DE19956519B4 - Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit variablem Einspritzdruck - Google Patents

Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit variablem Einspritzdruck Download PDF

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366Valves being actuated electrically

Abstract

Vorrichtung zum Einspritzen von Fluid unter hohem Druck mit einem Pumpenkolben (4), der einen Pumpenarbeitsraum (5) begrenzt, aus welchem bei Antrieb des Pumpenkolbens (4) Fluid über ein erstes und ein zweites Hochdruckleitungsteil (13, 23) zu einer Einspritzdüse (14) förderbar ist und mit einem in dem ersten und zweiten Hochdruckleitungsteil (13, 23) angeordneten, von einem Magneten (7) betätigbaren Steuerventil (6) mit einem Ventilglied (8), welches von einem magnetseitigen Kraftspeicher (10) entgegen einem von einem niederdruckseitigen Kraftspeicher (11) verstellbaren Anschlag (9) an einen ersten Ventilsitz (16) bringbar ist, wobei eine Verbindung der Einspritzdüse (14) zum Pumpenarbeitsraum (5) gesperrt und zu einem Entlastungsraum (18) geöffnet ist und welches von einer zu- und abschaltbaren Stellkraft des Magneten (7) entgegen der Kraft des magnetseitigen Kraftspeichers (10) an einen zweiten Ventilsitz (17) bringbar ist, wobei eine Verbindung der Einspritzdüse (14) zum Pumpenarbeitsraum (5) geöffnet und zum Entlastungsraum (18) gesperrt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit variablem Einspritzdruck, wie beispielsweise ein nockengetriebenes Pumpe-Leitung-Düse-System. Von solchen Vorrichtungen wird bei Direkteinspritzsystemen in Brennkraftmaschinen Gebrauch gemacht.
  • Stand der Technik:
  • Bei Vorrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff nach dem Pumpe-Leitung-Düse-System ist der Einspritzdruck von der Antriebsdrehzahl, d.h. von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängig. Bei solchen Einrichtungen läßt sich durch das als Schaltventil dienende Magnetventil lediglich der Einspritzbeginn steuern, die Höhe des Einspritzdrucks ist von der Antriebsdrehzahl abhängig. Damit ist die Höhe des Einspritzdrucks bei dieser Einspritzkonfiguration nicht frei vorwählbar.
  • Aus US 5,628,293 ist ein elektronisch gesteuerter Fluidinjektor bekannt, mit einer durch eine Voreinspritzung beaufschlagbaren Fluidsammelkammer und einem direkt ansteuerbaren Steuerelement zur Freigabe der Verbindungsleitung zwischen der Fluidsammelkammer und der in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragenden Einspritzdüse. Neben dem ersten direkt ansteuerbaren Einspritze lement ist ein weiteres Drucksteuerelement zwischen zwei Stellpositionen hin- und herbewegbar. Mittels der beiden schaltbaren Drucksteuerelemente lassen sich einander entgegenwirkende hydraulische Kräfte ausbalancieren. Bei dieser Konfiguration ist der Umstand von Nachteil, daß die Steuerung der Druckelemente über zwei Einheiten erfolgt, die bei Ausfall der Steuereinrichtung nur teilweise gegen Überdruck/Übermenge abgesichert sind.
  • Aus der DE 199 08 418 C1 ist ein Steuerventil zum Einsatz in einem Speichereinspritzsystem bekannt.
  • Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit variablem Einspritzdruck ist dessen Höhe unabhängig von der Motordrehzahl. Der Einspritzverlauf kann nach Bedarf unabhängig von der Motordrehzahl gesteuert werden, da die Ansteuerung des von zwei Kraftspeichern an seinen jeweiligen Stirnseiten beaufschlagten Steuerelementes auf elektronischem Wege über eine Steuereinheit erfolgt. Der Beginn der Einspritzung läßt sich durch das ansteuerbare Schaltelement ebenfalls genauestens festlegen und bestimmen. Der Einspritzverlauf der Einzylinder-Einspritzpumpe mit variablem Einspritzdruck wird durch den Verlauf der Kolbenbewegung zum oberen Totpunkt hin beeinflußt. Diese Beeinflussung kann durch entsprechende Formgebung des Nockens bei dessen Auslegung festgelegt werden. Das Betätigungselement in Gestalt einer an der Kolbenstange drehbar gelagerten Rolle, beispielsweise wird durch den Nocken entsprechend seiner Formgebung und seines Konturenverlaufs bewegt, wodurch der Verlauf des Einspritzvorgangs beeinflußbar ist.
