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EP0776421B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen Download PDF

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Publication number
EP0776421B1
EP0776421B1 EP96901228A EP96901228A EP0776421B1 EP 0776421 B1 EP0776421 B1 EP 0776421B1 EP 96901228 A EP96901228 A EP 96901228A EP 96901228 A EP96901228 A EP 96901228A EP 0776421 B1 EP0776421 B1 EP 0776421B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
flow
fuel
valve member
injection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Revoked
Application number
EP96901228A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0776421A1 (de
Inventor
Walter Egler
Peter BÖHLAND
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=8004210&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0776421(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0776421A1 publication Critical patent/EP0776421A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0776421B1 publication Critical patent/EP0776421B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Revoked legal-status Critical Current

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    • F02M55/025—Common rails
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    • F02M63/0215—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 by draining or closing fuel conduits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7869—Biased open

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device for internal combustion engines according to the preamble of the patent claim 1 off.
  • Fuel injection device promotes a high-pressure fuel pump Fuel from a low pressure room into one High-pressure manifold that connects to the high-pressure lines individual in the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied protruding injection valves is connected, this common pressure storage system (Common Rail) through a Pressure control device on the high pressure pump to a certain Pressure is adjustable so that on the injectors independent of speed the injection pressure over the entire Operating map of the internal combustion engine to be supplied can be set.
  • To control the injection times and the injection quantities at the injection valve is on these each an electrically controlled control valve in the high pressure lines used that with its opening and Close the high-pressure fuel injection on the injection valve controls.
  • the known fuel injection device has flow limiting valves in the high-pressure lines, which are intended to close them in the event of a leak, in order to reliably avoid uncontrolled fuel leakage and the associated dangers.
  • the flow limiting valve has a movable valve member which, from a certain pressure drop in the high-pressure line downstream of the flow-limiting valve, is pressed against the force of a return spring in a sealing manner against the force of a return spring and thus closes the high-pressure line.
  • the known flow limiting valve has the disadvantage that it only responds to relatively large amounts of leakage, so that smaller amounts of leakage can escape unnoticed.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that even small amounts of leakage are detected in the high pressure lines and result in these lines being closed by the respective flow control valve. This detection of damage, even at very low flow rates, means that, for example, injectors that are not fully closed can be determined and switched off from engine operation, so that serious consequential damage to the engine can be avoided.
  • the response of the flow control valve takes place even with small amounts of leakage in an advantageous manner by the inventive adjustment of the throttle cross section of the valve member of the flow control valve and the force of the return spring as a function of the flow rate at the injection valve, which is such that the throttle cross section and spring force are set so low that the valve member is displaced towards the valve seat even when the high-pressure line is intact during injection at the injection valve.
  • this valve member stroke caused by the pressure drop in the high-pressure line between the flow limiting valve and the injection valve is smaller than its maximum stroke path until it contacts the valve seat in the closed position of the flow limiting valve.
  • the valve member If the high-pressure line and the injection valve are intact, the valve member returns to its starting position due to the same pressure build-up in the high-pressure line upstream and downstream of the flow control valve when the injection valve is closed. In the event of damage, however, the valve member does not reach its original starting position again due to the pressure difference, so that the subsequent stroke movement in the direction of the valve seat takes place from an elevated starting level until the flow limiting valve closes. In this way, the flow limiting valve is advantageously given an integrating character, which enables the detection of even small amounts of leakage and a closing of the corresponding line.
  • valve member of the flow limiting valve is designed in a structurally simple manner as a cup-shaped piston, the throttle point being formed, for example, by the passage opening in its closed end face.
  • the throttle point in a throttle insert which is inserted into the valve member and can be easily replaced, which facilitates adaptation to the particular requirements of the individual injection systems.
  • the sealing surface and the valve seat are conical, the respective angles being designed such that the outlet openings of the through openings in the closed end surface in the direction of flow towards the injection valve are located in front of the effective sealing edge when viewed in the direction of flow.
  • the arrangement of the flow restriction valves in the high-pressure lines of a fuel injection device provided with a high-pressure manifold (common rail) is particularly advantageous, since there a leaky line between the high-pressure manifold and the injection valve would lead to failure of the entire injection system, but emergency operation on the remaining injection valves is still possible. Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be gathered from the description, the drawing and the patent claims.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of the fuel injection device with the flow limiting valves used
  • Figure 2 shows a section through a first embodiment of a flow limiting valve with throttle insert
  • Figure 3 shows a section through a second embodiment of a flow limiting valve with throttle bores in the end wall of the valve member
  • 4 shows a diagram in which the course of the valve member stroke movement without and with small leakage quantities in the high-pressure line is shown over the time of two injections at the injection valve.
