DE3310030A1

DE3310030A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3310030A1
Application number: DE19833310030
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 7143 Vaihingen Höfken
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1983-03-19
Filing date: 1983-03-19
Publication date: 1984-09-20
Also published as: FR2542815A1; GB2136884B; DE3310030C2; FR2542815B1; GB8404724D0; JPS59176463A; GB2136884A

Description

Λ hh'i L¹O - h -

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Einspritzsysteme dieser Art, bei dem die Einspritzung durch den Entladevorgang eines Akkumulators bzw. Speichers bewirkt und durch das Öffnen bzw. Schließen eines elektromagnetischen Ventils gesteuert wird, haben gegenüber konventionellen Einspritzsystemen mit einer querschnittsgesteuerten Einspritzpumpe den Vorteil, daß der Einspritzdruck auch bei sich ändernder Drehzahl im wesentlichen konstant ist und daß der Einspritzbeginn in Abhängigkeit von der Drehzahl in weiten Grenzen veränderbar ist. Allerdings benötigt man bei den bekannten Systemen zur Erzeugung hoher Einspritzdrücke aufwendige und teure hydraulische Akkumulatoren, die von einem ebenfalls teuren Druckerzeuger, nämlich einer Hochdruckpumpe gespeist werden müssen. Außerdem haben bekannte Systeme dieser Art den Nachteil, daß bei Veränderungen des Strömungswiderstandes etwa an den Düsenöffnungen die Einspritzmenge variiert und daher die Brennkraftmaschine nicht unter optimalen Bedingungen betrieben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Speicher zu verbessern und zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, daß durch eine Steuerung der Öffnungszeit des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem Förderhub eines druckbeaufschlagten Kolbens das Volumen des jeweils eingespritzten Kraftstoffes genau dosiert werden kann.

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Der Kolben des Speichers könnte durch den Druck einer· Feder beaufschlagt werden, doch müßte man zur Erzeugung hoher Einspritzdrücke über 1000 bar eine verhältnismäßig große Stahlfeder verwenden. Eine solche Stahlfeder hätte darüber hinaus den Nachteil, daß der Entladevorgang des Speichers zu langsam wäre. Deshalb wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Kolben von einem unter einem bestimmten Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen beaufschlagt. Dabei wird also die Elastizität eines Flüssigkeitsvolumens zum Entladevorgang ausgenutzt. Zur Unterstützung des den Kolben beaufschlagenden Druckes kann man einen Gasfederspeicher verwenden, insbesondere wenn das Volumen der Druckflüssigkeit verhältnismäßig klein ist.

Bei' einer besonders bevorzugten Ausführung wird der Kolben gemäß Anspruch 4 als Differentialkolben ausgebildet. Damit kann man den erforderlichen hohen Einspritzdruck mit einem verhältnismäßig geringen Gegendruck realisieren und es genügt ein Druckerzeuger geringer Leistung, da lediglich Leckverluste dieser Druckflüssigkeit ausgeglichen werden müssen.

Bei einem Mehrzylindermotor wird man gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung.eine gemeinsame Druckspeicherleitung für alle den einzelnen Zylindern zugeordnete Kolben vorsehen, weil dadurch ohne wesentlichen Mehraufwand ein großes Druckflüssigkeitsvolumen und damit eine vorteilhafte flache Federkennlinie geschaffen wird.

Als Ergebnis ist damit ein Einspritzsystem geschaffen, bei dem mit einfachen Mitteln ein hoher, konstanter Einspritzdruch realisiert werden kann und bei dem der Einspritzvorgang hinsichtlich Einspritzbeginn und Einspritzmenge mit ausreichender Genauigkeit steuerbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einspritzvorrichtung und

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung für einen Mehrzylindermotör.

Ein Nocken 1 einer Nockenwelle bewe'gt über eine Rolle 2 und einen Stössel 3j an dem eine Feder k angreift, den Plunger 6 der Pumpe, der in einen schraffiert angedeuteten Führungskörper eingeläppt ist und den Pumpenraum 8 abgrenzt. Der Plunger 6 ist mit einem Saugventil 9 ausgerüstet, über das beim Saughub des Plungers 6 Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 10 in den Pumpenraum 8 einströmt.

