EP0690222A1 - Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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EP0690222A1
EP0690222A1 EP94810381A EP94810381A EP0690222A1 EP 0690222 A1 EP0690222 A1 EP 0690222A1 EP 94810381 A EP94810381 A EP 94810381A EP 94810381 A EP94810381 A EP 94810381A EP 0690222 A1 EP0690222 A1 EP 0690222A1
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EP
European Patent Office
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piston
fuel
injection
injection device
control
Prior art date
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Application number
EP94810381A
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English (en)
French (fr)
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EP0690222B1 (de
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Robert Hofer
Paul Weber
Erwin Matter
Klaus Heim
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Wartsila NSD Schweiz AG
Original Assignee
Winterthur Gas and Diesel AG
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Publication date
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Priority to DK94810381T priority patent/DK0690222T3/da
Priority to JP10577595A priority patent/JP3597910B2/ja
Priority to KR1019950012979A priority patent/KR100364070B1/ko
Priority to CN95106181A priority patent/CN1057818C/zh
Priority to FI953161A priority patent/FI106973B/fi
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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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/32—Varying fuel delivery in quantity or timing fuel delivery being controlled by means of fuel-displaced auxiliary pistons, which effect injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • 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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/205—Quantity of fuel admitted to pumping elements being metered by an auxiliary metering device

Definitions

  • the invention relates to an injection device for the fuel injection of a reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the fuel is injected into the cylinders under high pressure, for example in diesel engines.
  • the injection process must be carried out in a very specific cycle, ie at the right time and with the right amount.
  • Conventional fuel injection systems with cam control are mechanically complex and also, for example, only partially flexible with regard to the optimization of fuel consumption and emissions.
  • Similar injection systems, such as that according to the preamble of the invention are known for passenger cars and trucks. However, all these systems are not suitable for operation with heavy oil, they only have a purely time-controlled fuel quantity metering and the high-pressure fuel storage is not protected against leakage.
  • the object of the invention is to provide an injection device with which the injection process is improved. According to the invention, such an injection device is characterized by the features in the characterizing part of independent claim 1.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
  • the injection of the fuel is controlled and monitored with a control piston and a metering piston.
  • the control piston is advantageously actuated and switched hydraulically in one direction via an electric hydraulic valve. If a mechanical drive of the control piston is desired for reasons of redundancy, this is also possible.
  • a corresponding arrangement can also be provided in the other direction, or the actuation in the other direction can be carried out with the pressurized fuel, with a separate control hydraulic system with control oil or with a spring.
  • the control piston controls both the inlet of the fuel to the metering piston and the outlet of the fuel from the metering piston chamber to the injection nozzle of the cylinder of the engine.
  • the controls e.g. the grooves and / or bores are arranged such that in both positions of the control piston, both the inflow of fuel to the metering piston and the outflow of fuel to the injection valve of the cylinder are open.
  • the control piston To start the injection, the control piston must be lifted from its seat, so that a direct connection from the high-pressure fuel reservoir to the injection nozzle is created.
  • the metering piston which is carried along by the fuel during the injection process, is located in this connection path. Its path, multiplied by its cross-sectional area, represents exactly the injected fuel volume.
  • This path is recorded with an inductive displacement sensor, for example, processed in the electrical control and sent as an injection end signal to the pilot valve. This in turn initiates the return movement of the control piston, so that its seat seals, the connection from the high-pressure fuel reservoir to the injection valve is interrupted, and the injection is thus ended.
  • a volumetric injection is thus realized with the metering piston.
  • the injection volume can be kept constant, which would not be possible with a purely time-controlled injection.
  • the injection pressure according to the invention can be used to regulate the ignition pressure to the permissible value so that the cheapest fuel consumption is always achieved.
  • the dosing piston fulfills another task. If the control fails or the control piston locks, it limits the injection volume to the maximum volume provided during operation. In such a case, the electrical control can determine via distance measurement on the metering piston that the injection has been too large. The next and further injections can be suppressed and displayed.
