DE19523878C2 - Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in einen Brennraum eines Dieselmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in einen Brennraum eines Dieselmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Die Zufuhr von Zusatzflüssigkeiten, wie z. B. Wasser, in den Brennraum eines Dieselmotors bringt Vorteile hinsichtlich der Verringerung von Schadstoffemissionen, insbesondere des Ausstoßes von Stickoxiden.

Bekannt ist aus der DE-OS 40 40 235 eine Pumpe-Düse für Dieselmotoren mit einem Arbeitsraum eines Pumpenkolbens, der durch einen gleichachsig mit dem Pumpenkolben angeordneten und verschieblich geführten Trennkolben begrenzt ist. Der Trennkolben ist durch den Pumpenkolben über das im Arbeitsraum des Pumpenkolbens eingeschlossene Kraftstoffvolumen hydraulisch angetrieben. Kraftstoff wird dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens über ein Magnetventil gesteuert zugeführt. Ein Arbeitsraum des Trennkolbens steht in gesteuerter Verbindung mit einer Quelle für Zusatzflüssigkeit. Der Arbeitsraum des Pumpenkolbens und der Arbeitsraum des Trennkolbens stehen miteinander und mit einem Druckraum vor einer mit einem Ventil gesteuerten Einspritzdüse in Verbindung. Pumpen-Düsen gemäß dem genannten Stand der Technik haben eine relativ hohe Leistungsaufnahme und sind nur in engen Grenzen regelbar. Die Bewegungen des Trennkolbens sind an die Bewegungen des Pumpenkolbens gekoppelt, und der Druck im Arbeitsraum des Pumpenkolbens wird von den Bewegungen des Pumpenkolbens und den Bewegungen des Trennkolbens beeinflußt. Um beispielsweise dem Trennkolben eine definierte Ausgangslage zuzuweisen, ist gemäß dem genannten Stand der Technik eine Feder erforderlich.

Aus der den nächstliegenden Stand der Technik darstellenden DE 44 07 052 C1 geht eine Einspritzanlage als bekannt hervor, bei der zur Einspritzung von Wasser und Kraftstoff in den Einspritzpausen Wasser in den in der Einspritzdüse vorhandenen Kraftstoff einlagerbar ist. Zur Hochdruckförderung von Kraftstoff wird eine von einem Doppelnocken angetriebene Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet, von denen ein Nocken die Einspritzung und der andere Nocken in den Einspritzpausen zur Wassereinlagerung wirksam ist. Entsprechend dem jeweils in Eingriff befindlichen Nocken wird der Ausgang der Kraftstoffeinspritzpumpe wechselweise durch ein Schaltventil mit der Kraftstoffeinspritzleitung oder einer zu einem Trennkolben führenden Hydraulikleitung verbunden. Das vom Wasser in der Einspritzdüse während der Wassereinlagerung verdrängte Kraftstoffvolumen fließt über die von einem Ventil freigeschaltete Kraftstoffeinspritzleitung ab. Während der Einspritzung ist die Hydraulikleitung durch eine Ventilanordnung drucklos geschaltet und der Trennkolben kehrt unter der Wirkung einer Druckfeder und dem auf seiner rückwärtigen Seite anliegenden Wasserdruck in seine Ausgangslage zurück. Die Steuerung der Anlage erfordert einen erheblichen schaltungstechnischen Aufwand.

Das Kraftstoffeinspritzsystem nach der DE 21 54 822 A1 bedient sich ebenfalls eines Trennkolbens zur Wassereinlagerung in einer Einspritzdüse. Allerdings erfolgt die Wassereinlagerung im Kraftstoff hier während der Einspritzung. Der Trennkolben führt infolge des bei der Einspritzung anliegenden Kraftstoffdrucks eine Hubbewegung aus, wobei in einem Druckraum am Trennkolben befindliches Wasser unter Druck gesetzt und zur Einspritzdüse gefördert wird. Wenn in den Einspritzpausen der Kraftstoffdruck fällt, kehrt der Trennkolben unter der Wirkung eines Rückstellmittels in seine Ausgangslage zurück.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Förderung von in den Einspritzpausen in der Einspritzdüse einzulagerndem Wasser ohne eigene Steuerung vorzunehmen.

