherung erreicht wird. Durch die Überströmwege 58, also den Rückschiebebypass erfolgt nämlich eine eng tolerierbare, "undichte" Führung des Ventilelementes, und übermäßige Leckagen oder dergleichen führen dazu, dass ergänzend zum Einspritzvolumen jeweils ein Leckvolumen abfließt, so dass, wenn lediglich das Einspritzvolumen wieder aufgefüllt wird, letztlich der Ventilkolben 53 auf Anschlag geht. Gleiches ist der Fall, wenn aus anderen Gründen über die Verbindung zwischen dem Mengenbegrenzungsventil 50 und dem Einspritzinjektor 7 eine unzulässig hohe Kraftstoffmenge abfließt.
Während bei der Grundanordnung gemäß Fig. 3 Leckagen wie auch anderweitige unzulässig hohe Abströmverluste über eine lediglich aus Ventil 14 und Mengenbegrenzungsventil 50 bestehende Ventilanordnung 8 für Einspritzinjektoren detektiert werden können, und über die Ventilanordnung 8 zugleich die Kraftstoffzufuhr auf den Einspritzinjektor unterbunden werden kann, wenn der Kraftstoffinjektor 7 in einer Form ausgestaltet ist, bei der, störungsfreies Betriebsverhalten vorausgesetzt, bei Nichteinspritzung lediglich kleine Abströmverluste oder Leckagen auftreten, bezieht sich das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 auf Injektoren 7, die konstruktiv so ausgelegt sind, dass sich bei Nichteinspritzung verhältnismäßig größere Leckagen ergeben. Hierfür wird im Ausführungsbeispiel ergänzend zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in Parallelschaltung, also im Bypass zum Ventil 14, ein vorgespanntes Vorrats- oder Puffervolumen vorgesehen verkörpert in einer Speichereinheit 60, die baulich ähnlich einem Mengenbegrenzungsventil 50 gestaltet ist, abweichend hiervon aber einen im Aufnahmeraum 62 des Gehäuses 61 dicht geführten Ventilkolben 63 aufweist. Auch dieser liegt axial zwischen einem Zulauf 64 und einem Ablauf 65, wobei die Zulaufseite an den zulaufseitigen Anschluss 15 und die Ablaufseite an den ablaufseitigen Anschluss 16 des Ventiles 14 angeschlossen ist. Der Ventilkolben 63 ist wiederum über eine Feder 66 auf seine zulaufseitige Anschlaglage belastet, und entgegen der Kraft der Feder 66 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Zulaufseite und Ablaufseite in seine ablaufseitige Anschlaglage zu verschieben. Das über den Ventilkolben 63 abgesperrte Hubvolumen steht lediglich mit dem ablaufseitigen Anschluss 16 des Ventiles, bzw. dem zwischen dem Ventil 14 und dem Einspritzinjektor 7 liegenden Abschnitt der Kraftstoffzuleitung 11 in Verbindung.
Schließt das Ventil 14, so treten durch die injektorseitigen Leckagen Abströmverluste ein, die zu einem abströmseitigen Druckabfall führen würden, wenn sie nicht durch das im Speicherelement 60 bevorratete und unter Druck stehende Kraftstoffvolumen ausgeglichen würden. Sind diese in den jeweiligen Phasen der Nichteinspritzung sich ergebenden Abströmverluste größer als zulässig, so können sie über das Volumen der Speichereinheit 60 nicht mehr ausgeglichen werden. Entsprechend ergeben sich Druckdifferenzen zwischen Zulaufseite und Ablaufseite des Ventiles 14, durch das dieses geschlossen gehalten wird. Bleiben die Verluste innerhalb der zulässigen Grenzen, so wird das Speichervolumen in den Phasen der Einspritzung jeweils wieder aufgefüllt.
Ergänzend ist in Fig. 4, analog zu Fig. 3, anströmseitig vorgelagert zum Ventil 14 ein Mengenbegrenzungsventil 50 vorgesehen, das in Aufbau und Funktion jenem gemäß Fig. 3 entspricht. Auf die diesbezüglichen vorstehenden Ausführungen wird verwiesen.