  • the pressure in the injection line can build up because the control piston does not seal absolutely against the fuel under cooking pressure of up to 2000 bar and more. To prevent this, the line can be relieved with a relief control valve will. This prevents uncontrolled injection. Furthermore, broken injection nozzle heads can also be indirectly determined with the metering piston displacement sensor, because in such a case the metering piston speed during the injection process becomes greater than usual. With this signal, the control electronics can be caused to suppress the fuel injection into a cylinder with a defective injection nozzle and, if necessary, to reduce the total engine load and / or to display the error with a display device.
  • a lead value must be added to the signal of the metering piston travel meter so that the fuel supply with the control piston can be closed in time, which enables clean regulation and prevents the injection volume required by the speed controller from being exceeded.
  • this lead value is a stored, approximate value. After the start, this value is continuously adapted to the current conditions by an adaptive control.
  • the new injection device creates an extraordinarily leak-proof, volumetrically precise injection device.
  • the injection device works with a metering piston driven by the pressurized fuel, which is designed as a differential piston.
  • the back of the dosing piston is connected to and pressurized with the fuel, which is under high pressure of up to 2000 bar and more.
  • a control piston is e.g. a hydraulic drive, which can be electrically controlled, moves back and forth between two end positions.
  • the control piston has guide elements for the fuel, via which the fuel is fed from the fuel pump to the metering chamber, or from the metering chamber to the cylinder of a reciprocating piston internal combustion engine.
  • the controls, i.e. Grooves and holes are advantageously arranged so that never, i.e. in no position there is a connection to both the high-pressure fuel pump and the injector of the cylinder at the same time.
  • the input channel 2 for the fuel branches into the channel 21 to the rear of the as Differential piston formed metering piston 3 and in the main channel 22, with which fuel is guided via the groove 41 of the control piston 4 to the inlet channel section 23 in the metering piston chamber 30.
  • the control valve 61 of the control hydraulics 6, which has an inlet and a return is actuated with control oil that is under pressure, the end face 43 of the control piston 4 is moved downward.
  • the pilot valve receives its control commands from the control electronics 7, which ensures that the fuel injection process takes place at the right time and with the right amount.
  • signals from an angle sensor 71 on the crankshaft of the engine are sent to the control electronics.
  • the transmitter 72 which works for example inductively, emits signals to the control electronics 7 about the position of the metering piston 3. This makes it possible to determine and change the amount of fuel injected per injection process.
  • the connection between the main channel 22 and the input channel section 23 is first interrupted. Thereafter, the output channel 24 is connected to the injection channel 25, which leads to the injection nozzle 51 of the cylinder 53 of the diesel engine, via the groove 42 in the control piston 4.
  • the metering piston 3 is moved by the pressure exerted by the fuel via the channel 21 on the rear side 31 of the metering piston. The fuel is injected into the cylinder space 52 of the engine 5.
  • the most important sealing point namely the one with the connection to the injection nozzle, is designed as a seat valve 45, so that the line 25 to the injection nozzle is not pressurized between the individual injection processes.
  • the valve seat 45 is very tight in the closed state. Uncontrolled injection can thus be prevented.
  • the tight fit of the control piston 4 is utilized and a small leakage flow of the fuel is accepted and returned to the fuel tank via the return channels 27.
  • Fig. 2 shows a control piston 4 'with only two sealing points 46', where only very small amounts of leakage occur.
  • three sealing points constantly seal against the fuel which is under high pressure.
  • This version has a higher hydraulic efficiency than variant 1.
  • the injector is also heated less thanks to the lower leakage currents.
  • control piston 4 In order to obtain a long service life of the control piston 4, it is hardened on its surface. Any suitable hardening process can be used. Control piston and associated bushing can be designed so that they can be easily replaced when they are worn. So this sleeve can be used as a cone in the housing, which is the replacement of this Bush, together with the control piston, as a whole control unit enables and makes simple.
  • control piston With one control piston, several injection nozzles of one cylinder of a reciprocating piston internal combustion engine can be controlled simultaneously.
  • control of the injection process can be adapted to the requirements of the engine at full and part load in the best possible way.
