EP0874153A2 - Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen - Google Patents

Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen Download PDF

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EP0874153A2
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spring
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needle
chamber
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DaimlerChrysler AG
Daimler Benz AG
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    • F02M63/0005—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using valves actuated by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • 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
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0205—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively for cutting-out pumps or injectors in case of abnormal operation of the engine or the injection apparatus, e.g. over-speed, break-down of fuel pumps or injectors ; for cutting-out pumps for stopping the engine

Definitions

  • the invention relates to a memory injection system for a Multi-cylinder internal combustion engine with solenoid valve controlled direct injection fuel injectors, with an in lead each valve housing to a spring-loaded nozzle needle and lockable by a control piston with valve function Feed line, with a supported in a spring chamber and the nozzle needle pressing the needle needle spring onto its needle seat, also with one on the back of the under system pressure standing control piston arranged control room and a with this cooperating solenoid valve, through which the Control room can be connected to a relief line and simultaneously the shut-off of the feed line leading to the nozzle needle can be canceled, which via a throttled line connection communicates with the low pressure side.
  • Such a memory injection system is known from DE 196 12 738 A1, in which the solenoid-controlled control piston of the direct injection fuel injector with the Rear side of the spring-loaded nozzle needle in operative connection stands.
  • the spool limits one with the relief line connectable control room, when the solenoid valve is activated can be relieved of pressure. Through the pressure relief at the same time the valve connected to the control piston opens and a flow connection via the feed line to the nozzle needle produced.
  • US 5 109 822 is a direct injection Fuel injection valve in one for multi-cylinder internal combustion engines known storage injection system known which has a piston located coaxially with the nozzle needle, the system pressure is applied to the nozzle needle in the closing direction acts. The piston is used to support a quick Needle closing in normal operation.
  • the invention is therefore based on the object of high pressure To provide simple measures for fuel injectors, due to the possible when malfunctions occur Damage to the engine can be avoided. In addition, despite a valve defect emergency operation of the vehicle may be possible.
  • a solenoid controlled direct injection fuel injector 1 (hereinafter referred to as injector) for one not Accumulated fuel injection system or common rail system a multi-cylinder internal combustion engine exposes itself a solenoid valve 2 arranged on the head side of the injector, one underlying control piston 3 with valve piston 4 and one spring-loaded nozzle needle 5 together.
  • An inlet line 6 opens into a valve piston 4 surrounding Annulus 7, from which a feed line 8 to extends to the nozzle needle 5.
  • the valve piston 4 closes during the injection line the supply line 6 or interrupts the flow connection from the feed line 6 to the feed line 8 into a pressure chamber 9 surrounding the nozzle needle 5 flows.
  • the system-pressurized control piston 3 limits one Control room 10, which is connected via a line 11 Inlet throttle 12 is connected to the inlet line 6. Of the Control room 10 is via an outlet throttle 13 by the solenoid valve 2 can be opened, relieved.
  • the nozzle needle 5 is guided by a nozzle needle spring guided in the spring chamber 14 15 pressed onto their valve seat 16.
  • the spring chamber 14 is one due to the larger diameter part 17a Stepped bore 17 formed, while the smaller part one Pressure chamber 18 limited in which a pressurizable piston 19 is guided longitudinally, with one in the spring chamber 14 protruding needle stop pin 20 firmly connected is.
  • the piston 19 is slightly larger in diameter the needle stop pin 20.
  • the needle stop pin 20 has a shoulder 21 for support the nozzle needle spring 15. This shoulder 21 is perfect Function of fuel injector 1 at the transition 17b of the stepped bore 17. On the back of the nozzle needle 5 there is a valve plate 22 on which the nozzle needle spring is located 15 supports.