Ermöglicht wird durch die separate Anordnung einer in ihrem Speichervolumen begrenzten, systemdruckabhängig vorgespannten und konstruktiv nach Art eines Mengenbegrenzungsventil gestalteten Speichereinheit 60 in Parallelschaltung zum Ventil 14 und die vorgeschaltete Anordnung eines Mengenbegrenzungsventils 50 zum Ventil 14 eine separate und damit in der jeweiligen Empfindlichkeit abgestimmte Detektion von Leckagen und/oder sonstigen Abflussverlusten, wobei der zulaufseitige Anschluss 64 der Speichereinheit 60 nicht über das Mengenbegrenzungsventil 50 laufen muss, obwohl dies eine bevorzugte Gestaltung darstellt.
Zur Veranschaulichung dessen, dass die erfindungsgemäße Lösung nicht an ein Ventil 14 der in Fig. 2 gezeigten Bauart mit Überströmung in Stellrichtung gebunden ist, wenn dies auch eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte Lösung darstellt und wenn eine Ausgestaltung gemäß Fig. 2 auch im Hinblick auf ein besonders feinfühliges Ansprechen zweckmäßig ist, ist in Fig. 5 eine Lösung für ein Ventil 14 in der Bauform eines Schieberventiles 70 gezeigt, das quer zur Stellrichtung überströmbar ist. Der quer zur Stellrichtung überströmbare Schieber ist mit 71 bezeichnet, die Überströmungsrichtung wiederum durch den Pfeil 31 veranschaulicht. In der Darstellung nimmt der Schieber 71 seine Sperrstellung ein, die Stelleinrichtung 72 ist wiederum als magnetische Stelleinrichtung veranschaulicht. Versehen ist der Schieber 71 mit einer Überströmöffnung 73, die strichliert angedeutet ist.
Die gezeigte Situation entspricht einer Schließstellung, und bei einer Druckdifferenz zwischen Anströmseite und Abströmseite ist der Schieber 71 quer zu seiner Stellrichtung kraftbeaufschlagt, woraus sich für den Schieber 71 den abzufangenden Querkräften entsprechende Reibkräfte gegenüber dem Schiebergehäuse 74 ergeben. Die durch solche Druckdifferenzen bedingten Stützkräfte zwischen dem Schieber 71 und dem Gehäuse 74 sind als Querkräfte zur Stellrichtung des Schiebers durch Pfeile 75 veranschaulicht.
Da aus angesprochenen Druckdifferenzen, z.B. bei übermäßigen Leckagen, bei Hängenbleiben des Injektors in seiner Spritzstellung usw. entsprechend der Größe der Druckdifferenzen erhebliche Stützkräfte, und damit einer Verstellung des Schiebers 71 entgegenwirkende Reibkräfte resultieren können, sind auch, diesen Reibkräften entsprechend, erhebliche Stellkräfte unter Umständen nötig.
Ein entsprechendes Stellkraftangebot kann, wie bereits geschildert, erfindungsgemäß beschränkt sein, so dass bei entsprechend hohen Druckdifferenzen der entsprechende, zur Verstellung des Schiebers 71 erforderliche Stellkraftbedarf nicht gedeckt werden kann, mit der Folge, dass bei Druckdifferenzen, die entsprechende Grenzwerte überschreiten, der Schieber 71 in seiner Sperrstellung verbleibt und damit trotz entsprechender Beaufschlagung über die Stelleinrichtung 72 nicht in seine Öffnungslage verstellt werden kann, wobei bezüglich des Stellkraftbedarfes zu berücksichtigen ist, dass ggf. auch die Kraft einer in Richtung auf die Schließstellung wirkenden Feder 46 zu überwinden ist.
Da die Bestromung der Stelleinrichtung 72 zur Verstellung im Zeitbereich der Bestromung des Injektors - öffnen des Injektors zum Einspritzen und öffnen des Ventiles 14 im gleichen Zeitbereich - erfolgt, ist ohne weiteren Steuerungsaufwand auch eine Nutzung der Stelleinrichtung 72, was in gleicher Weise für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 gilt, zur Verstellung des Ventiles in Richtung auf seine Schließstellung möglich, anstatt und/oder ergänzend zur Feder 46.

