DE19621583A1 - Diesel engine fuel injection system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für Diesel brennkraftmaschinen mit zumindest einem Kraftstoff direkt in den Brennraum einspritzenden Einspritzventil pro Zylinder, mit einem Hochdruckkraftstoffzuführsystem mit einer Hochdruck pumpe, welche Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter einem Hochdruckverteilerspeicher zuführt, welcher pro Zylinder über eine ein Magnetventil aufweisende Betätigungseinrichtung mit einem die Düsennadel des Einspritzventiles umgebenden Düsen raum strömungsverbindbar ist, wobei in einer der Öffnungsstel lung des Einspritzventiles zugeordneten Betätigungsstellung des Magnetventiles die Öffnung der Düsennadel durch Druckbe aufschlagung des Düsenraumes entgegen einer Schließkraft er folgt, und wobei die Betätigungseinrichtung einen in der Hoch druckleitung zwischen Vorspeicher und Düsenraum angeordneten Steuerzylinder mit einem axial verschiebbaren Steuerkolben aufweist, der an einen über das Magnetventil mit Druck beauf schlagbaren Steuerraum grenzt und in einer Stellung den Zufluß des Kraftstoffes in den Düsenraum sperrt und in einer anderen Stellung freigibt.The invention relates to a storage injection system for diesel internal combustion engines with at least one fuel directly in the injection valve injecting the combustion chamber per cylinder, with a high pressure fuel supply system with a high pressure pump which fuel from a fuel tank High-pressure distributor storage, which per cylinder an actuator having a solenoid valve a nozzle surrounding the nozzle needle of the injection valve Space is flow-connectable, in one of the opening position tion of the injection valve associated actuation position of the solenoid valve the opening of the nozzle needle by Druckbe opening of the nozzle area against a closing force follows, and with the actuator one in the high pressure line between the accumulator and the nozzle area Control cylinder with an axially displaceable control piston has, which pressurizes one via the solenoid valve beatable control room borders and in one position the inflow locks the fuel in the nozzle area and in another Releases position.
Aus der Veröffentlichung MTZ Motortechnische Zeitschrift 55 (1994) 9, Seite 502, "Dieseleinspritzung für Großmotoren", Gerhard LEHNER, ist ein Speichereinspritzsystem bekannt, bei dem das Magnetventil, welches den Einspritzbeginn und die Spritzdauer definiert, vom Betriebsmedium durchflossen ist. In bestimmten Anwendungsfällen ist es allerdings vorteilhaft, wenn das Magnetventil nicht vom Betriebsmedium durchflossen wird. Wenn beispielsweise als Betriebsmedium Schweröl verwen det wird, bei dem sowohl hohe Viskositäten als auch entspre chend hoher Gehalt an Kohlenstoff, Asche oder Sedimenten auf treten, besteht die Gefahr, daß das Magnetventil samt Betäti gungseinrichtung leicht verschmutzt und damit verschließen wird. Abgesehen davon ist, da das Schweröl auf 150 bis 180°C aufgeheizt ist, das Magnetventil thermisch hoher Belastung ausgesetzt. Andere Betriebsstoffe als Schmieröl, z. B. solche, mit kleinen Viskositäten, wiederum sind in Verbindung mit Ma gnetventilen als kritisch, beispielsweise aufgrund ihrer Kavi tationsneigung, anzusehen. From the publication MTZ Motortechnische Zeitschrift 55 (1994) 9, page 502, "Diesel Injection for Large Engines", Gerhard LEHNER, a memory injection system is known at the the solenoid valve, which the start of injection and the Spray duration defined, is flowed through by the operating medium. In However, in certain applications it is advantageous if the operating medium does not flow through the solenoid valve becomes. For example, if heavy oil is used as the operating medium is det, in which both high viscosities and correspond high content of carbon, ash or sediments occur, there is a risk that the solenoid valve including actuators gently soiled and seal it becomes. Apart from that, since the heavy oil is at 150 to 180 ° C is heated, the solenoid valve is thermally high load exposed. Operating fluids other than lubricating oil, e.g. B. such with small viscosities, in turn are in connection with Ma solenoid valves as critical, for example due to their cavi tendency to look.
