DE19801169C1

DE19801169C1 - Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19801169C1
Application number: DE19801169A
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Ing Schwarz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: US6062194A; GB9900213D0; GB2333328A; GB2333328B; FR2773593A1; FR2773593B1; ITRM990011A1; IT1306575B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definierten Art.

Ein gattungsgemäßes Einspritzsystem ist aus der DE 37 22 265 A1 bekannt. Zur Kraftstoffeinspritzung saugt dabei ein sich innerhalb der Einspritzpumpe nach unten bewegender Kolben über einen Zulauf Kraftstoff an. Nach dem Schließen eines Schaltventils in der Ein spritzpumpe wird der Zulauf von der von der Einspritz pumpe zu einer Einspritzdüse führenden Leitung ge trennt und der sich nunmehr nach oben bewegende Kolben baut in dieser Leitung, die auch als Hochdruckraum bezeichnet wird, einen hohen Druck auf. Dadurch öffnet sich die Einspritzdüse und es erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschi ne.

Innerhalb der Einspritzpumpe ist dabei neben dem be schriebenen noch ein weiteres Schaltventil vorgesehen. Eines der beiden Schaltventile ist dabei während des gesamten Einspritzvorganges geschlossen, wohingegen das andere Schaltventil bzw. das Zusatzventil zur Be endigung der Voreinspritzung geöffnet wird.

Nachteilig bei dem dort beschriebenen Einspritzsystem ist jedoch, daß der Querschnitt des Zusatzventils so groß ausgelegt werden muß, daß bei einer maximalen Motordrehzahl eine Unterbrechung der Einspritzung bzw. eine Beendigung der Voreinspritzung sicher erfolgen kann. Dieser große Querschnitt des Zusatzventils führt jedoch bei niedrigen Drehzahlen zu einer nachteiligen Überentlastung des Hochdruckraumes, wodurch sich Hohl räume bilden, die letztendlich zu einer instabilen Haupteinspritzung führen.

Ein weiteres Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraft maschinen ist in der DE 36 01 710 A1 beschrieben. Da bei ist der Strömungsquerschnitt des elektromagneti schen Ventils in mindestens zwei Stufen einstellbar und die Kraftstoffeinspritzmenge ist in eine Vor- und eine Haupteinspritzmenge aufgeteilt. Um eine Vorein spritzung zu erreichen, wird das Ventil kurz geschlos sen und anschließend wieder geöffnet, um es für die Haupteinspritzung wieder zu schließen und anschließend wieder zu öffnen.

Bei einem derartigen Einspritzsystem wird nachteili gerweise bei niedrigen Drehzahlen der Hochdruckraum aufgrund des großen Ventilquerschnittes beim Öffnen des Ventils überentlastet und es bilden sich, wie be reits oben beschrieben, Hohlräume, die eine instabile Haupteinspritzung zur Folge haben. Außerdem wird bei hohen Drehzahlen im nichtballistischen Betrieb des Magnetventils aufgrund der relativ hohen Förderge schwindigkeit des Kolbens eine zu große Voreinspritz menge erzeugt. Dabei auftretende kleinere Ventilprel ler, also ein Anschlagen des Ventils an seinem Sitz, wirken sich hinsichtlich unterschiedlicher Einspritz mengen erheblich aus.

Zum allgemeinen Stand der Technik bei Kraftstoffein spritzsystemen wird des weiteren noch auf die DE 31 47 467 C1 und die WO 89/00242 A1 verwiesen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraft stoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen zu schaf fen, bei welchem sowohl im unteren Drehzahlbereich eine Überentlastung des Hochdruckraumes vermieden wird, als auch im oberen Drehzahlbereich eine ausrei chend geringe Voreinspritzmenge erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die Steuerung der Voreinspritzung durch das Hauptsteuerventil im oberen Drehzahlbereich wird zum einen die Ansteuerdauer des Hauptsteuerventils verlän gert, wodurch sich der Einfluß von Ventilprellern auf die unterschiedlichen Einspritzmengen erheblich redu ziert. Zum anderen kann dadurch der Querschnitt des Zusatzsteuerventils so klein ausgelegt werden, daß im unteren Drehzahlbereich eine Überentlastung des Hoch druckraumes der Einspritzpumpe sicher vermieden wird. Im unteren Drehzahlbereich können die beiden Schalt ventile dann so angesteuert werden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig darge stellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzpumpe für das erfin dungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem;

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorganges bei einem ersten aus dem Stand der Technik be kannten Kraftstoffeinspritzsystem;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorganges bei einem zweiten aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzsystem;

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorganges bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz system im unteren Drehzahlbereich; und

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorganges bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz system im oberen Drehzahlbereich.

