EP0418800B1

EP0418800B1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP0418800B1
Application number: EP90117905A
Authority: EP
Inventors: Helmut Nieth
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1993-10-20
Anticipated expiration: 2010-09-18
Also published as: DE59003143D1; EP0418800A3; DE3931338A1; EP0418800A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe zur Förderung einer Haupteinspritzmenge über eine Haupteinspritzleitung und mit einem mit einer Voreinspritzleitung gekoppelten Voreinspritzkolbenraum, in dem ein von der Einspritzpumpe gegen eine Federkraft hydraulisch beaufschlagter Voreinspritzkolben arbeitet.
Aus der DE-OS 30 02 851 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt, bei der ein zündwilliger Hauptkraftstoff, beispielsweise Alkohol in einer Haupteinspritzung und ein anderer Zündkraftstoff in einer Voreinspritzung der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Es sind zwei getrennte Kraftstoffzuführungen, insbesondere zwei Kraftstofftanks und zwei Kraftstoffpumpen zum Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlich. Die Voreinspritzung erfolgt dabei dadurch, daß der in der Einspritzpumpe dem zündunwilligen Kraftstoff aufgeprägte Druck den Voreinspritzkolben gegen dessen Federkraft bewegt, so daß die Voreinspritzleitung und eine Düse in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gefördert wird. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß für die Füllung des Voreinspritzkolbenraumes eine eigene Förderpumpe erforderlich ist.
Aus der DE-A 33 34 619 ist eine weitere Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Einspritzpumpe zur Förderung einer Haupteinspritzmenge über eine Haupteinspritzleitung und mit einem mit einer Voreinspritzleitung gekoppelten Voreinspritzkolbenraum, in dem ein von der Einspritzpumpe gegen eine Federkraft hydraulisch beaufschlagter Voreinspritzkolben arbeitet. Durch den Voreinspritzkolben, welcher koaxial und gleitverschieblich in einem den Beginn der Haupteinspritzung bestimmenden Speicherkolben gelagert ist, wird ein Hauptventil gebildet. Die Geometrie und Federkraft des Voreinspritzkolbens ist so abgestimmt, daß die Förderung der Voreinspritzmenge vor Öffnung des Hauptventils erfolgt. Auch diese Anordnung verwendet für die Förderung der Voreinspritzmenge in den Voreinspritzkolbenraum eine gesonderte Niederdruckförderpumpe.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, mittels der eine getrennte Vor- und Haupteinspritzung von Brennstoff erzielbar ist, ohne daß eine separate Niederdruckeinspritzpumpe für die Voreinspritzmenge erforderlich ist. Weiterhin soll eine konstruktiv möglichst einfache Ausführung geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Brennstoffversorgung des Voreinspritzkolbenraumes auf einfache Weise über den Verbindungskanal aus dem in der Haupteinspritzleitung befindlichen Brennstoffvolumen erfolgt, wenn das Hauptventil nach Beendigung der Haupteinspritzung verschlossen ist. Dadurch erübrigt sich vorteilhafterweise eine separate Niederdruckförderpumpe für die Voreinspritzmenge des Brennstoffes, denn die Auffüllung des Voreinspritzkolbenraumes erfolgt über die in der Haupteinspritzleitung befindliche Brennstoffmenge.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist eine Druckleitung vom Pumpenraum der Einspritzpumpe zur pumpenraumseitigen Stirnfläche des Voreinspritzkolbens vorgesehen. Diese Stirnfläche ist vorzugsweise größer als der wirksame Querschnitt der Druckleitung. Bei Erreichen eines bestimmten Schwellendruckes im Pumpenraum, der den Voreinspritzkolben entgegen dessen Federkraft und dem Standdruck im Voreinspritzkolbenraum in Bewegung setzt, wirkt der Pumpenraumdruck nach geringfügigem Anheben des Voreinspritzkolbens schlagartig auf die größere Fläche des ganzen Kolbendurchmessers. Durch das hierdurch erfolgende schlagartige Anwachsen der Druckkraft springt der Voreinspritzkolben auf und erzeugt eine Druckwelle, die sich über die Voreinspritzleitung bis zur Voreinspritzdüse fortpflanzt. Dieses Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet den wesentlichen Vorteil der Erfindung: Die Erzeugung einer Druckwelle bestimmter Höhe in der Voreinspritzleitung fast unabhängig von der Drehzahl der Einspritzpumpe.