  • a high-pressure fuel pump 1 which can be designed, for example, as a piston pump, delivers fuel via a suction line 5 having a filter 3 from a low-pressure chamber 7 designed as a fuel reservoir via a delivery line 9 with high pressure in two parallel to one another arranged high-pressure plenums 11.
  • the control of the pressure in the delivery line 9 and in the high-pressure plenums 11 takes place in a known manner by means of a pressure valve, not shown, in a return line, also not shown, leading away from the high-pressure plenums 11 or the delivery line 9 and regulating the delivery rate of the High-pressure fuel pump 1 by means of an electronic control unit 19 as a function of operating parameters of the internal combustion engine to be supplied.
  • High-pressure lines 21 continue to lead from the high-pressure plenum chambers 11 to the individual injection valves 23 projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, an electric control valve 25 controlled by the electrical control unit 19 being inserted into the respective high-pressure line 21 to control the injection process , via which a connection of the injection valve 23 to a discharge line 29 leading to the low-pressure chamber 7 can be controlled.
  • flow-limiting valves 27 are also provided in these lines 9, 21, which are preferably arranged close or directly to the high-pressure collection spaces 11 are.
  • the use of these flow limiting valves 27 is alternatively also possible on all differently constructed fuel injection devices, for example on fuel injection devices with in-line pumps and without high-pressure plenum chambers.
  • the flow limiting valve 27 shown in more detail in FIG. 2 in the closed position has a valve body 31 in which a through hole 33 designed as a stepped bore is provided, in which a cup-shaped valve member 35 is guided axially displaceably.
  • the valve member 35 has a conical transition surface between its cylindrical peripheral surface and its closed end wall, with which it forms a valve sealing surface 37 which interacts with a valve seat 39 formed on a conical cross-section transition of the through bore 33.
  • passage openings 41 are arranged at its end facing away from the valve seat 39, through which, when the valve member 35 is lifted from the valve member 39, fuel from the interior of the valve member 35 to the valve seat 39 and from there into an adjoining one, the valve member 35 in the opening direction of the flow limiting valve 27 acting return spring 43 receiving bore portion which can flow on the part of the valve seat 39 facing away from the valve member 35, can flow.
  • the angles of the valve sealing surface 37 and the valve seat 39 are designed such that the outlet openings of the passage openings 41 on the sealing surface side, viewed in the flow direction towards the injection valve, lie in front of the sealing edge formed between the valve seat 39 and the valve sealing surface 37.
  • the valve member 35 is inserted into the through hole 33 that its open end opposite to the fuel flow direction to a connection of the valve body 31 to the delivery line 9 or the high-pressure plenum 11 and its closed, the valve sealing surface 37 carrying end in the flow direction to a connecting piece 45 , to which the high-pressure plenum 11 (when inserted into the delivery line 9) or the high-pressure line 21 to the injection valve 23 is connected.
  • the valve member 35 In its interior through which fuel flows, the valve member 35 also has a throttle insert 47 upstream of the passage openings 41 with a throttle point 49, which is preferably formed by a throttle bore.
  • a stop piece 51 with a through opening is inserted, preferably screwed, into the through bore 33 of the valve body 31, the end face 53 of which faces the valve member 35 forms a stop which interacts with the open end face of the valve member 35. It is possible via the screw-in depth to adjust the opening stroke movement of the valve member 35 and thus the opening cross section on the valve seat 39.
  • the second exemplary embodiment of the flow limiting valve 27 shown in the open position in FIG. 3 differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 2 only in the arrangement of the throttle point, which is formed by throttle bores 55 in the closed end face of the valve member 35 forming the valve sealing surface 37. These throttle bores 55 take the place of the passage openings 41 shown in FIG. 2.
  • the function of the flow control valves 27, which is also described in more detail below with reference to the diagram in FIG. 4, can only be achieved by tuning the throttle cross sections on the valve member 35 and the spring force of the return spring 43 as a function of the flow rate at the injection valve 23 and the flow rate at the flow control valve 27 .
  • the throttle cross-section and restoring force are matched in such a way that the pressure drop in the high-pressure line 21 during fuel injection at the injection valve 23 is already sufficient to bring about a lifting movement of the valve member 35 in the direction of the valve seat 39.
  • the diameter and the maximum stroke of the valve member 35 are designed in such a way that this closing stroke movement of the valve member 35 does not occur up to the valve seat 39 even when the high-pressure line 21 is undamaged, even with the maximum injection rate and thus the maximum flow rate, so that the flow limiting valve 27 does not close (FIG. 3) .
