DE3700599A1 - Einspritzvorrichtung fuer kraftstoffe fuer dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe für Dieselmotoren, normalerweise bestehend aus einer vom Motor angetriebenen Einspritzpumpe und einem federbelasteten Düsenhalter der Einspritzdüse.

Bei diesen bekannten Anordnungen wird die Einspritzpumpe über einen entsprechenden Nocken des Motors angetrieben. Hierbei wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffes durch eine am Pumpenstempel befindliche einstellbare Schrägkante und eine im Pumpenelement selbst befindliche Überströmbohrung oder in anderen Fällen durch im Öffnungszeitpunkt regelbare Über­ strömventile beeinflußt.

Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß auf Grund der Kompressibilität des Kraftstoffes ein gewisser Förderhub bzw. Zeitraum benötigt wird, bis die Düsennadel bei einem für die Gemischbildung relativ niedrigen Druck öffnet.

Dieser Druck ist durch die konstruktiven Gegebenheiten sowie die erreichbaren Vorspannungen der Düsenhalterfedern begrenzt. Aus den gleichen Gründen, mit den ebenfalls gleichen Nachteilen, erfolgt das Schließen der Düsennadeln schleichend unter für die Gemischbildung ungünstigen Verhältnissen.

Durch den Antrieb des Einspritznockens direkt vom Motor ist der erreichbare Einspritzdruck von der Drehzahl des Motors abhängig und bedingt somit besonders bei niedrigen Drehzahlen niedrige Einspritzdrücke sowie damit zusammenhängende Gemischbildungsver­ hältnisse.

Ferner führen niedrige Belastungen des Motors, auf Grund der Kompressibilität des Kraftstoffes, mit über der Zeit relativ langsam ansteigenden Einspritzdruck bei kleinen Einspritzmengen ebenfalls zu niedrigen Drücken und ungenügenden Gemischbildungs­ verhältnissen.

Bei niedrigen Belastungen und hoher Drehzahl des Motors führt der auf Grund der Kompressibilität des Kraftstoffes über der Zeit relativ langsam ansteigende Druck im System ebenfalls bei kleinen Einspritzmengen zu niedrigen Drücken und damit ungenü­ genden Gemischbildungsverhältnissen.

Es ist bekannt, diesen negativen Eigenschaften dadurch entgegen­ zuwirken, daß bei voller Last und Drehzahl hohe Einspritzdrücke in Kauf genommen werden, um bei kleinen Lasten und Drehzahlen ausreichende Gemischbildungsverhältnisse zu erzielen. Hierdurch wird der Antrieb, der in vielen Fällen ebenfalls die Ventil­ steuerung betätigt, überlastet.

Es hat sich gezeigt, das hieraus unerwünschte Beanspruchungen resultieren, die durch nicht genügende Dimensionierung zum Aus­ fall des Motors bzw. der betroffenen Teile führen können.

Auf Grund der Zuverlässigkeit, Einfachheit und niedrigen Ge­ stehungskosten sind aber Einspritzsysteme dieser Art weit ver­ breitet.

Weiterhin sind Einspritzsysteme bekannt, bei denen über eine be­ sondere Hochdruckpumpe Kraftstoff in den Einspritzdüsen vorgela­ gerte Speicher gefördert wird. Hierbei wird die Einspritzmenge, der Einspritzbeginn und die Einspritzdauer durch von außen ge­ steuertes Öffnen und Schließen der Düsennadeln geregelt. Die Betätigung wird sowohl in mechanischer Art und Weise, beispiels­ weise über Kipphebel, Stoßstangen und entsprechende Steuervor­ richtungen, vorgenommen, wobei der Antrieb durch Nocken auf der Nockenwelle erfolgt als auch durch elektronische Ansteuerung von elektro-hydraulischen Betätigungsmechanismen durchgeführt wird.

Dieses Systeme haben den Vorteil, daß der Kraftstoff bei allen in Frage kommenden Lasten des Motors mit für die Gemischbildung optimalen Verhältnissen in den Zylinder eingebracht wird.

Die Nachteile eines mechanisch gesteuerten sogenannten Speicher­ systems bestehen in der Kompliziertheit des mechanischen An­ triebs der Düsennadelbetätigung und besonders des Regelmechanis­ mus. Dieser Tatbestand ist der Grund, daß sich diese Systeme trotz ihrer unbestreitbaren verbrennungstechnischen Vorteile nur in Einzelfällen durchgesetzt haben.