Vorzugsweise sind die Voreinspritzleitung und die Haupteinspritzleitung hinsichtlich ihrer Länge zur Erzielung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Haupteinspritzung aufeinander abgestimmt.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die Öffnungsdrücke des Voreinspritzventils und des Haupteinspritzventils zur Erzielung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Haupteinspritzung aufeinander abgestimmt sind.
Weiterhin von Vorteil ist, daß die Einspritzpumpe, das Hauptdruckventil und der Voreinspritzkolbenraum eine kompakte bauliche Einheit bilden. Somit läßt sich die Anzahl und Größe der am Motor anzubauenden Vorrichtungen weitestgehend minimieren. Insbesondere sind statt der bisher verwendeten drei Bauteile - Hochdruckeinspritzpumpe, Niederdruckförderpumpe und Kraftstoffeinspritzvorrichtung - nur noch eine einzige, alle drei Funktionen ausführende Vorrichtung erforderlich. Dadurch werden weiterhin die Längen der benötigten Zuleitungen minimiert. Ferner wird der Herstellungs-, Einbau- und Wartungsaufwand gegenüber den bekannten Vorrichtungen reduziert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung nebst Einspritzventilen,
Fig. 2: einen schematischen Längsschnitt durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch die Brennstoffeinspritzvorrichtung 1 gezeigt, die im wesentlichen aus einer Einspritzpumpe 2 und einem an diesen angeflanschten Einspritzmengenverteilkopf 3 besteht. Mit diesen verbunden ist einerseits eine Haupteinspritzleitung 4, die mit einem Haupteinspritzventil 5 kommuniziert. Weiterhin zweigt vom Einspritzverteilkopf 3 eine Voreinspritzleitung 6 ab, die wiederum mit einem Voreinspritzventil 7 gekoppelt ist.
In Fig. 2 ist die aus der Einspritzpumpe 2 und dem darin angebrachten Einspritzverteilkopf 3 bestehende Brennstoffeinspritzvorrichtung 1 im schematischen Längsschnitt zu sehen. Die Einspritzpumpe 2 besteht aus einem Pumpengehäuse 8, in dem eine Kolbenführung 9 eingepaßt ist. Zwischen Pumpengehäuse 8 und Kolbenführung 9 ist ein ringförmiger Saugraum 10 eingelassen, der mit einem nicht dargestellten Brennstoffvorratsbehälter kommuniziert. Die Kolbenführung 9 weist einen zentralen Pumpenraum 11 auf, in dem ein Pumpenkolben 12 oszillierend bewegbar ist. Der Pumpenkolben 12 wird über eine nicht dargestellte Nockenkinematik oszillierend bewegt.
Der Pumpenraum 11 steht über Steuerbohrungen 13 mit dem Saugraum 10 in Verbindung, wobei Brennstoff bei einer abwärtigen Bewegung des Pumpenkolbens 12 aus dem Saugraum 10 über die Steuerbohrungen 13 in den Pumpenraum 11 angesaugt wird. Der Pumpenkolben 12 weist Steuerkanten 14 und 15 auf, mittels denen in bekannter Weise Beginn und Ende des Druckhubes steuerbar sind. Hierzu ist in bekannter Weise der Pumpenkolben 12 in Umfangsrichtung um einen gewissen Winkel drehbar.
Der Pumpenraum 11 steht über eine Hauptbohrung 16 mit einer Haupteinspritzleitung 4 in Verbindung, wobei zwischen Hauptbohrung 16 und Haupteinspritzleitung 4 ein Hauptventil 18 vorgesehen ist, das einen Schließzylinder 19 aufweist, der durch eine Druckfeder 20 gegen eine ringförmige Dichtschulter 21 zum Verschließen der Hauptbohrung 16 gedrückt ist.
Im Einspritzverteilkopf 3 ist ferner ein Voreinspritzkolbenraum 22 vorgesehen, der gegenüber dem Druckpumpenraum 11 durch den Voreinspritzkolben 23 verschlossen ist. Der Voreinspritzkolben 23 ist über die Druckfeder 24 gegen eine zweite Dichtschulter 25 gedrückt. Die mit dem Pumpenraum 11 verbundene Druckleitung 26 weist dabei einen geringeren Durchmesser und somit eine geringere Fläche auf als die Stirnfläche des Voreinspritzkolbens 23.