  • the pressure remaining in the high-pressure line between the flow-limiting valve 27 and the injection valve 23 builds up again over the remaining cross-section of the opening on the flow-limiting valve 27 during the injection pauses to the high-pressure line pressure between the high-pressure collection chamber 11 and the flow-limiting valve 27, which now acts on the valve member 35 acting force this moves back to its opening starting position.
  • the flow rate of the fuel flow at the flow limiting valve 27, which can be set by the design of the throttle cross section on the valve member 35 of the flow limiting valve 27, the force of the return spring 43 and the valve cross section, is set such that, at the maximum permissible speed and injection quantity, more than the maximum permissible injection quantity flows through during the injection break.
  • This process is repeated from injection to injection, the valve member 35 never reaching the valve seat 39 when the high-pressure line 21 is not damaged, and the flow-limiting valve 27 is therefore not closed.
  • This valve member stroke in the opening and closing direction is shown in the diagram in FIG. 4, the solid line corresponding to damage-free operation.
  • the flow-limiting valve 27 Since there is now no pressure equalization in the high-pressure line 21 in front of and behind the flow-limiting valve 27 (spring force is less than the force from line pressure), the flow-limiting valve 27 remains securely closed and thus prevents unwanted fuel leakage from the defective high-pressure line.
  • the flow restriction valve 27 can be completely closed after two injection phases and valve member strokes, as shown in FIG.
  • the speed of the closing time and the sensitivity of the detection of small leakage quantities can be precisely adjusted by the spring and throttle adjustment depending on the specified leakage quantities.
  • the flow quantity at the latter becomes so large that a maximum value of the throttle resistance that can be set via the throttle cross section is exceeded.
  • the return spring 43 is dimensioned such that it is safe from the valve seat 39 at the maximum permissible flow rate at the valve member 35 in damage-free operation, together with the static pressure in the high-pressure line 21 or the high-pressure collecting chamber 11, even after the stroke movement in the direction of the valve seat 39 has been carried out holds off.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, die Kraftstoff aus einem Niederdruckraum über Hochdruckleitungen zu wenigstens einem in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventil fördert und mit einem eine maximale Kraftstoffdurchflußmenge begrenzenden Durchflußbegrenzungsventil (27) in einer oder mehreren Hochdruckleitungen, das ein axial verschiebbares Ventilglied (35) aufweist, das in seiner Schließlage vom in Richtung Einspritzventil strömenden Kraftstoff bei Überschreiten einer maximalen Kraftstoffdurchflußmenge entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (43) an einen Ventilsitz (39) bringbar ist, wobei der Kraftstoffdurchtritt durch das von seinem Sitz (39) abgehobene Ventilglied (35) an wenigstens einer Drosselstelle (55) am Ventilglied (35) einstellbar ist. Um dabei auch kleinste Leckmengen erfassen zu können, ist das Durchflußbegrenzungsventil (27) so ausgelegt, daß das Ventilglied (35) bei jeder Einspritzung eine Hubbewegung in Richtung Ventilsitz (39) ausführt, diesen jedoch nur bei undichter Hochdruckleitung erreicht, wobei sich bei geringen Leckmengen die Ausgangslage des Ventilgliedes (35) während der Einspritzpausen in Richtung Ventilsitz (39) verschiebt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer derartigen aus einer früheren deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 44 142 42.0 oder der EP-A-0 531 533 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung fördert eine Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff aus einem Niederdruckraum in einen Hochdrucksammelraum, der über Hochdruckleitungen mit den einzelnen in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen verbunden ist, wobei dieses gemeinsame Druckspeichersystem (Common Rail) durch eine Drucksteuereinrichtung an der Hochdruckpumpe auf einen bestimmten Druck einstellbar ist, so daß an den Einspritzventilen drehzahlunabhängig der Einspritzdruck über das gesamte Betriebskennfeld der zu versorgenden Brennkraftmaschine festgelegt werden kann. Zur Steuerung der Einspritzzeiten und der Einspritzmengen am Einspritzventil ist an diesen jeweils ein elektrisch gesteuertes Steuerventil in die Hochdruckleitungen eingesetzt, das mit seinem Öffnen und Schließen die Kraftstoffhochdruckeinspritzung am Einspritzventil steuert.