Die elektronisch-hydraulische Betätigung des Einspritzventils (Elektronisches Einspritzsystem) ist bisher auf Grund techni­ scher Schwierigkeiten im elektro-hydraulischen Teil, der hohen Drücke, die von den Förderpumpen zu überwinden sind, und den hohen Kosten der elektronischen Steuerung in keinem Fall zur Serienreife entwickelt worden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, Einspritzvorrichtungen der bekannten Art zu verbessern und auf eine einfache Art eine Vorrichtung zu schaffen, die eine praktische Lösung des Pro­ blems ermöglicht und im gesamten Betriebsbereich optimale Ge­ mischbildungsverhältnisse herstellt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die vom Nocken angetriebene Einspritzpumpe zweistufig ausgeführt wird, um beim eigentlichen Fördervorgang innerhalb kürzester Zeit sehr hohe Drücke von der Düse erzeugen zu können.

Weiterhin wird vorgeschlagen, den Federraum im Düsenhalter und das Hochdrucksystem in diesem über eine zweckentsprechende Bohrung oder Düse miteinander in Verbindung zu bringen, um eine den gewünschten Verhältnissen entsprechende optimale Öffnungs­ charakteristik der Düse zu erreichen.

Durch die genannten Maßnahmen soll ein konventionelles intermit­ tierendes Einspritzsystem in einer derartigen Weise in seiner Funktions verbessert werden, daß die Düsennadel unter optimalen Gemischbildungsverhältnissen öffnet und schließt.

Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Einspritzsystems liegen in der Tatsache, daß durch die Zweistufigkeit ohne Veränderung von Einspritznocken oder Vergrößerung der Pumpenzylinder die Einspritzraten erhöht und damit die Einspritzdauer zwecks Ver­ besserung des Motorwirkungsgrades verkürzt wird.

Dieser Gesichtspunkt ist besonders wichtig, weil die fortlaufen­ de Steigerung des Wirkungsgrades der Dieselmotoren über die Ver­ kürzung der Einspritzdauer zu ständig ansteigenden Belastungen von Nockenwellen, Ventiltrieb und Nockenwellenantrieb geführt hat, die bei vielen Motorkonstruktionen bereits echte Engpässe ergaben.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Anordnung eines hydraulisch- elektronisch steuerbaren Steuerblocks der angeführten Ausführung an zweckdienlicher Stelle zwischen Einspritzpumpe und Düse.

Hierdurch kann bei entsprechender Steuerung über die Motorsoll­ daten ein optimaler Einspritzzeitpunkt eingestellt werden und besonders bei niedrigen Motordrehzahlen der Druck vor dem Steuerblock derartig erhöht werden, daß die auf Grund der niedrigeren Nockenwellendrehzahlen zurückgehenden Einspritz­ drücke gleichsinnig mit der o. a. Zündzeitpunktverstellung kompensiert werden können.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß trotz der sehr hohen Ein­ spritzdrücke vor der Düse, die von den einzelnen Pumpenkolben zu überwindenden Druckdifferenzen in Größenordnungen liegen, die mit einfacher und herkömmlicher Technik darzustellen ist.

Zur Vervollkommnung der Anordnung wird vorgeschlagen, die erste Stufe der Einspritzpumpe ebenfalls regelbar zu gestalten, um über eine zweckentsprechende Wahl des Stufendruckverhältnisses die Verhältnisse vor der Düse optimal einstellen zu können.

Die Betätigung des eigentlichen Hochdruck-Pumpenkolbens über einen gesonderten und vom Nocken betätigten kleineren Stößel hat den Vorteil, daß der Antrieb der Pumpe wegen des erhöhten Druckes im gesagten Pumpenraum teilweise entlastet werden kann.

In der Zeichnung ist ein derartiges Einspritzsystem schematisch dargestellt.