Die Lösung erfolgt mit einer Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in einen Brennraum eines Dieselmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Für reduzierte Schadstoffemissionen beim Betrieb von Dieselmotoren, wie z. B. Stickoxide und Ruß, ist eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in einen Brennraum eines Dieselmotors mit einer Kraftstoffzufuhreinrichtung und einer Zufuhreinrichtung für das zweite Fluid zu mindestens einer Einspritzdüse ausgestattet. In einem ersten Druckraum in der Einspritzdüse ist eine Düsennadel axial verschieblich angeordnet, die die Einspritzung des Kraftstoffs und des zweiten Fluids durch Einspritzdüsenlöcher in den Brennraum des Dieselmotors steuert. Die Düsennadel wird bei hohem Druck im ersten Druckraum von den Einspritzdüsenlöchern abgehoben und gibt die Einspritzung frei. Ein Trennkolben bildet in einem Gehäuse einen zweiten Druckraum. Die Zufuhreinrichtung für das zweite Fluid ist mit dem zweiten Druckraum verbunden, von dem das zweite Fluid mittels des Trennkolbens in den ersten Druckraum gefördert wird. Gemäß der Erfindung bildet der Trennkolben mit dem Gehäuse einen dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum verbunden ist und über den der Trennkolben hydraulisch angetrieben ist. Der zweite Druckraum ist gegenüber dem ersten und dritten Druckraum abgedichtet und ausschließlich vom zweiten Fluid und den Rückstelleinrichtungen beaufschlagt. Bei hohem Druck im dritten Druckraum der Einspritzdüse wird der Trennkolben bewegt, so daß zweites Fluid hydraulisch gefördert wird. Bei niedrigem Druck im dritten Druckraum wird der Trennkolben von Rückstelleinrichtungen hydraulisch in seine Ausgangslage zurückbewegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nützt die Druckschwankungen im ersten Druckraum, um das zweite Fluid zu fördern und zeichnet sich durch geringe Leistungsaufnahme aus. Deutlich abgegrenzte Druckverhältnisse in den ersten, zweiten und dritten Druckräumen bieten großen Spielraum für genaue Abstimmung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist selbstregelnd. Als zweites Fluid können neben reinen Fluiden auch Emulsionen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid ist vorzugsweise mit einem Common Rail System verbunden, von dem Kraftstoff unter hohem Druck dem ersten Druckraum zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid weist einen vierten Druckraum auf. Die Zufuhreinrichtung für das zweite Fluid steht mit dem vierten Druckraum in Verbindung. Während der Einspritzphase wird der hohe Druck im ersten Druckraum zum dritten Druckraum übertragen. Der Trennkolben wird vom hohen Druck im dritten Druckraum gegen den vierten Druckraum bewegt, so daß sich das Volumen des zweiten Druckraums vergrößert und zweites Fluid in den zweiten Druckraum gefördert wird. Während der Ruhephase mit niedrigem Druck im ersten und im dritten Druckraum wird der Trennkolben in entgegengesetzter Richtung bewegt. Die Rückstellung erfolgt durch eine im vierten Druckraum wirkende hydraulische Rückstellkraft, die größer ist als die Summe der während der Einspritzpause am Trennkolben im zweiten und dritten Druckraum angreifenden Druckkräfte. Zweites Fluid wird bei geschlossenem Ventil dem Kraftstoff im ersten Druckraum vorgelagert, so daß eine geschichtete Ladung vor den Einspritzdüsen im ersten Druckraum erreicht wird. Gleichzeitig wird ein dem Volumen des eingelagerten zweiten Fluids entsprechendes Kraftstoffvolumen aus dem ersten Druckraum über eine Abflußleitung verdrängt. Die Abflußleitung kann mittels eines steuerbaren Ventils in geeigneter Weise freigeschaltet oder versperrt werden. Der vierte Druckraum kann eine sich am Gehäuse abstützende und auf den Trennkolben wirkende Druckfeder als Rückstelleinrichtung enthalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid weist in der Verbindungsleitung vom ersten Druckraum zum dritten Druckraum eine Drossel auf zur Dosierung der zweiten Flüssigkeit in Abhängigkeit von Druck und Einspritzzeit und damit in Abhängigkeit von der Einspritzmenge.