  • the nozzle needle spring 15 presses the nozzle needle 5 and on the other hand the valve stop pin 20 on the respective Seat, in this position the nozzle needle 5 and the needle stop pin 20 have a defined distance x of at least corresponds to the maximum opening stroke of the nozzle needle 5.
  • the pressure chamber 18 containing the piston 19 and that to the nozzle needle 5 leading supply line 8 are through a acting as a throttle Cross line 23 connected to each other.
  • a throttling line connection branches from the feed line 8 24 from the low pressure side of the fuel injection system leads.
  • the throttling line connection 24 and the throttled cross line 23 are coaxial to each other for manufacturing reasons arranged and cross the feed line as a through hole 8.
  • the valve housing of the fuel injector 1 only with one operation up to the pressure room 18 are pierced.
  • the line connection 24 opens a return line 25 with the open solenoid valve 1 with the control room 10 is connected.
  • a malfunction occurs after the usual injection, be it e.g. a jamming of the control piston 3 when open Piston valve 4 and the nozzle needle no longer closes, builds up in the pressure chamber 18 with increasing injection duration Pressure on.
  • the pressure in the pressure chamber 18 reaches a value, multiplied by the piston area of the piston 19 is the same size as the product of the system pressure and the nozzle shaft area, is the nozzle needle 5 in the equilibrium of forces and is then replaced by the one lying on the nozzle needle Needle stop pin 20 closed.
  • a quantity of fuel therefore flows into the pressure chamber 18 and into a proportional amount of fuel by the time Nozzle holes.
  • the maximum amount of fuel, where the nozzle closes automatically, from the system pressure independently.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führenden und durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbaren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich abstützenden und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsennadelfeder, ferner mit einem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum sowie einem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung aufhebbar ist. Die federbelastete Düsennadel und der Steuerkolben sind hierbei räumlich voneinander getrennt, wobei sich an den Federraum ein durchmessermäßig kleinerer Druckraum anschließt, in dem ein den Druckraum von dem Federraum trennender und bei einer Funktionsstörung des Kraftstoffeinspritzventiles auf die Düsennadel in Schließrichtung einwirkender systemdruckbeaufschlagter Kolben längsverschiebbar geführt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führenden und durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbaren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich abstützenden und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsennadelfeder, ferner mit einem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum sowie einem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung aufhebbar ist, welche über eine gedrosselte Leitungsverbindung mit der Niederdruckseite in Verbindung steht.
Ein derartiges Speichereinspritzsystem ist aus der DE 196 12 738 A1 bekannt, bei dem der magnetventilgesteuerte Steuerkolben des direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventiles mit der Rückseite der federbelasteten Düsennadel in Wirkverbindung steht. Der Steuerkolben begrenzt einen mit der Entlastungsleitung verbindbaren Steuerraum, der bei Ansteuerung des Magnetventiles druckentlastbar ist. Durch die Druckentlastung wird gleichzeitig das mit dem Steuerkolben verbundene Ventil geöffnet und eine Strömungsverbindung über die Zuführleitung zur Düsennadel hergestellt.
Bei Auftreten von Defekten an derartigen Kraftstoffeinspritzventilen, sei es ein klemmender Steuerkolben oder ein funktionsgestörtes Magnetventil, sind infolge einer ständigen Hochdruckverbindung zur Einspritzdüse Motorschäden nicht auszuschließen.
Des weiteren ist aus der US 5 109 822 ein direkteinspritzendes Kraftstoffeinspritzventil in einem für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen vorgesehenen Speichereinspritzsystem bekannt, welches einen koaxial zur Düsennadel gelegenen Kolben aufweist, der systemdruckbeaufschlagt in Schließrichtung auf die Düsennadel einwirkt. Der Kolben dient der Unterstützung eines schnellen Nadelschließens im Normalbetrieb.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, an hochdruckbelasteten Kraftstoffeinspritzventilen einfache Maßnahmen vorzusehen, durch die bei Auftreten von Funktionsstörungen mögliche Motorschäden vermieden werden. Außerdem soll trotz eines Ventildefektes ein Notfahrbetrieb des Fahrzeuges möglich sein.
