CH671609A5

CH671609A5 - Vorrichtung zum verhindern eines uebermaessigen durchflusses von gasfoermigem brennstoff durch eine einspritzduese eines dieselmotors.

Info

Publication number: CH671609A5
Application number: CH2522/86A
Authority: CH
Inventors: Yasuhisa Endo; Shuhei Mizuhara; Satoshi Murakami; Osamu Beppu; Saiji Toshioka
Original assignee: Mitsui Shipbuilding Eng
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1989-09-15
Also published as: US4704997A; KR870002366A; KR920009660B1

Description

BESCHREIBUNG 20 Bei einem mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Dieselmotor wird der Brennstoff über je eine Einspritzdüse in die Zylinder des Motors synchron mit dem Takt des Motors eingespritzt. Die Einspritzdüse hat ein Ventil umfassend ein mit einem Kolben versehenes Ventilglied. Mittels einer Steuer-25 flüssigkeit wird das Ventil im Takt mit der Kurbelwellendrehung geöffnet und geschlossen. Bei den bekannten Einspritzdüsen kann es jedoch vorkommen, dass das Ventilglied klemmt, z. B. wegen eines mit dem Brennstoff eingeblasenen Fremdkörpers. In diesem Fall bleibt das Ventil unabhängig 30 vom Takt des Motors offen, so dass eine grosse Menge Brennstoff über die Zylinder in die Auspuffleitung gelangt. Die Brennstoffkonzentration in der Auspuffleitung kann sich dabei so erhöhen, dass es in der Auspuffleitung zu einer Explosion kommt. Eine solche Explosion kann den Motor 3s ernsthaft beschädigen.

Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde schon vorgeschlagen, die maximale Durchflussmenge des gasförmigen Brennstoffs durch eine Blende in der Haupt-Brennstoffleitung zu begrenzen. Der Durchtrittsquerschnitt der Blende •to wird dabei etwas grösser gewählt als der der Einspritzmenge pro Zylinder bei maximaler Last erforderliche Querschnitt. Dieser Vorschlag ist jedoch bei Teillastbetrieb des Motors unbefriedigend. Wenn im Teillastbetrieb ein Ventil einer Einspritzdüse klemmt, kann durch dieses Ventil die Durch-45 flussmenge entsprechend dem Vollastbetrieb in den betreffenden Zylinder einströmen, so dass die Gaskonzentration in der Auspuffleitung die Explosionsgrenze überschreiten kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, so eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass das Risiko einer auf ein Versagen eines Ventils in einer Einspritzdüse zurückzuführenden Explosion in der Auspuffleitung eliminiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 55 Anspruchs 1 gelöst.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

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Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Detail des Durchflussbegrenzers in Fig. 1, Fig. 3 eine Variante des Durchflussbegrenzers,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine Einspritzdüse entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 die Anordnung einer Einspritzdüse in einem Zylinderdeckel eines Dieselmotors,

Fig. 7 ein Schaltschema des dritten Ausführungsbeispiels, Fig. 8 und 9 ein Diagramm über die Beziehung zwischen

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Einspritzventilöffnung und Brennstoffdurchfluss bzw. zwischen einer Änderung des Brennstoffdrucks und dem Schalten eines Sperrölventils,

Fig. 10 einen Axialschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel,

Fig. 11 ein Detail des vierten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 12 eine Variante des vierten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Brennstoffpumpe 10 fördert gasförmigen Brennstoff unter hohem Druck über eine Hauptspeiseleitung 26 in eine Brennstoff-Verteilerleitung 20. In der Leitung 26 sind in Serie ein beispielsweise solenoid-betätigtes Notabschaltventil 12, eine Blende 14 und ein Durchflussbegrenzer 16 angeordnet. Von der Verteilerleitung 20 zweigen Zweigleitungen 22- i (i = 1 - n) zu Einspritzdüsen 24- ! (i = 1 — n) von entsprechenden Zylindern ab. Dem Durchflussbegrenzer 16 wird ein Lastsignal L entsprechend der Last des Dieselmotors zugeführt. Damit wird die maximale Durchflussmenge durch den Durchflussbegrenzer 16 der Last des Motors ange-passt.

Stromabwärts des Abschaltventils 12 und des Durchflussbegrenzers 16 ist an die Leitung 26 je ein Fühler für übermässigen Durchfluss angeordnet, der im vorliegenden Fall als Druckfühler 28,30 ausgebildet ist. Wenn der Druck in der Leitung 26 auf einen abnormal tiefen Wert fällt, erzeugen die Fühler 28,30 ein Signal E, welches das Ventil 12 schliesst. Damit wird der Durchfluss in der Leitung 26 gesperrt.