  • control pistons with the associated pilot valves and injection valves can also be arranged to form a metering piston.
  • the individual injection nozzles of a cylinder can be controlled individually in terms of time.
  • the encoder 72 for the control electronics advantageously works inductively.
  • other measuring systems that work capacitively, optically, magnetically or in any other way are suitable for monitoring and measuring the position of the metering piston.
  • the influence of dead time i.e. to minimize the delay of the system to the functional accuracy of the injection device, an adaptive injection volume control with an adaptive component can be provided.
  • the monitoring and control of the actual position and actual speed of the metering piston can be compared at any time with its target position and target speed.
  • the electronics can deduce whether too much, too little fuel or the fuel is injected too quickly or too slowly.
  • the size of these deviations can be used, for example, when a predetermined limit value is reached, to trigger an alarm, suppress injection of an affected cylinder and reduce engine performance.
  • control piston is driven in the closing direction with the high-pressure fuel, in one case additionally with a spring.
  • Other types of drives can also be used to drive the control piston, e.g. a separate hydraulic drive also in the closing direction and not only in the opening direction.
  • the control piston in the examples is described and shown as one piece. However, it is easily possible to manufacture the control piston from several pieces, possibly even from different materials or differently treated materials. The individual pieces can then be firmly connected to one another or can only be in constant contact with one another simply on the basis of the pressure and force conditions on the control piston. It is also conceivable to operate the control piston with a mechanical camshaft and hydraulic rod. However, this is only as redundancy for the case where the hydraulic drive is faulty or fails.
  • Injectors in diesel engines work with a fuel pressure in the range from 400 bar to over 2000 bar and the pressure in the hydraulic control circuit can work, for example, with a pressure in the range from 100 to 400 bar.
  • the injector as shown can be used for both diesel and heavy oil injection. This allows starting the cold engine with diesel oil and switching to heavy oil as soon as a higher operating temperature necessary for heavy oil is reached.

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Abstract

Die Einspritzvorrichtung (1) arbeitet mit einem vom unter Druck stehenden Brennstoff angetriebenen Dosierkolben (3), der als Differenzkolben ausgebildet ist. Die Rückseite (31) des Dosierkolbens (3) ist mit dem unter Hochdruck von bis zu 2000 bar und mehr stehenden Treibstoff verbunden und beaufschlagt. Ein Steuerkolben (4) wird mit z.B. einem hydraulischen Antrieb (6, 61; 7), der elektrisch geregelt sein kann, zwischen zwei Endlagen hin und her bewegt. Der Steuerkolben (4) weist Leitelemente (41, 42) für den Treibstoff auf, über welche der Brennstoff von der Brennstoffpumpe (8, 81) dem Dosierraum (30) zugeführt wird, bzw. vom Dosierraum (30) dem Zylinder (52, 53) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (5) zu geführt wird. Die Steuer- bzw. Leitelemente (41, 42), d.h. Nuten und Bohrungen sind mit Vorteil so angeordnet, dass nie, d.h. in keiner Stellung gleichzeitig eine Verbindung sowohl zur Hochdruck-Brennstoffpumpe (8, 81) als auch zur Einspritzdüse (51) des Zylinders (52, 53) besteht. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung für die Brennstoffeinspritzung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Mit derartigen Einspritzvorrichtungen wird beispielsweise bei Dieselmotoren der Brennkraftstoff unter hohem Druck in die Zylinder eingespritzt.
  • Der Einspritzvorgang hat in einem ganz bestimmten Takt, d.h. im richtigen Zeitpunkt und mit der richtigen Menge zu erfolgen. Herkömmliche Brennstoffeinspritzsysteme mit Nockensteuerung sind mechanisch aufwendig und zudem beispielsweise nur bedingt flexibel bezüglich der Optimierung von Brennstoffverbrauch und Emissionen. Ähnliche Einspritzsysteme, wie dasjenige nach dem Oberbegriff der Erfindung, sind zwar bekannt für Personenkraftwagen und Lastkraftwagen. Alle diese Systeme eignen sich jedoch nicht für den Betrieb mit Schweröl, haben nur eine rein zeitgesteuerte Brennstoffmengenzumessung und der Hochdruckbrennstoffspeicher ist nicht gegen Auslaufen geschützt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzvorrichtung zu schaffen, mit welcher der Einspritzvorgang verbessert wird. Erfindungsgemäss ist eine derartige Einspritzvorrichtung durch die Merkmale im Kennzeichen des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei der verbesserten Einspritzvorrichtung nach der Erfindung wird das Einspritzen des Brennstoffes mit einem Steuerkolben und einem Dosierkolben gesteuert und überwacht.
