VERFAHREN ZUM EINSPRITZEN VON KRAFTSTOFF IN DEN BRENNRAUM EINER BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei welchem der Kraftstoff von einer Vorförderpumpe aus einem Tank zu einer Hochdruckpumpe gefördert wird und der von der Hochdruckpumpe geförderte Hochdruckkraftstoff dem Einspritzinjektor zugeführt wird, wobei der Einspritzinjektor eine Einspritzdüse mit einer axial verschieblichen Düsennadel aufweist, welche in einen mit Kraftstoff unter Druck speisbaren Steuerraum eintaucht, dessen Druck über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Steuerventil gesteuert wird, sowie eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.

[0002] Einspritzinjektoren der eingangs beschriebenen Art kommen häufig in Commonrail-Einspritzsystemen zum Einsatz.

[0003] Injektoren für Commonrailsysteme zum Einspritzen von Kraftstoffen mit hoher Viskosität in den Brennraum von Brennkraftmaschinen sind in unterschiedlicher Ausbildung bekannt. Im Fall von Schweröl ist eine Erwärmung auf bis zu 150°C erforderlich, um die notwendige Einspritzviskosität zu erreichen. Bei hohem Anteil an abrasiv wirkenden Feststoffen und hoher Temperatur steigt naturgemäß der Veschleiß und beeinträchtigt damit die Betriebssicherheit.

[0004] Grundsätzlich hat ein Injektor für ein Commonraileinspritzsystem verschiedene Teile, welche in aller Regel durch eine Düsenspannmutter zusammengehalten werden. Die eigentliche Injektordüse enthält eine Düsennadel, welche im Düsenkörper der Injektordüse axial verschieblich geführt ist und mehrere Freiflächen aufweist, durch welche aus dem Düsenvorraum Kraftstoff zur Nadelspitze strömen kann. Die Düsennadel selbst trägt einen Bund, an welchem sich eine Druckfeder abstützt, und taucht in einen Steuerraum ein, welcher mit Kraftstoff unter Druck beaufschlagbar ist. An diesen Steuerraum kann ein Zulaufkanal über eine Zulaufdrossel und ein Ablaufkanal über eine Ablaufdrossel angeschlossen sein, wobei der jeweilige im Steuerraum aufgebaute Druck gemeinsam mit der Kraft der Druckfeder die Düsennadel in der Schließstellung hält. Der Druck im Steuerraum kann von einem Steuerventil kontrolliert werden, welches zumeist von einem Elektromagneten betätigt wird. Bei entsprechender Beschaltung kann ein Öffnen des Magnetventils einen Abfluss des Kraftstoffes über eine Drossel bewirken, sodass ein Absinken der hydraulischen Haltekraft auf die in den Steuerraum eintauchende Stirnfläche der Düsennadel zum Öffnen der Düsennadel führt. Auf diese Weise kann in der Folge der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum des Motors gelangen.

[0005] Neben einer Ablaufdrossel ist auch meist eine Zulaufdrossel vorgesehen, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel durch den Durchflussunterschied zwischen Zu- und Ablaufdrossel bestimmt wird. Wenn das Magnetventil geschlossen wird, wird der Ablaufweg des Kraftstoffes durch die Ablaufdrossel gesperrt und über die Zulaufdrossel neuerlich Druck im Steuerraum aufgebaut und das Schließen der Düsennadel bewirkt.

[0006] Insbesondere bei Großdieselmotoren kann sich aufgrund der verwendeten Kraftstoffe, der erforderlichen Durchflussquerschnitte sowie des hohen Energieeintrags der elektrischen Bestromung des Magnetventils eine große thermische Belastung des Ventils ergeben. Dies kann dazu führen, dass zur Vermeidung von thermischen Schäden am Ventil eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist, wie z.B. in der DE 4122384 gezeigt.