  • Die vorgeschlagene Lösung einer Einrichtung zum Einspritzen trägt in hohem Maße der Systemsicherheit Rechnung, da eine Befüllung des Pumpenraumes unterbleibt, wenn das vorzugsweise als schnellschaltendes Magnetventil ausgeführte Schaltventil nicht bestromt ist. Der eine höhere Kraft erzeugende schaltventilseitige Kraftspeicher bewirkt ein Andrücken des Steuerelements an die Sitzfläche und ein Verschließen des hochdruckseitigen Zulaufs. Dadurch ist eine Befüllung des Pumpenraumes unterbunden, das System vermag keinen Kraftstoff einzuspritzen. Bleibt das Steuerelement im Rahmen einer Funktionsstörung in einer geöffneten Position hängen, so entsteht ein Kurzschluß des strömenden Kraftstoffs von der Druckkammer in den Niederdruckraum. Dadurch kann verhindert werden, daß eine Übermenge von Kraftstoff zur Einspritzung gelangt und es zu Schäden an der Brennkraftmaschine kommt.
  • Durch die Ausstattung des Steuerelements mit einer Druckstufe im Bereich der zulaufseitigen Bohrung zur Versorgung der Einspritzdüse mit Kraftstoff, kann das Steuerelement in Zusammenspiel mit dem Magnetventil als Sicherheitsventil fungieren. Bei Überschreiten eines maximal möglichen Systemdrucks erfolgt eine Freigabe der Steuerkante in den Niederdruckbereich, d.h. der Zulauf zur Niederdruckkammer wird an einer Stirnseite des Steuerelements freigegeben. Der Kraftstoff strömt dann direkt von der Druckkammer in die Niederdruckkammer, so daß die am Rollenstößel auftretenden Kräfte dessen Belastungsgrenzen nicht überschreiten.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff erfolgt der Druckaufbau in einer Einzylinder-Pumpeneinheit als Funktion des Hubes des Pumpenkolbens, der über das an seinem unteren Bereich aufgenommene Betätigungsorgan durch die Nockenwelle aufgeprägt wird. Durch geeignete Formgebung des Nockens läßt sich der Einspritzverlauf steuern. Das Förderende wird dadurch herbeigeführt, daß das Steuerelement in eine Zwischenlage auf halbem Hubweg gerät, in welcher es durch die sich ausbalancierenden Kräfte der Kraftspeicher und des Magnetventils an beiden Sitzflächen zum hochdruckseitigen Einspritzdüsenzulauf und am Ablauf in die Niederdruckkammer offenbleibt und so der Druck schnell abgebaut wird; die Einspritzung an der Düse unterbleibt nunmehr.
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 einen Längsschnitt durch das Pumpenelement mit am Rollenstößel aufgenommenen Pumpenkolben,
  • 2 einen Längsschnitt durch das die Einspritzvorgänge steuernde Steuerelement in der Einzylinder-Pumpeneinheit,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung der Druckstufe im Bereich des Hochdruckzulaufs am Steuerelement,
  • 4 den Stromverlauf am Schaltventil, aufgetragen über dem Pumpenkolbenweg vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt und wieder zum unteren Totpunkt,
  • 5 den Verlauf des Steuerkolbenhubweges zwischen den niederdruckseitigen und den hochdruckseitigen Steuerkanten und
  • 6 den Verlauf der Parameter Strom, Steuerkolbenweg und den Einspritzverlauf aufgetragen vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt wieder zum unteren Totpunkt.