In Fig. 2 ist der Durchflussbegrenzer 16 detailliert dargestellt. Der Durchflussbegrenzer 16 hat m parallelgeschaltete Leitungen mit je einem Solenoidventil 162-j (j = 1 -m) und eine Blende 163-j. Über eine Solenoid-Betätigungsschaltung 161 wird eine dem Lastsignal L entsprechende Anzahl von Ventilen 162 angesteuert und geöffnet, womit der Durchfluss des Brennstoffs durch die Leitung 26 auf ein der Last des Motors angepasstes Mass beschränkt ist. Der Durchtrittsquerschnitt der Blenden 163—j ist so bemessen, dass die maximale Durchflussmenge Qmax/m pro Blende dem maximalen Durchfluss Qmax pro Zylinder bei Vollast dividiert durch die Zahl m entspricht. Dementsprechend wird der maximal mögliche Durchfluss in m Stufen der Last des Motors angepasst.

Fig. 3 zeigt eine andere Variante eines Durchflussbegrenzers 16. Hier hat der Durchflussbegrenzer 16 ein Durchfluss-Steuerventil 164 in der Leitung 26. Der Öffnungsgrad des Ventils 164 wird über das Lastsignal L gesteuert. Die Durchflussmenge wird über einen Durchfluss-Fühler 168 und ein Steuergerät 166 zurückgeführt, so dass die Durchflussmenge genau der Last angepasst werden kann.

Die Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels ist folgende: Zunächst wird die Variante des Durchflussbegrenzers 16 nach Fig. 2 erläutert. Wenn die Einspritzdüsen 24- i normal funktionieren, wird der Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsdauer des Ventils jeder Einspritzdüse 24 synchron mit dem Verbrennungstakt und abhängig vom Lastsignal L gesteuert, so dass Brennstoff sukzessive von der Brennstoffpumpe 10 über die Verteilerleitung 20, die Zweigleitungen 22 und die Einspritzdüsen 24 eingespritzt wird. Der Durchfluss in der Leitung 26 entspricht der Last pro Zylinder des Motors. Falls eine der Einspritzdüsen 24- i offen bleibt, weil ihr Ventil klemmt, wird diesem Zylinder kontinuierlich ein grosser Durchfluss an Brennstoff zugeführt. Dieser Durchfluss ist jedoch begrenzt durch den Durchflussbegrenzer 16. Die Anzahl der geschlossenen Ventile 162-j ist nämlich im voraus durch die Höhe des Lastsignals L bestimmt. Über die Betätigungsschaltung 161 werden deshalb die entsprechenden Ventile 162- j geschlossen. Angenommen die Ventile 162-1 bis 162- k sind geschlossen, so ist die maximale Durchtrittsöffnung durch die Blenden 163 auf einen Wert

(m - k)/m reduziert, womit der Durchfluss im Durchflussbegrenzer 16 entsprechend der Last des Motors begrenzt ist. Diese begrenzte maximale Durchflussmenge Qm;« ist im voraus im Verhältnis zur angesaugten Luftmenge entspre-5 chend der Last so abgestimmt, dass das Gas-Luft-Gemisch die Explosionsgrenze nicht überschreiten kann. Selbst wenn also eine der Einspritzdüsen 24- i offen bleibt, bleibt die Brennstoff-Konzentration in der Auspuffleitung immer unterhalb der Explosionsgrenze, womit das Risiko einer io Explosion in der Auspuffleitung vermieden ist.

Bei der Variante nach Fig. 3 funktioniert die Durchfluss-Begrenzung in analoger Weise.

Falls ein übermässiger Durchfluss in der Leitung 26 stromaufwärts des Durchflussbegrenzers 16 auftritt, wird dieser is Durchfluss in der Blende 14 begrenzt.

Im Normalbetrieb ist die Öffnungszeit der Einspritzdüsen 24 sehr kurz, d. h. 20 °-300 Drehwinkel der Kurbelwelle, so dass kein wesentlicher Druckabfall über die Blende 14 und den Durchflussbegrenzer 16 auftritt. Die Verteilerleitung 20 20 wirkt dabei als Puffer. Falls jedoch eine der Einspritzdüsen 24- i offen bleibt, sinkt der Druck in der Leitung 26 stromabwärts des Durchflussbegrenzers 16 auf einen abnormal tiefen Wert, weil der Durchfluss ständig auf dem durch den Durchflussbegrenzer 16 begrenzten Betrag bleibt. Dieser Druckab-25 fall wird durch den Druckfühler 30 gemessen und in ein Signal E umgewandelt, das das Notabschaltventil 12 schliesst. Damit wird die Zufuhr von Brennstoff unterbunden. Auch wenn der übermässige Durchfluss stromaufwärts des Durchflussbegrenzers 16 erfolgt, wird das Ventil 12 über den 30 Druckfühler 28 geschlossen.

Das dargestellte erste Ausführungsbeispiel kann so modifiziert werden, dass das Absperren der Leitung 26 durch Schliessen sämtlicher Ventile 162-j des Durchflussbegrenzers 16 nach Fig. 2 oder durch Schliessen des Durchflusssteu-35 erventils 164 des Durchflussbegrenzers 16 nach Fig. 3 in Abhängigkeit des Signals E des Fühlers 30 erfolgt. Wenn der Durchflussbegrenzer 16 nahe am Motor angeordnet wird, kann damit ein übermässiger Verlust von Brennstoff um das Speichervolumen der Leitung 26 reduziert werden.

