DE3201814C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage ist aus der DE-OS 24 33 112 bekannt und weist eine Kraftstoffvorratsquelle mit einer mit dieser in Wirkzusammenhang stehenden Kraftstoffpumpe und mit einer Einspritzdüse auf. Die Einspritzdüse wird durch eine Düsennadel verschlossen, die mit einem kraftstoffdruckbeaufschlagten Kolben zusammenwirkt. Hierbei ist ein separater hydraulischer Schaltkreis in Form einer Steuerleitung vorgesehen, welche eine Hydraulikquelle und eine Pumpe aufweist und durch welche der die Düsennadel betätigende Kolben entgegen der Wirkung des Kraftstoffdruckes mit Druck beaufschlagt werden kann.

Hierbei ist jedoch nachteilig, daß die bekannte Kraftstoffeinspritzanlage zum Aufbringen des für die Einspritzung erforderlichen Kraftstoffdruckes eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit außerordentlich hoher Leistung benötigt, welche einerseits eine hohe Antriebsenergie braucht und andererseits in nachteiliger Weise erhebliche Kosten sowohl für die Herstellung als auch für den Betrieb mit sich bringt. Des weiteren muß die gesamte dieser Kraftstoffpumpe nachgeschaltete Verbindungseinrichtung so ausgestaltet sein, daß sie in sicherer Weise den auftretenden hohen Drücken widerstehen kann. Eine derartige Ausgestaltung ist ebenfalls sehr teuer und mit hohem Gewicht verbunden. Deshalb läßt sich eine derartige Brennstoffeinspritzanlage für die heute üblichen leicht gebauten Dieselmotoren nicht verwenden. Eine Verstärkung des Kraftstoffdrucks beim Einspritzvorgang ist mit der hier gezeigten Anlage nicht möglich. Die Art und Weise der Betätigung der Düsennadel zum Öffnen der Einspritzdüse ist ebenfalls ausgesprochen aufwendig und kostenintensiv. Da ferner eine zweite Kraftstoffpumpe zum Bewegen der Düsennadel auch den sehr hohen Kraftstoffdruck der ersten Kraftstoffpumpe überwinden muß, muß auch diese entsprechend aufwendig dimensioniert und ausgestaltet werden. Beim Betrieb dieser Kraftstoffeinspritzanlage ist es außerordentlich schwierig, in den kurzen zur Verfügung stehenden Zeiträumen die benötigten Drücke in zuverlässiger Weise aufzubauen, um unter allen Betriebsbedingungen ein sicheres Funktionieren der Gesamtanlage sicherzustellen.

Aus der GB-PS 15 03 096 ist zwar eine Hilfskrafteinrichtung in Form einer Einspritzpumpe mit miteinander verbundenen Kolben unterschiedlichen Durchmessers bekannt, jedoch weist die aus dieser Druckschrift bekannte Vorrichtung keine separaten Schaltkreise auf.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage der im neuen Anspruch 1 angegebenen Art zu schaffen, welche bei zuverlässiger Wirkungsweise und einfachem Aufbau eine betriebssichere Einspritzung von Kraftstoff gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 ein Diagramm einer schematischen Auslegung einer Kraftstoffeinspritzanlage nach der Er­ findung, und

Fig. 2 ein Steuerungsdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweisen einer Hilfskrafteinrich­ tung und einer Düsennadelbetätigungseinrich­ tung, die in der Kraftstoffeinspritzanlage nach Fig. 1 enthalten sind, wobei eine Ab­ hängigkeit von Veränderungen des Druckmittel­ drucks gezeigt ist.