  • Ausführungsvarianten:
  • 1 zeigt den Längsschnitt durch das Pumpenelement einer Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff.
  • Im im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführten Pumpenelement 3 ist ein Rollenstößel 1 aufgenommen. An dessen oberem Ende ist ein in einen Pumpenarbeitsraum 5 hineinragender Pumpenkolben 4 und an seinem unteren Ende ein Betätigungsorgan in Form einer Rolle 25 aufgenommen. Der untere Teil, die Rolle 25 aufnehmend, ist über eine Feder 2 vorgespannt. Im unteren Teil des Rollenstößels 1 ist der Zapfen 24 gelagert, der über eine Schmierungsbohrung 26 mit Schmierstoff versorgt wird und im unteren Teil des Rollenstößels 1 mittels einem Stift 27 gehalten ist. Im oberen Teil der als Einzylinder-Pumpeneinheit ausgebildeten Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff ist das durch ein Steuerventil 6 betätigbare Ventilglied 8 quer zur Symmetrieachse des Pumpenelements 3 eingebaut. Das Steuerventil 6 – vorzugsweise ausgebildet als schnellschaltendes Magnetventil – wird über eine Steuereinheit 15 angesteuert. Im Bereich des quer zur Symmetrieachse des Pumpenelements 3 angeordneten Steuerelements mündet ein Verbindungsbohrung 21, in einen einen Kraftspeicher aufnehmenden Hohlraum zwischen Steuerventil 6 und Ventilglied 8. Im Bereich der das Ventilglied 8 umgebenden Hülse 12 mündet sowohl ein sich von dem Pumpenarbeitsraum 5 im Pumpenelement 3 erstreckender zweiter Hochdruckleitungsteil 23 koaxial zur Symmetrielinie des Pumpenelements 3 als auch eine sich zur Steuereinheit 15 erstreckende hochdruckseitige Zulaufbohrung 19. Die Mündung der hochdruckseitigen Zulaufbohrung 19 mündet etwas versetzt zum zweiten Hochdruckleitungsteil 23 in das Pumpenelement 3.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsvariante handelt es sich um ein Pumpe-Leitung-Düse-System, bei dem zwischen Pumpenelement 3 und der Einspritzdüse 14 ein erstes Hochdruckleitungsteil 13 zwischengeschaltet ist. Bei anderen Ausführungsvarianten kann die Einspritzdüse 14 auch direkt am Pumpenelement 3 befestigt werden, ohne Zwischenschatung einer Leitung, wie in der Ausführungsvariante gemäß 1; dies ist jedoch hier nicht dargestellt.
  • Im Bereich des Niederdruckendes des Ventilglieds 8 ist eine Ablaufbohrung 22 vorgesehen, aus welcher überflüssiger Kraftstoff aus dem Pumpenelement 3 wieder via Rücklaufleitung in den Vorratstank zurückgefördert werden kann.
  • 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein im Pumpenelement aufgenommenes Steuerelement, welches die auszuführenden Einspritzvorgänge koordiniert.
  • Das Ventilglied 8 besteht aus zwei miteinander verbundenen Teilen, einem Außenteil 8.1 und einem Innenteil 8.2. Es ist von einer in das Pumpengehäuse des Pumpenelements 3 eingelassenen, vorzugsweise eingeschrumpften Hülse 12 umschlossen. In der Hülse 12, die im Vergleich zum Werkstoff des Pumpenelements 3 aus höhenwertigem Material besteht, sind Ringkammern 31 eingelassen, in welche der zweite Hochdruckleitungsteil 23 und die düsenseitige Zulaufbohrung 19 jeweils einmünden. Die Mündungen der Zulaufbohrung 19 und dem zweiten Hochdruckleitungsteil 23 liegen im Bereich der Hülse 12 jeweils versetzt zueinander.