  • Der Steuerkolben wird in der einen Richtung mit Vorteil hydraulisch über ein elektrisches Hydraulikventil betätigt und geschaltet. Falls aus Redundanzgründen ein mechanischer Antrieb der Steuerkolben erwünscht ist, ist dies ebenfalls möglich.
  • In der anderen Richtung kann ebenfalls eine entsprechende Anordnung vorgesehen sein, oder die Betätigung in der anderen Richtung kann mit dem unter Druck stehenden Brennstoff, mit einer separaten Steuerhydraulik mit Steueröl oder mit einer Feder erfolgen.
  • Der Steuerkolben steuert sowohl den Einlass des Brennstoffs zum Dosierkolben als auch den Auslass des Brennstoffs aus dem Dosierkolbenraum zur Einspritzdüse des Zylinders des Motors. Die Steuerelemente, also z.B. die Nuten und/oder Bohrungen sind so angeordnet, dass in keiner Stellung des Steuerkolbens beide, sowohl der Zufluss des Brennstoffs zum Dosierkolben als auch der Abfluss des Brennstoffs zum Einspritzventil des Zylinders, geöffnet ist.
  • Für den Einspritzbeginn muss der Steuerkolben von seinem Sitz abgehoben werden, sodass eine direkte Verbindung vom Brennstoffhochdruckspeicher zur Einspritzdüse entsteht. In diesem Verbindungsweg befindet sich der Dosierkolben, welcher während des Einspritzvorganges vom Brennstoff mitgeschleppt wird. Sein Weg, multipliziert mit seiner Querschnittsfläche, stellt genau das eingespritzte Brennstoffvolumen dar. Dieser Weg wird mit einem z.B. induktiven Wegfühler aufgenommen, in der elektrischen Steuerung verarbeitet und als Einspritzendsignal zum Vorsteuerventil gesandt. Dieses wiederum leitet die Rücklaufbewegung des Steuerkolbens ein, sodass dessen Sitz dichtet, die Verbindung vom Brennstoffhochdruckspeicher zum Einspritzventil unterbrochen und damit die Einspritzung beendet wird.
  • Mit dem Dosierkolben wird also eine volumetrische Einspritzung realisiert. Zum Beispiel kann trotz teilverstopften oder ausgewaschenen Einspritzdüsen das Einspritzvolumen konstant gehalten werden, was bei einer reinen zeitgesteuerten Einspritzung nicht möglich wäre. Zusammen mit einer Zünddruckmessvorrichtung kann mit der erfindungsgemässen Einspritzvorrichtung der Zünddruck auf den zulässigen Wert so geregelt werden, dass immer der günstigste Brennstoffverbrauch erreicht wird.
  • Der Dosierkolben erfüllt noch eine weitere Aufgabe. Im Falle eines Versagens der Steuerung bzw. des Blockierens des Steuerkolbens begrenzt er das Einspritzvolumen auf das im Betrieb maximal vorgesehene Volumen. In einem solchen Falle kann via Wegmessung am Dosierkolben von der elektrischen Steuerung festgestellt werden, dass eine zu grosse Einspritzung erfolgt ist. Die nächste und weitere Einspritzungen können so unterdrückt und angezeigt werden.