Aus der DD 1 03 691 A ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das Hochdruck kraftstoffzuführsystem strömungsmäßig mit dem Betätigungs kreislauf verbunden ist. Insbesondere bei Verwendung von kri tischen Betriebsstoffen, wie Schweröl oder Schmieröl, kann es auch hier zu verstärktem Verschleiß der Düsennadel des Magnet ventiles kommen. Weiters ist aus der DE 29 07 279 A1 ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren mit einem Magnetventil bekannt, welches über einen Steuerkolben den Kraftstoffdurchfluß durch eine zum Einspritzventil führende Hochdruckleitung steuert. Der Steuerkolben wird von einem Elektromagneten direkt betätigt. Dies erfordert allerdings eine relativ große und vergleichsweise kostenaufwendige Bau weise des Magnetventiles.DD 1 03 691 A is a fuel injection device of the type mentioned, in which the high pressure fuel delivery system fluidly with the actuation circuit is connected. Especially when using kri table supplies, such as heavy oil or lubricating oil, it can here too too wear on the nozzle needle of the magnet valves come. Furthermore, from DE 29 07 279 A1 Fuel injection system for internal combustion engines with one Solenoid valve known, which via a control piston Fuel flow through a leading to the injector High pressure line controls. The control piston is one Electromagnet operated directly. However, this requires a relatively large and comparatively expensive construction way of the solenoid valve.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und die erhöhte Beanspruchung, welche um ver stärkten Verschleiß des Magnetventiles führt, bei gleichzeitig kostengünstiger und einfacher Bauweise, zu vermindern.The object of the present invention is to overcome these disadvantages avoid and the increased stress, which by ver heavy wear of the solenoid valve leads, at the same time less expensive and simpler design.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Betäti gungseinrichtung einen vom Hochdruckkraftstoffzuführsystem strömungsmäßig getrennten Betätigungskreislauf, vorzugsweise mit einem externen Fluid, beispielsweise Motoröl, aufweist, wobei die Steuerung des Zuflusses zum Düsenraum über durch zu mindest einen vorzugsweise nutförmigen ersten Steuereinstich gebildete Steuerkanten des Steuerkolbens erfolgt, welche mit zumindest einer Mündungsöffnung der Hochdruckleitung in den Steuerzylinder zusammenwirken. Der Steuerzylinder steht dabei nur indirekt über das Betätigungsmedium mit dem Magnetventil in Verbindung, eine Verschmutzung und/oder übermäßige Bela stung bzw. verstärkter Verschleiß des Magnetventiles durch den Kraftstoff wird somit wirksam vermieden. Dadurch, daß der Steuerungsquerschnitt des Magnetventiles sehr klein sein kann, ist eine einfache und kostengünstige Bauweise des Magnetventi les möglich. Eine Voreinspritzung kann durch zweimaliges Betä tigen des Magnetventiles bei einem Einspritzvorgang erfolgen.According to the invention this is achieved in that the actuators supply device one of the high pressure fuel supply system flow-separate actuation circuit, preferably with an external fluid, for example engine oil, the control of the inflow to the nozzle space via through too at least one preferably groove-shaped first control groove Control edges of the control piston formed, which with at least one opening of the high pressure line in the Interacting control cylinders. The control cylinder stands there only indirectly via the actuating medium with the solenoid valve in connection, pollution and / or excessive bela or increased wear of the solenoid valve by the Fuel is thus effectively avoided. The fact that the Control cross section of the solenoid valve can be very small, is a simple and inexpensive construction of the solenoid valve les possible. A pre-injection can be done by pressing twice term of the solenoid valve during an injection process.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Er findung ist vorgesehen, daß der Steuerkolben einen vom ersten Steuereinstich durch eine ringförmige Schulter getrennten nut förmigen zweiten Steuereinstich aufweist, dessen Steuerkanten bei einem Steuerkolbenhub die Mündungsöffnung überstreichen. In a particularly advantageous embodiment of the Er Invention is provided that the control piston one of the first Control puncture groove separated by an annular shoulder shaped second control groove, the control edges sweep the orifice opening during a control piston stroke.