40 Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, dass der Durchflussbegrenzer 16 nach Fig. 1 ersetzt ist durch einen Durchflussbegrenzer bestehend aus je einer variablen Blende 32- i pro Zweigleitung 22- i. Der 45 Öffnungsquerschnitt der Blenden 32- i ist entsprechend dem Lastsignal L einstellbar. An jede der Leitungen 22- i ist stromabwärts der Blenden 32- i ein Fühler 34-■ zum Erfassen übermässigen Durchflusses angeschlossen. Das Not-Abschalt-ventil 12 wird durch ein Signal jedes der Fühler 34- i so geschlossen. Die übrigen Teile des zweiten Ausführungsbeispiels sind im wesentlichen identisch mit jenen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass sie hier nicht nochmals erläutert werden.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel können die variablen 55 Blenden 32- i und die Fühler 34- i sehr nahe bei den Einspritzdüsen 24- i angeordnet werden. Damit wird über die Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels hinaus ein sehr rasches Ansprechen auf festklemmende Ventile in den Einspritzdüsen erreicht.

60 Das zweite Ausführungsbeispiel kann so modifiziert werden, ds s die Blenden 32- i vollständig geschlossen werden können. Über eine nicht dargestellte Schaltung kann in diesem Fall beim Auftreten eines Signals E eines der Fühler 34- ,■ die zugehörige Blende 32-1 voll geschlossen 65 werden. Damit kann das Risiko einer Explosion in der Auspuffleitung zusätzlich reduziert werden.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 5 bis 7 erläutert. Fig. 5 zeigt einen Axial

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schnitt durch eine Einspritzdüse 201. Die Einspritzdüse 201 hat einen äusseren Zylinder 202 und einen inneren Zylinder 203 sowie ein Ventilglied 204. Der äussere Zylinder 202 ist in einem Zylinderdeckel 210 eines Zylinders 208 des Dieselmotors montiert. Der innere Zylinder 203 ist gegenüber der Innenfläche des äusseren Zylinders 202 mit einem Dichtring 211 abgedichtet. Der innere Zylinder 203 hat einen Abschnitt 203a mit etwas geringerem Durchmesser als der Innendurchmesser des äusseren Zylinders 202 sowie einen Abschnitt 203b mit kleinerem Durchmesser am unteren Ende des Abschnitts 203a, sowie einen Endabschnitt 203c am unteren Ende des Abschnittes 203b mit nochmals reduziertem Durchmesser. Zwischen der äusseren Oberfläche des Zylinders 203 und der inneren Oberfläche des Zylinders 202 ist ein Brennstoffkanal 212 gebildet. Eine Eintrittsöffnung 213 in der Wand des äusseren Zylinders 202 kommuniziert mit dem Kanal 212.

Der innere Zylinder 203 hat eine axiale Bohrung 203d, in welcher ein Ventilglied 204 axial beweglich geführt ist. Das Ventilglied 204 hat einen Kolben 204a und eine Kolbenstange 204b, an deren freiem Ende ein Abschnitt 204c kleineren Durchmessers mit einem End-Konus 204d angeformt ist. Der Kolben 204a und die Kolbenstange 204b sind über einen Halsabschnitt 204e miteinander verbunden.

Die Bohrung 203d im inneren Zylinder 203 ist abgestuft zur Führung des Kolbens 204a und der Kolbenstange 204b ies Ventilglieds 204. In der axialen Bohrung 203d sind Ringnuten 215,216 und 218 ausgebildet. Die Nut 215 wird gegrenzt durch die stangenseitige Fläche des Kolbens 204a. Die Ringnut 216 umschliesst die Kolbenstange 204b. Die Ringnut 218 umschliesst den Endabschnitt 204c und kommu-iiziert über mehrere radiale Bohrungen 221 mit dem Kanal ï 12. Über einen Steuerölkanal 219 ist die Nut 215 mit einem licht dargestellten Steueröl-Anschluss am Zylinder 203 ver-mnden. Über einen Kanal 220 im Zylinder 203 wird die Nut '.16 mit Sperröl beaufschlagt.

Das untere Ende der zentralen Bohrung 203d im inneren 'ylinder 203 bildet einen Brennstoff-Einspritzkanal 222, der iber mehrere Einspritzöffnungen 223 in der Wand des End-bschnitts 203c mit dem Motorzylinder 208 verbunden ist. Zwischen der Bohrung 222 und der Ringnut 218 ist ein kegel-örmiger Ventilsitz 224 gebildet.