Desweiteren weist die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung Durchflußbegrenzungsventile in den Hochdruckleitungen auf, die diese im Falle eines Lecks verschließen sollen, um so einen unkontrollierten Kraftstoffaustritt und die damit verbundenen Gefahren sicher zu vermeiden. Zu diesem Zweck weist das Durchflußbegrenzungsventil ein bewegliches Ventilglied auf, das ab einem bestimmten Druckabfall in der Hochdruckleitung stromabwärts des Durchflußbegrenzungsventils vom anströmenden Kraftstoff entgegen der Kraft einer Rückstellfeder dichtend auf einen Ventilsitz gepreßt wird und so die Hochdruckleitung verschließt.
Dabei weist das bekannte Durchflußbegrenzungsventil jedoch den Nachteil auf, daß es nur auf relativ große Leckagemengen anspricht, so daß kleinere Leckmengen unbemerkt austreten können.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auch geringe Leckmengen in den Hochdruckleitungen erfaßt werden und ein Verschließen dieser Leitungen durch das jeweilige Durchflußbegrenzungsventil zur Folge haben. Durch dieses Erkennen von Schäden auch bei sehr kleinen Durchflußraten können so z.B. auch nicht vollständig schließende Einspritzventile festgestellt und vom Motorbetrieb abgeschaltet werden, so daß schwere Folgeschäden am Motor vermieden werden können.
Dabei erfolgt das Ansprechen des Durchflußbegrenzungsventils auch bei kleinen Leckagemengen in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße Abstimmung des Drosselquerschnitts des Ventilgliedes des Durchflußbegrenzungsventils und der Kraft der Rückstellfeder in Abhängigkeit von der Flußrate am Einspritzventil, die so erfolgt, daß Drosselquerschnitt und Federkraft so niedrig angesetzt werden, daß das Ventilglied auch bei intakter Hochdruckleitung während einer Einspritzung am Einspritzventil in Richtung Ventilsitz verschoben wird.
Dabei ist dieser durch den Druckabfall in der Hochdruckleitung zwischen Durchflußbegrenzungsventil und Einspritzventil verursachte Ventilgliedhub jedoch kleiner als dessen Maximalhubweg bis zur Anlage an den Ventilsitz in der Schließstellung des Durchflußbegrenzungsventils.
Bei intakter Hochdruckleitung und Einspritzventil kehrt das Ventilglied infolge des gleichen Druckaufbaus in der Hochdruckleitung vor und hinter dem Durchflußbegrenzungsventil bei geschlossenem Einspritzventil wieder in seine Ausgangslage zurück. Im Schadensfall dagegen erreicht das Ventilglied infolge der Druckdifferenz seine ursprüngliche Ausgangslage nicht wieder, so daß die anschließende Hubbewegung in Richtung Ventilsitz von einem erhöhten Ausgangsniveau erfolgt, bis das Durchflußbegrenzungsventil schließt.
Auf diese Weise wird dem Durchflußbegrenzungsventil in vorteilhafter Weise ein integrierender Charakter verliehen, der ein Erkennen auch von kleinen Leckmengen und ein Verschließen der entsprechenden Leitung ermöglicht. Bei großen Leckmengen sinkt der Druck in der Leitung zwischen Durchflußbegrenzungsventil und Einspritzventil so stark ab, daß der anströmende Kraftstoff das Ventilglied sofort bis auf den Ventilsitz verschiebt, so daß das Durchflußbegrenzungsventil in diesem Fall umgehend schließt.
Das Ventilglied des Durchflußbegrenzungsventils ist dabei in konstruktiv einfacher Weise als topfförmiger Kolben ausgebildet, wobei die Drosselstelle z.B. durch die Durchtrittsöffnung in dessen geschlossener Stirnfläche gebildet ist.
Alternativ dazu ist es möglich, die Drosselstelle in einem in das Ventilglied eingesetzten Drosseleinsatz vorzusehen, der sich einfach austauschen läßt, was die Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse der einzelnen Einspritzsysteme erleichtert.
