DE4422552C1 - Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraft­ stoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Kraft­ stoffpumpenanordnung und einer eine Düsennadel aufweisenden Ein­ spritzdüse sowie mit einer Zusatzeinrichtung zum Einspritzen einer Zusatzflüssigkeit in den Brennraum mittels einer Zusatz­ pumpe nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE-OS 22 52 307 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage be­ kannt, bei der eine schrägkantengesteuerte Einspritzpumpe Kraft­ stoff unter hohem Druck zu einer Einspritzdüse fördert, in dem Wasser als Zusatzflüssigkeit eingelagert ist. Sobald der Öff­ nungsdruck der Düsennadel erreicht ist, wird Kraftstoff und Wasser eingespritzt. Die erneute Wassereinlagerung erfolgt zu einem Zeitpunkt, wenn in der zur Einspritzdüse führenden Kraft­ stoffzuführleitung durch die Rückbewegung des Rückschlagventiles der Druck abfällt. Durch den erzeugten Druckabfall wird eine be­ stimmte Wassermenge aus dem Wassertank über ein Rückschlagventil in der Zulaufleitung angesaugt und mit dem Kraftstoff für die nächste Einspritzung gemischt. In der wasserführenden Zulauflei­ tung ist ein Absperr- bzw. Steuerventil vorgesehen, das in Ab­ hängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine öffnet oder schließt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzanlage ist jeder Einspritzdüse eine mengensteuernde Einspritzpumpe als Hochdruck­ pumpe zugeordnet.

Aus der DE 37 24 987 A1 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei der mittels einer Zusatzpumpe eine andere Kraftstoffart zwischen dem Entlastungsventil einer Einspritzpumpe und dem Düsennadeldruckraum der Einspritzdüse eingebracht wird, und zwar während der förderfreien Phase der Einspritzpumpe. Somit wird dem unter Druck stehenden Kraftstoff in der Einspritzleitung zwischen dem Entlastungsventil und der Einspritzdüse noch anderer Kraftstoff zugeführt zum Zwecke eines besseren Anlaßver­ haltens und einer besseren Zündung der Brennkraftmaschine, wobei eine exakte Bemessung des Zusatzkraftstoffes notwendig ist, um ein frühzeitiges Öffnen der Einspritzdüse durch erhöhten Druck zu vermeiden.

Aus der DE 39 29 115 A1 ist ein Einspritzsystem für eine Brenn­ kraftmaschine bekannt, bei dem zum wahlweisen Betrieb mit Dieselkraftstoff oder anderen Kraftstoffen einerseits eine Vor­ pumpe und eine Einspritzpumpe für den Hauptkraftstoff und andererseits eine Zusatzpumpe für den Startkraftstoff verwendet wird, der mit einem geringeren Druck als der Hauptkraftstoff ge­ fördert wird. Die verschiedenen Kraftstoffe werden derselben Einspritzpumpe zugeführt. In den Kraftstoffleitungen für den Hauptkraftstoff und den Startkraftstoff sind Ventile enthalten, von denen das für den Startkraftstoff bestimmte Ventil ein Rück­ schlagventil und das für den Hauptkraftstoff bestimmte Ventil ein elektrisch betätigtes Steuerventil ist. Die parallel ge­ schalteten Ventile in den Kraftstoffleitungen dienen dem schnellen Kraftstoffwechsel.

Ferner ist aus JP-Abstract 61-16 71 59 (A) eine Einspritzanlage mit einem Zweistoffsystem bekannt, bei dem von einer Zusatzpumpe geförderte Zusatzflüssigkeit mittels eines in einer zur Düse führenden Zulaufleitung angeordneten Steuerventiles so gesteuert wird, daß die Verbrauchsmenge auf ein Minimum reduziert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglich­ keit für die Steuerung der Vorlagerung einer Zusatzflüssigkeit bei einer Zweistoffeinspritzung darzustellen.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch den Saughub der Hochdruckpumpe bei zeitweise geschlossenem Steuerventil in der zur Hochdruckpumpe führenden Kraftstoffzu­ führleitung vergrößert sich das Volumen im Arbeitsraum der Hoch­ druckpumpe und Zusatzflüssigkeit kann unter Verdrängung des vor der Düsenöffnung gelagerten Kraftstoffes vorgelagert werden. Der zwischen Steuerventil und Druckkammer gelagerte Kraftstoff bleibt somit verlustfrei erhalten.