Obgleich die Kraftstoffeinspritzanlage nach der Erfin­ dung auf verschiedenartige Weise in Abhängigkeit von der Umgebung und den Verwendungserfordernissen ausge­ bildet sein kann, wurden mit der nachstehend beschrie­ benen und gezeigten Ausführungsform mehrere Versuche auch unter Anwendungsbedingungen ausgeführt, die alle eminent zufriedenstellende Resultate hatten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung umfaßt die Kraftstoffeinspritzanlage eine Druckmittelvorratsquelle oder einen Druckmittelvorratsbehälter 10, der ein Druck­ mittel etwa unter Atmosphärendruck vorrätig hält, das den verschiedenen hydraulischen Einheiten zugeführt werden kann. Der Druckmittelvorratsbehälter 10 steht über einen Filter 12 mit dem Ansauganschluß einer Druck­ mittelpumpe 14 in Verbindung, deren Abgabe- bzw. Förder­ anschluß in Verbindung mit einem elektromagnetisch ge­ steuerten 2-Stellungs, 4-Wegeventil oder einer Wähl­ einrichtung 16 über einen Filter 18 und einen Sammler 20 in Verbindung steht. Ein elektronisch gesteuertes Ab­ laufventil 22 steht über das Druckmittel mit der Förder­ seite der Pumpe 14 in Verbindung. Eine Druckmittelver­ sorgungsleitung von der Pumpe 14 zu dem Richtungssteuer­ ventil bzw. zu dem Wegeventil 16 wird als eine erste hydraulische Schaltung bezeichnet und trägt insgesamt das Bezugszeichen 24. Die Pumpe 14 wird durch die Dreh­ bewegung einer Brennkraftmaschine 26 angetrieben. Be­ tätigt durch eine Steuereinheit 28, die nachstehend noch näher beschrieben wird, steuert das elektronische Ab­ laufventil 22 den Druckmitteldruck in der Druckmittel­ schaltung 24 in Abhängigkeit von einer sich verändernden Belastung der Brennkraftmaschine 26, d. h. in Abhängig­ keit vom Vollastbetrieb, Teillastbetrieb und belastungs­ losen Betrieb.

Eine insgesamt mit 32 bezeichnete Hilfskrafteinrichtung weist miteinander in Verbindung stehende obere und untere Bohrungen 33 a und 33 b auf. Die obere Bohrung 33 a ist im Durchmesser größer als die untere Bohrung 33 b. Ein Servokolben 34 ist in der oberen und unteren mitein­ ander in Verbindung stehenden Bohrung 33 a und 33 b gleit­ beweglich angeordnet und hat einen oberen Kolben 34 a und einen unteren Kolben 34 b, die jeweils Durchmesser entsprechend den oberen und unteren Bohrungen 33 a und 33 b haben. Der obere Kolben 34 a, der somit größer als der untere Kolben 34 b ist, begrenzt an seiner Oberseite eine Kammer 35 a und darunter eine Kammer 35 b. Die Kam­ mer 35 a ist wahlweise in Abhängigkeit von der Stellung des Wegeventils 16 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 10 und mit der ersten hydraulischen Schaltung 24 ver­ bindbar. Der untere Kolben 34 b andererseits begrenzt unterhalb eine Kammer 35 c, mittels der eine Kraftstoff­ zufuhr komprimiert wird, wenn sich der Servokolben 34 nach unten bewegt. Diese Kammer 35 c hat eine Fluidver­ bindung mit einer Kraftvorratsquelle oder einem Kraft­ stoffvorratsbehälter 36 und einer Kraftstoffeinspritz­ düse oder einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50.

Der Kraftstoffvorratsbehälter 36 stellt eine Verbin­ dung mit einer Druckmittelpumpe 38 her, die ihrerseits über ein Filter 40, eine Öffnung 42 und ein Rückschlag­ ventil 44 mit der Kammer 35 c der Hilfskrafteinrichtung 32 verbunden ist. Ein zweites elektronisch gesteuertes Ablaufventil 46 steht in Druckmittelverbindung mit der Förderseite der Pumpe 38, das auch von der Steuereinheit 28 geregelt wird, um den Förderdruck auf einem vorbe­ stimmten Wert zu halten. Die Pumpe 38 wird von einer Antriebseinrichtung 48 betrieben, um Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 36 anzusaugen und zu kompri­ mieren.