Bei der dargestellten Anordnung wird der Kraftstoff über die Förderpumpe 2 aus dem Kraftstoffbehälter 1 in die Kraftstoff­ leitung 3 sowie in die erste Stufe der Einspritzpumpe 4 geför­ dert. Der vorkomprimierte Kraftstoff gelangt über ein Rück­ schlagventil und eine Überströmbohrung in die 2. Stufe der Ein­ spritzpumpe. In dieser wird dieser auf den Enddruck gebracht und vor den Steuerblock 5 gefördert. Das in diesem eingebaute und durch den Kolben 12 und Regler 11 gesteuerte Druckventil öffnet bei dem vom Rechner 6 vorgegebenen Druck, so daß der Kraftstoff vor die Düse 7 gelangen kann. Die Einspritzung wird nach Erreichen des Düsenöffnungsdruckes eingeleitet. Dieser ist wiederum abhängig von Federvorspannung und Druck im Federraum. Letzterer wird durch den Ruhedruck zwischen den Einspritzungen in der Druckleitung und die Abstimmung der Düse 8 und des Vo­ lumens des Federraumes zueinander bestimmt. Das Rückschlagven­ til sorgt dafür, daß zwischen den Einspritzpumpen immer in kürzester Frist ein Druckausgleich zwischen Federraum und Druck­ leitung stattfindet. Der Ruhedruck wird durch die Charakteristik des im Steuerblock ebenfalls eingebauten Rückströmventils 17 sowie dem nach der ersten Stufe der Einspritzpumpe 4 anstehenden und je nach Last und Drehzahl vom Regler 10 vorgegebenen Druck bestimmt.

In diesem Ausführungsbeispiel werden 1. Stufe der Einspritz­ pumpe 11 und Steuerkolben 12 des Steuerblocks 5 über den Regler 10 und 11 gesteuert, der über die Recheneinheit 6 mit Sollwert­ angaben des Motors versorgbar ist. Hierbei wird beispielsweise über diese die Drehzahl des Motors n _mot. , die Pumpenfüllung F, die Ladelufttemperatur t _ll , die Kühlwassertemperatur t _kw oder die Brennstofftemperatur t _Br. berücksichtigt.

Weiterhin zeigt das Ausführungsbeispiel die vom gleichen Nocken 13 angetriebene 1. Stufe der Einspritzpumpe 11 sowie die 2. Stufe 14 mit dem sie umgebenden und vollständig mit vorkompri­ miertem Kraftstoff angefüllten Raum 15, den abgestuften und in einer eigenen Führung laufenden und abgedichteten Stößel 16.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, daß der Pumpenkolben der zweiten Stufe 15 der Einspritzpumpe 4 den bereits vorkomprimier­ ten Kraftstoff kurzfristig auf ein hohes Druckniveau bringt, über den je nach Last und Drehzahl des Motors einzustellenden Steuerblock 5 im gewünschten Zeitpunkt vor die Düse fördert und bei auf Grund der Konstruktion des Düsenhalters optimalen Gemischbildungsverhältnisen in den Zylinder einspritzt.

Claims (7)

1. Einspritzvorrichtung für Kraftstoffe für Dieselmotoren be­ stehend aus einer vom Motor angetriebenen Einspritzpumpe, einem federbelasteten Einspritzventil sowie einem zwischen diesem und Pumpenkolben angeordneten Steuerblock, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe zweistufig ausgeführt ist und die zweite Stufe mittels der ersten Stufe vollständig unter Druck gesetzt wird.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum des Einspritzventils 2 und das in diesem be­ findliche Hochdrucksystem 3 über eine zweckentsprechende abge­ stimmte Bohrung oder Düse miteinander in Verbindung stehen.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Stufe 4 der Einspritzpumpe unabhängig von der zweiten Stufe 5 regelbar ausgeführt ist, so daß ein über einen Rechner 6 gesteuertes Regelorgan 7 die Druckwerte im Ein­ spritzsystem nach Sollwertangaben des Motors regelt.

4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochdruck- oder zweite Stufe 4 der Ein­ spritzpumpe 1 über einen getrennt abgedichteten und in einer eigenen Führung laufenden Kolben 8 betätigt wird.

5. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 8 entsprechend der auftretenden Belastung kleiner dimensioniert ist und somit eine Teilent­ lastung des Pumpenantriebes bewirkt.

6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuerblock 9 ein über einen hy­ draulisch belasteten und regelbaren zusätzlichen Kolben 10 in seinem Öffnungsdruck verstellbares Rückschlagventil anstelle des normalerweise verwendeten Druckventiles enthält.

7. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der auf dem zusätzlichen Kolben 10 stehende Druck entsprechend den Sollwertangaben des Motors über einen Rechner 11 verstellt werden kann.