Claims

Kraftstoff-Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen (1) mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (5), mit einem auf einen Brennraum (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine (1) einspritzenden Einspritzinjektor (7) und mit einem in der Kraftstoffzuleitung (11) von der Hochdruckquelle (5) zum Einspritzinjektor (7) liegenden Ventil (14), das im Zeitbereich der Einspritzung des Einspritzinjektors (7) über eine Stelleinrichtung (25) offen geschaltet ist und dessen Ventilkörper (23) bei ablaufseitig zum Ventil (14) störungsbedingt auftretendem Druckabfall eine Schließstellung einnimmt sowie in dieser Schließstellung durch eine dem zwischen der Zu- und Ablaufseite des Ventiles (14) gegebenen Differenzdruck entsprechende Kraft belastet ist,
dadurch gekennzeichnet,
o dass der Ventilkörper (23) in Offenstellung des Ventiles (14) zumindest weitgehend ungedrosselt überströmt ist,

o dass die Stellkraft der Stelleinrichtung (25) zur Verstellung des Ventilkörpers (23) aus seiner Schließstellung in Öffnungsrichtung auf einen Grenzwert beschränkt ist und

o dass der Grenzwert bei störungsfrei arbeitendem und zusammen mit dem Ventil (14) abgesteuertem Einspritzinjektor (7) der am Ventilkörper (23) wirksamen, sich zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen aufbauenden Druckdifferenz zuzüglich eines Sicherheitsschwellschwertes entspricht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (23) in Richtung auf die Schließstellung federbelastet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (23) des Ventiles (14) in seiner Öffnungsstellung mit einer strömungsbedingten Kraft in Richtung auf seine Schließstellung belastet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der in einer Öffnungslage befindliche Ventilkörper (23) über eine Stellkraft der Stelleinrichtung (25) in Richtung auf seine Schließstellung verstellbar ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (25) für das Ventil (14) als elektrisch betätigte Stelleinrichtung ausgebildet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (25) für das Ventil (14) als magnetische Stelleinrichtung ausgebildet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der in einer Gehäusebohrung (30) geführte Ventilkörper (23) einen als Magnetanker (34) ausgebildeten Längsbereich aufweist, der im Überdeckungsbereich zu einer gehäuseseitig umschließenden Magnetspule (35) liegt und dass das Gehäuse im Bereich (45) zwischen Magnetspule (35) und Magnetanker (34) aus amagnetischem Material besteht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gehäusebohrung (30) in Durchflussrichtung auf eine Sitzfläche (32) ausläuft und dass der Magnetanker (34) einen der Sitzfläche (32) zugeordneten Ventilkegel (33) trägt, der aus amagnetischem Material besteht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetanker (34) als Hohlschaft ausgebildet ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetanker (34) zentral durchströmt und der Ventilkegel (33) außenseitig überströmt ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftstoffinjektor (7) und die Stelleinrichtung (25) des in der Kraftstoffzuleitung (11) zu diesem Injektor (7) liegenden Ventiles (14) im gleichen Zeitbereich, insbesondere nahezu zeitgleich bestromt und im störungsfreien Betrieb offen geschaltet sind.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem konstruktiv auf eine zumindest annähernd leckagefreie Arbeitsweise ausgelegten Kraftstoffinjektor (7) dem diesem zulaufseitig vorgelagerten Ventil (14) ein gedrosselt überströmbares Mengenbegrenzungsventil (50) vorgelagert ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem konstruktiv auf eine Arbeitsweise mit Leckage ausgelegten Kraftstoffinjektor (7) im Bypass zu dem zulaufseitig diesem Injektor (7) vorgelagerten Ventil (14) eine Speichereinheit (60) vorgesehen ist, deren Vorratsvolumen gegen die Ablaufseite des Ventiles (14) offen und über den Anschluss der Speichereinheit (60) auf die Zulaufseite zum Ventil (14) druckbeaufschlagt ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Speichereinheit (60) einen Aufnahmeraum für einen dicht geführten, das Speichervolumen gegen die Zulaufseite verschieblich abgrenzenden Ventilkolben (63) aufweist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkolben (63) in Richtung auf den zulaufseitigen Anschluss (64) federbelastet und in Richtung auf eine gegenüberliegende, sperrende Anschlagstellung druckbeaufschlagt verschieblich ist.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Speichervolumen (60) mit einem Sicherheitszuschlag dem maximalen Einspritzvolumen des Einspritzinjektors (7) entspricht.
Kraftstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 13 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass zulaufseitig zum Ventil (14) diesem und der Bypassabzweigung auf die Speichereinrichtung (60) vorgelagert ein gedrosselt überströmbares Mengenbegrenzungsventil (50) vorgesehen ist.