DE19812170A1

DE19812170A1 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19812170A1
Application number: DE19812170A
Authority: DE
Inventors: Herbert Zoeller
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-09-23
Also published as: GB2335465A; ITRM990163A1; GB2335465B; IT1306557B1; GB9906435D0; US6205978B1; FR2776339A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einer nockenangetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in eine als Hochdruckspeicher wirkende gemeinsame Versorgungsleitung (Common Rail), von der Einspritzleitungen zu Einspritzdüsen führen, und mit einer den jeweiligen Förderbeginn bestimmenden Magnetventilsteuerung, wobei in jeder als freiliegende Kraftstoffleitung zwischen Versorgungsleitung (4) und Einspritzdüse (3) ausgeführten Einspritzleitung (5) ein den Förderbeginn steuerndes Magnetventil (6) im nahen Bereich der gemeinsamen Versorgungsleitung (4) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einer nockenangetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in eine als Hochdruckspeicher wirkende gemeinsame Versorgungsleitung (Common Rail) von der Einspritzleitungen zu Einspritzdüsen füh ren, und mit einer den jeweiligen Förderbeginn bestimmenden Magnetventilsteuerung.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage ist aus der MTZ Motor technischen Zeitschrift 58 (1997) 10 bekannt. Bei dieser Anlage sind auf wendige Injektoren verwendet, von denen jeder eine Ein spritzdüse, einen Steuerkolben sowie ein Magnetventil umfaßt Hier wirkt der hohe Versorgungsdruck in der gemeinsamen Versor gungsleitung und den Einspritzleitungen und schließlich direkt auf die Druckwirkfläche der Einspritzdüse und zugleich auf die einen Steuerraum begrenzende größere Wirkfläche des Steuerkol bens, durch den die Düsennadel auf ihren Sitz gedrückt wird. Nach dem Öffnen des Magnetventiles entsteht ein Druckabfall am Steuerkolben, der dafür sorgt, daß die Einspritzdüse sich öffnet. Zum Beenden des Einspritzvorganges wird das Magnetventil ge schlossen und der volle Versorgungsdruck wirkt erneut auf den Steuerkolben. Die Einspritzdüse schließt wieder.

Wird der an der Einspritzdüse bzw. Düsennadel anstehende Kraft stoff zu Beginn des Einspritzvorganges unter sehr hohem Druck in den Verbrennungsraum eingespritzt, so steigen dort nach dem Zünd beginn Druck und Temperatur und auch die NO_x-Bildung sehr stark an. Um hierbei den NO_x-Grenzwert zu erreichen, muß der Förderbe ginn in Richtung "spät" verlegt werden. Die Folge ist, daß der eingespritzte Kraftstoff nicht günstig ausgenutzt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an der Kraftstoffeinspritzanlage der gattungsgemäßen Art vorzusehen, durch die der mit Förderbeginn einsetzende starke Anstieg des Kraftstoffdruckes vermindert werden kann und somit die Verbren nungsgeräusche reduziert werden können.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich das Magnetventil örtlich zu verlagern, und zwar in den nahen Bereich der gemeinsa men Versorgungsleitung, und damit auf aufwendige Injektoren zu verzichten und nur noch eine einfache übliche Einspritzdüse zum Einsatz kommen zu lassen, ist auf einfachste Art und Weise eine Kraftstoffeinspritzanlage geschaffen, bei der ab Förderbeginn der Anstieg des Kraftstoffdruckes in der freiliegenden Einspritzlei tung durch den langen Weg von dem Magnetventil bis hin zum Nadel sitz der Einspritzdüse verzögert werden kann. Aufgrund dieses langen Weges mit seinem entsprechend großen Totvolumen wird die Verbrennung verschleppt und Druck sowie Temperatur steigen nicht so stark an. Bei gleichem Förderbeginn entstehen deutlich weniger NO_x.

Da die NO_x-Werte deutlich unter den Grenzwerten liegen, kann der Förderbeginn so weit vorverlegt bzw. in Richtung "früh" verlegt werden, bis die NO_x-Werte wieder den gleichen Grenzwert errei chen. Durch den früheren Förderbeginn wird der Kraftstoff besser ausgenützt, was sich günstig auf den spezifischen Kraftstoffver brauch auswirkt.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläu tert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage und

Fig. 2 in grafischer Darstellung den Verlauf des Leitungsdruckes und Brennraumdruckes sowie den Nadelhub über Grad Kurbel winkel, und zwar geben im einzelnen die Verläufe mit un terbrochenen Linien den Stand der Technik und mit durch gehenden Linien die erfindungsgemäße Ausführung wieder.

Eine für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen vorgesehene Kraft stoffeinspritzanlage 1 gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Hochdruckeinspritzpumpe 2, die den Kraftstoff in eine für alle Einspritzdüsen 3 bestimmte gemeinsame Versorgungsleitung 4, das sogenannte Common Rail, fördert. Die Versorgungsleitung 4 wirkt als Hochdruckspeicher, in dem der hohe Einspritzdruck von bis zu 1350 bar konstant gehalten wird.