[0007] Eine Temperierung oder Kühlung von Einspritzinjektoren ist beispielsweise aus der WO 2006/021014 A1 bekannt, in der im Injektor zusätzliche von Schmieröl oder Motoröl durchströmte Kanäle zum Zwecke der Kühlung angeordnet sind.

[0008] Die Erfindung zielt nun darauf ab, das Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Kühlung des Steuerventils, insbesondere Magnetventils erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen so vorgegangen, dass zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe eine Teilmenge des Kraftstoffs als Spülmenge abgezweigt und einem Spülkanal des Einspritzinjektors zugeführt wird, wobei die Spülmenge unmittelbar dem Steuerventil zugeführt wird, sodass die Spülmenge das Steuerventil wenigstens teilweise durchfließt und sich vorzugsweise mit dem Kraftstoff aus dem Zu- bzw. Ablaufkanal vermischt, und dass die Spülmenge über einen Wärmeüberträger zum Temperieren der Spülmenge geführt wird. Dadurch, dass sich die zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe abgezweigte Spülmenge, die naturgemäß eine wesentlich geringere Temperatur aufweist als der aus dem Zu- bzw. Ablaufkanal kommenden Kraftstoff, der nach einer Entspannung auf Niederdruckniveau naturgemäß sehr heiß ist, mit diesem vermischt, wird die mittlere Kraftstofftemperatur ab dem Punkt der Vermischung deutlich abgesenkt, sodass die thermische Belastung des Magnetventils deutlich reduziert werden kann. Das Gemisch aus Spülmenge und dem aus dem Zu- bzw. Ablaufkanal kommenden Kraftstoff durchfließt das Steuerventil zumindest teilweise, sodass die thermische Belastung des Magnetventils deutlich reduziert werden kann.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise gelingt es, ohne aufwändige Einbauten eine wirkungsvolle Kühlung des Magnetventils vorzunehmen, wobei bereits das Abziehen einer kleinen Menge an Kraftstoff zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe ausreicht, um eine merkliche Reduzierung der Temperatur im Bereich des Magnetventils zu erreichen. Die Spülmenge wird hierbei über einen Wärmetauscher zum Vorwärmen der Spülmenge geführt. Auf diese Art und Weise kann die Kühlleistung eingestellt werden, wobei die Temperierung das Kühlen der Spülmenge umfasst. Gleichzeitig ist hiermit auch eine Heizung des Ventils, beispielsweise vor dem Motorstart, möglich.

[0010] Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Spülmenge dem Steuerventil im Bereich des Ventilsitzes des Ventilglieds zugeführt. Bei einer derartigen Verfahrensweise vermischt sich die zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe abgezweigte Spülmenge unmittelbar am Eingang des Steuerventils mit dem aus dem Zu- bzw. Ablaufkanal kommenden Kraftstoff, sodass im wesentlichen das ganze Steuerventil von dem bereits abgekühlten Kraftstoff durchflossen wird. Hierbei wird bevorzugt der Ankerraum des Steuerventils von der Spülmenge durchflossen, sodass besonders der einer starken thermischen Belastung unterliegende Teil des Magnetventils effizient abgekühlt werden kann.

[0011] Die Regelung der Kühlleistung erfolgt in besonders bevorzugter Weise dadurch, dass die zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe abgezweigte Spülmenge, vorzugsweise mittels einer Drossel oder eines Spülventils, geregelt wird. Die Regelung kann hierbei mit Vorteil in Abhängigkeit von Messwerten eines Temperatursensors durchgeführt werden, wobei der Temperatursensor die Temperatur des Magnetventils oder des Kraftstoffs im Ablauf des Magnetventils erfasst. Auf diese Art und Weise erfolgt eine besonders einfache Temperaturregelung.

[0012] Um sicherzustellen, dass die zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe abgezweigte Teilmenge des Kraftstoffs ein ausreichendes Druckniveau aufweist, um zum Zwecke der Spülung und der Kühlung des Magnetventils verwendet werden zu können, wird bevorzugt derart vorgegangen, dass der Kraftstoff von der Vorförderpumpe auf einen Überdruck von 5-10 bar gefördert wird.

