WO1998023858A1 - Kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe, deren Hochdruckförderung durch ein einen Entlastungskanal (30) steuerndes elektrisch gesteuertes Ventil (24) bestimmt wird, wobei durch das Schließen dieses Ventils die Phase bestimmt wird. Zur Durchführung einer in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung unterteilten Einspritzung und zur Vereinfachung der Ansteuerung des elektrisch gesteuerten Ventils (24) ist der den Pumpenkolben (1) antreibende Nocken (5) so geformt, daß er einen Bereich (P) bereitstellt, in dem der Pumpenkolben zur Unterbrechung der Einspritzung zwischen Vor- und Haupteinspritzung in seiner erreichten Stellung verharrt oder sich zurückbewegt.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, durch die DE-A-36 44 257 bekannten System ist als Kraft- stoffeinspritzpumpe eine Verteilereinspritzpumpe vorgesehen, mit einem hin- und hergehend angetriebenen und zugleich rotierenden Pumpenkolben, der bei seiner Drehbewegung und seinem Pumphub jeweils eine von mehreren Einspritzleitungen, die zu je einem Kraftstoffeinspritzventil führen, mit auf Einspritzdruck gebrachtem Kraftstoff versorgt. Zur

Unterteilung der Einspritzung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung wird das elektrisch gesteuerte Ventil, das ein Magnetventil ist, kurzzeitig geöffnet, um so den Pumpenarbeitsraum zu entlasten und den erzielten Kraftstoffdruck kurzzeitig abzubauen. Dies bedeutet, daß ein sehr schnell schaltendes Magnetventil erforderlich ist, das einen erheblichen Aufwand an die elektrische Steuerung und an die Konstruktion des Ventils erfordert. Insbesondere ist auch ein spezielles Druckventil in der Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum und Einspritzventil vorgesehen, das bei

Kraftstoffhochdruckförderung zur Kraftstoffeinspritzdüse in Förderrichtung öffnet und bei Beendigung der Einspritzung schließt und das geeignet ist, Druckwellen zwischen dem Druckventil und dem Kraftstoffeinspritzventil abzubauen und in diesem Bereich einen angestrebten konstanten Standdruck während der Einspritzpausen zu halten. Vorteilhaft ist es bei einer unterteilten Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung pro Arbeitstakt des jeweiligen zu versorgenden Zylinders der Brennkraftmaschine für einen konstanten Standdruck in den Einspritzpausen zu sorgen.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Steuerung einer in eine Vor- und Haupteinspritzung unterteilten Einspritzung wesentlich einfacher. Durch die konstruktiv über die Nockenform vorgegebe Unterbrechung entfällt eine elektrische Steuerung mit zwischenzeitlichen Öffnen und Wiederschließen des elektrisch gesteuerten Ventils zur Unterbrechung der Einspritzung zwischen Vor- und Haupteinspritzung und der damit verbundene Aufwand. Das elektrisch gesteuerte Ventil braucht ferner auch nicht die große Schaltgeschwindigkeit aufweisen, die für eine exakte Steuerung der Einspritzpause zwische Vor- und Haupteinspritzung erforderlich ist und kann erheblich einfacher und kleiner sein als ein speziell sehr schnell schaltendes Ventil.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die von einem Magnetventil gesteu- ert wird und Figur 2 einen Verlauf der erfindungsgemäßen Nockenbahn in Form einer Nockenerhebungskurve über den Drehwinkel Beschreibung

Die erfindungsgemäße Lösung ist beim nachfolgend beschrie- benen Ausführungsbeispiel anhand einer Verteilereinspritzpumpe realisiert, wie sie schematisch in der Figur 1 dargestellt ist. Es handelt sich dort um eine Verteilereinspritzpumpe der Axialkolbenbauart, wenn auch der Gegenstand der Erfindung auch bei anderen Kraftstoffeinspritzpumpen verwendbar ist, wie z. B. Verteilereinspritzpumpen der Ra- dialkolbenpumpenbauart oder Einzelpumpen mit nur einem Pumpenkolben zur Versorgung eines einzelnen Zylinders einer Brennkraf maschine oder Reihenpumpen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung aber bei einer Verteilereinspritzpumpe verwirklichbar, weil hier für die Versorgung der Einspritzventile nur ein einziges elektrisch gesteuertes Ventil erforderlich ist und die Verteilung auf die einzelnen Einspritzventile mit Hilfe des Verteilers vorgenommen wird. Bei der Verteilereinspritzpumpe der in der Figur 1 gezeigten Art ist ein Pumpenkolben 1 vorgesehen, der in einer