  • Wenn ein solcher Schaden auftritt, kann sich in der Einspritzleitung der Druck aufbauen, weil der Steuerkolben nicht absolut gegen den Brennstoff unter Kochdruck von bis zu 2000 bar und mehr dichtet. Um dies zu verhindern, kann mit einem Entlastungssteuerventil die Leitung entlastet werden. So wird ein unkontrolliertes Einspritzen vermieden. Im weiteren können mit dem Dosierkolbenwegfühler indirekt z.B. auch gebrochene Einspritzdüsenköpfe festgestellt werden, weil in einem solche Falle die Dosierkolbengeschwindigkeit beim Einspritzvorgang grösser als gewöhnlich wird. Mit diesem Signal kann die Steuerelektronik veranlasst werden, die Brennstoffeinspritzung in einen Zylinder mit schadhafter Einspritzdüse zu unterdrücken und gegebenenfalls die gesamte Motorlast zu reduzieren und/oder den Fehler mit einer Anzeigevorrichtung anzuzeigen.
  • Zum Signal des Dosierkolbenwegmessers muss ein Vorhaltewert addiert werden, damit die Brennstoffzufuhr mit dem Steuerkolben rechtzeitig geschlossen werden kann, was eine saubere Regelung ermöglicht und verhindert, dass das vom Drehzahlregler verlangte Einspritzvolumen überschritten wird. Beim Motorstart ist dieser Vorhaltewert ein gespeicherter, ungefährer Wert. Nach dem Start wird dieser Wert durch eine adaptive Regelung ständig den aktuellen Verhältnissen angepasst.
  • Es ist leicht möglich, eine Einspritzvorrichtung mit einem einzigen Dosierkolben für mehrere Steuerkolben zu machen, bei der die Zufuhr des Brennstoffs zum Dosierkolbenraum in Serie über alle Steuerkolben geführt werden soll. Bei einer derartigen Anordnung kann nur Brennstoff in den Dosierkolbenraum fliessen, wenn sämtliche Brennstoffkanäle zu den Einspritzdüsen gesperrt sind. Andererseits kann die Einspritzung nur erfolgen, wenn alle Steuerkolben geöffnet sind.
  • Mit der neuen Einspritzvorrichtung wird eine ausserordentlich auslaufsichere, volumetrisch exakt arbeitende Einspritzvorrichtung geschaffen.
  • Die Einspritzvorrichtung arbeitet mit einem vom unter Druck stehenden Brennstoff angetriebenen Dosierkolben, der als Differenzkolben ausgebildet ist. Die Rückseite des Dosierkolbens ist mit dem unter Hochdruck von bis zu 2000 bar und mehr stehenden Treibstoff verbunden und beaufschlagt. Ein Steuerkolben wird mit z.B. einem hydraulischen Antrieb, der elektrisch geregelt sein kann, zwischen zwei Endlagen hin und her bewegt. Der Steuerkolben weist Leitelemente für den Treibstoff auf, über welche der Brennstoff von der Brennstoffpumpe dem Dosierraum zugeführt wird, bzw. vom Dosierraum dem Zylinder einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu geführt wird. Die Steuerelemente, d.h. Nuten und Bohrungen sind mit Vorteil so angeordnet, dass nie, d.h. in keiner Stellung gleichzeitig eine Verbindung sowohl zur Hochdruck-Brennstoffpumpe als auch zur Einspritzdüse des Zylinders besteht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung, d.h. der Einspritzvorrichtung und deren Funktion werden nachstehend anhand der schematischen Figuren beschrieben und erklärt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste Einspritzvorrichtung schematisch und teilweise geschnitten;
    Fig. 2
    eine zweite Einspritzvorrichtung schematisch und teilweise geschnitten, die sich von derjenigen von Fig. 1 durch die andere Ausführungsform des Steuerkolbens unterscheidet.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch und teilweise in einem Schnitt die Einspritzvorrichtung 1, welche von der Hochdruckpumpe 8 und dem Akkumulator 81 mit Brennstoff beschickt wird. Der Eingangskanal 2 für den Brennstoff verzweigt sich in den Kanal 21 zur Rückseite des als Differenzkolben ausgebildeten Dosierkolbens 3 und in den Hauptkanal 22, mit dem Brennstoff über die Nute 41 des Steuerkolbens 4 zum Eingangskanalabschnitt 23 in den Dosierkolbenraum 30 geführt wird. Bei Betätigung des Steuerventils 61 der Steuerhydraulik 6, das einen Zulauf und einen Rücklauf aufweist, mit Steueröl, das unter Druck steht, wird die Stirnseite 43 des Steuerkolbens 4 nach unten bewegt. Das Vorsteuerventil erhält seine Steuerbefehle von der Regelelektronik 7, welche dafür sorgt, dass der Brennstoffeinspritzvorgang im richtigen Zeitpunkt und mit der richtigen Menge erfolgt. So werden beispielsweise Signale von einem Winkelgeber 71 an der Kurbelwelle des Motors an die Regelelektronik gegeben. Der Geber 72, der beispielsweise induktiv arbeitet, gibt an die Regelelektronik 7 Signale über die Position des Dosierkolbens 3 ab. Damit wird es möglich, die Einspritzmenge des Brennstoffs pro Einspritzvorgang zu bestimmen und zu verändern.