Alternativ oder kumulativ zur Drossel in der Verbindungsleitung vom ersten Druckraum zum dritten Druckraum kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dosierung der zweiten Flüssigkeit in Abhängigkeit von Druck und Einspritzzeit in der Verbindungsleitung von der Zufuhreinrichtung für das zweite Fluid zum zweiten Druckraum eine Drossel aufweisen.

Zur Unterbindung der Förderung des zweiten Fluids bei kleinen Einspritzdrücken kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Druckbegrenzungsventil in der Zufuhreinrichtung für das zweite Fluid zu dem vierten Druckraum, und ein Bypass mit einem Rückschlagventil parallel zum Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine zusätzliche Leitung mit Druckbegrenzungsventil vom zweiten Druckraum zur Zufuhreinrichtung für das zweite Fluid vorgesehen, und im zweiten Druckraum ist ein Anschluß für die Verbindungsleitung vom zweiten Druckraum zum ersten Druckraum vom Hub des Trennkolbens überdeckt. Bei geeignetem Maß für die Überdeckung des Anschlusses durch den Hub des Trennkolbens kann erreicht werden, daß zweites Fluid nur vorgelagert wird, wenn die in den Brennraum eingespritzte Menge größer ist als die vorgelagerte Kraftstoffmenge.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Verbindungsleitung vom vierten Druckraum zu dem Common-Rail Druckspeicher vorgesehen, so daß aus einem permanent gleich hohen Druck im vierten Druckraum gleichförmige Rückstellkräfte auf den Trennkolben resultieren.

Die Verbindungsleitungen von den zweiten und dritten Druckräumen zu dem ersten Druckraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind austauschbar, so daß für eine Ausgestaltung konstruktiv die günstigste Möglichkeit ohne Einschränkungen durch die Funktionalität ausgewählt werden kann.

Zur weiteren Feinabstimmung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Drosseln in den Verbindungsleitungen zu den ersten bis vierten Druckräumen enthalten sein.

Alternativ oder kumulativ zu den Drosseln in den Verbindungsleitungen zu den ersten bis vierten Druckräumen können zur weiteren Feinabstimmung in den Verbindungsleitungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Druckbegrenzungsventile mit jeweils parallel angeordnetem Bypass mit Rückschlagventil enthalten sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum geschichteten Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Vorrichtung zum geschichteten Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid mit Feinabstimmung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum geschichteten Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid im Zusammenwirken mit einem Common-Rail-System, und

Fig. 1: Eine Vorrichtung 1 zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid in einen Brennraum eines Dieselmotors (nicht dargestellt) in den Einspritzpausen zur Erzeugung geschichteter Ladungen vor Einspritzdüsenlöchern 2 in einem ersten Druckraum 3 weist eine Düselnadel 4 in einer Einspritzdüse 5 auf. Der erste Druckraum 3 ist mit einer Kraft­ stoffzufuhreinrichtung, vorzugsweise einem Druckspeicher eines Common-Rail Systems (nicht dargestellt), verbunden, von dem der erste Druckraum 3 periodisch mit hohem Druck beaufschlagt wird.

In einem Gehäuse 6 ist ein Trennkolben 7 axial verschieblich angeordnet. Der Trennkolben 7 weist eine erste Fläche 8 zur Begrenzung eines zweiten Druckraums 9, eine zweite Fläche 10 zur Begrenzung eines dritten Druckraums 11 und eine dritte Fläche 12 zur Begrenzung eines vierten Druckraums 13 auf.

Der zweite Druckraum 9 ist von einer Stirnfläche 14 aus über eine Verbindungsleitung 15 an eine Zufuhreinrichtung 16 für zweites Fluid und über eine Verbindungsleitung 17 an den ersten Druckraum 3 angeschlossen. Der dritte Druckraum 11 ist über eine Verbindungsleitung 18 an den ersten Druckraum 3 angeschlossen. Der vierte Druckraum 13 ist über eine Verbindungsleitung 19 an die Zufuhreinrichtung 16 für zweites Fluid angeschlossen und enthält eine Druckfeder 20.

In den Verbindungsleitungen 15, 17 sind Rückschlagventile 21, 22 angeordnet, die den Fluß von zweitem Fluid aus dem zweiten Druckraum 9 in die Zufuhreinrichtung 16 für zweites Fluid und den Fluß vom ersten Druckraum 3 zum zweiten Druckraum 9 unterbinden.