Der Voreinspritzkolbenraum 22 steht ferner einerseits mit einer Voreinspritzleitung 6 in Verbindung, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit dem Voreinspritzventil 7 gekoppelt ist. Außerdem steht der Voreinspritzkolbenraum 22 über den Verbindungskanal 27 mit der Haupteinspritzleitung 4 in Verbindung.
Der Pumpenraum 11 ist ferner über eine Überdruckbohrung 28 mit einem antiparallel zum Hauptventil 18 geschalteten Überdruckventil 29 verbunden, wobei die Druckseite des Überdruckventils 29 mittels der Leitung 30 mit der Haupteinspritzleitung 4 kommuniziert.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung ist wie folgt: Der Pumpenkolben 12 befinde sich - wie in Fig. 2 dargestellt - in seinem unteren Totpunkt. Der Füllungsvorgang von Brennstoff aus dem Saugraum 10 über die Steuerbohrungen 13 in den Pumpenraum 11 ist abgeschlossen, d. h., dieser ist mit Brennstoff gefüllt. Der Pumpenkolben 12 bewegt sich anschließend wieder in den Pumpenraum 11 hinein, wobei solange kein Druckaufbau im Pumpenraum 11 stattfindet, bis die vordere Steuerkante 14 des Pumpenkolbens 12 die Steuerbohrungen 13 verschlossen haben. Bis zu diesem Zeitpunkt fließt ein Teil des Brennstoffes wieder in den Saugraum 10 ab. Der Schließzylinder 19 des Hauptventiles 18 sowie der Voreinspritzkolben 23 werden währenddessen durch den gemeinsamen Standdruck in den Einspritzleitungen 4 und 6 sowie durch die Federkraft der Druckfedern 20 und 24 in ihrer unteren Endlage gehalten, wobei der Schließzylinder 19 die Hauptbohrung 16 entlang der Dichtschulter 21 gegenüber der Haupteinspritzleitung 4 abdichtet.
Etwa zum Zeitpunkt des Verschließens der Steuerbohrungen 13 durch die Steuerkante 14 des Pumpenkolbens 12 wird im Pumpenraum 11 derjenige Förderdruck erreicht, der die den Voreinspritzkolben 23 zuhaltenden Kräfte überwindet.
Der zum Öffnen des Voreinspritzkolbens 23 erforderliche Druck im Pumpenraum wirkt nur auf die vom Dichtungsquerschnitt der Druckleitung 26 gebildete Fläche und muß deshalb größer sein als der Standdruck der Einspritzleitungen 4 und 6, welcherauf die größere Fläche der Dichtschulter 25 wirkt und zusätzlich noch durch die Kraft der Druckfeder 24 unterstützt wird.
Hat sich der Voreinspritzkolben 23 durch diesen ausreichenden Druck im Pumpenraum 11 geringfügig angehoben, dann ist die Dichtung am Dichtdurchmesser der Druckleitung 26 nicht mehr wirksam, und der Pumpenraumdruck wirkt nun schlagartig auf die größere Stirnfläche des Voreinspritzkolbens 23, nachdem dieser von der zweiten Dichtschulter 25 abgehoben hat.
Der Voreinspritzkolben 23 springt auf und erzeugt eine Druckwelle, die sich über die Voreinspritzleitung 6 bis zum Voreinspritzventil 7 fortpflanzt. Der Voreinspritzkolben 23 bewegt sich entgegen der Kraft der Druckfeder 24 unter Verdrängung des im Voreinspritzkolbenraum 22 befindlichen Brennstoffes vornehmlich in die Voreinspritzleitung 6 solange, bis dessen ringförmiger Dichtflansch 31 an der Dichtfläche 32 des Einspritzverteilkopfes 3 anliegt. Dadurch wird der Verbindungskanal 27 verschlossen, so daß die Voreinspritzleitung 6 gegenüber der Haupteinspritzleitung 4 abgedichtet ist. Die Brennstoffmenge der Voreinspritzung wird durch den Hub des Voreinspritzkolbens 23 bestimmt.