Durch die zwischen den beiden Steuereinstichen angeordnete Schulter wird der Kraftstoffzufluß zum Düsenraum unterbrochen und bei Weiterbewegung des Steuerkolbens wieder freigegeben, was zu einer Vor- und einer Haupteinspritzung bei nur einmali ger Betätigung des Magnetventiles während eines Einspritzvor ganges führt. Dadurch kann insbesondere auch dann eine Vorein spritzung realisiert werden, wenn ein zweimaliges Betätigen des Magnetventiles während eines Einspritzvorganges zufolge des Ventilansprechverhaltens nicht möglich ist. Dabei kann es bei bestimmter Konstruktionsdimensionierung des Steuerzylin ders allerdings vorkommen, daß durch das Verschieben des Steu erkolbens in Schließrichtung zufolge der Feder auch beim Schließvorgang ein Nachspritzeffekt auftritt. Es sind Veröf fentlichungen (SAE 940897, SAE 950217) bekannt, in denen in anderem Zusammenhang auf die Vorteile einer derartigen Drei facheinspritzung hingewiesen ist. Oft ist der Nachspritzeffekt allerdings unerwünscht. Dieser kann vermieden werden, wenn ge mäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung die Masse des Steuerkolbens und die auf den Steuerkolben in Schließrichtung wirkende Federkraft so ausgelegt sind, daß beim Überfahren der Mündungsöffnung durch die Schulter die Dü sennadel noch geöffnet bleibt.Through the arranged between the two control punctures The flow of fuel to the nozzle area is interrupted at the shoulder and released when the control piston continues to move, which leads to a pre and a main injection with only once eng actuation of the solenoid valve during an injection pre ganges leads. In this way, an advance can also be made spraying can be realized when pressing twice of the solenoid valve during an injection process valve response is not possible. It can with certain design dimensions of the control cylinder However, it happens that by shifting the tax piston in the closing direction also according to the spring Closing a post-injection effect occurs. There are lots publications (SAE 940897, SAE 950217) are known, in which in another connection to the advantages of such a three compartment injection is indicated. The post-injection effect is often however undesirable. This can be avoided if ge according to a preferred embodiment of the invention, the Mass of the control piston and that on the control piston in Spring force acting in the closing direction are designed so that when crossing the muzzle opening through the shoulder the nozzle the needle remains open.
Eine hohe Betriebssicherheit wird dadurch erreicht, daß das Magnetventil für den einspritzlosen Zustand durch eine Feder kraft in seiner Öffnungsposition gehalten wird und bei Akti vierung entgegen der Federkraft in seine Schließposition bringbar ist, wodurch der Einspritzvorgang ausgelöst wird.A high level of operational reliability is achieved in that the Spring-free solenoid valve is held in its open position by force and with Akti against the spring force in its closed position can be brought, whereby the injection process is triggered.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zei gen:The invention is explained in more detail with reference to the figures. It shows gene:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfin dungsgemäßen Speichereinspritzsystems in der Absteuerphase, Fig. 1 is a schematic representation of the accumulator injection OF INVENTION to the invention in the Absteuerphase,
Fig. 2 ein Detail des Speichereinspritzsystems aus Fig. 1 während der Einspritzphase, Fig. 2 shows a detail of the accumulator injection system of FIG. 1 during the injection phase,
Fig. 3 ein Detail des erfindungsgemäßen Speicher einspritzsystems in einer Ausführungsvariante mit Voreinspritzung während der Absteuerphase. Fig. 3 shows a detail of the memory injection system according to the invention in an embodiment variant with pre-injection during the control phase.
Fig. 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Spei chereinspritzsystem 1, bei dem das Hochdruckkraftstoffzuführ system 2 von der Betätigungseinrichtung 3 getrennt ist. Das Hochdruckkraftstoffzuführsystem 2 besteht aus einer Hochdruck pumpe 4, welche Kraftstoff aus einem Tank 4a, einem Hochdruck verteilerspeicher 5 (rail) und je einem Vorspeicher 6 pro Dü senhalter zuführt. Vom Vorspeicher 6 führt pro Einspritzventil jeweils eine Einspritzleitung 7 zum die Düsennadel 9a des zu speisenden Einspritzventiles 9 umgebenden Düsenraum 8. In der Einspritzleitung 7 ist ein Steuerzylinder 10 mit einem Steuer kolben 11 zur Steuerung der Einspritzung angeordnet. Der Steu erkolben 11 weist durch einen ringförmigen ersten Steuerein stich 12 gebildete Steuerkanten 13 und 14 auf, welche bei axi aler Verschiebung des Steuerkolbens 11 die Zuflußöffnung 7a und Abflußöffnung 7b der Einspritzleitung 7 steuern. Auf den Steuerkolben 11 wirkt eine durch die Feder 15 aufgebrachte Schließkraft. Aus dem Federraum 16 führt eine Rückflußlei tung 17 zurück zum Tank 4a. Fig. 1 shows schematically the memory injection system 1 according to the invention, in which the high-pressure fuel supply system 2 is separated from the actuating device 3 . The high-pressure fuel supply system 2 consists of a high-pressure pump 4 , which supplies fuel from a tank 4 a, a high-pressure distributor memory 5 (rail) and one pre-memory 6 per nozzle holder. For each injection valve, one injection line 7 leads from the accumulator 6 to the nozzle chamber 8 surrounding the nozzle needle 9 a of the injection valve 9 to be fed. In the injection line 7 , a control cylinder 10 is arranged with a control piston 11 for controlling the injection. The control piston 11 has an annular first Steuerein stitch 12 formed control edges 13 and 14 , which control the inlet opening 7 a and outlet opening 7 b of the injection line 7 at axial displacement of the control piston 11 . A closing force applied by the spring 15 acts on the control piston 11 . From the spring chamber 16 a Rückflußlei device 17 leads back to the tank 4 a.