Die erste Fläche 8, die zweite Fläche 10, der Hub des Trennkolbens 7 und die Federkonstante der Druckfeder 20 sind auf die Drücke in den Verbindungsleitungen 15, 17, 18 und 19 und auf die vorzulagernde Menge zweiten Fluids abgestimmt.

Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid zwischen Einspritzungen zur Erzeugung geschichteter Ladungen gemäß Fig. 1.

Während einer Einspritzphase wird der erste Druckraum 3 mit hohem Druck aus vorzugsweise einem Druckspeicher eines Common-Rail Systems beaufschlagt. Der hohe Druck im ersten Druckraum 3 wirkt auf die Düsennadel 4, die von den Einspritzdüsenlöchern 2 abhebt und die Einspritzung freigibt. Über die Verbindungsleitung 18 vom ersten Druckraum 3 zum dritten Druckraum 11 beaufschlagt der hohe Druck gleichzeitig den dritten Druckraum 11. Der Trennkolben 7 wird bei hohem Druck im dritten Druckraum 11 entgegen der Kraft der Druckfeder 20 und entgegen dem Druck aus Verbindungsleitung 19 im vierten Druckraum 13 von der Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 wegbewegt, so daß das Volumen im zweiten Druckraum 9 größer wird und zweites Fluid aus der Verbindungsleitung 15 zu der Zufuhreinrichtung 16 in den zweiten Druckraum 9 gefördert wird.

Sinkt der Druck im ersten Druckraum 3 ab, weil beispielsweise ein Ventil (nicht dargestellt) die Verbindung zum Druckspeicher des Common-Rail Systems unterbricht, schließt das Ventil 4 wieder die Einspritzdüsenlöcher 2. Gleichzeitig fällt der Druck im dritten Druckraum 11, und der Trennkolben 7 bewegt sich unter der Kraft der Druckfeder 20 und dem Druck im vierten Druckraum 13 wieder auf die Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 zu. Das Volumen des zweiten Druckraums 9 wird dabei reduziert und zweites Fluid aus dem zweiten Druckraum 9 über die Verbindungsleitung 17 in den ersten Druckraum 3, bei gleichzeitiger Ableitung der entsprechenden Kraftstoffmenge über eine freigeschaltete Abflußmöglichkeit (nicht dargestellt), gefördert. Das zweite Fluid wird im ersten Druckraum 3 dem Kraftstoff vorgelagert.

Fig. 2: Entsprechende Merkmale der Vorrichtung 24 sind mit den Bezugszeichen aus Fig. 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 24 ist geeignet, die Zufuhr von zweitem Fluid in den ersten Druckraum 3 in Abhängigkeit von der Einspritzmenge und dem Einspritzdruck des Kraftstoffs zu dosieren.

Eine von der Stirnfläche 14 ausgehende Verbindungsleitung 25 verbindet die Zufuhreinrichtung 16 für zweites Fluid mit dem zweiten Druckraum 9. In der Verbindungsleitung 25 ist ein Rückschlagventil 26 und ein Druckbegrenzungsventil 27 enthalten. Das Rückschlagventil 26 sperrt die Zufuhr von Fluid aus der Zufuhreinrichtung 16 für zweites Fluid zum zweiten Druckraum 9. Der am Druckbegrenzungsventil 27 der Verbindungsleitung 25 vom zweiten Druckraum 9 zur Zufuhreinrichtung 16 einzustellende Druck ist größer als der Druck im ersten Druckraum 3 während der Ruhephase und kleiner als der Druck aus den Rückstelleinrichtungen 19, 20 im vierten Druckraum 13.

In einer Seitenfläche 30 im zweiten Druckraum 9 des Gehäuses 6 ist ein Anschluß 31 der Verbindungsleitung 17 angeordnet. Von der Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 bis zum Umfang des Anschlusses 31 ist ein abgestimmter Abstand h vorgesehen.

In der Verbindungsleitung 18 vom dritten Druckraum 11 zum ersten Druckraum 3 und in der Verbindungsleitung 19 vom vierten Druckraum 13 zur Zufuhreinrichtung 16 sind jeweils Drosseln 32, 33 enthalten. In der Verbindungsleitung 19 vom vierten Druckraum 13 zur Zufuhreinrichtung 16 ist ein Druckbegrenzungsventil 34 enthalten. Parallel zum Druckbegrenzungsventil 34 ist ein Bypass 35 mit einem Rückschlagventil 36 vorgesehen.