  • Während sich der Steuerkolben nach unten bewegt, wird zunächst die Verbindung zwischen dem Hauptkanal 22 und dem Eingangskanalabschnitt 23 unterbrochen. Danach wird über die Nute 42 im Steuerkolben 4 der Ausgangskanal 24 mit dem Einspritzkanal 25, der zur Einspritzdüse 51 des Zylinders 53 des Dieselmotors führt, verbunden. Der Dosierkolben 3 wird durch den vom Brennstoff über den Kanal 21 auf die Rückseite 31 des Dosierkolbens ausgeübten Druck bewegt. Der Brennstoff wird in den Zylinderraum 52 des Motors 5 eingespritzt.
  • Wird das Vorsteuerventil 61 geschlossen und der Rücklauf für das Steueröl geöffnet, so wird der Steuerkolben 4 durch den auf die Stirnfläche 44 des Steuerkolbens 4 wirkenden Brennstoffdruck und die Federkraft nach oben gedrückt. Die Brennstoffzufuhr zum Kanal 25 wird unterbrochen und somit das Einspritzende herbeigeführt.
  • Am Steuerkolben nach Fig. 1 dichten beispielsweise fünf Dichtstellen dauernd gegen den sich unter Hochdruck befindlichen Brennstoff. Die wichtigste Dichtstelle, nämlich diejenige mit der Verbindung zur Einspritzdüse, ist als Sitzventil 45 ausgebildet, damit zwischen den einzelnen Einspritzvorgängen die Leitung 25 zur Einspritzdüse nicht unter Druck gesetzt wird. Der Ventilsitz 45 ist im geschlossenen Zustand ganz dicht. Damit kann unkontrolliertes Einspritzen verhindert werden. Bei den anderen Dichtungen 46 wird die enge Passung des Steuerkolbens 4 ausgenützt und ein kleiner Leckstrom des Brennstoffs in Kauf genommen und über die Rückführkanäle 27 wieder in den Treibstofftank rückgeführt.
  • Fig. 2 zeigt einen Steuerkolben 4' mit nur zwei Dichtstellen 46', wo nur sehr kleine Leckmengen entstehen. Bei dieser Ausführungsform dichten ständig drei Dichtstellen gegen den sich unter Hochdruck befindlichen Brennstoff ab. Diese Ausführung hat einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad als Variante 1. Die Einspritzvorrichtung wird zudem dank der geringeren Leckströme weniger erwärmt.
  • Im Falle eines Blockierens des Steuerkolbens in einer beliebigen Stellung besteht zwischen Kanal 22 und 25 eine relativ schlechte Abdichtung. Um einen ungewollten Druckanstieg und nachfolgend ungewollte Einspritzungen zu vermeiden, wird durch Öffnen des Entlastungsventils 80 der Druck im Kanal 25 abgesenkt.