Fig. 1 zeigt eine Einspritzpumpe 1 für eine in ihrer Gesamtheit nicht dargestellte Brennkraftmaschine. Der prinzipielle Aufbau der Einspritzpumpe 1 ist dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt.

An der Unterseite der Einspritzpumpe 1 befindet sich ein Rollenstößel 2, der die auf ihn durch einen nicht dargestellten Nocken einer Nockenwelle der Brennkraft maschine einwirkenden Impulse an ein Federteller 3 und somit an einen mit dem Federteller 3 über einen Gleitstein 4 verbundenen Pumpenstempel 5 weitergibt. Der Pumpenstempel 5 ist durch eine Rollenstößelfeder 6 federnd gelagert und die beschriebenen Teile sind von einer Hülse 7 umgeben. An seinem dem Rollenstößel 2 abgewandten Ende ist der Pumpenstempel 5 in einem Pum pengehäuse 8 aufgenommen, in welchem auch ein Haupt steuerventil 9 angeordnet ist.

Das Hauptsteuerventil 9 ist dabei in einer von einem Zulauf bzw. einer Kraftstoffzufuhrleitung 10 ausgehen den Leitung 11 angeordnet. Die Leitung 11 teilt sich nach dem Hauptsteuerventil 9 in einen Leitungsteil 11a bzw. Hochdruckraum 11a und einen Leitungsteil 11b bzw. Nebenleitung 11b auf. Mit anderen Worten ist mit der Leitung 11 die Nebenleitung 11b verbunden. Im geöffne ten Zustand des Hauptsteuerventils 9 ist dabei der Zulauf 10 über den Hochdruckraum 11a direkt mit einer Öffnung 12 verbunden, die über eine nicht dargestellte Leitung zu einer ebenfalls nicht dargestellten Ein spritzdüse führt. Im geschlossenen Zustand des Haupt steuerventils 9 führt der Weg zu der Öffnung 12 für den sich nicht bereits in dem Hochdruckraum 11a be findlichen Kraftstoff nur über die Nebenleitung 11b, in welcher ein Zusatzsteuerventil 13 angeordnet ist. Somit dient das Hauptsteuerventil 9 dazu, eine Verbin dung der Leitung 11 mit dem Hochdruckraum 11a herzu stellen bzw. zu unterbrechen. Das Zusatzsteuerventil 13 dient zur Herstellung bzw. Unterbrechung einer Ver bindung zwischen der Nebenleitung 11b und dem Hoch druckraum 11a.

Der Durchgangsquerschnitt durch das Zusatzsteuerventil 13 ist im Querschnitt kleiner ausgebildet als der Durchgangsquerschnitt durch das Hauptsteuerventil 9, wodurch das Zusatzsteuerventil 13 an eine vorgesehene reduzierte Einspritzmenge im unteren Drehzahlbereich angepaßt ist. Dabei ist zu beachten, daß entgegen der nur schematisch anzusehenden Darstellung gemäß Fig. 1 die Durchgangsquerschnitte durch die Steuerventile 9 und 13 jeweils die kleinsten Querschnitte der Lei tungsteile 11a und 11b sind.

Bei Bestromung eines Schaltmagneten 14 des Hauptsteu erventils 9 schließt dieses den Hochdruckraum 11a, wohingegen bei Bestromung eines Schaltmagneten 15 des Zusatzsteuerventils 13 dieses den Leitungsteil 11b öffnet.

Der prinzipielle Einspritzvorgang durch die Einspritz pumpe 1 ist folgendermaßen: Durch die Kraft der Rol lenstößelfeder 6 bewegt sich der Pumpenstempel 5 nach unten und saugt über den Zulauf 10 Kraftstoff in den Pumpenraum 16 an. Der Kraftstoff kann auch durch den Hochdruckraum 11a und die Nebenleitung 11b in Richtung der Öffnung 12 fließen. Durch den niedrigen Druck in den Leitungsteilen 11a und 11b kann die Einspritzdüse jedoch noch nicht öffnen.