Verfahren zur Einlagerung von Kraftstoff und dosiertem zweiten Fluid in den Einspritzpausen zur Erzeugung geschichteter Ladungen gemäß Fig. 2.

Während einer Einspritzphase wird der erste Druckraum 3 mit hohem Druck aus vorzugsweise einem Druckspeicher eines Common-Rail Systems beaufschlagt. Der hohe Druck im ersten Druckraum 3 wirkt auf die Düsennadel 4, die von den Einspritzdüsenlöchern 2 abgehoben wird und die Einspritzung freigibt. Über die Verbindungsleitung 18 vom ersten Druckraum 3 zum dritten Druckraum 11 beaufschlagt der hohe Druck, der durch die Drossel 32 etwas gemindert ist, den dritten Druckraum 11. Der Trennkolben 7 wird bei hohem Druck im dritten Druckraum 11 entgegen der Kraft der Druckfeder 20 und entgegen dem Druck aus Verbindungsleitung 19 im vierten Druckraum 13 von der Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 wegbewegt, so daß das Volumen im zweiten Druckraum 9 größer wird und zweites Fluid über die Verbindungsleitung 15 aus der Zufuhreinrichtung 16 in den zweiten Druckraum 9 gefördert wird.

Ist die Kraftstoff-Einspritzmenge z. B. bei kleiner Einspritzzeit und/oder kleinem Einspritzdruck klein, wird der Trennkolben 7 nur soweit von der Stirnwand 14 des Gehäuses 6 wegbewegt, daß der Anschluß 31 in der Seitenwand 30 des Gehäuses 6 vom Trennkolben 7 überdeckt bleibt.

Sinkt der Druck im ersten Druckraum 3 ab, weil beispielsweise ein Ventil (nicht dargestellt) die Verbindung zum Druckspeicher des Common-Rail Systems unterbricht, schließt die Düsennadel 4 wieder die Einspritzdüsenlöcher 2. Der Druck im dritten Druckraum 11 fällt, und der Trennkolben 7 bewegt sich unter der Kraft der Druckfeder 20 und dem Druck aus der Zufuhreinrichtung 16 über die Verbindungsleitung 19 mit der Drossel 33 zum vierten Druckraum 13 wieder auf die Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 zu. Das Volumen des zweiten Druckraums 9 wird dabei reduziert. Ist der Hub des Trennkolbens 7 ausreichend groß, daß der Anschluß 31 der Leitung 17 zumindest teilweise vom Trennkolben 7 freigegeben wurde, fließt zweites Fluid aus dem zweiten Druckraum 9 über die Verbindungsleitung 17 in den ersten Druckraum 3 bis der Anschluß 31 von der Oberkante des Trennkolbens 7 überdeckt ist. Das so dosierte zweite Fluid wird im ersten Druckraum 3 dem Kraftstoff vorgelagert. Zweites Fluid, das beim restlichen Hub h des Trennkolbens 7 vom Anschluß 31 bis zur Stirnwand 14 verdrängt wird, gelangt durch die Verbindungsleitung 25 zur Zufuhreinrichtung 16 für zweites Fluid.

Bei kleinen Einspritzdrücken kann die Förderung von zweitem Fluid mit einem Druckbegrenzungsventil 34 in Verbindungsleitung 19 ganz unterbunden werden. Das Druckbegrenzungsventil 34 kann so eingestellt werden, daß die Bewegung des Trennkolbens 7 weg von der Stirnwand 14 bei Verkleinerung des Volumens im vierten Druckraum 13 erst ab einem Mindestdruck im dritten Druckraum 11 möglich ist. Die Förderung des zweiten Fluids durch die Verbindungsleitung 19 zum vierten Druckraum 13 kann parallel zum Druckbegrenzungsventil 34 durch einen Bypass 35 mit Rückschlagventil 36 erfolgen.