Zylinderbohrung 2 verschieb- und verdrehbar angeordnet ist und dort stirnseitig einen Pumpenarbeitsraum 10 einschließt. Der Pumpenkolben ist dabei mit einer Nockenscheibe 6, die axial nach unten weisende Nocken 5 der erfindungsgemäßen Ausgestaltung aufweist, z. B. über eine nicht weiter gezeigte Feder, gekoppelt. Die Nockenscheibe wird rotierend, insbesondere synchron zur Drehzahl der von der Einspritzpumpe versorgten Brennkraftmaschine von einer nicht weiter gezeigten Antriebswelle in bekannter Weise angetrieben, wobei die Nockenscheibe unter Einfluß der Feder auf einem bekannten axial feststehenden Rollenring abläuft und in der Folge den rotierenden Pumpen- und Verteilerkolben in eine hin- und hergehende fördernden und ansaugende Bewegung versetzt. Bei seiner Drehbewegung in Zuordnung zu einem Pumpenförderhub, bei dem aus dem Pumpenarbeitsraum 10 Kraftstoff unter Hochdruck verdrängt wird, kommt der Pumpenkolben mit einer von mehreren Einspritzleitungen 7 über eine Verteilernut 8 in der Mantelfläche des Pump- und Verteilerkolbens in Verbindung. Die Verteilernut ist dabei über einen Längskanal 9 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden. Die Einspritzleitung führt über ein Druckventil 12 zu einem Kraf stoffeinspritzventil 13, das dem jeweiligen Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist.

Die Versorgung des Pumpenarbeitsraumes 10 mit Kraftstoff erfolgt über eine Saugleitung 15, die von einem Saugraum 17, der im wesentlichen nur noch gestrichelt dargestellt ist und innerhalb des Gehäuses der Kraftstoffeinspritzpumpe ein- geschlossen ist, versorgt. Der Saugraum erhält Kraftstoff von einer Kraf stofförderpumpe 18, die synchron zur Kraftstoffeinspritzpumpe, z. B. von der Antriebswelle her, angetrieben wird und somit Kraftstoff in drehzahlabhängigen Mengen in den Saugraum fördert. Mit Hilfe eines zusätzlichen Drucksteuerventils 19 wird der Druck im Saugraum üblicherweise drehzahlabhängig gesteuert, wenn mit Hilfe dieses Drucks Zusatzfunk ionen der Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert werden sollen. Über eine Überlaufdrossel 22 fließt beständig Kraftstoff zum Vorratsbehälter 23 zurück, so daß dadurch für Kühlung der Einspritzpumpe bzw. Entgasung des Saugraumes gesorgt ist. Die Saugleitung 15 führt über ein Rückschlagventil 16 in den Pumpenarbeitsraum, wobei das Rückschlagventil in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnet. Parallel zu diesem Rückschlagventil ist ein elektrisch ge- steuertes Ventil 24 vorgesehen, das eine Bypassleitung 21 zum Druckventil 16 steuert und mit dessen Hilfe beim Öffnen des Ventils eine Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum 10 und Saugraum 17 hergestellt ist und beim Schließen des Ventils der Pumpenarbeitsraum 10 verschlossen ist. Das als Ma- gnetventil symbolisierte elektrisch gesteuerte Ventil 24 wird von einer Steuereinrichtung 25 entsprechend Betriebsparametern in an sich bekannter Weise gesteuert. Bei genügend großem Durchflußquerschnitt des Ventils 24 kann jedoch das Rückschlagventil 16 auch entfallen. In diesem Falle wird der Pumpenarbeitsraum beim Saughub ausschließlich über das elektrischgesteuerte Ventil gefüllt.

Mit Hilfe dieses elektrisch gesteuerten Ventils, wird der Beginn der Hochdruckförderung des Pumpenkolbens derart gesteuert, daß mit Hilfe dieses Ventils letztendlich auch der Spritzbeginn gesteuert wird. Beim Verschließen baut sich im Pumpenarbeitsraum 10 Einspritzdruck auf, der über den Längskanal 9 und die Verteilernut 8 einer der Einspritz- leitungen 7 zugeführt wird. Mit dem Wiederöffnen des elektrisch gesteuerten Ventils wird die Hochdruckförderung unterbrochen, so daß die Schließzeit des Ventils den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge bestimmt. Durch dieses Ventil kann ohne besondere Ansteuerung nun auch eine Voreinspritzung realisiert werden.