  • Um eine lange Lebensdauer des Steuerkolbens 4 zu erhalten, wird dieser an seiner Oberfläche gehärtet. Dazu kann irgend ein geeignetes Härteverfahren verwendet werden. Steuerkolben und zugehörige Büchse können so ausgebildet sein, dass sie, wenn sie abgenützt sind, leicht ausgetauscht werden können. So kann diese Büchse als Konus in das Gehäuse eingesetzt sein, was den Austausch dieser Büchse, gemeinsam mit dem Steuerkolben, als ganze Steuereinheit ermöglicht und einfach macht.
  • Mit einem Steuerkolben kann man gleichzeitig mehrere Einspritzdüsen eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ansteuern. Insbesondere beim Verwenden eines schnellen Vorsteuerventils 61 kann die Steuerung des Einspritzvorganges den Anforderungen des Motors bei Voll- und Teillast bestmöglich angepasst werden.
  • Zu einem Dosierkolben können auch mehrere Steuerkolben mit den zugehörigen Vorsteuerventilen und Einspritzventilen angeordnet werden. In diesem Fall können die einzelnen Einspritzdüsen eines Zylinders zeitlich individuell angesteuert werden.
  • Der Geber 72 für die Regelelektronik arbeitet mit Vorteil induktiv. Es sind aber auch andere Messysteme, die kapazitiv, optisch, magnetisch oder sonstwie arbeiten geeignet, um die Lage des Dosierkolbens zu überwachen und zu messen. Um den Einfluss der Totzeit, d.h. der Verzögerung des Systems auf die Funktionsgenauigkeit der Einspritzvorrichtung zu minimieren, kann eine eine adaptive Einspritzvolumen-Regelung mit adaptiver Komponente vorgesehen werden.
  • Die Überwachung und Kontrolle der Istlage und Istgeschwindigkeit des Dosierkolbens kann jederzeit mit seiner Soll-Lage und Soll-Geschwindigkeit verglichen werden.
  • Je nach Abweichung, d.h. Differenz zwischen Soll- und Istwert kann die Elektronik daraus ableiten ob zuviel, zuwenig Brennstoff oder der Brennstoff zu schnell oder zu langsam eingespritzt wird. Die Grösse dieser Abweichungen kann beispielsweise beim Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes dazu verwendet werden, einen Alarm auzulösen, die Einspritzung eines betroffenen Zylinders zu unterdrücken und die Leistung des Motors zu reduzieren.
  • In den gezeigten Beispielen wird der Steuerkolben in der Schliessrichtung mit dem unter Hochdruck stehenden Brennstoff, im einen Fall zusätzlich mit eine Feder angetrieben. Für den Antrieb des Steuerkolbens können sich aber auch andere Antriebsarten eignen z.B. ein separater hydraulischer Antrieb auch in der Schliessrichtung und nicht nur in der Öffnungrichtung. Der Steuerkolben in den Beispielen ist als einstückig beschrieben und dargestellt. Es ist aber ohne weiteres möglich, den Steuerkolben aus mehreren Stücken, möglicherweise aus sogar verschiedenen Werkstoffen oder verschieden behandelten Werkstoffen zu fertigen. Die einzelnen Stücke können dann fest miteinander verbunden sein oder lediglich auf Grund der Druck- und Kraftverhältnisse am Steuerkolben ständig aneinanderliegen. Es ist auch denkbar, den Steuerkolben mit einer mechanischen Nockenwelle und hydraulischer Stange zu betätigen. Dies allerdings nur als Rednundanz für den Fall, wo der hydraulische Antrieb gestört ist oder ausfällt.
  • Einspritzvorrichtungen bei Dieselmotoren arbeiten mit einem Brennstoffdruck im Bereich von 400 bar bis über 2000 bar und der Druck im hydraulischen Steuerkreis kann beispielsweise mit einem Druck im Bereich von 100 bis 400 bar arbeiten.
  • Die Einspritzvorrichtung, wie sie gezeigt ist, kann sowohl für das Einspritzen von Dieselöl als auch für Schweröl verwendet werden. Dies erlaubt es, den kalten Motor mit Dieselöl anzufahren und sobald eine für Schweröl notwendige höhere Betriebs-Temperatur erreicht ist, auf Schweröl umzuschalten.