Fig. 3: Entsprechende Merkmale der Vorrichtung 39 sind mit den Bezugszeichen aus Fig. 1 oder 2 bezeichnet. Der vierte Druckraum 13 der Vorrichtung 39 ist von einer kleinen Fläche 12 des Trennkolbens 7 begrenzt und steht über eine Verbindungsleitung 45 permanent mit dem Hochdruck aus dem Druckspeicher eines Common-Rail Systems in Verbindung. Der dritte Druckraum 11 der Vorrichtung 39 ist von einer Fläche 10 begrenzt, die größer ist als die dritte Fläche 12 des Trennkolbens 7 im vierten Druckraum 13. Ein fünfter Druckraum 40, den der Trennkolben 7 im Gehäuse 6 begrenzt, ist mit Luft oder einem Ölpolster gefüllt. Volumenänderungen des fünften Druckraums 40 können über eine Verbindungsleitung 42 ausgeglichen werden. Das Gehäuse 6 ist aus einem planen Teil 43 mit der integrierten Verbindungsleitung 42 und dem vierten Druckraum 13 und aus einem zylindrischen Teil 44 mit dem dritten Druckraum 11, dem zweiten Druckraum 9 und der integrierten Verbindungsleitung 15 dargestellt. Der plane Teil 43 und der zylindrische Teil 44 des Gehäuses 6 sind verschraubt.

Die Einspritzdüse 5 ist mit einer Vorrichtung zur Druckentlastung (nicht dargestellt) versehen. Ein Anschluß 47 in den dritten Druckraum 11 der Verbindungsleitung 18 und ein Anschluß 48 in den zweiten Druckraum 9 der Verbindungsleitungen 15, 17 können ausgetauscht werden. In den Verbindungsleitungen 15, 17, 18 und 19 können Drosseln und/oder Druckbegrenzungsventile (nicht dargestellt) enthalten sein.

Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff und zweitem Fluid zwischen Einspritzungen zur Erzeugung geschichteter Ladungen gemäß Fig. 3.

Während einer Einspritzphase wird der erste Druckraum 3 mit hohem Druck aus dem Druckspeicher des Common-Rail Systems beaufschlagt. Der hohe Druck im ersten Druckraum 3 wirkt auf die Düsennadel 4, die von den Einspritzdüsenlöchern 2 abgehoben wird und die Einspritzung freigibt. Über die Verbindungsleitung 18 vom ersten Druckraum 3 zum dritten Druckraum 11 beaufschlagt der hohe Druck den dritten Druckraum 11. Der Trennkolben 7 wird bei hohem Druck auf die größere Fläche 10 des Trennkolbens 7 im dritten Druckraum 11 entgegen dem permanent hohen Druck aus der Verbindungsleitung 45 auf die kleinere Fläche 12 des vierten Druckraums 13 von der Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 wegbewegt, so daß das Volumen im zweiten Druckraum 9 größer wird und zweites Fluid über die Verbindungsleitung 15 aus der Zufuhreinrichtung 16 in den zweiten Druckraum 9 gefördert wird.

Sinkt der Druck im ersten Druckraum 3 ab, weil beispielsweise ein schaltbares Ventil die Verbindung zum Druckspeicher des Common-Rail Systems unterbricht, schließt die Düsennadel 4 wieder die Einspritzdüsenlöcher 2. Der Druck im dritten Druckraum 11 fällt, und der Trennkolben 7 bewegt sich unter dem Druck aus der Verbindungsleitung 45 auf die Fläche 12 im vierten Druckraum 13 wieder auf die Stirnfläche 14 des Gehäuses 6 zu. Das Volumen des zweiten Druckraums 9 wird dabei reduziert, und zweites Fluid fließt aus dem zweiten Druckraum 9 über die Verbindungsleitungen 15, 17 in den ersten Druckraum 3 und wird dem Kraftstoff vorgelagert. Gleichzeitig fließt Kraftstoff aus der Einspritzdüse 5. Die Flächen 10, 12 und 8 des Trennkolbens 7 im zweiten Druckraum 9 sind abgestimmt. Kraftstoff unter der Fläche 10 des Trennkolbens 7 wird verdrängt.