Für ein sicheres Ventilschließen sind die Dichtfläche und der Ventilsitz konisch ausgebildet, wobei die jeweiligen Winkel so ausgelegt sind, daß die dichtflächenseitigen Austrittsöffnungen der Durchtrittsöffnungen in der geschlossenen Stirnfläche in Strömungsrichtung zum Einspritzventil hin betrachtet vor der wirksamen Dichtkante liegen.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Durchflußbegrenzungsventile in den Hochdruckleitungen einer mit einem Hochdrucksammelraum (Common Rail) versehenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung, da dort eine undichte Leitung zwischen Hochdrucksammelraum und Einspritzventil zum Ausfall des gesamten Einspritzsystems führen würde, so aber noch ein Notbetrieb an den verbleibenden Einspritzventilen möglich ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
Es zeigen die Figur 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den eingesetzten Durchflußbegrenzungsventilen, die Figur 2 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Durchflußbegrenzungsventils mit Drosseleinsatz, die Figur 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Durchflußbegrenzungsventils mit Drosselbohrungen in der Stirnwand des Ventilgliedes und die Figur 4 ein Diagramm, in dem der Verlauf der Ventilgliedhubbewegung ohne und mit geringen Leckmengen in der Hochdruckleitung über die Zeit von zwei Einspritzungen am Einspritzventil dargestellt ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei der in der Figur 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen fördert eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1, die z.B. als Kolbenpumpe ausgeführt sein kann, Kraftstoff über eine ein Filter 3 aufweisende Saugleitung 5 aus einem als Kraftstoffvorratsbehälter ausgebildeten Niederdruckraum 7 über eine Förderleitung 9 mit hohem Druck in zwei parallel zueinander angeordnete Hochdrucksammelräume 11. Die Steuerung des Drucks in der Förderleitung 9 und in den Hochdrucksammelräumen 11 erfolgt dabei in bekannter Weise mittels eines nicht dargestellten Druckventils in einer ebenfalls nicht dargestellten, von den Hochdrucksammelräumen 11 bzw. der Förderleitung 9 abführenden Rücklaufleitung und der Regelung der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 mittels eines elektronischen Steuergerätes 19 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine.
Von den Hochdrucksammelräumen 11 führen weiterhin Hochdruckleitungen 21 zu den einzelnen in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen 23 ab, wobei zur Steuerung des Einspritzvorganges jeweils ein elektrisches, vom elektrischen Steuergerät 19 angesteuertes Steuerventil 25 an jedem Einspritzventil 23 in die jeweilige Hochdruckleitung 21 eingesetzt ist, über das eine Verbindung des Einspritzventils 23 mit einer zum Niederdruckraum 7 abführenden Entlastungsleitung 29 aufsteuerbar ist.
Um im Falle eines Bruches einer Hochdruckleitung 21 oder der Förderleitung 9 an den Hochdrucksammelräumen 11 ein unkontrolliertes Abströmen von Kraftstoff an diesem Leck zu vermeiden sind zudem Durchflußbegrenzungsventile 27 in diesen Leitungen 9, 21 vorgesehen, die dabei vorzugsweise nah bzw. direkt an den Hochdrucksammelräumen 11 angeordnet sind.
Die Verwendung dieser Durchflußbegrenzungsventile 27 ist alternativ auch an allen anders aufgebauten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen möglich, z.B. an Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit Reihenpumpen und ohne Hochdrucksammelräumen.
Das in der Figur 2 in Schließstellung näher dargestellte Durchflußbegrenzungsventil 27 weist einen Ventilkörper 31 auf, in dem eine als Stufenbohrung ausgebildete Durchgangsbohrung 33 vorgesehen ist, in der ein topfförmiges Ventilglied 35 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 35 weist dabei eine konische Übergangsfläche zwischen seiner zylinderförmigen Umfangsfläche und seiner geschlossenen Stirnwand auf, mit der es eine Ventildichtfläche 37 bildet, die mit einem an einem konischen Querschnittsübergang der Durchgangsbohrung 33 gebildeten Ventilsitz 39 zusammenwirkt.
In der Ventildichtfläche 37 sind an dessen dem Ventilsitz 39 abgewandten Ende Durchtrittsöffnungen 41, vorzugsweise Bohrungen angeordnet, über die bei vom Ventilsitz 39 abgehobenem Ventilglied 35 Kraftstoff aus dem Inneren des Ventilgliedes 35 zum Ventilsitz 39 und von dort weiter in einen daran anschließenden, eine das Ventilglied 35 in Öffnungsrichtung des Durchflußbegrenzungsventils 27 beaufschlagende Rückstellfeder 43 aufnehmenden Bohrungsteil, der auf der dem Ventilglied 35 abgewandten Teil des Ventilsitzes 39 an diesen angrenzt, strömen kann. Dabei sind die Winkel der Ventildichtfläche 37 und des Ventilsitzes 39 so ausgelegt, daß die dichtflächenseitigen Austrittsöffnungen der Durchtrittsöffnungen 41 in Strömungsrichtung zum Einspritzventil hin betrachtet vor der zwischen Ventilsitz 39 und Ventildichtfläche 37 gebildeten Dichtkante liegen.