Durch den Einsatz einer ungeregelten und lediglich einen niederen Förderdruck erzeugenden Kraftstoffpumpe als Vorpumpe, die für Niederdruck-Common-Rail-Systeme und somit für die Kraft­ stoffversorgung mehrerer Zweistoffeinspritzdüsen besonders ge­ eignet ist, werden Dichtprobleme in den Leitungsanordnungen bzw. -verbindungen vermieden. Die Förderung der Zusatzflüssigkeit wird lediglich von einer leistungsschwachen Zusatzpumpe übernommen, die nur einen unter dem niedrigen Förderdruck der in der Kraftstoffzuführleitung angeordneten Vorpumpe liegenden För­ derdruck liefern muß.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt und im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 als Zweistoffsystem für Diesel­ brennkraftmaschinen setzt sich aus einer den Dieselkraftstoff fördernden Kraftstoffpumpe als Vorpumpe 2, einer gemeinsamen Versorgungsleitung 3 (Common Rail) für magnetventilgesteuerte Zweistoffinjektoren 4 und einer eine Zusatzflüssigkeit fördern­ den leistungsschwachen Zusatzpumpe 5 zusammen. Als Zusatzflüs­ sigkeit ist hier Wasser vorgesehen.

Der Zweistoffinjektor 4 umfaßt eine Einspritzdüse mit einer Düsennadel 6, die beim Öffnungsdruck gegen die Kraft einer Feder 7 und entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung von ihrem Ventil­ sitz 8 abhebt, sowie eine Hochdruckpumpe 9 mit einem Drucküber­ setzungskolben und ein von einem Elektromagneten 10 beeinflußba­ res federbelastetes Ventil 11, das von einem betriebsparameter­ abhängig arbeitenden elektronischen Steuergerät 12 ansteuerbar ist und die Strömungsverbindung von einem unter hohem Druck stehenden Ölkreislauf zu dem Druckübersetzungskolben der Hoch­ druckpumpe 9 freigibt oder unterbricht.

Der Druckübersetzungskolben begrenzt einen Arbeitsraum 13, der mit einer von der Vorpumpe 2 ausgehenden und zu einer die Düsen­ nadel 6 umgebenden Druckkammer 14 hinführenden Kraftstoffzuführ­ leitung 15 verbunden ist.

Die Kraftstoffzuführleitung 15 ist unterteilt in eine Förderleitung 15a, die die Vorpumpe 2 mit der Versorgungsleitung 3 verbindet, in eine ein Steuerventil 16 enthaltenden Steuerleitung 15b, die die Versorgungsleitung 3 mit dem Arbeits­ raum 13 des Zweistoffinjektors 4 verbindet, und schließlich in eine Hochdruckleitung 15c, die den Arbeitsraum 13 mit der Druck­ kammer 14 verbindet.

Das Steuerventil 16 verschließt entgegen der Kraftstoff­ strömungsrichtung die Steuerleitung 15b, wobei die Betätigung des Steuerventiles 16 durch einen Aktuator 17 erfolgt. Der Aktuator 17 kann als Elektromagnet oder Piezoelement ausgeführt sein und wird von dem elektronischen Steuergerät 12 angesteuert.

Die Wasserversorgung geschieht durch die Zusatzpumpe 5, die aus einem Tank 18 Wasser ansaugt und durch eine Zulaufleitung 19 über ein Rückschlagventil 20 in eine aus Düsennadel 6 und Düsen­ körper 21 gebildete Ringkammer 22 unterhalb der Druckkammer 14 fördert.