Erfindungsgemäß sind die Förderseiten der Nockenflanken der Nocken 5, so ausgebildet, daß sie wie in der Figur 2 dargestellt über die Zeit einen Hubverlauf des Pumpenkolbens erzeugen, der unterteilt ist in einen ersten Bereich V der beginnend mit den Förderhub des Kolbens nach einem kleinen Förderhub endet, in einen zweiten Bereich P in dem der Kolben dann in eine rückläufige Bewegung versetzt wird, sodaß eine Hochdruckförderung somit wirksam beendet wird und eine Einspritzpause entsteht und schließlich in einen dritten Bereich H, in dem die Nockenflanke wieder ansteigt und den Pumpenkolben zwecks weiterer Förderung der Haupteinspritzmenge verschiebt. Dem Diagramm in Figur 2 ist ebenfalls entnehmbar wie das elektrisch gesteuerte Ventil, z.B. ein Magnetventil oder auch ein von einem Piezo betätigtes Ventil zur Steuerung des Beginns der Voreinspritzmengenförderung und damit zugleich des Spritzbeginns im Punkt FB geschlossen wird und erst zur Beendigung der Haupteinspritzung wieder im Punkt FE geöffenet wird. Die Unterbrechung der Einspritzung erfolgt allein dadurch, daß durch den Nockenbereich P keine wirksame Hochdruckförderung möglich ist. Mit dieser konstruktiv vorgegebenen Spritzpause kann die Dauer der Unterbrechung der Hochdruckeinspritzung grundsätzlich mit konstant gehalten Nockenwinkeln erfolgen, insbesondere unabhängig von der Schaltgeschwindigkeit des elektrisch gesteuerten Ventils und der Drehzahl. In Einzelfällen ist es auch möglich, die Nockenform zu modifizieren, im Sinne der gewollten unterteilten Einspritzung. Statt eine rückläufigen Hubbewegung des Kolben zu erzeugen, kann dieser auch lediglich in seiner Stellung verharren oder nur so geringfügig weiterbewegt werden, daß seine Bewegung nicht ausreicht, eine Ein- spritzung nennenswerter Art zu ermöglichen, derart, daß eine wirksame Spritzpause auftritt, die die Kraftstoffzufuhr in den Brennraum der Brennkraftmaschine insgesamt so reduziert, daß der Druckanstieg im Brennraum kleiner wird und so eine geräuscharme Verbrennung erzielt werden kann.

Vorteilhaft versorgt die Kraftstoffeinspritzpumpe der erfindungsgemäßen Art Einspritzventile, die geeignet sind, mit einer unterteilten Einspritzrate einzuspritzen und dabei für die Voreinspritzung eine kleineren Einspritzquerschnitt bereitstellen als für die Haupteinspritzung. Solche Einspritzventile sind bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben werden. Es wird hierzu z.B. auf die DE -C2-36 06 246 verwiesen. Mit Hilfe von solchermaßen ausgebildeten Einspritzventilen kann noch wesentlich exakter die erforderliche Einspritzpause zwischen Vor- und Haup - einspritzung eingehalten werden.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffeinspritz- pumpe mit einem von einem mit wenigstens einem Nocken versehenen Nockenantrieb angetriebene Pumpenkolben begrenzten Pumpenarbeitsraum (10) der zur Versorgung wenigstens eines Kraftstoffeinspritzventiles (13) mit auf Einspritzdruck gebrachtem Kraftstoffeinspritzmengen dient, sowie mit einem elektrisch gesteuerten Ventil (24) , über das der Pumpenarbeitsraum (10) der Kraftstoffeinspritzpumpe zur Steuerung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunktes mit einem Entlastungraum (17) , verbunden oder geschlossen wird, und mit Unterbrechung der Einspritzung zwischen einer Vor- und einer Haupteinspritzung pro Einspritzvorgang dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Nocken so ausgebildet ist, daß er auf seiner den Pumpenkolben zu seinem Förderhub bewegenden Nockenflanke einen Teilbereich (P) aufweist, in dem der Kolben (1) nach einem ersten

Förderhub für die Voreinspritzung zur Unterbrecheung seines Hochdruckförderhubes wenigstens in seiner dort erreichten Stellung verharrt oder den Hub zurücknimmt und anschließend zur Durchführung des Förderhubes für die Haupteinspritzung weiterbewegt wird, wobei das elektrisch gesteuerte Ventil (24) so angesteuert wird, daß es zu Beginn des Förderhubes für die Voreinspritzung geschlossen ist und erst wieder zur Beendigung des Haupteinspritzung geöffnet wird.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einspritzventil ein einer Unterteilung der Einspritzung in verschiedene Einspritzraten dienendes Einspritzventil ist, mit einem in zwei Stufen vom Einspritz- ventilglied verstellbaren Öffnungsquerschnitt.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einspritzventil wenigstens zwei Schließfedern aufweist, und das Ventilglied durch den zugeführten Kraftstoffhochdruck gegen die Schließkraft einer ersten der Federn einen ersten Öffnungshub für der Voreinspritzung ausführt und danach entgegen der Kraft der ersten und/oder einer weiteren Feder zur Durchführung der Haupteinspritzung einen weiteren Öffnungshub ausführt.

4. Kraf stoffeinspritzsystem nach einem der vorstehendne Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoffein- spritzpumpe eine Verteilereinspritzpumpe dient.