Der Speicher weist einen Differentialkolben 11 mit einem Speicherkolben 13 und einem Druckkolben 12 auf. Die Kolbenfläche des Druckkolbens 12 grenzt den Pumpenraum 8 ab. Der Speicherkolben 13 wird von einem unter einem bestimmten Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen in einer Druckspeicherleitung. 14 beaufschlagt. Die Kolbenfläche dieses Speicherkolbens 13 ist größer als die Kolbenfläche des Druckkolbens 12.

Beim Saughub des Pumpenplungers 6 strömt Kraftstoff in .den Pumpenraum 8 ein. Beim anschließenden Förderhub des Plungers 6 wird durch den im Pumpenraum 8 eingeschlossenen Kraftstoff der Druckkolben 12 bzw. der Differentialkolben 11 verstellt. Der Nocken 1 ist so ausgebildet, daß sein Radius, der den maximalen Förderhub bestimmt, in einem Winkelbereich vC konstant konstant ist. Folglich bleibt der Plunger 6 nach Abschluß des Förderhubes in Ruhe, während sich der Nocken 1 um den Winkel C\ weiterdreht. Während dieses Zeitraumes steht die in den Pumpenraum 8 eingeschlossene Flüssigkeit unter dem Druck

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Kolb'enfläche des S'peicherkolbens 13

P1 = P2 χ —

Kolbenfläche des Druckkolbens 12

wobei P2 der Druck in der Druckspeicherleitung i4 ist. Man erkennt also, daß durch die Verwendung eines Differentialkolbens der Druck im Pumpenraum 8 sehr viel höher sein kann als der Druck in der Druckspeicherleitung 14 und konstant auf diesem Wert gehalten wird, so lange der .Plunger 6 bei Drehung der Nockenwelle 1 um den Winkel £\. in Rühe ist.

Vom Pumpenraum 8 geht die Einspritzleitung aus, die zunächst einen durch ein Magnetventil 16 steuerbaren Druckkanal 17 aufweist. Bei geöffnetem Magnetventil 16 strömt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Pumpenraum 8 am Ventilkegel 18 vorbei in die Leitung 22 und zum Einspritzventil 19 mit einer nicht näher bezeichneten Einspritzdüse. Bei geschlossenem Magnetventil, das heißt bei abgeschlossenem Druckkanal 17» kann sich der Kraftstoff in der Leitung 22 über die Entlastungsleitung 23 und ein Gleichdruckventil 24 entlasten. Das Gleichdruckventil 24 ist auf einen bestimmten Öffnungsdruck eingestellt, der. so gewählt ist, daß der Druck zwischen zwei Einspritzvorgängen in der Entlastungsleitung 23 nicht zu stark abfällt. Vom Druckkanal 17 zweigt außerdem eine Leitung 26 zu einem Sicherheitsventil 27 ab, welches einen unzulässig hohen Druckanstieg im Pumpenraum 8 etwa bei einem Ausfall des Magnetventils 16 oder bei einem Klemmen des Differentialkolbens 11 verhindert. In der Zeichnung erkennt man weiterhin verschiedene Leitungen zur Rückführung von Lecköl zu einem Kraftstoffbehälter, aus dem über eine Vorförderpumpe MV der Kraftstoff in die Kraftstoffzuleitung 10 gefördert wird.

Zum elektrischen Teil der Einspritzvorrichtung gehört eine Meßeinrichtung 30 mit einem elektrisch arbeitenden Weggeber.