Das Ventilglied 35 ist so in die Durchgangsbohrung 33 eingesetzt, daß sein offenes Ende entgegen der Kraftstoff strömungsrichtung zu einem Anschluß des Ventilkörpers 31 an die Förderleitung 9 bzw. dem Hochdrucksammelraum 11 und sein geschlossenes, die Ventildichtfläche 37 tragendes Ende in Strömungsrichtung zu einem Anschlußstutzen 45 weist, an den der Hochdrucksammelraum 11 (beim Einsetzen in die Förderleitung 9) oder die Hochdruckleitung 21 zum Einspritzventil 23 angeschlossen ist.
In seinem kraftstoffdurchströmten Inneren weist das Ventilglied 35 zudem einen den Durchtrittsöffnungen 41 vorgeschalteten Drosseleinsatz 47 mit einer Drosselstelle 49 auf, die vorzugsweise durch eine Drosselbohrung gebildet ist.
Für eine Hubbegrenzung des Ventilgliedes 35 in Öffnungsrichtung ist ein Anschlagstück 51 mit einer Durchgangsöffnung in die Durchgangsbohrung 33 des Ventilkörpers 31 eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt, dessen dem Ventilglied 35 zugewandte Stirnfläche 53 einen Anschlag bildet, der mit der offenen Stirnseite des Ventilgliedes 35 zusammenwirkt. Dabei ist es über die Einschraubtiefe möglich, die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 35 und somit den Öffnungsquerschnitt am Ventilsitz 39 einzustellen.
Das in der Figur 3 in Offenstellung dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des Durchflußbegrenzungsventils 27 unterscheidet sich vom in der Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Anordnung der Drosselstelle, die dabei durch Drosselbohrungen 55 in der, die Ventildichtfläche 37 bildenden geschlossenen Stirnseite des Ventilgliedes 35 gebildet sind. Diese Drosselbohrungen 55 treten dabei an die Stelle der in der Figur 2 dargestellten Durchtrittsöffnungen 41.
Die im folgenden auch anhand des Diagramms der Figur 4 näher beschriebene Funktion der Durchflußbegrenzungsventile 27 läßt sich dabei nur durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Drosselquerschnitte am Ventilglied 35 und der Federkraft der Rückstellfeder 43 in Abhängigkeit von der Flußrate am Einspritzventil 23 und der Flußrate am Durchflußbegrenzungsventil 27 erreichen.
Dabei erfolgt die Abstimmung von Drosselquerschnitt und Rückstellkraft in der Weise, daß der Druckabfall in der Hochdruckleitung 21 während der Kraftstoffeinspritzung am Einspritzventil 23 bereits ausreicht, eine Hubbewegung des Ventilgliedes 35 in Richtung Ventilsitz 39 zu bewirken. Dabei sind der Durchmesser und der Maximalhub des Ventilgliedes 35 so ausgelegt, daß diese Schließhubbewegung des Ventilgliedes 35 bei schadloser Hochdruckleitung 21 auch bei maximaler Einspritzrate und somit maximaler Durchflußrate nicht bis an den Ventilsitz 39 erfolgt, so daß das Durchflußbegrenzungsventil 27 nicht schließt (Figur 3). Nach Beendigung der Kraftstoffeinspritzung am Einspritzventil 23 baut sich über den noch verbliebenen Öffnungsquerschnitt am Durchflußbegrenzungsventil 27 während der Einspritzpausen der Druck in der Hochdruckleitung zwischen Durchflußbegrenzungsventil 27 und Einspritzventil 23 wieder auf den Hochdruckleitungsdruck zwischen Hochdrucksammelraum 11 und Durchflußbegrenzungsventil 27 auf, wobei die nun auf das Ventilglied 35 wirkende Kraft dieses in seine Öffnungsausgangslage zurückbewegt.
Dazu wird die durch die Auslegung des Drosselquerschnitts am Ventilglied 35 des Durchflußbegrenzungsventils 27, die Kraft der Rückstellfeder 43 und den Ventilquerschnitt einstellbare Flußrate des Kraftstoffstroms am Durchflußbegrenzungsventil 27 so eingestellt, daß bei höchstzulässiger Drehzahl und Einspritzmenge während der Einspritzpause mehr als die maximal zulässige Einspritzmenge durchfließt.
Dieser Vorgang wiederholt sich von Einspritzung zu Einspritzung, wobei das Ventilglied 35 bei schadloser Hochdruckleitung 21 den Ventilsitz 39 nie erreicht und das Durchflußbegrenzungsventil 27 somit nicht verschließt. Dieser Ventilgliedhub in Öffnungs- und Schließrichtung ist im Diagramm der Figur 4 dargestellt, wobei die durchgezogene Linie einem schadlosen Betrieb entspricht.