Zur Einleitung der Einspritzung von Kraftstoff schließt das Hauptsteuerventil 9 und der sich durch Einwirkung des Nockens nach oben bewegende Pumpenstem pel 5 verdichtet den Kraftstoff im Pumpenraum 16 und in dem Hochdruckraum 11a. Durch diesen hohen Druckauf bau öffnet die Einspritzdüse und es erfolgt die Ein spritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Ist das Hauptsteuerventil 9 oder das Zusatzsteuerventil 13 geöffnet, so wird der Kraftstoff durch den sich nach oben bewegenden Pumpenstempel 5 wieder durch den Zu lauf 10 aus der Einspritzpumpe 1 herausgepumpt.

Um die Voreinspritzung einer relativ kleinen Kraft stoffmenge zu erreichen wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie im folgenden be schrieben, das Hauptsteuerventil 9 vor der eigentli chen Einspritzung kurz geschlossen und anschließend gleich wieder geöffnet.

Fig. 2 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Einspritzverlauf, wobei bei der dort verwendeten Ein spritzpumpe lediglich ein Hauptsteuerventil und kein Zusatzsteuerventil vorgesehen ist. Die Kurven a bis c zeigen den Einspritzverlauf bei Leerlaufdrehzahl je weils über der Zeit t. Dabei wird das Hauptsteuerven til gemäß der Linie a zur Durchführung einer Vorein spritzung kurz mit einem Strom I bestromt, wobei der Hub s des Hauptsteuerventils in der Kurve b darge stellt ist. Das Hauptsteuerventil schließt dabei für eine kurze Zeit und wird zum Beenden der Voreinsprit zung gleich wieder geöffnet. Die Kurve c stellt den sehr unregelmäßigen Druck p an der Einspritzdüse dar.

In den Kurven d bis f ist der Einspritzverlauf mit derselben Einspritzpumpe wie in den Figuren a bis c bei Nenndrehzahl dargestellt. Dort wird, wie gemäß Kurve d dargestellt, für eine Voreinspritzung das Hauptsteuerventil für eine noch kürzere Zeit t be stromt, worauf es gemäß Kurve e kurz schließt, um eine Voreinspritzung darzustellen. Ein Öffnen des Haupt steuerventils beendet wie oben ausgeführt die Vorein spritzung. In diesem Fall ist allerdings, wie gemäß Kurve f ersichtlich, der Druck p an der Einspritzdüse und somit die Voreinspritzmenge zu groß.

Zur Durchführung der Haupteinspritzung wird in beiden Fällen das Hauptsteuerventil wiederum bestromt (Kurven a und d), gemäß der Kurven b und e schließt das Haupt steuerventil dann jeweils, um den Druck p an der Ein spritzdüse zu erhöhen und diese so zur Einspritzung von Kraftstoff zu öffnen, wie Kurve f zu entnehmen ist. Auch die Haupteinspritzung wird hierbei durch das Öffnen des Hauptsteuerventils beendet.

Fig. 3 stellt den Einspritzverlauf bei einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffein spritzsystem mit zwei Steuerventilen dar, wie z. B. der DE 37 22 265 A1. Gemäß der Kurven a und b ist das Hauptsteuerventil während der gesamten Einspritzung bestromt und somit geschlossen, wohingegen das Zusatz steuerventil zum Beenden der Voreinspritzung kurz be stromt und somit geöffnet wird, wie aus den Kurven c und d hervorgeht. Zur Durchführung der Haupteinsprit zung wird das Zusatzsteuerventil vom Strom getrennt und schließt somit wieder. Dieses Verfahren wird über den gesamten Drehzahlbereich in annähernd gleicher Art und Weise durchgeführt und führt bei hohen Drehzahlen zu sehr hohen, in der Kurve e dargestellten Drücken p an der Einspritzdüse und somit zu sehr hohen Vorein spritzmengen.

Fig. 4 zeigt ein einen Einspritzverlauf bei der oben beschriebenen Einspritzpumpe 1 im Leerlauf und im un teren Drehzahlbereich, welcher prinzipiell analog dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf ist. Allerdings kann durch Verkleinern des Durchgangsquerschnitts durch das Zusatzsteuerventil 13 eine Überentlastung des Hoch druckraumes vermieden und dadurch eine instabile Haupteinspritzung verhindert werden.