Claims (13)

  1. Einspritzvorrichtung (1) für die Brennstoffeinspritzung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (5), mit einem Dosierkolben (3) und einem Steuerkolben (4) mit Leitelementen (41, 42) für die Steuerung des Dosierkolbens (3) und mit einer Zuführung (2, 22, 23) für den unter Druck stehenden Brennstoff zum Dosierkolben (3), dadurch gekennzeichnet, dass
       der Dosierkolben (3) als Differenzkolben ausgebildet ist, dessen Rückseite (30) über Kanäle (21) ständig mit der Brennstoffzufuhr (8, 81) verbunden ist,
       der Steuerkolben (4) Leitelemente (41, 42) für den Treibstoff aufweist und in seiner Bohrung zwei Endlagen einnehmen kann, wobei in der ersten Endlage der Zuflussweg (2, 22, 23) für den Brennstoff zur Frontseite des Dosierkolbens (3) für den Brennstoff geöffnet ist und der Brennstoffkanal von der Frontseite des Dosierkolbens (3) zur Einspritzdüse (51) des Zylinders (52, 53) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (5) geschlossen ist, und
       in der zweiten Endlage die Verbindung des Zuflusswegs (2, 2, 23) für den Brennstoff zur Frontseite des Dosierkolbens geschlossen ist und der Brennstoffkanal (24, 25) von der Frontseite des Dosierkolbens (3) zur Einspritzdüse (51) des Zylinders (52, 53) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (5) geöffnet ist.
  2. Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Leitelemente (41, 42) am Steuerkolben und die zu schaltenden Brennstoffkanäle (2, 22, 23; 24, 25) so angeordnet sind, dass in keiner Stellung der Brennstoffkanal (2, 22, 23) vom Akkumulator (81) zum Dosierkolbenraum (30) und der Brennstoffkanal (24, 25) vom Dosierkolbenraum (30) zum Einspritzventil (51) gleichzeitig geöffnet ist.
  3. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einer elektrisch-hydraulischen Steuerung (7; 6, 61) für den Steuerkolben (4).
  4. Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 3, mit einer Vorrichtung (32, 72) zum Überwachen der momentanen Lage des Dosierkolbens (3) und zum Vergleichen der Ist-Lage und/oder der Ist-Geschwindigkeit des Dosierkolbens (3) mit einer vorgegebenen Soll-Lage und/oder soll-Geschwindigkeit.
  5. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche eine oder mehrere Hochdruckpumpen (8) und einen oder mehrere Druckakkumulatoren (81) aufweist.
  6. Mehrfach-Einspritzvorrichtung mit mehreren Einspritzvorichtungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für das Einspritzen von Brennstoff in mehreren Zylindern (52 ,53) einer Brennkraftmaschine (5).
  7. Mehrfach-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 6, mit einer Anzahl von Steuerkolben (4), die grösser ist als die Zahl der Dosierkolben (3).
  8. Mehrfach-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7, mit einem einzigen Dosierkolben (3) für die mehreren Einspritzdüsen (51) eines einzigen Zylinders (52, 53).
  9. Mehrfach-Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, welcher die Brennstoffzufuhr zu den mehreren Einspritzdüsen (51) eines Zylinders (52), aufeinanderfolgend, in Serie über Leitelemente (41, 42) mehrerer oder aller Steuerkolben (4) führt.
  10. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Einspritzen von Diesel- und Schweröl in den Zylinder (52) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (5).
  11. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10 mit einer adaptiven Einspritzregelung (7; 32, 72; 6, 61) für die Einspritzgeschwindigkeit und/oder die Einspritzmenge auf Grund des Vergleichs zwischen entsprechenden Ist- und Sollwerten.
  12. Hubkolbenbrennkraftmaschine (5) mit einer Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Steuerkolben (4) für eine Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bzw. für die Einspritzvorrichtung (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (5) nach Anspruch 12, der lediglich zwei oder drei Spaltdichtbereiche (46) und einen Ventilsitzbereich (45) aufweist.
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