  • Beidseits der das Ventilglied 8 umgebenden Hülse 12 sind Hohlräume vorgesehen, in welchen jeweils ein magnetventilseitiger Kraftspeicher 10 bzw. ein niederdruckseitigen Kraftspeicher 11 aufgenommen ist, der auf jeweils eine Stirnseite des Ventilglieds 8 einwirkt. Die vorzugsweise als Federelemente ausgebildeten magnetventilseitigen Kraftspeicher 10 bzw. niederdruckseitigen Kraftspeicher 11 sind derart dimensioniert, daß die Federkraft des magnetventilseitigen Kraftspeichers 10 größer bemessen ist als die des niederdruckseitig plazierten Kraftspeichers 11. Der vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildete magnetventilseitigen Kraftspeicher 10 umgibt einen verjüngt ausgeführten Bereich am Ventilglied 8, an welchem dieses mit dem Magneten 7 des Steuerventils 6 verbunden ist.
  • Am niederdruckseitigen Ende des Ventilglieds 8 befindet sich ein Federanschlag 29, der mit einem Sockel verschraubt ist, in den ein verstellbarer Anschlag 9 eingelassen ist. Der ebenfalls bevorzugt als Schraubenfeder ausgebildete niederdruckseitigen Kraftspeichers 11 ist zwischen der dem Ventilglied 8 abgewandten Stirnseite der verstellbare Anschlag 9 und einem topfförmigen Einsatz des Federanschlags 29 aufgenommen. Zwischen der Hülse 12 und den Bohrungswänden der Bohrung des Pumpenelements 3, in welchem die das Steuerelement umgebende Hülse 12 aufgenommen ist, mündet die Ablaufbohrung 22 gemäß 1, durch die überschüssiger Kraftstoff wieder in der Vorratstank zurückgefördert wird. Zur Abdichtung des Niederdruckbereichs des Ventilglieds 8 ist in eine ringförmige Ausnehmung im Sockel ein Dichtelement 28 eingelassen.
  • Am Innenteil 8.2 des Ventilglieds 8 ist der zweite Ventilsitz 17 ausgebildet, der den Entlastungsraum 18 abdichtet. Am Außenteil 8.1 des Ventilglieds 8 befindet sich der erste Ventilsitz 16, der die hochdruckseitige Zulaufbohrung 19 bzw. den zweiten Hochdruckleitungsteil 23 miteinander verbindet. Die Konfiguration des ersten Ventilsitzes 16 am Außenteil 8.1 des Ventilglieds 8 ist in 3 in vergrößertem Maßstab en detail dargestellt.
  • 3 zeigt die vergrößerte Darstellung der Druckstufe am Steuerelement im Bereich des Hochdruckzulaufs zur Einspritzdüse 14. Im Bereich der Steuerkante 32 am Ventilglied 8, welches mit der korrespondierenden Ringkammer 31 der Hülse 12 des Pumpenelements 3 zusammenwirkt, ist eine Druckschulter 8a in Gestalt einer Durchmesserverjüngung ausgebildet. Diese Durchmesserverjüngung liegt im Bereich zwischen 0,05mm und 0,2mm, in der die Druckschulter 8a mit geringerem Durchmesser ausgeführt ist, verglichen mit dem angrenzenden Durchmesserbereich am Ventilglied 8.
  • Die Funktionsweise der in 1 bis 3 beschriebenen Einzylinder-Pumpeneinheit stellt sich wie folgt dar:
    Über die Verbindungsbohrung 21, den magnetventilseitigen Hohlraum, welcher den magnetventilseitigen Kraftspeicher 10 aufnimmt, erfolgt bei der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 4 ein Ansaugen von Kraftstoff; der Pumpenarbeitsraum 5 füllt sich langsam mit Kraftstoff. Dazu wird das Steuerventil 6 über die Steuereinheit 15 entsprechend bestromt, das Ventilglied 8 steht in der Position offen. Bewegt sich der Pumpenkolben 4 vom unteren Totpunkt 35 in Richtung seines oberen Totpunktes 36,
    bleibt das Ventilglied 8 in seiner schließenden Position. Das Steuerventil 6 ist bei der Aufwärtsbewegung unbestromt, die beiden auf das Ventilglied 8 einwirkenden magnetventilseitigen Kraftspeicher 10 bzw. niederdruckseitigen Kraftspeicher 11 halten das Ventilglied 8 in seiner schließenden Position, die Steuerkante 16 verhindert ein In-Verbindung-Setzen der hochdruckseitigen Zulaufbohrung 19 und der zweite Hochdruckleitungsteil 23 im Pumpenelement 3 miteinander. Der Kraftstoffdruck in dem Pumpenarbeitsraum 5 steigt bei der Bewegung des Rollenstößels 1 als Funktion des Hubes des Pumpenkolbens 4 an, solange das Ventilglied 8 in seiner die Zulaufbohrung 19 zur Einspritzdüse 14 verschließenden Position verharrt. Solange das Steuerventil 6 unbestromt ist, wird die Schließkraft nur durch den magnetventilseitigen Kraftspeicher 10 aufgebracht.