Die zentrale Bohrung 203d des Zylinders 203 ist am oberen Inde zu einer zylindrischen Kammer 203e erweitert, in relcher ein weiterer Kolben 230 verschiebbar geführt ist. .m Kolben 230 ist oben ein Anschlag 233 und unten ein [ubbegrenzer 234 angeformt. Zwischen den Kolben 230 und 34a ist eine Druckfeder 235 eingespannt. Diese drückt das entilglied 204 abwärts zur Anlage des Kegels 204d am Ven-Isitz 224. In dieser Stellung ist ein vorbestimmtes Spiel zwi-:hen dem Kolben 204a und dem Hubbegrenzer 234 vorgehen. Eine Eintrittsöffnung 238 für Sperröl in der oberen rand des Zylinders 203 verbindet eine Sperrölleitung 248 it einem Raum 236 oberhalb des Kolbens 230 in der ammer203e.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, ist eine Verteilerleitung 240 für -ennstoff über eine Zweigleitung 241 mit der Einspritzdüse 11 verbunden. In der Zweigleitung 241 ist ein Rückschlag-ntil 246, ein manuelles Absperrventil 245, eine Blende 243 wie ein Druckfühler 231 angeordnet. Die Leitung 241 ist it der Eintrittsöffnung 213 verbunden.

Ein Schaltventil 232 ist in der Sperröl-Zufuhrleitung 248 geordnet. Stromaufwärts des Ventils 232 zweigt eine zeigleitung 249 von der Leitung 248 ab. Diese ist mit dem mal 220 im Zylinder 203 verbunden. Das Ventil 232 îaltet in Abhängigkeit von einem Signal vom Druckfühler 1.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des dritten Ausführungsbeispiels erläutert. Das Ventilglied 204 ist durch die Feder 235 in die geschlossene Stellung vorbelastet. Die Ringnut 218 wird ständig mit Brennstoff unter hohem Druck, z. B. 200 - 250 bar über die Leitung 240, das Rück-j schlagventil 246, das Ventil 245. die Blende 243. die Leitung 241 und die Eintrittsöffnung 213 beaufschlagt. Die Ringnut 216 ist ständig mit Sperröl unter etwas höherem Druck, z. B. 280 bar, beaufschlagt. Bei der geschlossenen Stellung des Ventils hat das Steueröl in der Ringnut 215 geringen Druck, io Um die Einspritzdüse 201 zu öffnen, wird das Steueröl über eine nicht dargestellte Stösselpumpe unter Druck gesetzt und über den Kanal 219 der Ringnut 215 zugeführt. Damit wird das Ventilglied 204 gegen die Kraft der Feder 235 angehoben bis zum Anschlag an den Hubbegrenzer 234 durch den auf is den Kolben 204a wirkenden Druck. Damit hebt der Kegel 204d des Ventilgliedes 204 vom Sitz 224 ab, so dass der Brennstoff mit einer vorbestimmten Durchflussmenge über die Bohrung 222 und die Öffnungen 223 in den Zylinder 208 eingespritzt wird. Nach Beenden des Einspritzens wird der 20 Steueröldruck gesenkt, so dass das Ventilglied 204 durch die Feder 235 in die dargestellte geschlossene Stellung zurückgeführt wird.

Falls das Ventilglied 204 bei dieser Schliessbewegung klemmt, z. B. wegen eines Fremdkörpers oder wegen eines 25 Bruchs des Ventilglieds 204, wird der Brennstoff fortlaufend über die Öffnungen 223 in den Zylinder 208 eingespritzt. Dadurch steigt der Druckabfall über die Blende 243. Dieser Druckabfall wird mit dem Fühler 231 gemessen, der beim Unterschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes des Brenn-30 stoffdruckes ein Not-Abschaltsignal zum Umschalten des Schaltventils 232 aus der in Fig. 7 dargestellten in die andere Schaltstellung liefert. Über das geöffnete Ventil 232 fliesst nun Sperröl unter hohem Druck in die Kammer 236 über die Leitung 248 und den Kanal 238. Dadurch wird der Kolben 35 230 gegen die Kraft der Feder 235 gesenkt und stösst mit dem Hubbegrenzer 234 das Ventilglied 204 in die geschlossene Stellung. Der Kegel 204d sitzt dabei auf dem Ventilsitz 224 und sperrt die Brennstoffzufuhr.