Claims (8)

1. Einspritzvorrichtung zum Einspritzen einer geschichteten Ladung von Kraftstoff und einem dem Kraftstoff vorgelagerten zweiten Fluid, insbesondere Wasser oder Kraftstoff/Wasser-Emulsion, in den Brennraum eines Dieselmotors, mit

• 1. mindestens einer während der Einspritzphase durch eine Hochdruck- Kraftstoffzuführeinrichtung versorgte Einspritzdüse (5), die einen ersten Druckraum (3) ausbildet, in welchem eine in Schließstellung gehaltene Düsennadel (4) verschiebbar angeordnet ist, die durch den unter hohem Druck in den ersten Druckraum (3) geförderten Kraftstoff Einspritzöffnungen (2) freigibt, und welcher (3) mittels eines steuerbaren Ventils während der Einspritzphase mit einer Abflußleitung verbindbar ist, sowie
• 2. einer Einrichtung für die Zuführung von zweitem Fluid in den ersten Druckraum (3) während der Einspritzpause, die ein Gehäuse (6) und einen darin verschiebbar angeordneten Trennkolben (7) aufweist, der in Verschieberichtung mit dem Gehäuse (6) einen zweiten Druckraum (9) und einen dritten Druckraum (11) bildet, wobei der zweite Druckraum (9) über ein erstes Rückschlagventil (22) mit einer Niederdruck- Versorgungseinrichtung (16) für das zweite Fluid und an der über ein in Zuführstromrichtung öffnendes zweites Rückschlagventil (22) mit dem ersten Druckraum (3) verbunden ist und der dritte Druckraum (11) mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff der Hochdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung beaufschlagbar ist, um den Trennkolben (7) entgegen mindestens einer hydraulischen Rückstellung zu verschieben,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (9) und der dritte Druckraum (11) in gleicher Verschieberichtung auf den Trennkolben (7) wirkend ausgebildet sind;
daß die hydraulische Rückstellung vorgesehen ist als vierter Druckraum (13), den der Trennkolben (7) mit dem Gehäuse (6) bildet, und welcher mit der Versorgungseinrichtung (16) für das zweite Fluid verbunden ist und in dem zweiten (9) und dem dritten Druckraum (11) entgegengesetzter Richtung den Trennkolben (7) beaufschlagt;
daß der dritte Druckraum (11) und der erste Druckraum (13) flüssigkeitsleitend miteinander verbunden sind, und
daß die in Verschieberichtung druckwirksamen Flächen (8, 10, 12) des Trennkolbens (7) derart festgelegt sind, daß die Summe der während der Einspritzpause am Trennkolben (7) angreifenden Kräfte im zweiten (9) und dritten Druckraum (11) kleiner ist, als die an Fläche (12) wirkende hydraulische Rückstellkraft im vierten Druckraum (13).

2. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hochdruck-Kraftstoffzufuhreinrichtung ein Common- Rail-System vorgesehen ist, von dem Kraftstoff unter hohem Druck dem ersten Druckraum (3) zugeführt wird.

3. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtungen eine auf den Trennkolben (7) wirkende Druckfeder (20) enthalten, die im vierten Druckraum (13) am Gehäuse (6) abgestützt ist.

4. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (18) vom ersten Druckraum (3) zum dritten Druckraum (11) eine Drossel (32) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (33) vorgesehen ist in der Verbindungsleitung (19) von der Zufuhreinrichtung (16) für das zweite Fluid zu dem vierten Druckraum (13).

6. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckbegrenzungsventil (34) in der Verbindungsleitung (19) von der Zufuhreinrichtung (16) für das zweite Fluid zu dem vierten Druckraum (13) vorgesehen ist, und daß ein Bypass (35) mit einem Rückschlagventil (36) parallel zum Druckbegrenzungsventil (34) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Verbindungsleitung (25) mit Druckbegrenzungsventil (27) vom zweiten Druckraum (9) zur Zufuhreinrichtung (16) für das zweite Fluid vorgesehen ist, und daß eine Verbindungsleitung (17) für das zweite Fluid vom zweiten Druckraum (9) zum ersten Druckraum (3) vom Hub des Trennkolbens (7) überdeckbar ist.

8. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff und einem zweiten Fluid gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Verbindung des vierten Druckraums (13) mit der Versorgungseinrichtung (16) für das zweite Fluid eine Verbindungsleitung (45) des vierten Druckraum (13) mit einem Common-Rail Druckspeicher (49) besteht, und daß die druckwirksame Fläche (10) des Trennkolbens (7) größer ist, als die druckwirksame Fläche (12) im vierten Druckraum (13).