  • Der Förderbeginn erfolgt, wenn das Steuerventil 6 bestromt wird und sich das Ventilglied 8 auf die niederdruckseitig vorgesehenen verstellbaren Anschlag 9 hin bewegt. Die Stirnseite des Steuerelements 8 schlägt an dem verstellbaren Anschlag 9 an, der Niederdruckraum 18 ist gegen Kraftstoffeintritt an seinem zweiten Ventilsitz 17 geschlossen. Gleichzeitig öffnen die Steuerkanten 32, so daß unter hohem Druck stehender Kraftstoff von dem zweiten Hochdruckleitungsteil 23 in die Ringkammer 31 entlang der am Ventilglied 8 im Bereich den ersten Ventilsitz 16 vorgesehenen Druckschulter 8a strömt. Der Kraftstoff strömt in die zur Einspritzdüse 14 führende Zulaufbohrung 19. Je nach Beginn der Ansteuerung des Ventilglieds 8 durch das Steuerventil 6 kann der Einspritzdruckverlauf durch die Bewegung des Pumpenkolbens 4 während der Aufwärtsbewegung in Richtung oberer Totpunkt 36 beeinflußt werden. Eine Einflußnahme auf den Verlauf des Einspritzdrucks läßt sich beispielsweise über eine geeignete Formgebung der jeweiligen Nocken erzielen, auf denen die als Rollenkörper ausgebildete Rolle 25 ablaufen, aufgenommen am unteren Ende des Rollenstößels 1.
  • Solange der am Steuerventil 6 anliegende erste Haltestromniveau 42 auf einem ersten, höheren Niveau verharrt, schließt das Ventilglied 8 durch Anlage den ersten Ventilsitz 16 den Entlastungsraum 18 ab. Wird durch die das Steuerventil 6 ansteuernde Steuereinheit der Haltestrom hingegen auf ein zweites Haltestromniveau 43 gesenkt, so stellt sich am Ventilglied 8 ein Kräftegleichgewicht ein. Die durch das Steuerventil 6 erzeugte Kraft und die Federkraft des niederdruckseitigen Kraftspeichers 11 stehen im Gleichgewicht mit dem magnetventilseitigen Kraftspeicher 10. Dadurch stellt sich das Steuerelement 8 in eine Zwischenlage auf halbem Hubweg in der Hülse 12 ein, in der beide Ventilsitze 16 und 17 jeweils offen stehen. In dieser Position des Ventilglieds 8 bleibt die Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum 5 des Pumpenelements 3, die Verbindung zur Einspritzdüse 14 über die Zulaufbohrung 19 sowie die Öffnung des Entlastungsraums 18 offen. Es erfolgt ein schneller Druckabbau, so daß der Einspritzvorgang rasch beendet wird.
  • 4 zeigt den Stromverlauf am Schaltventil, aufgetragen über dem Weg des Pumpenkolbens vom unteren Totpunkt bis zum oberen Totpunkt und wieder zum unteren Totpunkt.