Die Brennstoffmenge im Pumpenraum 11 besitzt im Zeitpunkt der Voreinspritzung noch keine Abflußmöglichkeit, so daß sich der Druck im Pumpenraum 11 noch weiter aufbaut. Dies geschieht solange, bis der Förderdruck auch die am Schließzylinder 19 anstehenden Gegenkräfte aus Standdruck in der Haupteinspritzleitung 4 und Federkraft der Druckfeder 20 überwindet. Sodann bewegt sich der Schließzylinder 19 nach oben an seinen oberen Anschlag 33 und die Förderung der Haupteinspritzmenge erfolgt aus dem Pumpenraum 11 über die Hauptbohrung 16 und ein Kanalsystem 34 im Inneren des Schließzylinders zur Haupteinspritzleitung 4, von der die Einspritzung über das Haupteinspritzventil 5 erfolgt. Die Haupteinspritzung erfolgt nach Abschluß der Voreinspritzung und Aufwärtsbewegung des Schließzylinders 19 solange, bis die hintere Steuerkante 15 des Pumpenkolbens 12 den Pumpenraum 11 wieder mit der Steuerbohrung 13 verbindet, so daß der verbleibende Kraftstoff wieder in den Saugraum 10 entweicht.
Die Druckdifferenz zwischen dem Pumpenraum 11 und der Haupteinspritzleitung 4 ist durch das antiparallel zum Hauptventil 18 eingebaute Überdruckventil 29 einstellbar. Nach einem gewissen Druckabfall durch die Öffnung der Steuerbohrungen 13 bewegt sich der Schließzylinder 19 nach unten und dichtet die Haupteinspritzleitung 4 gegenüber dem Pumpenraum 11 an der Dichtschulter 21 ab. Bis sich der Standdruck in den Einspritzleitungen 4 und 6 eingestellt hat, ist der Voreinspritzkolben 23 durch die Kraftwirkung der Druckfeder 24 und der Druckdifferenz zwischen den Einspritzleitungen 4 und 6 und dem Pumpenraum 11 in seine untere Endlage zurückgekehrt.
Der Voreinspritzkolbenraum 22 füllt sich mit Brennstoff, der über den Verbindungskanal 27 aus der Haupteinspritzleitung 4 in den Voreinspritzkolbenraum 22 zufließt. Parallel fließt Brennstoff aus der Haupteinspritzleitung 4 bis zum Erreichen des eingestellten Standdruckes am Überdruckventil 29 über die Überdruckbohrung 28 zurück in den Pumpenraum 11. Durchfährt der Pumpenkolben 12 seinen oberen Totpunkt, beginnt der Saughub. Der Pumpenraum 11 füllt sich dabei mit Kraftstoff aus dem Saugraum 10, sofern die Steuerbohrungen 13 nicht gerade vom Pumpenkolben 12 verschlossen sind. Nach Durchfahren des unteren Totpunktes durch den Pumpenkolben 12 ist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 1 bereit für einen neuen Einspritzvorgang.

Claims

Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe zur Förderung einer Haupteinspritzmenge über eine Haupteinspritzleitung (4) und mit einem mit einer Voreinspritzleitung (6) gekoppelten Voreinspritzkolbenraum (22), in dem ein von der Einspritzpumpe gegen eine Federkraft hydraulisch beaufschlagter Voreinspritzkolben (23) arbeitet und mit einem Hauptventil (18) zwischen Einspritzpumpe (2) und Haupteinspritzleitung (4), wobei die Geometrie und Federkraft des Voreinspritzkolbens (23) so bemessen ist, daß die Förderung der Voreinspritzmenge vor Öffnung des Hauptventils (18) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupteinspritzleitung (4) über einen Verbindungskanal (27) mit dem Voreinspritzkolbenraum (22) kommuniziert und der Voreinspritzkolben (23) bei Be endigung der Voreinspritzung den Verbindungskanal (27) zwischen Haupteinspritzleitung (4) und Voreinspritzkolbenraum (22) unterbricht.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckleitung (26) vom Pumpenraum (11) der Einspritzpumpe (2) zur pumpenraumseitigen Stirnfläche des Voreinspritzkolbens (23) führt.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pumpenraumseitige Stirnfläche des Voreinspritzkolbens (23) größer ist als der wirksame Querschnitt der Druckleitung (26).
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzleitung (6) und die Haupteinspritzleitung (4) hinsichtlich ihrer Länge zur Erzielung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Haupteinspritzung aufeinander abgestimmt sind.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsdrücke des Voreinspritzventils (7) und des Haupteinspritzventils (5) zur Erzielung einer gewünschten Spreizung zwischen Vor- und Haupteinspritzung aufeinander abgestimmt sind.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (29) antiparallel zum Hauptventil (18) vorgesehen ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (18) einen federgespannten Schließzylinder (19) aufweist, der in seiner Durchflußstellung den Verbindungskanal (27) sperrt.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe (2), das Hauptventil (18) und der Voreinspritzkolbenraum (22) eine kompakte bauliche Einheit bilden.