An dem dem Federraum 16 gegenüberliegenden Ende weist der Steuerzylinder 10 einen an den Steuerkolben 11 grenzenden Steuerraum 18 auf, in welchen die Steuerleitung 19 der hydrau lisch vom Hochdruckkraftstoffzuführsystem 2 getrennten Betäti gungseinrichtung 3 einmündet. Die ein externes Arbeitsmedium aufweisende Betätigungseinrichtung 3 steuert durch Druckände rung in der Steuerleitung 19 die axiale Auslenkung des Steuer kolbens 11. Die Druckänderung in der Steuerleitung 19 erfolgt dabei durch ein Magnetventil 20, welches wahlweise den Rück fluß des von einer Pumpe 21 aus einem Tank 22 geförderten ex ternen Arbeitsfluid durch die Rückflußleitung 23 sperrt oder freigibt. Der Arbeitsdruck der Betätigungseinrichtung 3 wird über das Druckhalteventil 24 konstant gehalten. 10 to the spring chamber 16 opposite end, the control cylinder to a bordering on the control piston 11 control chamber 18, in which the control line 19 of the hydrau cally separate from Hochdruckkraftstoffzuführsystem 2 Actuate the restriction device 3 opens. The actuating device 3 , which has an external working medium, controls the axial deflection of the control piston 11 by pressure changes in the control line 19 . The pressure change in the control line 19 takes place through a solenoid valve 20, which selectively blocks or releases the back flow of the ex-internal working fluid conveyed by a pump 21 from a tank 22 through the backflow line 23 . The working pressure of the actuating device 3 is kept constant via the pressure maintaining valve 24 .
Das externe Arbeitsfluid ist vorzugsweise bei der Brennkraft maschine leicht verfügbares Motoröl. In der in Fig. 1 gezeich neten Stellung des Steuerkolbens 11 ist das Magnetventil 20 geöffnet, wodurch das Arbeitsfluid über das offene Magnetven til 20 und die Rückflußleitung 23 in den Tank 22 zurückgeför dert wird. Die auf den Steuerkolben 11 einwirkende Feder 15 des Steuerzylinders 10 ist so stark ausgebildet, daß der Steu erkolben 11 bei geöffnetem Magnetventil 20 in seiner in Fig. 1 eingezeichneten Schließstellung gehalten wird. Der aus dem Vorspeicher 6 kommende Kraftstoff kann in dieser Stellung nicht in den Düsenraum 8 gelangen, da über die Mantel fläche 11a des Steuerkolbens 11 die Zuführöffnung 7a der Ein spritzleitung 7 geschlossen ist. In der Einspritzleitung 7 noch vorhandener Restdruck wird über den Federraum 16 und die Rückflußleitung 17 abgebaut. Diese beschriebene Stellung ent spricht dem Absteuervorgang oder dem Einspritzende.The external working fluid is preferably engine oil readily available in the internal combustion engine. In the Neten Drawn in Fig. 1 position of the control piston 11 the solenoid valve 20 is opened, whereby the working fluid through the open Magnetven til 20 and the return line is changed into the tank 22 zurückgeför 23rd The force acting on the control piston 11 spring 15 of the control cylinder 10 is formed so strongly that the STEU erkolben 11 open, solenoid valve 20 in its Fig. 1 drawn in closed position is held. The current coming from the prestore 6 fuel can not be discharged into the nozzle chamber 8 in this position, since surface via the jacket 11 a of the spool 11, the supply opening 7 a of a spray line closed. 7 Residual pressure still present in the injection line 7 is reduced via the spring chamber 16 and the return line 17 . This position described speaks to the control process or the injection end.