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Das Signal dieser Meßeinrichtung wird einen Steuergerät 31 über einen Meßwertverstärker 32 zugeführt. Dieses Steuergerät 31 löst Schaltsignale zur Ansteuerung des Magnetventils 16 aus, die diesem über einen Leistungsverstärker 33 zugeführt werden. Dem Steuergerät 31 werden in bekannter ¥eise weitere Eingangssignale, beispielsweise das Signal eines Fahrhebels 3^ zur Einstellung der Motorleistung und über die Leitung 35 das Signal eines nicht näher dargestellten, mit der Nockenwelle gekoppelten Drehzahlgebers zugeführt. Das Steuergerät errechnet aus diesen Eingangssignalen den Einspri-fczbeginn und löst bei einer bestimmten Winkelstellung der Nockenwelle ein Schaltsignal zum Öffnen des Magnetventils 16 aus. Außerdem vergleicht das Steuergerät 31 den von der Meßeinrichtung .30 angezeigten Förderhub des DifferentiaikoTbans 11 mit einem vorgegebenen Wert und löst ein Schaltsignal zum Schließen des Magnetventils 16 aus, wenn ein vorgegebener Förderhub erreicht ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Fördermenge bei allen Belastungszuständen des Motors dem optimalen Wert genau entspricht.

Der Winkelbereich έ/. mit konstantem Radius des Nockens 1 ist so &«wählt, daß bei den üblichen Betriebsbedingungen der Plunger 6 in Ruhe bleibt, bis der Einspritzvorgang abgeschlossen-ist. Bei einer Weiterdrehung des Nockens beginnt dann schließlich wieder der Sau^iub der Pumpe, denn der Plunger 6 wird durch die Kraft der Feder h nach unten bewegt. Dieser Abwärtsbewegung folgt der Differentialkolben 11, bis der Speicherkolben an dem Anschlag 25 anliegt. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Plungers 6 öffnet das Saugventil 9 und neuer Kraftstoff strömt in den Pumpenraum 8 ein. Danach wiederholt sich"der zuvor geschilderte Einspritzvorgang.

In Fig. 1 ist angedeutet, daß die Druckspeicherleitung 14 durch ein Druckspeichersicherheitsventil kO abgesichert ist. Außerdem ist angedeutet, daß durch ein kleines Pumpenaggregat MA Leckverluste, die am Differentialkolben 11 entstehen könnten, ausgeglichen werden sollen, so daß der Druck in dieser Druck-

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Speicherleitung 14 konstant auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Schließlich ist noch ein Gasfederspeicher 48 angedeutet, der dann benötigt wird, wenn das in der Druckspeicherleitung 1-4 eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen verhältnismäßig klein ist und daher von diesem Flüssigkeitsvolumen nicht die erforderlichen Federeigenschaften erwartet werden können. Die Federeigenschaft wird dann im wesentlichen durch den Gasfederspeicher 48 realisiert. Der Druck in der Druckspeicherleitung 14 kann auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, so daß auch mit unterschiedlichen, aber jeweils konstanten Einspritzdrücken gearbeitet werden kann. Bei der in der Druckspeicherleitung 14 eingeschlossenen Flüssigkeit kann es sich vorteilhafterweise ebenfalls um Kraftstoff handeln.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit η Zylindern. Dabei ist jedem dieser Zylinder a₅b...n ein Differentialkolben 11 zugeordnet. Alle diese Differentialkolben werden durch den Druck einer Flüssigkeit in einer gemeinsamen Druckspeicherleitung 14 beaufschlagt. Dadurch wird der technische Aufwand gegenüber bekannten Systemen herabgesetzt, weil nicht für jeden Zylinder ein für sich funktionsfähiger Speicher benötigt wird. Die für alle Differentialkolben 11 gemeinsame Druckspeicherleitung 14 wird von einem einzigen Pumpenaggregat MA aufgefüllt. Da bei dieser Ausführung das Flüssigkeitsvolumen in der Druckspeicherleitung

14 verhältnismäßig groß ist, kann man unter Umständen auf zusätzlichen Gasfederspeicher 48 verzichten, wenn das Flüssigkeitsvolumen bereits die erforderlichen Federeigenschaften aufweist.

Abschließend wird noch auf einige weitere vorteilhafte Merkmale der in den Zeichnungen dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung hingewiesen.

Die Förderpumpe wird über einen Nocken 1 angetrieben, an dem sich die Rolle 2 abstützt. Da kurze Förderzeiten bei diesem

W „ W * *

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Einspritzsystem mit einem Speicher nicht erforderlich sind, ist die Flächenpressung zwischen Nocken und Rolle und damit auch der Verschleiß verhältnismäßig gering. Durch die Verwendung einer Saugventilpumpe, deren Saugventil im Pumpenplunger angeordnet ist, sind keine Zu- und Absteuerbohrungen in dem Bereich der Plungerführung notwendig, in dem die hohen Drücke entstehen.