Das Richtungssteuerventil bzw. das Wegeventil 16 hat zwei Stellungen I und II, die wechselweise durch die Steuereinheit 28 ausgewählt werden. In der Stellung I des Wegeventils 16 kann die obere oder die Kolbenkammer 35 a der Hilfskrafteinrichtung 32 in Verbindung mit der ersten hydraulischen Schaltung 24 gebracht werden, so daß das unter geregeltem Druck von der Schaltung 24 kommende Druckmittel in die Kolbenkammer 35 a eingelei­ tet werden kann, um den Servokolben 34 nach unten zu bewegen. Dann wird der in die Kammer 35 c eingefüllte Kraftstoff komprimiert oder unter Druck gesetzt und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 über eine Leitung 52 zugeführt. In der Stellung II des Wegeventils 16 wird die Kolbenkammer 35 a in Verbindung mit dem Nieder­ druck-Druckmittelvorratsbehälter 10 gebracht, während Kraftstoff unter Druck von der Pumpe 38 in die Kompres­ sionskammer 35 c gefördert wird. Die Hilfskrafteinrich­ tung 32 bei dieser Ausführungsform ist derart beschaf­ fen und ausgelegt, daß eine zugeführte Kraftstoffmenge in der Kompressionskammer 35 c auf einen Druck verstärkt wird, der sich etwa auf das 6fache des geregelten Förderdrucks in der Pumpe 38 beläuft, wenn die Stellung des Wegeventils 16 von II auf I geändert wird.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 weist einen Düsenkörper 54 auf, der mit Düsenöffnungen 56 und einem an die Düsenöffnungen angrenzenden Kraftstoffbehälter 58 versehen ist. Eine Düsennadel 60 ist in dem Düsen­ körper 54 gleitbeweglich aufgenommen und sie sitzt im Grundzustand auf einem Nadelsitz durch einen Druck auf, der von einem Druckstift 62 in Richtung nach unten auf­ gebracht wird, um die Düsenöffnungen 56 geschlossen zu halten. Ein Kraftstoffleitungskanal 64 erstreckt sich durch den Düsenkörper 42, um eine Fluidverbindung zwi­ schen der Leitung 52 und dem Kraftstoffbehälter 58 her­ zustellen.

Nach der Erfindung wird der von der Hilfskrafteinrich­ tung 32 komprimierte Kraftstoff auch einer Düsennadel­ betätigungseinrichtung 68 zugeführt, die betriebsmäßig der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugeordnet ist.

Die Düsennadelbetätigungseinrichtung 68 weist einen Kolben 70 auf, der in einer Bohrung 72 gleitbeweglich aufgenommen ist. Eine Stange 74 erstreckt sich von dem unteren Ende des Kolbens 70 nach unten und ist in stän­ digem Eingriff mit dem Druckstift 62, der in dem oberen Ende des Düsenkörpers 54 gleitbeweglich aufgenommen ist. Der Kolben 70 unterteilt die Bohrung 72 in eine obere Kammer 72 a und eine untere Kammer 72 b. Die obere Kammer 72 a ist über die Leitung 52 in Verbindung mit der Druckkammer 35 c der Hilfskrafteinrichtung 32. Die untere Kammer 72 b steht in Verbindung mit einer zweiten hydraulischen Schaltung 76, die ein zweites Richtungs­ steuerventil bzw. Wegeventil oder eine Wähleinrichtung 78 enthält. Dieses Wegeventil 78 ist ein elektromagne­ tisch betätigtes 2-Stellungs-4-Wegeventil und hat wie das erste Wegeventil 16 zwei Stellungen I und II. Auch durch die Steuereinheit 28 gesteuert, verbindet das Wegeventil 78 wahlweise die untere Kammer 72 b der Düsen­ nadelbetätigungseinrichtung 68 mit der ersten hydrau­ lischen Schaltung 24 stromab von der Pumpe 14 über eine Fluidversorgungsleitung 80 und mit dem Druckmittel­ vorratsbehälter 10 über eine Druckmittelrücklaufleitung 82.