[0013] Die vorliegende Erfindung zielt weiters darauf ab, eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher eine verbesserte Kühlung des Magnetventils erreicht wird. In diesem Zusammenhang umfasst die Vorrichtung eine Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus einem Tank, eine Hochdruckpumpe und einen Einspritzinjektor, wobei der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff der Hochdruckpumpe und der von der Hochdruckpumpe geförderte Hochdruckkraftstoff dem Einspritzinjektor zugeführt ist, wobei der Einspritzinjektor eine Einspritzdüse mit einer axial verschieblichen Düsennadel aufweist, welche in einen mit Kraftstoff unter Druck speisbaren Steuerraum eintaucht, dessen Druck über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Steuerventil steuerbar ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung im wesentlichen dadurch aus, dass zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe eine Zweigleitung angeschlossen ist, die mit einem Spülkanal des Einspritzinjektors verbunden ist, wobei der Spülkanal am Steuerventil mündet, sodass die Spülmenge das Steuerventil wenigstens teilweise durchfließt und sich vorzugsweise mit dem Kraftstoff aus dem Zu- bzw. Ablaufkanal vermischt, und dass die Zweigleitung über einen Wärmeüberträger (31) zum Temperieren der Spülmenge geführt ist.

[0014] Bevorzugte Weiterbildungen dieser Einspritzvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei die entsprechenden Vorteile bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.

[0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 den schematischen Aufbau eines modularen Commonrail-Einspritzsystems, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig.1 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III gemäß Fig. 2.

[0016] Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines modularen Commonrail-Einspritzsystems nach der vorliegenden Erfindung. Aus dem Kraftstofftank 1 wird mit einer Vorförderpumpe 2 Kraftstoff angesaugt und von der Hochdruckpumpe 3 auf den erforderlichen Systemdruck gebracht und dem Einspritzinjektor 4 zugeführt. Der Injektor 4 besteht aus einer Einspritzdüse 5, einer Drosselplatte 6, einem Magnetventil 7, einem mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) ausgestatteten Injektorkörper 8 und einer Düsenspannmutter 9, die die Teile zusammenhält. Im Ruhezustand ist das Magnetventil 7 geschlossen, sodass Hochdruckkraftstoff aus der Hochdruckbohrung 10 über die Quernut 11 und die Zulaufdrossel 12 in den Steuerraum 13 der Düse 5 strömt, der Abfluss aus dem Steuerraum 13 über die Ablaufdrossel 14 aber am Ventilsitz 15 des Magnetventils 7 blockiert ist. Der im Steuerraum 13 anliegende Systemdruck drückt gemeinsam mit der Kraft der Düsenfeder 16 die Düsennadel 17 in den Düsennadelsitz 18, sodass die Spritzlöcher 24 verschlossen sind.

[0017] Wird das Magnetventil 7 betätigt, indem der Elektromagnet 25 angesteuert und das Magnetventilglied 27 gegen die Kraft der Magnetventilfeder 26 aus dem Magnetventilsitz 15 gehoben wird, gibt es den Durchfluss über den Magnetventilsitz 15 frei, und Kraftstoff strömt aus dem Steuerraum 13 durch die Ablaufdrossel 14, den Magnetventilankerraum 19, die Ablaufspalte 20, die Entlastungsbohrung 21 und die Niederdruckbohrung 22 zurück in den Kraftstofftank 1. Es stellt sich ein durch die Strömungsquerschnitte von Zulaufdrossel 12 und Ablaufdrossel 14 definierter Gleichgewichtsdruck im Steuerraum 13 ein, der so gering ist, dass der im Düsenraum 23 anliegende Systemdruck die im Düsenkörper 32 längs verschieblich geführte Düsennadel 17 zu öffnen vermag, sodass die Spritzlöcher 24 freigegeben werden und eine Einspritzung erfolgt.