In Fig. 5 ist der Einspritzverlauf bei der oben be schriebenen Einspritzpumpe 1 im oberen Drehzahlbereich bis zur Nenndrehzahl beschrieben. Dabei wird für eine Voreinspritzung das Hauptsteuerventil 9 geschlossen. Zur Beendigung der Voreinspritzung wird das Hauptsteu erventil 9, wie in Kurve a dargestellt, vom Strom I getrennt und somit geöffnet und zur Haupteinspritzung bestromt und somit geschlossen. Während der Vorein spritzung wird in diesem Fall das Zusatzsteuerventil 13 geöffnet.

Durch das Schließen des Hauptsteuerventils 9 und das gleichzeitige Öffnen von Zusatzventil 13 während der Voreinspritzung kann die Ansteuerdauer des Hauptsteu erventils 9 verlängert werden, wodurch während der Voreinspritzung der Druckanstieg im Hochdruckraum, wie in Kurve e dargestellt, verringert werden kann, da ein Teil des Kraftstoffes in die Nebenleitung 11b zurück laufen kann.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzpumpe, mit einer Voreinsprit zung und einer Haupteinspritzung, wobei

1. 1.1.1 in der Einspritzpumpe ein Hochdruckraum (11a) ausgebildet ist,
2. 1.1.2 eine Leitung (11) mit einer Kraftstoffzu fuhrleitung (10) verbunden ist,
3. 1.1.3 eine Nebenleitung (11b) mit der Leitung (11) verbunden ist,
4. 1.1.4 ein Hauptsteuerventil (9) eine Verbindung der Leitung (11) mit dem Hochdruckraum (11a) herstellt oder unterbricht,
5. 1.1.5 ein Zusatzsteuerventil (13) mit einem ge genüber dem Durchgangsquerschnitt des Hauptsteuerventils (9) reduzierten Durch gangsquerschnitt ausgebildet ist und eine Verbindung der Nebenleitung (11b) mit dem Hochdruckraum (11a) herstellt oder unter bricht,
6. 1.1.6 in Abhängigkeit von der Steuerung des Hauptsteuerventils (9) und des Zusatzsteu erventils (13) im Hochdruckraum (11a) peri odisch ein Hochdruck zum Öffnen einer Ein spritzdüse und zum Einspritzen von Kraft stoff erzeugt wird,
7. 1.2.1 in einem unteren Drehzahlbereich der Brenn kraftmaschine das Hauptsteuerventil (9) und das Zusatzsteuerventil (13) zur Vorein spritzung geschlossen wird,
8. 1.2.2 im unteren Drehzahlbereich das Zusatzsteu erventil (13) bei weiterhin geschlossenem Hauptsteuerventil (9) zum Druckabbau in dem Hochdruckraum (11a) und zum Beenden der Voreinspritzung geöffnet wird,
9. 1.2.3 im unteren Drehzahlbereich das Zusatzsteu erventil (13) zur Haupteinspritzung ge schlossen wird,
10. 1.2.4 im unteren Drehzahlbereich das Hauptsteuer ventil (9) zum Druckabbau in dem Hochdruck raum (11a) und zum Beenden der Hauptein spritzung geöffnet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. 1.3.1 im oberen Drehzahlbereich das Hauptsteuer ventil (9) zur Voreinspritzung geschlossen wird,
2. 1.3.2 im oberen Drehzahlbereich während der Vor einspritzung das Zusatzsteuerventil (13) zur teilweisen Rückführung des Kraftstoffes und zur Verringerung des Druckanstieges im Hochdruckraum (11a) geöffnet wird,
3. 1.3.3 im oberen Drehzahlbereich das Hauptsteuer ventil (9) zum Druckabbau im Hochdruckraum (11a) und zum Beenden der Voreinspritzung geöffnet wird,
4. 1.3.4 im oberen Drehzahlbereich bei geschlossenem Zusatzsteuerventil (13) das Hauptsteuerven til (9) zur Hochdruckerzeugung für die Haupteinspritzung geschlossen wird,
5. 1.3.5 im oberen Drehzahlbereich das Hauptsteuer ventil (9) zum Druckabbau in dem Hochdruck raum (11a) und zum Beenden der Hauptein spritzung geöffnet wird.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck in dem Hochdruckraum (11a) der Ein spritzpumpe (1) durch einen Pumpenstempel (5) er zeugt wird.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen und das Öffnen des Hauptsteuerven tils (9) und des Zusatzsteuerventils (13) jeweils durch eine Bestromung von Schaltmagneten (14, 15) der Steuerventile (9, 13) gesteuert wird.