Zur Lösung der Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Durch die besondere Anordnung eines systemdruckbeaufschlagbaren Kolbens in einem von dem Federraum abgetrennten Druckraum ist es möglich, eine vom Systemdruck bzw. Raildruck unabhängige maximale Einspritzmenge im Falle einer im Kraftstoffeinspritzventil vorliegenden Funktionsstörung darzustellen.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
Ein magnetventilgesteuertes direkteinspritzendes Kraftstoffeinspritzventil 1 (im folgenden Injektor genannt) für ein nicht näher dargestelltes Speichereinspritzsystem bzw. Common Rail-System einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine setzt sich aus einem am Injektor kopfseitig angeordneten Magnetventil 2, einem darunter liegenden Steuerkolben 3 mit Ventilkolben 4 und einer federbelasteten Düsennadel 5 zusammen.
Eine Zulaufleitung 6 mündet in einen den Ventilkolben 4 umgebenden Ringraum 7, von dem aus eine Zuführleitung 8 sich bis zur Düsennadel 5 erstreckt. Der Ventilkolben 4 verschließt während der Einspritzpause die Zulaufleitung 6 bzw. unterbricht die Strömungsverbindung von der Zulaufleitung 6 zur Zuführleitung 8, die in einen die Düsennadel 5 umgebenden Druckraum 9 mündet.
Der systemdruckbeaufschlagte Steuerkolben 3 begrenzt einen Steuerraum 10, der über eine Leitung 11 mit zwischengeschalteter Zulaufdrossel 12 mit der Zulaufleitung 6 verbunden ist. Der Steuerraum 10 ist über eine Ablaufdrossel 13, die von dem Magnetventil 2 öffenbar ist, entlastbar.
Die Düsennadel 5 wird durch eine im Federraum 14 geführte Düsennadelfeder 15 auf ihren Ventilsitz 16 gedrückt. Der Federraum 14 ist durch den durchmessermäßig größeren Teil 17a einer Stufenbohrung 17 gebildet, während der kleinere Teil einen Druckraum 18 begrenzt, in dem ein druckbeaufschlagbarer Kolben 19 längsverschiebbar geführt ist, der mit einem in den Federraum 14 hineinragenden Nadelanschlagstift 20 fest verbunden ist. Der Kolben 19 ist im Durchmesser geringfügig größer als der Nadelanschlagstift 20.
Der Nadelanschlagstift 20 weist eine Schulter 21 zur Abstützung der Düsennadelfeder 15 auf. Diese Schulter 21 liegt bei einwandfreier Funktion des Kraftstoffeinspritzventiles 1 am Übergang 17b der Stufenbohrung 17 an. Auf der Rückseite der Düsennadel 5 befindet sich ein Ventilteller 22, auf dem sich die Düsennadelfeder 15 abstützt.
Somit drückt die Düsennadelfeder 15 einerseits die Düsennadel 5 und andererseits den Ventilanschlagstift 20 auf den jeweiligen Sitz, wobei in dieser Lage die Düsennadel 5 und der Nadelanschlagstift 20 einen definierten Abstand x aufweisen, der mindestens dem maximalen Öffnungshub der Düsennadel 5 entspricht.
Der den Kolben 19 enthaltende Druckraum 18 und die zur Düsennadel 5 führende Zuführleitung 8 sind durch eine als Drossel wirkende Querleitung 23 miteinander verbunden.
Von der Zuführleitung 8 zweigt eine drosselnde Leitungsverbindung 24 ab, die zur Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems führt.
Die drosselnde Leitungsverbindung 24 und die gedrosselte Querleitung 23 sind aus fertigungstechnischen Gründen koaxial zueinander angeordnet und kreuzen als Durchgangsbohrung die Zuführleitung 8. Somit kann das Ventilgehäuse des Kraftstoffeinspritzventiles 1 lediglich mit einem Arbeitsgang bis zum Druckraum 18 durchbohrt werden. In die Leitungsverbindung 24 mündet eine Rücklaufleitung 25, die bei geöffnetem Magnetventil 1 mit dem Steuerraum 10 in Verbindung steht.
Wirkungsweise des Kraftstoffeinspritzventiles bei einem Defekt, durch den in der Zuführleitung 8 ständig Systemdruck herrscht:
Wenn nach der üblichen Einspritzung eine Funktionsstörung auftritt, sei es z.B. ein Klemmen des Steuerkolbens 3 bei geöffnetem Kolbenventil 4, und die Düsennadel nicht mehr schließt, baut sich im Druckraum 18 ein mit der Einspritzdauer zunehmender Druck auf. Sobald der Druck im Druckraum 18 einen Wert erreicht, der mit der Kolbenfläche des Kolbens 19 multipliziert genau so groß ist wie das Produkt aus Systemdruck und der Düsenschaftfläche, ist die Düsennadel 5 im Kräftegleichgewicht und wird anschließend durch den auf der Düsennadel aufliegenden Nadelanschlagstift 20 geschlossen.
Es fließt also eine Kraftstoffmenge in den Druckraum 18 und in dieser Zeit eine dazu proportionale Kraftstoffmenge durch die Düsenlöcher. Infolgedessen ist auch die maximale Kraftstoffmenge, bei der die Düse selbständig verschließt, vom Systemdruck unabhängig.
Nach dem selbständigen Verschließen der Düsennadel 5 ist das defekte Kraftstoffeinspritzventil stillgesetzt und ein Notfahrbetrieb durch die noch intakten Kraftstoffeinspritzventile des Kraftstoffeinspritzsystems der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ohne Motorschaden möglich.