  • Während der aufwärts gerichteten Hubbewegung des Pumpenkolbens 4 vom unteren Totpunkt 35 zum oberen Totpunkt 36 ist am Steuerventil 6 zunächst ein zweites Haltestromniveau 43 niedrigeren Niveaus eingestellt; das zweite Haltestromniveau 43 bleibt eingestellt, bis sich der erwünschte Druckaufbau eingestellt hat. Je nach erforderlichem Druckaufbau bleibt der erste Ventilsitz 16 während der Druckaufbauphase geschlossen, so daß der Ansteuerungsimpuls je nach gewünschtem Druckniveau innerhalb des Drucksteuerungsbereichs 33 – angedeutet durch die gestrichelte Linie – erfolgen kann. Der Haltestromstoß und der sich auf ein erstes Haltestromniveau 42 einpendelnde erste Haltestromniveau 42 bewirkt ein Verfahren des Ventilglieds 8 gemäß 5 vom ersten Ventilsitz 16 zum zweiten Ventilsitz 17. Die Steuerbereich 38 entlang des Steuerelementhubs 37 des Steuerelements kennzeichnen Übergangsbereiche, innerhalb der die Zeitpunkte der Steuerelementebewegung und damit die einzuspritzende Kraftstoffmenge variiert werden kann. Während der Aufrechterhaltung des ersten Haltestromniveaus 42 ist der zweite Ventilsitz 17 zum Entlastungsraum 18 hin verschlossen, die Einspritzung kann durch den ersten Ventilsitz 16 in die die Einspritzdüse 14 beaufschlagende Zulaufbohrung 19 erfolgen. Je nach Dauer des Haltestroms 42 während des Mengensteuerungsbereichs 34, d.h. je nach Zeitpunkt der Absenkung des ersten Haltestromniveaus 42 auf das zweite Haltestromniveau 43, erfolgt eine Ausgleichsbewegung des Ventilglieds 8 derart, daß dieses gemäß 5 eine Mittellage zwischen den Ventilsitzen 16 und 17 einnimmt und den Pumpenarbeitsraum 5 mit dem Entlastungsraum 18 kurzschließt, es zu einem schnellen Abbau des aufgebauten Druckes kommt.
  • Aus einem Vergleich der zeitlichen Abfolge der Stromänderungen und Positionsänderungen des Ventilglieds 8 innerhalb der Hülse 12 ist ersichtlich, daß die entsprechend dosierte Einspritzmenge vor Erreichen des oberen Totpunktes 36 durch den Pumpenkolben 4 erfolgt.
  • 6 zeigt den Verlauf der Parameter Haltestrom, Steuerelementhubweg und den Einspritzverlauf aufgetragen über dem Pumpenkolbenweg vom unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt und umgekehrt.
  • Die beiden oberen Diagramme entsprechen im wesentlichen den Darstellungen gemäß der bereits beschriebenen 4 und 5, während aus dem zuunterst dargestellten Diagramm der Einspritzverlauf der Kraftstoffmenge, aufgetragen über dem Hubweg des Pumpenkolbens vom unteren Totpunkt 35 zum oberen Totpunkt 36 und umgekehrt erfolgt. Die jeweils gestrichelt angegebenen Bereiche markieren die Bereiche, in denen eine zeitliche Variabilität des Einspritzvorgangs durch Änderung der Halteströme am Steuerventil 6 via erster Steuereinheit 15 möglich ist.
  • Mittels der vorgeschlagenen Ansteuerung lassen sich sämtliche Einspritzparameter für die Verbrennungsoptimierung, seien es die Einspritzmenge, der Einspritzbeginn, der Einspritzdruck sowie der Einspritzdruckverlauf während der Einspritzphase elektronisch steuern, wobei die gewählte Lösung die Systemsicherheit maßgeblich erhöht.