Die gemeinsame Versorgungsleitung 4 ist mit den Einspritzdüsen 3 über freiliegende bzw. außenliegende Einspritzleitungen 5 verbun den. Die Einspritzdüsen 3 sind übliche einfachwirkende Düsen, al so keine aufwendigen Injektoren mit Steuerkolben, Steuerraum und zum Steuerraum führende innenliegende Leitungsverzweigungen mit integriertem schnellschaltendem Magnetventil zur Steuerung der Verbindung des Steuerraumes mit dem Entlastungssystem und damit gleichzeitig zur Steuerung der Düsennadel, die bei Druckabbau im Steuerraum von ihrem Nadelsitz abhebt.

Die Steuerung des Einspritzzeitpunktes und der Dosierung der Kraftstoffmenge wird von einem schnellschaltenden Magnetventil 6 übernommen, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet in der Einspritz leitung 5 an einer besonderen Stelle angeordnet ist, nämlich di rekt an der gemeinsamen Versorgungsleitung 4, um einen für ein definiertes Totvolumen bedeutsamen Streckenabschnitt zwischen diesem Magnetventil 6 und der Einspritzdüse 3 für die Verzögerung bzw. Verschleppung der Verbrennung zu erhalten, wodurch der stei le Anstieg des Kraftstoffdruckes in der Einspritzleitung 5 vor der Einspritzdüse 3 abgeschwächt wird. Die Verbrennungsgeräusche werden dadurch entsprechend abgesenkt, ebenso die NO_x-Werte trotz gleichen Förderbeginns.

Der Förderbeginn kann somit leicht vorverlegt werden, bis wieder der gleiche NO_x-Grenzwert erzielt ist. Die Vorverlegung in Rich tung "früh" - ausgehend von ZOT - kann etwa 2° bis 9° betragen. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt in der besseren Ausnützung des Kraftstoffes bei gleichem Mengeneinsatz.

Es wird also nicht nur eine Reduzierung der Verbrennungsgeräusche erreicht, sondern auch eine Absenkung des spezifischen Kraft stoffverbrauches.

In Fig. 1 ist noch ein Kraftstoffbehälter mit 7, ein Filter mit B, eine Vorförderpumpe mit 9 und ein Überströmventil mit 10 be zeichnet, das in einer von der Versorgungsleitung 4 abzweigenden und an dem Kraftstoffbehälter 7 angeschlossenen Rückführleitung 11 angeordnet ist.

In Fig. 2 sind in einem Diagramm Leitungsdruckverläufe und Zylin der- bzw. Brennraumdruckverläufe über Grad Kurbelwinkel gezeigt, von denen die unterbrochenen Linien den jeweiligen Stand der Technik und die durchgehenden Linien die jeweilige erfindungsge mäße Ausführung darstellen.

Beim Stand der Technik setzt der Förderbeginn bei etwa 2 Grad vor ZOT ein. Es ergibt sich ein steiler Anstieg des Leitungsdruckes Ld mit einem Spitzendruck von etwa 900 bar. Der Brennraumdruck Bd erreicht einen Spitzenwert von etwa 130 bar im Bereich von ZOT und fällt dann plötzlich wieder ab.

Demgegenüber setzt bei der erfindungsgemäßen Ausführung der vor verlegte Förderbeginn bei etwa 7 Grad Kurbelwinkel vor ZOT ein. Der steile Anstieg des Leitungsdruckes Ld wird hier allerdings im Bereich von etwa 300 bar Leitungsdruck bedeutend abgeschwächt und verläuft dort konstant. Es ergibt sich somit eine Stufe, die ei nen Bereich von etwa 2 Grad Kurbelwinkel vor ZOT abdeckt. Der Spitzenwert des Leitungsdruckes Ld liegt vergleichsweise wesent lich höher, nämlich bei etwa 130 bar. Der Brennraumdruck Bd er reicht auch einen Spitzenwert von etwa 1100 bar, jedoch fällt er wesentlich später ab. Das bedeutet, daß sich eine erheblich bes sere Ausnützung des Kraftstoffes erzielen läßt.

In dem Diagramm ist mit Nh der jeweilige Nadelhub angegeben.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzanlage für eine mehrzylindrige Brennkraft maschine, mit einer nockenangetriebenen Hochdruckeinspritzpumpe zur Förderung des Kraftstoffes in eine als Hochdruckspeicher wir kende gemeinsame Versorgungsleitung (Common Rail), von der Ein spritzleitungen zu Einspritzdüsen führen, und mit einer den je weiligen Förderbeginn bestimmenden Magnetventilsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder als freiliegende Kraftstoffleitung zwischen Versor gungsleitung (4) und Einspritzdüse (3) ausgeführten Einspritzlei tung (5) ein den Förderbeginn steuerndes Magnetventil (6) im na hen Bereich der gemeinsamen Versorgungsleitung (4) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in jeder freiliegenden Einspritzleitung (5) angeordnete Magnetventil (6) als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im jeweiligen Lastbereich vorliegende Spitzendruck im Be reich von ZOT eine Stufe mit einem weitgehend konstanten Lei tungsdruck (Ld) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom ZOT-Bereich der Förderbeginn vorverlegt ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderbeginn zwischen 20 bis 90 Grad Kurbelwellenwinkel in Richtung früh verlegt ist.