[0018] In der Niederdruckbohrung 22 herrscht ein Absolutdruck von 1-2 bar vor, sodass es durch die Absteuerung des Systemdrucks über Zulaufdrossel 12, Ablaufdrossel 14 und Magnetventilsitz 15 zu einer starken Erwärmung des Kraftstoffs kommt. Gleichzeitig wirken die im Elektromagneten 25 auftretenden elektrischen und magnetischen Verluste als zusätzliche Heizung, sodass es vor allem bei hohen Durchflussmengen, sowie bei bereits vorgewärmten Kraftstoffen (z.B. Schweröl) und bei hohen elektrischen Betriebsströmen des Magnetventils 7 zu kritischen Bauteilbelastungen kommen kann.

[0019] Fig. 2 zeigt den in Fig.1 angegebenen Schnitt durch den Einspritzinjektor 4. Hier ist zusätzlich die erfindungsgegenständliche Spülbohrung 28 sichtbar.

[0020] Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 angegebenen Schnitt durch den Einspritzinjektor 4 mit der erfindungsgegenständlichen Spülkraftstoffversorgung. Am T-Stück 29 zwischen Vorförderpumpe 2 und Hochdruckpumpe 3 wird ein Teil des an dieser Stelle unter einem Überdruck von 5-10 bar stehenden Kraftstoffs abgezweigt. Die Spülmenge kann über das Spülventil 30 gesteuert und im Wärmeübertrager 31 temperiert werden. Die abgezweigte Menge wird über die Spülbohrung 28 direkt zum Magnetventilsitz 15 geleitet, wo sich die Spülmenge mit der aus der Ablaufdrossel 14 austretenden Steuermenge vermischt. Durch den großen Temperaturunterschied zwischen Spülmenge und Steuermenge erfolgt hier eine deutliche Kühlung der Steuermenge, sodass die sich im Ankerraum 19 einstellende Temperatur im Vergleich zu einem konventionellen Einspritzinjektor ohne Spülung wesentlich geringer ist. Dadurch ergibt sich für die Bauteile des Magnetventils 7 eine deutlich geringere Temperaturbelastung im Betrieb, sodass einerseits eine Steigerung der Lebensdauer, andererseits eine Kostenersparnis durch die Wahl anderer, weniger temperaturbeständiger Werkstoffe möglich wird. Gleichzeitig kann durch geeignete Wahl des Wärmeübertragers 31 eine Vorwärmung der Spülmenge erfolgen. Wird als Kraftstoff beispielsweise Schweröl verwendet, kann diese vorgewärmte Spülmenge zur Temperierung des Magnetventils 7 und damit zur Beschleunigung des Motorstarts verwendet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei welchem der Kraftstoff von mindestens einer Vorförderpumpe (2) aus einem Tank zu mindestens einer Hochdruckpumpe (3) gefördert wird und der von der Hochdruckpumpe (3) geförderte Hochdruckkraftstoff dem Einspritzinjektor (4) zugeführt wird, wobei der Einspritzinjektor (4) eine Einspritzdüse (5) mit einer axial verschieblichen Düsennadel (17) aufweist, welche in einen mit Kraftstoff unter Druck speisbaren Steuerraum (13) eintaucht, dessen Druck über ein wenigstens einen zu- oder Ablaufkanal (14) für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Steuerventil (7) gesteuert wird, wobei zwischen der Vorförderpumpe (2) und der Hochdruckpumpe (3) eine Teilmenge des Kraftstoffs als Spülmenge abgezweigt und einem Spülkanal (28) des Einspritzinjektors (4) zugeführt wird, wobei die Spülmenge unmittelbar dem Steuerventil (13) zugeführt wird, sodass die Spülmenge das Steuerventil (13) wenigstens teilweise durchfließt und sich vorzugsweise mit dem Kraftstoff aus dem zu- bzw. Ablaufkanal (14) vermischt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülmenge über einen wärmeüberträger (31) zum Temperieren der Spülmenge geführt wird, wobei der Wärmeüberträger die Spülmenge während des Betriebs zur Verringerung der Temperaturbelastung kühlt und die Spülmenge zur Beschleunigung des Motorstarts aufwärmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülmenge dem Steuerventil (7) im Bereich des Ventilsitzes (15) des Ventilglieds zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerraum des Steuerventils (7) von der Spülmenge durchflossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Vorförderpumpe (2) und der Hochdruckpumpe (3) abgezweigte Spülmenge, vorzugsweise mittels einer Drossel oder eines Spülventils (30), geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff von der Vorförderpumpe (2) auf einen Überdruck von 5-10 bar gefördert wird.