Claims (6)

  1. Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führenden und durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbaren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich abstützenden und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsennadelfeder, ferner mit einem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum sowie einem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung aufhebbar ist, welche über eine drosselnde Leitungsverbindung mit der Niederdruckseite in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düsennadel (5) und der Steuerkolben (3) räumlich voneinander getrennt sind und daß sich an den Federraum (4) ein durchmessermäßig kleinerer Druckraum (18) anschließt, in dem ein den Druckraum (18) von dem Federraum (4) trennender Kolben (19) längsverschiebbar geführt ist, wobei eine Verbindung des Druckraumes (18) mit der Zuführleitung (8) derart ausgebildet ist, daß bei einer auf einer Funktionsstörung des Kraftstoffeinspritzventiles (1) beruhenden unzulässig langen Systemdruckbeaufschlagung der Zuführleitung (8) der Druckraum (18) und damit der Kolben (19) mit Systemdruck beaufschlagt wird und der Kolben (19) in Schließrichtung auf die Düsennadel (5) einwirkt.
  2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine von der Zuführleitung (8) stromab des Steuerkolbens (3) abzweigende und als Drossel wirkende Querleitung (23) in den von dem Kolben (19) begrenzten Druckraum (18) mündet.
  3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kolben (19) mit einem in den Federraum (14) hineinragenden Nadelanschlagstift (20) verbunden ist, welcher in seiner Ausgangsstellung mindestens einen den maximalen Öffnungshub der Düsennadel (5) zulassenden Abstand aufweist.
  4. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Nadelanschlagstift (20) von der Düsennadelfeder (15) umgeben ist, die sich einerseits an der Düsennadel (5) und andererseits an einer Schulter (21) am Nadelanschlagstift (20) abstützt.
  5. Speichereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schaftdurchmesser der Düsennadel (5) kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens (19).
  6. Speichereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine mit der Niederdruckseite verbundene drosselnde Leitungsverbindung (24) und eine gedrosselte Querleitung (23) koaxial zueinander liegen und als Durchgangsbohrung die Zuführleitung (8) kreuzen.
EP98105360A 1997-04-25 1998-03-25 Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen Withdrawn EP0874153A3 (de)

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