Im Schadensfall (geringe Leckmenge) kann sich der Druck in der Hochdruckleitung 21 zum Einspritzventil 23 nicht mehr vollständig in den Einspritzpausen aufbauen, so daß eine Druckdifferenz vor und hinter dem Durchflußbegrenzungsventil 27 verbleibt, die bewirkt, daß die sich an eine Einspritzphase anschließende Rückstellbewegung des Ventilgliedes 35 während der Einspritzpause kleiner als im schadlosen Betrieb ist. Dabei erfolgt diese Rückstellbewegung wie im Diagramm der Figur 4 anhand der gestrichelten Linie dargestellt nunmehr lediglich bis auf ein höheres Ausgangsniveau der Offenstellung.
Während des folgenden Einspritzvorganges wird das Ventilglied 35 wie beschrieben erneut um den gleichen Hubweg in Richtung Ventilsitz 39 verschoben und erreicht nunmehr infolge des erhöhten Ausgangsniveaus bei dieser (oder einer späteren) Einspritzung den Ventilsitz 39, so daß das Durchflußbegrenzungsventil 27 verschlossen wird. Da nun während der folgenden Spritzpause kein Druckausgleich in der Hochdruckleitung 21 vor und hinter dem Durchflußbegrenzungsventil 27 erfolgt (Federkraft ist kleiner als Kraft aus Leitungsstanddruck), bleibt das Durchflußbegrenzungsventil 27 sicher verschlossen und verhindert so einen ungewollten Austritt von Kraftstoff an der schadhaften Hochdruckleitung.
Dabei kann das vollständige Verschließen des Durchflußbegrenzungsventils 27 wie in der Figur 4 dargestellt bereits nach zwei Einspritzphasen und Ventilgliedhüben erfolgen. Es ist aber insbesondere bei sehr kleinen Leckmengen auch möglich, daß das vollständige Verschließen des Durchflußbegrenzungsventiles 27 erst nach mehreren Einspritzungen erfolgt, wobei sich das Ventilglied 35 integral an ein derartiges Ausgangsniveau heranbewegt, das während der Hubbewegung bei Einspritzung zu einem Erreichen des Ventilsitzes 39 ausreicht. Dabei läßt sich die Geschwindigkeit des Schließzeitpunktes bzw. die Sensibilität des Erfassens kleiner Leckmengen durch die Feder- und Drosselabstimmung in Abhängigkeit vorgegebener Leckmengen genau einstellen.
Bei großen Leckmengen und großen Druckdifferenzen vor und hinter dem Durchflußbegrenzungsventil 27 wird die Durchflußmenge an diesem derart groß, daß ein über den Drosselquerschnitt einstellbarer Maximalwert des Drosselwiderstandes überschritten wird. Dadurch strömt nahezu kein Kraftstoff mehr durch das Ventilglied 35 sondern der anströmende Kraftstoff verschiebt das Ventilglied 35 sofort entgegen der Kraft der Rückstellfeder 43 bis zur Anlage an den Ventilsitz 39 und hält dieses dort fest, so daß das Durchflußbegrenzungsventil in einem Schadensfall mit großen Leckmengen rasch und sicher schließt
Die Rückstellfeder 43 ist dabei so dimensioniert, daß sie bei maximal zulässiger Durchflußmenge am Ventilglied 35 im schadensfreien Betrieb dieses zusammen mit dem Standdruck in der Hochdruckleitung 21 bzw. dem Hochdrucksammelraum 11 auch nach Durchlaufen der Hubbewegung in Richtung Ventilsitz 39 während der Einspritzung sicher vom Ventilsitz 39 abgehoben hält. Entfällt jedoch dieser als zusätzlicher Gegendruck in Öffnungsrichtung wirkende Standdruck in der Hochdruckleitung 21, z.B. durch deren Bruch und ein unkontrolliertes Abströmen von Kraftstoff aus dieser Leitung, reicht die Kraft der Rückstellfeder 43 allein nicht mehr aus das Ventilglied 35 entgegen der Kraft des gegen die Drosselstelle anströmenden Kraftstoffes vom Sitz 39 abgehoben zu halten und das Durchflußbegrenzungsventil 27 schließt.