Die obere Kammer 72 a der Düsennadelbetätigungseinrich­ tung 68 ist mit Kraftstoff gefüllt, der unter Druck stehend von der Druckkammer 35 c der Hilfskrafteinrich­ tung 32 über die Leitungen 52 zugeführt wird. Der Druck in der Kammer 72 a drückt den Kolben 70 nach unten. Gleichzeitig wird über die Leitung 52 für den Kraft­ stoff von der Kammer 35 c eine Verbindung mit dem Kraft­ stoffbehälter 58 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 hergestellt, so daß der im Druckzustand der Düsennadelbe­ tätigungseinrichtung 60 wirkende Kraftstoffdruck dem Druckmitteldruck in der Kammer 72 a entgegenwirkt. Auf­ grund der unterschiedlichen Wirkfläche jedoch wird die Düsennadel zur Blockierung der Düsenöffnungen 56 stän­ dig nach unten gedrückt.

Ein Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 84 und ein Sensor 86 für die Drosselklappenstellung sind elektrisch mit der Steuereinheit 28 verbunden, um dieser elektrische Signale für die Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Drosselklappenstellung jeweils zuzuführen. Die Steuereinheit 28 verarbeitet diese Signale sowie wei­ tere Signale und erzeugt hieraus Steuersignale zur Be­ tätigung der Wegeventile 16 und 78.

Beim Arbeiten saugt die durch die Brennkraftmaschine 26 angetriebene Pumpe 14 Druckmittel von dem Vorrats­ behälter 10 an und komprimiert dieses, während das Ab­ laufventil 22 den Förderdruck der Pumpe in Abhängigkeit von dem Brennkraftmaschinenbelastungszustand steuert. Dieser gesteuerte Druckmitteldruck wird in dem Sammler 20 gespeichert.

Wenn durch die Steuereinheit 28 das erste Wegeventil 16 von der Stellung II zu der Stellung I umgeschaltet wird, wird der Druckmitteldruck in der Schaltung 24 in die Kolbenkammer 35 a der Hilfskrafteinrichtung 32 eingeleitet, um eine Abwärtsbewegung des Servokolbens 34 zu bewirken. Dann wird der unter Druck gesetzte Kraftstoff der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 und der Düsennadelbetätigungseinrichtung 68 über die Lei­ tung 52 zugeführt. Hieraus ergibt sich, daß der Druck­ mitteldruck im Zuleitungskanal 64 und in der Bohrung 58 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 50 abhängig vom Volumen des Fluids ist, das in die obere Kammer 35 a der Hilfskrafteinrichtung 32 in der Stellung II des Wegeventils 16 eingeleitet worden ist. In der Zwischen­ zeit befindet sich das zweite Wegeventil 78 in seiner Stellung II, in der eine Fluidverbindung zwischen der unteren Kammer 72 b der Düsennadelbetätigungseinrichtung und dem Vorratsbehälter 10 über die Fluidrücklaufleitung 82 hergestellt wird.

Der Fluiddruck in den oberen und unteren Kammern 35 a und 35 b der Hilfskrafteinrichtung ändert sich, wie dies in den Wellenformen a und b in Fig. 2 jeweils ange­ deutet ist. Die durchgezogenen Linien bezeichnen den Zustand im Vollastbetrieb und die gebrochenen Linien einen belastungslosen Zustand.

Wenn das zweite Wegeventil 78 durch die Steuereinheit 28 so betätigt wird, daß es von der Stellung II in die Stellung I umgeschaltet wird, wird das unter Druck stehende Fluid in der ersten hydraulischen Schaltung 24 über die Fluidversorgungsleitung 80 in die untere Kam­ mer 72 b der Düsennadelbetätigungseinrichtung eingeleitet, so daß darin der Druck steil ansteigt. Dieser Druck­ mitteldruck arbeitet mit dem Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffbehälter 58 zusammen, um den Kolben 70 nach oben zu bewegen, in dem der Kraftstoffdruck im Innen­ raum der oberen Kammer 72 a überwunden wird. Daher wird die Düsennadel 26 gehoben, um von dem Düsennadelsitz freizukommen, so daß über die Düsenöffnungen 56 eine Kraftstoffeinspritzung eingeleitet wird.