Wirkungsweise des Zweistoffsystems als Niederdruck-Common-Rail- System:

Die Wassereinlagerung erfolgt während der Rückstellbewegung des druckentlasteten Druckübersetzungskolbens der Hochdruckpumpe 9. Durch das Geschlossenhalten des Steuerventiles 16 mit Hilfe des Aktuators 17 entsteht während der Rückstellbewegung des Druck­ übersetzungskolbens 9 ein Unterdruck im Arbeitsraum 13, der be­ wirkt, daß das mit einem Druck von ca. 2 bar in der Zulaufleitung 19 anstehende Wasser über das Rückschlagventil 20 in die Ring­ kammer 22 des Düsenkörpers 21 gesaugt wird.

Durch Freischaltung (Öffnen) des Steuerventils 16 kann die Wassereinlagerung beendet werden, da ab diesem Zeitpunkt der von der Vorpumpe 2 geförderte Kraftstoff den Arbeitsraum 13 befüllt und den Unterdruck dort abbaut.

Der Kraftstofförderdruck von ca. 3 bar liegt über dem Wasserver­ sorgungsdruck, um zu gewährleisten, daß beim Öffnen des Steuer­ ventiles 16 Kraftstoff sofort in den Arbeitsraum 13 strömt und die Wassereinlagerung beendet. Die eingelagerte Wassermenge kann durch den Aktuator 17 gesteuert werden.

Der nachfolgend notwendige hohe Einspritzdruck an der Düsennadel 6 wird durch einen separaten Ölkreislauf (nicht dargestellt) und den Druckübersetzungskolben im jeweiligen Zweistoffinjektor erzeugt, indem über eine mit dem Ölkreislauf in Verbindung stehende Ölleitung 23 durch das von dem Elektromagneten 10 betätigte Ventil 11 aufgesteuert und der Druckübersetzungskolben auf der Rückseite seines durchmessermäßig größeren Kolbenteils beaufschlagt wird. Durch seinen Arbeitshub wird das im Arbeits­ raum 13 befindliche Volumen verdrängt. Nach Schließen des Steuerventiles 16 steigt der Druck im Arbeitsraum 13 bis zum Düsennadelöffnungsdruck an. Die gemeinsame Einspritzung von Kraftstoff und Wasser erfolgt.

Die Einspritzung wird beendet, wenn das Ventil 11 in Ausgangs­ stellung und die Rückseite des Druckübersetzungskolbens mit einem drucklosen Ölrücklauf (nicht dargestellt) verbunden und entlastet wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpenanordnung und einer eine Ventilnadel aufweisenden Einspritzdüse, und mit einer Zusatzeinrichtung zum Einspritzen einer Zusatzflüssigkeit in den Brennraum mittels einer Zusatzpumpe, welche die Zusatz­ flüssigkeit über ein Rückschlagventil in eine nadelseitige Druckkammer der Einspritzdüse fördert, wobei die Kraftstoff­ pumpenanordnung aus einer Vorpumpe und einer Hochdruckpumpe be­ steht und zwischen der Vorpumpe und der Hochdruckpumpe ein Steuerventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß während des Saughubs der Hochdruckpumpe (9) das Steuerventil (16) zeitweise geschlossen bleibt und die Zusatzflüssigkeit in der zur Düsenöffnung führenden Kraftstoffleitung (15) dem Kraft­ stoff vorgelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Dieselbrennkraftmaschine ansteuerbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Vorpumpe (2) erzeugte Kraftstofförderdruck deutlich niedriger als der von der Zusatzpumpe (5) erzeugte Druck ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzflüssigkeit Wasser ist.

5. Kraftstoffeinspritzanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (9) und die Einspritzdüse in einem ge­ meinsamen Gehäuse angeordnet sind, und daß der Pumpenarbeitsraum (13) der Hochdruckpumpe (9) in offener Verbindung zwischen dem Steuerventil (16) und der Druckkammer (14) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzflüssigkeit einem die Düsennadel (6) umgebenden Ringraum (22) zwischen der Druckkammer (14) und der Einspritz­ düse zugeführt wird.