Die beschriebene Funktionsweise ist in den Diagrammen 40 in Fig. 8 und 9 dargestellt. Fig. 8 zeigt die Bewegung des Ventilglieds 204 bei einer normalen Einspritzung (ausgezogene Linien) und bei gestörter Einspritzung (strichlierte Linien). Bei normaler Einspritzung ist das Ventilglied 204 während einer vorbestimmten Zeitspanne im oberen Endanschlag A 45 und wird nach abgeschlossener Einspritzung in die geschlossene Stellung B zurückgeführt. Wenn jedoch das Ventilglied 204 klemmt, verzögert sich seine Rückführung in die geschlossene Stellung. In Fig. 9 ist der Druck des Brennstoffs stromabwärts der Blende 243 über die Zeit aufgetragen. Bei so geöffnetem Einspritzventil sinkt entsprechend der Speicherkapazität der Leitung 241 und des Kanals 212 der Druck ab. Bei normaler Einspritzung wird am Ende ein abgesenkter Druck C erreicht, der nach Schliessung des Einspritzventils langsam wieder auf den Wert in der Verteilerleitung 240 55 ansteigt (ausgezogene Linien). Bei gestörter Einspritzung sinkt jedoch der Druck unter einen vorbestimmten Wert D ab. Der Druckfühler 231 gibt in diesem Moment ein Not-Abschaltsignal an das Schaltventil 232 ab, womit die Brenn-stoffzufuhr unterbrochen wird.

m Beim beschriebene Ausführungsbeispiel ist die Einspritzdüse 201 zur Einspritzung eines einzigen, gasförmigen Brennstoffs ausgerüstet. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf Einspritzventile zur simultanen Einspritzung von zwei Brennstoffarten, nämlich eines Haupt-Brennstoffs ss und eines Hilfs-Brennstoffs. Da der Brennstoffdruck an der Stelle mit der grössten Änderung gemessen wird, kann beim Auftreten eines Fehlers die Brennstoffzufuhr sehr rasch und sicher unterbunden werden.

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Ein viertes Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 10 bis 12 erläutert. Fig. 10 zeigt einen Axialschnitt durch eine Einspritzdüse 301. Die Einspritzdüse 301 hat einen äusseren Zylinder 302, einen inneren Zylinder 303, ein Ventilglied 304, einen Hubbegrenzer 305 und eine Druckfeder 306. Der äussere Zylinder 302 ist im Zylinderdeckel 310 eines Motorzylinders 308 montiert. Der innere Zylinder 303 ist mit einer Dichtung 311 gegenüber der inneren Fläche des äusseren Zylinders 302 abgedichtet. Er hat wiederum einen Abschnitt 303a grösseren Durchmessers, der mit der Innenfläche des Zylinders 302 einen Brennstoffkanal 312 bildet. Am Abschnitt 303a schliesst unten ein Abschnitt 303b kleineren Durchmessers und daran ein Endabschnitt 303c nochmals reduzierten Durchmessers an. Eine Eintrittsöffnung 313 für Brennstoff durchdringt die Wand des Zylinders 302 und verbindet eine Zweigleitung 331 mit dem Kanal 312.

Der Zylinder 303 hat eine axiale Bohrung 303d, in der die Kolbenstange 304b und der Kolben 304a eines Ventilgliedes 304 verschiebbar geführt sind. An der Kolbenstange 304b ist ein Endabschnitt 304c mit einer konischen Stirnfläche 304d angeformt. Der Kolben 304a und die Kolbenstange 304b sind über einen Halsabschnitt 304e miteinander verbunden.

Die Bohrung 303d im Zylinder 303 ist entsprechend dem Ventilglied 304 abgestuft und hat wiederum drei Umfangs-nuten 315,316 und 318. Über die Nut 315 ist die stangensei-tige Kolbenfläche des Kolbens 304a mit Steueröl beaufschlagt, das über einen Kanal 319 im Zylinder 303 der Nut 315 zugeführt wird. Die Nut 316 umgibt die Kolbenstange 304b und ist über einen Kanal 320 mit Sperröl beaufschlagt. Die Nut 318 umgibt den Endabschnitt 304c und ist über radiale Bohrungen 321 mit dem Kanal 312 verbunden.

Der untere Endabschnitt der axialen Bohrung 303d im Zylinder 303 bildet einen Brennstoff-Einspritzkanal 322, der über mehrere radiale Düsenöffnungen 323 im Endabschnitt 303c des Zylinders 303 in den Motorzylinder 308 mündet. Zwischen dem Kanal 322 und der Nut 318 ist am Zylinder 303 ein kegelförmiger Ventilsitz 324 gebildet.

Der Hubbegrenzer 305 ist in einen gewindeförmigen Endabschnitt 303e der Bohrung 303d im Zylinder 303 eingeschraubt, wobei der Gewindeinnendurchmesser etwas grösser als der Durchmesser des Kolbens 304a ist. Der Hubbegrenzer 305 hat einen angeformten Zapfen 325, auf welchem die Feder 306 geführt ist. In der dargestellten geschlossenen Stellung des Einspritzventils hat die untere Stirnfläche des Zapfens 325 einen vorbestimmten Abstand von der Stirnfläche des Kolbens 304a. Die Feder 306 drückt das Ventilglied 304 in die geschlossene Stellung.