Es ist somit mit der erfindungsgemäßen Auslegung und Funktion des Durchflußbegrenzungsventils 27 möglich, einen ungewollten Kraftstoffaustritt an Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sowohl bereits bei sehr kleinen Leckmengen als auch bei hohen Leckraten an der Hochdruckleitung 21 zu erfassen und durch ein Verschließen des Durchflußbegrenzungsventils 27 sicher zu vermeiden.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die Kraftstoff aus einem Niederdruckraum (7) über Hochdruckleitungen (9,21) zu wenigstens einem in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventil (23) fördert und mit einem eine maximale Kraftstoffdurchflußmenge begrenzenden Durchflußbegrenzungsventil (27) in wenigstens einer Hochdruckleitung (9,21), das ein axial verschiebbares Ventilglied (35) aufweist, das in seiner Schließlage vom in Richtung Einspritzventil (23) strömenden Kraftstoff bei Überschreiten einer maximalen Kraftstoffdurchflußmenge entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (43) an einen Ventilsitz (39) bringbar ist, wobei der Kraftstoffdurchtritt durch das von seinem Sitz (39) abgehobene Ventilglied (35) an wenigstens einer Drosselstelle (49,55) am Ventilglied (35) einstellbar ist, wobei der Drosselquerschnitt des Ventilgliedes (35) und die Federsteifigkeit der Rückstellfeder (43) in Abhängigkeit der Flußrate am Einspritzventil (23) derart abgestimmt sind, daß bereits während des Einspritzvorganges am Einspritzventil (23) eine Verstellbewegung des Ventilgliedes (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) in Schließrichtung erfolgt, die kleiner als dessen Maximalhub ist, daß das Ventilglied (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) im schadensfreien Betrieb während der Einspritzpausen in seine Ausgangslage zurückkehrt und daß das Ventilglied (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) bei undichter Hochdruckleitung (21) zwischen Durchflußbegrenzungsventil (27) und Einspritzventil (23) nicht in seine ursprüngliche Ausgangslage zurückverschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (35) beim Abströmen geringer Leckmengen aus der Hochdruckleitung (21) zwischen dem Durchflußbegrenzungsventil (27) und dem Einspritzventil (23) in eine geänderte Ausgangslage zurückkehrt, die von der Ausgangslage im schadensfreien Betrieb in Schließrichtung verschoben ist, so daß die anschließende Hubbewegung des Ventilgliedes (35) in Schließrichtung zum Ventilsitz (39) hin von einem erhöhten Ausgangsniveau erfolgt, wobei sich dieses stufenweise Verschieben des Ausgangsniveaus des verschiebbaren Ventilgliedes (35) bis zu dessen vollständigem Verschließen des Durchflußbegrenzungsventils (27) wiederholt.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Auslegung des Drosselquerschnitts am Ventilglied (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27), der Kraft der Rückstellfeder (43) und den Ventilquerschnitt einstellbare Flußrate des Kraftstoffstromes am Durchflußbegrenzungsventil (27) so hoch ist, daß bei höchstzulässiger Drehzahl der Brennkraftmaschine und Einspritzmenge während der Einspritzpause mehr als die zulässige Einspritzmenge durchfließt.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) topfförmig ausgebildet ist, dessen offene Seite mit einem mit der Hochdruckpumpe (1) verbundenen Teil der Hochdruckleitung (21) verbunden ist und dessen geschlossene Stirnseite eine mit dem Ventilsitz (39) zusammenwirkende Ventildichtfläche (37) bildet, wobei in der geschlossenen Stirnfläche wenigstens eine Durchtrittsöffnung (41) vorgesehen ist, deren Austrittsöffnung an der Ventildichtfläche (37) in Einspritzströmungsrichtung betrachtet vor dem Ventilsitz (39) angeordnet ist.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung in der geschlossenen Stirnseite (37) des Ventilgliedes (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) als Drosselbohrung (55) ausgebildet ist.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (35) des Durchflußbegrenzungsventils (27) einen Drosseleinsatz (47) mit Drosselstelle (49) aufweist.
  6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtfläche (37) des Ventilgliedes (35) und der Ventilsitz (39) des Durchflußbegrenzungsventils (27) konisch ausgebildet sind.
  7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (43) des Durchflußbegrenzungsventils (27) zwischen einem vorzugsweise planen Teil der Ventildichtfläche (37) am Ventilglied (35) und einem Bohrungsabsatz einer Durchgangsbohrung (33) eingespannt ist.
  8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hochdruckleitungen (9,21) zwischen der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) und den Einspritzventilen (23) ein gemeinsamer Hochdrucksammelraum (11) eingesetzt ist, in den die Kraftstoffhochdruckpumpe (1) fördert und von dem die einzelnen Hochdruckleitungen (21) zu den Einspritzventilen (23) abführen.
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