  • Bleibt beispielsweise das als Magnetventil ausgebildete Steuerventil 6 ohne Strom, liegt dank der stärkeren Dimensionierung des Kraftspeichers der erste Ventilsitz 16 des Ventilglieds 8 stets an ihrer Sitzfläche an und verschließt den Zulauf zur hochdruckseitigen Zulaufbohrung 19 zur Einspritzdüse 14, wodurch keine Füllung der Pumpe ermöglicht wird und das System keinen Einspritzvorgang ausführen kann. Bei mechanischem Klemmen des Steuerelements 8 in seiner offenen Position innerhalb der Hülse 12 des Pumpenelements 3 erfolgt eine nur zögerliche Füllung des Pumpenarbeitsraums 5, wobei der Entlastungsraum 18 mit dem Pumpenarbeitsraum 5 ständig verbunden ist und einströmender unter höherem Druck stehender Kraftstoff über den Kurzschluß zum Entlastungsraum 18 abfließt und keine Übermenge von Kraftstoff zur Einspritzung gelangt. Einem Stromausfall am Steuerventil 6 während der Förderung ist dadurch Rechnung getragen, daß am Steuerelementumfang die Druckschulter 8a ausgebildet ist, die eine Durchmesserreduktion, verglichen zum Steuerelementdurchmesser von 0,05mm bis 0,2mm aufweist. Die Druckschulter 8a sowie der magnetventilseitige Kraftspeicher 10 fungieren als Sicherheitsventil für den Pumpenarbeitsraum 5 dergestalt, daß an diesen der maximale Systemdruck und die maximal zulässige Belastung des Rollenstößels 1 einstellbar ist, so daß bei Überschreiten dieses kritischen Druckes ein automatisches Auffahren der niederdruckseitige Entlastungsraum 18 erfolgt, so daß der Kraftstoff in den Niederdruckbereich abströmen kann, ohne Schaden zu stiften.
  • 1
    Rollenstößel
    2
    Feder
    3
    Pumpenelement
    4
    Pumpenkolben
    5
    Pumpenarbeitsraum
    6
    Steuerventil
    7
    Magnet
    8
    Ventilglied
    8a
    Druckschulter
    8.1
    Außenteil
    8.2
    Innenteil
    9
    verstellbarer Anschlag
    10
    magnetventilseitiger Kraftspeicher
    11
    niederdruckseitiger Kraftspeicher
    12
    Hülse
    13
    erstes Hochdruckleitungsteil
    14
    Einspritzdüse
    15
    Steuereinheit
    16
    erster Ventilsitz
    17
    zweiter Ventilsitz
    18
    Entlastungsraum
    19
    Zulaufbohrung
    20
    Magnet
    21
    Verbindungsbohrung
    22
    Ablaufbohrung
    23
    zweiter Hochdruckleitungsteil
    24
    Zapfen
    25
    Rolle
    26
    Schmierungsbohrung
    27
    Stift
    28
    Dichtelement
    29
    Federanschlag
    30
    Gewinde
    31
    Ringkammer
    32
    Steuerkante
    33
    Drucksteuerungsbereich
    34
    Mengensteuerungsbereich
    35
    unterer Totpunkt
    36
    oberer Totpunkt
    37
    Steuerelementhub
    38
    Steuerbereich
    39
    Stromverlauf
    40
    Steuerelementweg
    41
    Verlauf Kolbenhub
    42
    erstes Haltestromniveau
    43
    zweites Haltestromniveau

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Einspritzen von Fluid unter hohem Druck mit einem Pumpenkolben (4), der einen Pumpenarbeitsraum (5) begrenzt, aus welchem bei Antrieb des Pumpenkolbens (4) Fluid über ein erstes und ein zweites Hochdruckleitungsteil (13, 23) zu einer Einspritzdüse (14) förderbar ist und mit einem in dem ersten und zweiten Hochdruckleitungsteil (13, 23) angeordneten, von einem Magneten (7) betätigbaren Steuerventil (6) mit einem Ventilglied (8), welches von einem magnetseitigen Kraftspeicher (10) entgegen einem von einem niederdruckseitigen Kraftspeicher (11) verstellbaren Anschlag (9) an einen ersten Ventilsitz (16) bringbar ist, wobei eine Verbindung der Einspritzdüse (14) zum Pumpenarbeitsraum (5) gesperrt und zu einem Entlastungsraum (18) geöffnet ist und welches von einer zu- und abschaltbaren Stellkraft des Magneten (7) entgegen der