Die Vorrichtung zum Verhindern eines übermässigen Durchflusses von Brennstoff ist hier als Ventil 330 in der Zweigleitung 331 zur Eintrittsöffnung 313 ausgebildet. Bei der Variante nach Fig. 11 besteht das Ventil 330 aus einem Gehäuse 332, einem Ventilkörper 333 und einer Druckfeder 335. Das Gehäuse 332 hat eine Kammer 332a. Eine Eintrittsöffnung 332b und eine Austrittsöffnung 332c münden koaxial in die Kammer 332a von den beiden Stirnenden her. Die Eintrittsöffnung 232b ist über die Leitung 331 mit einer nicht dargestellten Brennstoffpumpe verbunden. Die Austrittsöffnung 332c kommuniziert mit der Eintrittsöffnung 313 im Zylinder 302. Das Ventilglied 333 hat in der Kammer 332a gegenüber der Innenwand des Gehäuses 332 ein Spiel A' und hat eine enge axiale Bohrung 333a koaxial zu den Öffnungen 332c und 332b. Die Feder 335 drückt das Ventilglied 333 in Richtung zur Eintrittsöffnung 332b. In der in Fig. 11 dargestellten geöffneten Stellung liegt das Ventilglied 333 an der linken Wand der Kammer 332a an und bildet einen Zwischenraum D' zwischen einer die Austrittsöffnung 332c umgebenden Sitzfläche 332d und der rechten Stirnfläche des Ventilgliedes 333.

Das Volumen des Raumes in der Kammer 332a entsprechend dem Zwischenraum D', d. h. das Hubvolumen, wird grösser als die Einspritzmenge des Brennstoffs ausgelegt. Dieses Hubvolumen wird zweckmässig als das ein- bis mehr-5 fache der maximalen Einspritzmenge gewählt.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform erläutert. In der in Fig. 10 dargestellten geschlossenen Stellung des Einspritzventils ist der Ventilkörper 304 durch die Feder 306 nach unten gepresst, so dass der Kegel 304d io gegen den Sitz 324 abdichtet. In diesem Zustand sind die Drücke Pr, und Pr, gegen die beiden Stirnflächen des Ventilglieds 333 des Ventils 330 gleich, so dass das Ventilglied 333 durch die Feder 335 in seiner in Fig. 11 dargestellten linken Endstellung ruht. Über die Öffnung 332c, die Leitung 331, is die Öffnung 313 und den Kanal 312 ist die Umfangsnut 318 mit dem Speisedruck des Brennstoffs, z. B. 200 bis 250 bar, beaufschlagt. Die Umfangsnut 316 ist mit Sperröl von höherem Druck, z. B. 280 bar, über den Kanal 320 beaufschlagt. Der Umfangsnut 315 wird über den Kanal 319 20 Steueröl mit niedrigem Druck zugeführt. Zum Öffnen des Ventils der Einspritzdüse 301 wird der Steueröldruck über eine nicht dargestellte Stösselpumpe erhöht. Damit wird das Ventilglied 304 gegen die Kraft der Feder 306 bis zum Anschlag am Zapfen 325 angehoben. Dadurch wird der 25 Konus 304d vom Sitz 324 abgehoben und der Brennstoff strömt mit einer vorbestimmten Durchflussmenge durch den Kanal 322 und die Öffnungen 324 in den Motorzylinder 308.

Mit dem Beginn der Einspritzung beginnt der Druck P2' in der Kammer 332a zu sinken. Sobald die Druckdifferenz Pi< -30 Pz- die Kraft der Feder 335 übersteigt, bewegt sich das Ventilglied 333 nach rechts. Da jedoch das Hubvolumen des Ventils 330 grösser als die Einspritzmenge gewählt ist, wird die Einspritzung beendet, bevor das Ventilglied 333 an der Sitzfläche 332d anschlägt, d. h. bevor das Ventil 330 geschlossen ist. 35 Am Ende der Einspritzperiode wird der Steueröldruck gesenkt, so dass das Ventilglied 304 durch die Kraft der Feder 306 nach unten gedrückt und das Einspritzventil geschlossen wird. Nun steigt auch wieder der Druck P2', in der Kammer 332a an, da der Brennstoff über das Spiel A' und die enge 40 Bohrung 333a nachgefördert wird. Durch den Druck der Feder 335 wird das Ventilglied 333 wieder in die in Fig. 11 dargestellte Grundstellung verschoben. Die Druckdifferenz Pi - -P2' wird auf Null abgebaut. Der Querschnitt des Spiels A' und der Bohrung 333a ist so ausgelegt, dass hinreichend 45 Brennstoff nachströmen kann, um die Druckdifferenz Pi- -P2' bis zum Start des nächsten Brennstoffzyklus nahezu auf Null abzubauen.