Wenn das Wegeventil 78 durch die Steuereinheit 28 wieder­ um so betätigt wird, daß es seine Stellung I einnimmt, wird die untere Kammer 72 b mit dem Vorratsbehälter 10 über die Fluidrücklaufleitung 82 verbunden, so daß sich eine abrupte Fluiddruckabnahme ergibt. Dann drückt der Kraftstoffdruck in der oberen Kammer 72 a den Kolben 70 und daher die Düsennadel 60 nach unten, bis die Düsen­ öffnungen 56 wiederum durch die Düsennadel 60 verschlos­ sen sind.

Auf diese Weise werden das Öffnen und Schließen der Düsen­ öffnungen 56 durch den Zusammenhang zwischen den Fluid­ drücken, die auf gegenüberliegenden Enden des Kolbens 70 der Düsennadelbetätigungseinrichtung 68 wirken, ge­ steuert. Bei einer solchen Kraftstoffeinspritzregelung ändert sich der Druckmitteldruck in der unteren Kammer 72 b gemäß einer Wellenform c, die in Fig. 2 dargestellt ist, wobei 1 eine Kraftstoffeinspritzzeitdauer bezeich­ net.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die vorliegende Erfin­ dung eine Kraftstoffeinspritzanlage angibt, die mit einer einfachen Auslegung und Konstruktion einen Schutz für die verschiedenen Kraftstoffeinspritzsteuerelemente gegen Ablagerungen von Verunreinigungen trotz der heutzutage vorherrschenden Tendenz nach der Verwendung von Rohkraft­ stoff bietet.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Kraftstoffvor­ ratsquelle (36) mit einer mit dieser in Wirkzusammenhang stehenden Kraftstoffpumpe (38) und mit einer Einspritzdüse (50), welche durch eine mit einem kraftstoffdruckbeaufschlagten Kolben (70) zusammenwir­ kende Düsennadel (60) verschließbar ist, wobei ein er­ ster separater hydraulischer Schaltkreis (76) vorgesehen ist, welcher eine Hydraulikquelle (10) und eine Pumpe (14) aufweist und durch welchen der die Düsennadel (60) betätigende Kolben (70) entgegen der Wirkung des Kraft­ stoffdruckes mit Druck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfskrafteinrichtung (32) vor­ gesehen ist, die mit der Kraftstoffpumpe (38) zur Erhöhung des Kraftstoffdrucks beim Einspritzvorgang und mit der Einspritzdüse (50) verbunden ist, und daß die Hilfskrafteinrichtung (32) mit einem zweiten separaten hydraulischen Schaltkreis (24) verbunden ist, welcher seinerseits mit der Hydraulikquelle (10), der Pumpe (14) und dem ersten Schaltkreis (76) verbunden ist und wel­ cher die Hilfskrafteinrichtung (32) mit einem Druck beaufschlagt.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (14) für den ersten und zweiten hydraulischen Schaltkreis (24) und (76) mittels einer Brennkraftmaschine (26) antreibbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (28) zur Steuerung des Druckes im ersten hydraulischen Schaltkreis (24), im zweiten hydraulischen Schaltkreis (76) und des Brennstoffdrucks vorgesehen ist, welcher als Eingangssignale die Drehzahl der Brennkraftmaschine (26) und die Stellung einer zu dieser zugehörigen Dros­ selklappe (86) zugeführt werden.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten und zweiten hydraulischen Schaltkreis (24) und (76) in der jeweili­ gen Zuleitung zu der Hilfskrafteinrichtung (32) und dem Kolben (70) je ein mit der Steuereinrichtung (28) in Wirkverbindung stehendes Zweistellungs-Vierwegeventil (78), (16) angeordnet ist.