Claims

1. A method for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, in which the fuel is fed by at least one prefeed pump from a tank to at least one high-pressure pump and the high-pressure fuel fed by the high-pressure pump is supplied to the injector, wherein the injector has an injection nozzle with an axially movable nozzle needle protruding into a control chamber which can be fed with fuel under pressure and whose pressure is controlled by a control valve which opens or closes at least one inflow or outflow duct for fuel, wherein between the prefeed pump and the high-pressure pump, a partial volume of the fuel is branched off as a flushing volume and supplied to a flushing channel of the injector, wherein the flushing volume is directly supplied to the control valve such that the flushing volume flows at least partially through the control valve and preferably mixes with the fuel from the inflow or outflow duct, characterized in that the flushing volume is conducted through a heat exchanger for adjusting the temperature of the flushing volume, wherein the heat exchanger cools the flushing volume during operation to lower the temperature load and heats the flushing volume to accelerate the engine start.

2. A method according to claim 1, characterized in that the flushing volume is supplied to the control valve in the region of the valve seat of the valve member.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the flushing volume flows through the anchor chamber of the control valve.

4. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the flushing volume branched off between the prefeed pump and the high-pressure pump is controlled, preferably by a throttle or a flushing valve.

5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel is fed by the prefeed pump to an overpressure of 5-10 bar.

Revendications

1. Procédé pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, dans lequel le carburant est acheminé par au moins une pompe de pré-alimentation (2) à partir d'un réservoir jusqu'à au moins une pompe à haute pression (3), et le carburant sous haute pression acheminé à partir de la pompe à haute pression (3) est délivré à l'injecteur (4), dans lequel l'injecteur (4) comporte une buse d'infection (5) avec une aiguille de buse (17) axialement mobile, laquelle aiguille de buse plonge dans une chambre de commande (13) pouvant être alimentée en carburant sous pression et dont la pression est commandée via une soupape de commande (7) qui ouvre ou ferme au moins un canal (14) d'alimentation ou de refoulement de carburant, dans lequel entre la pompe de pré-alimentation (2) et la pompe à haute pression (3), un volume partiel du carburant est dévié en tant que volume de purge, et est délivré à un canal de purge (28) de l'injecteur (4), dans lequel le volume de purge est directement délivré à la soupape de commande (13) de telle sorte que le volume de purge s'écoule au moins partiellement à travers la soupape de commande (13) et se mélange de préférence avec le carburant provenant du canal d'alimentation ou de refoulement (14), caractérisé en ce que le volume de purge est guidé par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (31) afin de régler la température du volume de purge, dans lequel l'échangeur de chaleur refroidit le volume de purge pendant le fonctionnement afin de réduire la contrainte thermique et chauffe le volume de purge afin d'accélérer le démarrage du moteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de purge est délivré à la soupape de commande (7) dans la zone du siège de soupape (15) de l'organe de soupape.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre d'armature de la soupape de commande (7) est traversée par le volume de purge.

4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le volume de purge dévié entre la pompe de pré-alimentation (2) et la pompe à haute pression (3) est régulé, de préférence au moyen d'un papillon ou d'une soupape de purge (30).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carburant est délivré à partir de la pompe de pré-alimentation (2) à une surpression de 5 à 10 bar.

Zeichnung