Wenn das Einspritzventil der Einspritzdüse 301 versagen sollte, z. B. wegen Bruch des Ventilglieds 304, bleibt der so Durchgang über den Ventilsitz 324 offen, so dass über die Öffnungen 323 ständig Brennstoff ausströmt. Infolgedessen sinkt der Druck im Kanal 313 und in der Kammer 332a des Ventils 330. Wenn die Druckdifferenz Pi- - P2' die Kraft der Feder 335 übersteigt, bewegt sich das Ventilglied 333 nach 55 rechts gegen die Sitzfläche 332d. Wenn die eingespritzte Brennstoffmenge das Hubvolumen entsprechend dem Abstand D' erreicht, kommt die rechte Stirnfläche des Ventilglieds 333 zur Anlage an der Sitzfläche 332d und schliesst das Ventil 330. In diesem Zustand strömt der Brennstoff bloss « noch durch die enge Bohrung 333a in den Kanal 312. Die Durchflussmenge ist dabei so gering, dass die Einspritzmenge in den Zylinder 308 fast vollständig gestoppt ist.

Sobald das Ventil der Einspritzdüse 301 wieder geschlossen wird, wird der Kanal 312 und die Kammer 332a über die Boh-65 rang 333a mit Brennstoff aufgefüllt, so dass der Druck P2' wieder auf den Wert Pi- ansteigt und das Ventilglied 333 durch die Kraft der Feder 335 in die in Fig. 11 dargestellte Grundstellung zurückgeführt wird.

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Statt der Bohrung 333a im Ventilglied 333 des Ventils 330 kann auch ein Bypass zum Ventil 330 mit einer engen Blende vorgesehen werden. Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist für den Betrieb mit einer einzigen Brennstoffart ausgebildet.

Die erfindungsgemässe Lösung ist jedoch auch für Einspritzdüsen anwendbar, die mit einem Haupt- und einem Hilfs-Brennstoff betrieben werden. Das Ventil 330 kann auch in die Einspritzdüse 301 integriert werden. Die dargestellte Lösung, bei welcher die Vorrichtung zum Verhindern eines übermässigen Durchflusses des Brennstoffs als separates Ventil 330 ausgebildet ist, erleichtert jedoch den Unterhalt und die Kontrolle sowie einen allfälligen Ersatz der Vorrichtung erheblich.

In Fig. 12 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Analog zu jener nach Fig. 11 umfasst sie ein Gehäuse 433 mit einer Kammer 433a. Eine Eintrittsöffnung 433b durchdringt den linken Abschnitt der unteren Gehäusewand und kommuniziert einerseits mit der Brennstoffpumpe und andererseits mit der Kammer 433a. Die rechte Endwand ist durch eine axiale Austrittsöffnung 433c durchdrungen und kommuniziert einerseits mit der Kammer 433a und andererseits mit der Eintrittsöffnung 313 in Fig. 10. In der Kammer 433a ist ein Ventilglied 434 mit Spiel A" verschiebbar geführt und durch eine Druckfeder 435 in Richtung der linken Endwand des Gehäuses 430 gegen einen einstellbaren Anschlag belastet.

Der Einstellmechanismus 431 für den Anschlag umfasst ein Einstellglied 436 und einen Stellungsregler 438. Das Ein-stellglied 436 besteht aus einer Anschlagplatte 436a in der Kammer 433a benachbart der Eintrittsöffnung 433b sowie einer Stange 436b, die in einer Bohrung 433d in der linken Endwand des Gehäuses 433 verschiebbar geführt und durch Dichtringe 440 abgedichtet ist. Die Anschlagplatte 436a bildet den Anschlag für das Ventilglied 434. Der Stellungsregler 438 ist mechanisch, hydraulisch oder elektrisch mit dem Einstellglied 436 verbunden und regelt dessen Stellung entsprechend einem dem Regler 438 zugeführten Signal L der Motorlast.

s Zwischen der rechten Stirnseite des Ventilglieds 434 und der die Austrittsöffnung 433c umgebenden Sitzfläche 433e der rechten Stirnwand des Gehäuses 433 ist im dargestellten offenen Zustand des Ventils ein Zwischenraum D" vorhanden. Dieser entspricht dem Hubvolumen des Ventils 430 io und kann durch Einstellen des Einsteilgliedes 436 verändert werden.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet im Betrieb wie folgt: Wenn die Einspritzdüse 301 in der in Fig. 10 dargestellten geschlossenen Stellung ist, dichtet der Kegel 304d gegen den is Sitz 324 ab und sperrt den Durchtritt von Brennstoff. Das Einstellglied 436 ist zusammen mit dem Ventilglied 433 in eine Stellung entsprechend dem dem Regler 438 eingegebenen Signal L der Last des Motors eingestellt. Bei steigender Last des Motors wird das Einstellglied 434 nach links ver-20 schoben, so dass das Hubvolumen vergrössert wird. Bei sinkender Last wird das Einstellglied 436 nach rechts verschoben und reduziert damit das Hubvolumen. Das Hubvolumen wird so bemessen, dass es etwas grösser als die pro Takt erforderliche Einspritzmenge ist. Dadurch kann das 25 Verhältnis zwischen der Einspritzmenge bei gestörtem Betrieb und der Einspritzmenge bei Normalbetrieb reduziert werden. Wenn also der Luftdurchfluss durch die Brennkammer und das Auspuffsystem infolge Verminderung der Last reduziert wird, wird auch das Hubvolumen des Ventils 30 430 entsprechend reduziert, so dass die Brennstoffzufuhr bei gestörtem Betrieb des Einspritzventils fast perfekt verhindert wird. Dies verhindert den Anstieg der Konzentration von unverbranntem Gas, so dass das Risiko einer unerwünschten Explosion in der Brennkammer oder im Auspuffsystem ver-35 mieden wird.