Insgesamt zeichnet sich daher diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch eine hohe Lebensdauer und einen geringen Konstruktionsaufwand aus. Insbesondere ist "der Einspritzbeginn in weiten Grenzen einstellbar und auch bei einem hohen, konstanten Einspritzdruck über 1000 bar wird die Einspritzmenge genau den erforderlichen Betriebsbedingungen angepaßt.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß die Steuerelektronik 31 bei Mehrzylindermotoren so ausgebildet werden kann, daß sie die Hübe der verschiedenen.Differentialkolben 11 vergleicht und bei Abweichungen dieser Hübe untereinander das entsprechende Magnetventil oder die Ventile zeitlich so steuert, daß alle Differentialkolben den gleichen Hub ausführen. Dies führt dann zu einer gleichen Volumeneinspritzung in alle Zylinder.

- Leerseite -

Claims

• β β

L¹ORANGE GMBH, 7000 Stuttgart

PAL/A hkj L¹O Kiibl er/Tii 15.11·1982

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Patentansprüche:

f 1 ./ Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Pumpe, einem Speicher sowie einem von einem Steuergerät schaltbaren Magnetventil in der zu einer Einspritzdüse führenden Einspritzleitung, wobei die Pumpe den Kraftstoff in den Pumpenraum fördert und dabei einen druckbeaufschlagten Kolben verstellt, der nach dem Förderende der Pumpe bei geöffnetem Magnetventil den Kraftstoff zu einer Einspritzdüse fördert, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderhub des Druck-

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kolbens von einer Meßeinrichtung (30) erfaßt wird, daß das Signal dieser Meßeinrichtung (30) dem Steuergerät (31) zugeführt wird und daß durch ein Schaltsignal des Steuergeräts (31) das Magnetventil (16) geschlossen wird, wenn ein vorgegebener Förderhub erreicht ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (12) von einem unter einem bestimmten Druck stehenden Flüssigkeitsvolumen, vorzugsweise einem Kraftstoffvolumen beaufschlagt wird.

3· Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Druckkolben (12) beaufschlagene Druck durch einen Gasfederspeicher (^-8) erzeugt wird.

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k. Kraftstoffeinsprxtzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (12) zusammen mit einem Speicherkolben (13) einen Differehtialkolben (11) bildet, wobei die den Pumpenraum (8) abgrenzende Kolbenfläche des Druckkolbens (12) kleiner ist als die von dem Druck des Flüssigkeitsvolumens bzw. des Gasfederspeichers (48) beaufschlagte Kolbenfläche des Speicherkolbens (13)·

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung"für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß der den Speicherkolben (13) beaufschlagende Druck einstellbar ist.

6. Kraftstoffeinsprxtzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern (a,b...n) eine gemeinsame, die Flüssigkeit aufnehmende Druckspeicherleitung (i^) für alle den einzelnen Zylindern zugeordnete SpeieherkoIben (13) vorgesehen ist.

7. Kraftstoffeinsprxtzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Leckverluste der den Speicherkolben (13) beaufschlagenden Flüssigkeit durch einen Druckerzeuger (Ma) ausgeglichen werden.

8. Kraftstoffeinsprxtzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kraftstoff in den Pumpenraum (8) fördernde Pumpe eine Saugventilpumpe mit einem Saugventil (9) im Pümpenlunger (6) ist.

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9. Kraftstoff einspritzvorrichtung für eine Brenrikraf tniaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenplunger (6) über einen Nocken (i) angetrieben wird und daß der den maximalen Förderhub des Plungers (6) bestimmende Radius des Nockens (i) in einem bestimmten Winkelbereich ( v?C ) während des Einspritzvorganges konstant ist.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (a,b...n) die Förderhübe der einzelnen Differentialkolben (ii) miteinander verglichen werden und durch eine davon abhängige Ansteuerung der einzelnen Magnetventile (i6) in alle Zylinder das gleiche Kraftstoffvolumen eingespritzt wird.