Der Einspritzbeginn ist in Fig. 2 dargestellt. Der Rückfluß des externen Arbeitsfluids durch die Rückflußleitung 23 wird durch Schließen des Magnetventiles 20 unterbunden, wodurch das von der Pumpe 21 geförderte Arbeitsfluid in den Steuerraum 18 des Steuerzylinders 10 gelangt und den Steuerkolben 11 entge gen der Schließkraft der Feder 15 axial verschiebt. Der Druck in der Leitung 19 steigt dabei bis zu einem durch das Druck halteventil 24 definierten Maximalwert, um dann konstant zu bleiben. Durch den ringförmigen ersten Steuereinstich 12 geben die Steuerkanten 13 und 14 die Eintritts- und Austrittsquer schnitte 7a und 7b frei und ermöglichen den Kraftstofffluß durch die Einspritzleitung 7 zum Düsenraum 8. The start of injection is shown in FIG. 2. The return flow of the external working fluid through the return line 23 is prevented by closing the solenoid valve 20 , whereby the working fluid delivered by the pump 21 enters the control chamber 18 of the control cylinder 10 and the control piston 11 moves axially against the closing force of the spring 15 . The pressure in line 19 increases up to a maximum value defined by the pressure holding valve 24 , in order then to remain constant. Due to the annular first control groove 12 , the control edges 13 and 14 release the inlet and outlet cross sections 7 a and 7 b and enable the fuel flow through the injection line 7 to the nozzle chamber 8.
Durch geeignete Auslegung der Federkraft der Feder 15, des Durchmessers des Steuerkolbens 11 und des Arbeitsdruckes des Arbeitsfluids kann eine Optimierung an die jeweiligen Erfor dernisse durchgeführt werden.By suitable design of the spring force of the spring 15 , the diameter of the control piston 11 and the working pressure of the working fluid, an optimization to the respective requirements can be carried out.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der im Ge gensatz zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Voreinspritzung möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Steuerkolben 11′ neben dem Steuereinstich 12′ einen weiteren Steuereinstich 12′′ aufweist. Die Breite y dieses wei teren Steuereinstiches 12′ muß dabei größer sein als der axiale Abstand x zwischen Zuflußöffnung 7a und Abflußöff nung 7b am Steuerzylinder 10. Bei einem Einspritzvorgang wird der Steuerkolben 11′′ wie beschrieben entgegen der Kraft der Feder 15 axial ausgelenkt, wodurch kurzzeitig zufolge des Zu satzeinstiches 12′′ der Kraftstofffluß vom Vorspeicher 6 zum Dü senraum 8 freigegeben wird um anschließend durch Überfahren der Schulter 25 zwischen den beiden Steuereinstichen 12′ und 12′′ des Steuerkolbens 11′ über die Zuflußöffnung 7a wieder un terbrochen zu werden. Die Haupteinspritzung erfolgt erst, wenn der Steuereinstich 12′ Zuflußöffnung 7a und Abflußöffnung 7b wieder verbindet. Fig. 3 shows a development of the invention, in which, in contrast to the embodiment shown in FIGS . 1 and 2, a pre-injection is possible. This is achieved in that the control piston 11 'in addition to the control groove 12' has a further control groove 12 '' . The width y of this white direct control groove 12 ' must be greater than the axial distance x between the inlet opening 7 a and the outlet opening 7 b on the control cylinder 10 . In an injection process, the control piston 11 '' as described axially deflected against the force of the spring 15 , which is temporarily released due to the puncture puncture 12 '' of the fuel flow from the accumulator 6 to the nozzle chamber 8 to then by driving over the shoulder 25 between the two Control punctures 12 ' and 12''of the control piston 11' via the inflow opening 7 a to be interrupted again. The main injection takes place only when the control groove 12 ' inlet opening 7 a and outlet opening 7 b connects again.
Um zu vermeiden, daß beim Schließvorgang des Steuerkolbens 11 ein Nachspritzeffekt an der Einspritzdüse 9 auftritt, wird die Federkraft der Feder 15 und die Masse des Steuerkolbens 11′ vorzugsweise so ausgelegt, daß das Überfahren des Steuerein stiches 12′′ über die Öffnungen 7a und 7b noch vor dem Schlie ßen der Düsennadel 9a erfolgt und dadurch nur eine Druckwel lenänderung in der Einspritzleitung 7 erfolgt.In order to avoid that a post-injection effect occurs at the injection nozzle 9 during the closing process of the control piston 11, the spring force of the spring 15 and the mass of the control piston 11 'is preferably designed so that the passage of the Steuerein stitch 12'' through the openings 7 a and 7 b takes place before the nozzle needle 9 a is closed and, as a result, only a pressure wave change occurs in the injection line 7 .
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