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

671 609

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Verhindern eines übermässigen Durchflusses von gasförmigem Brennstoff durch eine Einspritzdüse (24,201,301) eines Dieselmotors, umfassend eine Speiseleitung (26,241,331) für die Zufuhr des gasförmigen Brennstoffs unter Druck, sowie die Einspritzdüse (24,201, 301) mit einem Gehäuse (202, 203 ; 302, 303), das einen mit der Speiseleitung (26,241,331) verbundenen Kanal (212,

312) und ein mit einem Kolben (204a, 304a) versehenes Ventilglied (204,304) aufweist zum Öffnen und Schliessen des Kanals (212,312) mittels einer Steuerflüssigkeit in Abhängigkeit der Kurbelwellenstellung und der Last des Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich ein Steuerventil (12; 204,224; 330 ; 430) umfasst mit einem Ventilkörper (204,333,434) zum Schliessen der durch die Speiseleitung (26, 241,331) und den Kanal (212,312) gebildeten Durchtrittspassage in Abhängigkeit einer Reduktion des Brennstoffdrucks in der Durchtrittspassage.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (204) der Einspritzdüse (201) den Ventilkörper des Steuerventils (204,224) bildet und im Gehäuse (202,203) axial beweglich gelagert ist, dass die Stangenseite des Kolbens (204a) über eine das Ventilglied (204) umgebende Umfangsnut (215) im Gehäuse (202,203) mit dem Druck der Steuerflüssigkeit beaufschlagbar ist, dass ein Druckfühler in der Durchtrittspassage angeordnet ist, der auf eine Reduktion des Brennstoffdrucks in der Durchtrittspassage anspricht und beim Unterschreiten eines vorbestimmten Drucks ein Signal liefert, und dass ein Schaltventil (232) vorgesehen ist, um auf das Signal hin den Druck einer Sperrflüssigkeit dem Ventilglied (204) zuzuführen, damit das Ventilglied (204) den Kanal (212) schliesst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussbegrenzer (16) in der Durchtrittspassage angeordnet ist zum Begrenzen des maximalen Brennstoffdurchflusses in Abhängigkeit der Drehzahl und der Last des Motors, dass ein Druckfühler (30) stromabwärts des Durchflussbegrenzers (16) angeordnet ist, der ein Signal zur Betätigung des Steuerventils (12) zum Schliessen der Durchtrittspassage liefert bei Unterschreiten eines vorbe-" stimmten Druckes entsprechend dem maximalen Brennstoff-durchfluss.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer (16) mehrere mit einer Brennstoffzufuhreinrichtung (10) verbundene Absperrventile ( 162) umfasst sowie mehrere mit den entsprechenden Absperrventilen verbundene Blenden (163), wobei die Absperrventile ( 162) zum selektiven Öffnen entsprechend der Motordrehzahl und -last ausgebildet sind, so dass die maximale Brennstoff-Durchflussmenge durch die mit den jeweils geöffneten Absperrventilen (162) verbundenen Blenden (163) begrenzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer eine einzelne variable Blende (164) umfasst, deren Durchtrittsquerschnitt abhängig von der Motordrehzahl und -last steuerbar ist zum Begrenzen der maximalen Durchflussmenge entsprechend der Drehzahl und der Last des Motors.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil einen Durchflussbegrenzer (330,430) bildet, der den maximalen Durchfluss des Brennstoffs in Abhängigkeit der Drehzahl und Last des Motors begrenzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer (330,430) ein Gehäuse (332,433) mit einer Brennstoff-Eintrittsöffnung (332b, 433b) und einer Brennstoff-Austrittsöffnung (332c, 433c) umfasst, wobei der Ventilkörper (333,434) durch eine

Feder (335,435) in Richtung der Eintrittsöffnung (332b. 433b) belastet ist, dass der Ventilkörper (333,434) eine verengte Durchgangsbohrung (333a, 434a) für eine Verbindung zwischen der Eintritts- und Austrittsöffnung aufweist, derart. 5 dass sich der Ventilkörper (333.434) beim Überschreiten eines vorbestimmten Differenzdrucks zwischen Eintrittsund Austrittsöffnung gegen die Kraft der Feder (335,435) zur Austrittsöffnung (332c, 433c) %rerschiebt und diese ver-schliesst bis auf den Querschnitt der Durchgangsbohrung io (333a, 434a).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Ventilkörpers (434) des Durchflussbegrenzers (430) in Abhängigkeit der Drehzahl und Last des Motors veränderbar ist.