Kraft des magnetseitigen Kraftspeichers (10) an einen zweiten Ventilsitz (17) bringbar ist, wobei eine Verbindung der Einspritzdüse (14) zum Pumpenarbeitsraum (5) geöffnet und zum Entlastungsraum (18) gesperrt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkraft des Magneten (7) auf einen Zwischenwert reduzierbar ist, bei dem das Ventilglied (8) in einer durch die reduzierte Stellkraft und die Kraft des zweiten Kraftspeichers (11) einerseits und die Kraft des magnetventilseitigen Kraftspeichers (10) andererseits in eine den Durchtritt an sowohl dem ersten als auch dem ersten und zweiten Ventilsitz (16, 17) freigebende Zwischenlage bringbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (8) an seiner Mantelfläche im Bereich zwischen seiner mit dem ersten Ventilsitz (16) zusammenwirkenden Dichtfläche und dem pumpenarbeitsraumseitigen Teil der ersten und zweiten Hochdruckleitung (13, 23) eine Druckschulter (8a) aufweist, über die das Ventilglied (8) bei anstehendem Hochdruck im Pumpenarbeitsraum (5) von einer dem magnetventilseitigen Kraftspeicher (10) entgegenwirkenden Kraft beaufschlagt wird.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschulter (8a) einen im Durchmesser reduzierten Bereich zwischen 0,05 mm und 0,2 mm aufweist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (8) miteinander gefügte Außen- und Innenteil (8.1, 8.2) umfaßt.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (8) durch gegen den Magneten (7) die Wirkung des magnetventilseitigen Kraftspeichers (10) in eine Zwischenlage mit halbem Hub bewegbar ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenlage des Ventilgliedes (8) bei zurückgelegtem halben Hubweg die Verbindung zwischen Entlastungsraum (18), Einspritzdüse (14) und dem Pumpenarbeitsraum (5) geöffnet ist.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Stellzustandzwischenlage mit halbem Hub die Kraft des Magneten (7) und die Kraft des niederdruckseitigen Kraftspeichers (11) und die des magnetventilseitigen Kraftspeichers (10) im Gleichgewicht stehen.
  9. Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zum Einspritzen von Fluid unter hohem Druck mit einem Pumpenkolben (4), der einen Pumpenarbeitsraum (5) begrenzt und aus dem bei Antrieb des Pumpenkolbens (4) Fluid über einen ersten und zweiten Hochdruckleitungsteil (13, 23) zu einer Einspritzdüse (14) förderbar ist und mit einem in dem ersten und zweiten Hochdruckleitungsteil (13, 23) angeordneten, von einem Magneten (7) betätigbaren Steuerventil (6) mit einem Ventilglied (8), dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht aktiviertem Steuerventil (6) das Ventilglied (8) von einem magnetseitigen Kraftspeicher (10) entgegen einem von einem niederdruckseitigen Kraftspeicher (11) verstellbaren Anschlag (9) an einem ersten Ventilsitz (16) gebracht wird, wobei eine Verbindung der Einspritzdüse (14) zum Pumpenarbeitsraum (5) gesperrt und zu einem Entlastungsraum (18) geöffnet wird, und das bei Aktivierung des Steuerventils (6) das Ventilglied (8) entgegen der Kraft des magnetseitigen Kraftstoffspeichers (10) an einem zweiten Ventilsitz (17) gebracht wird, wobei eine Verbindung der Einspritzdüse (14) zum Pumpenarbeitsraum (5) geöffnet und zum Entlastungsraum (18) gesperrt wird.
  10. Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zum Einspritzen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzschluß des Pumpenarbeitsraums (5), des Entlastungsraums (18) sowie der Einspritzdüse (14) durch die Positionierung des Ventilgliedes (8) in eine Zwischenlage gegeben ist, in der der erste Ventilsitz (16) und der zweite Ventilsitz (17) offen sind.
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