CH632319A5

CH632319A5 - Kraftstoffeinspritzanlage fuer dieselmotoren.

Info

Publication number: CH632319A5
Application number: CH830578A
Authority: CH
Inventors: Richard Steigenberger; Dieter Hirt
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1982-09-30
Also published as: NL7807998A; FR2399550A1; DE2735448A1; JPS5428930A; BE869341A; DK347178A; SE7808300L; FI782373A; DD137611A1; NO782661L; GB2002059A; IT7850584A0; GB2002059B

Description

io Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für Dieselmotoren mit mindestens einem elektromagnetisch betätigten Einspritzventil.

Der Realisierung einer elektronisch steuerbaren Kraftstoffeinspritzanlage für Dieselmotoren stehen insbesondere bei 15 schnellaufenden LKW-Motoren erhebliche Schwierigkeiten im Wege. Dies liegt daran, dass sich die bisher gebräuchliche Auslegung mit Pumpe und Düse für getrennte unabhängige Steuerung von Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt nicht eignet.

Versuche mit anderen Systemen, wie z.B., mit konstantem 20 Kraftstoffdruck und gesteuerten Ventilöffnungszeiten haben gezeigt, dass die für Leerlauf erforderlichen geringen Einspritzmengen nur mit extrem kurzen Einspritzzeiten erreichbar sind, die sich aber mit elektronischen und servohydraulischen Steuerventilen nicht ausreichend reproduzierbar realisieren lassen. 25 Eingehende Untersuchungen und Versuche haben gezeigt, dass dieses Problem dadurch gelöst werden kann, dass die Einspritzmenge nicht mehr von der Öffnungszeit des Einspritzventils, sondern von einer volumetrischen Dosierung bestimmt wird. Dementsprechend ist die erfindungsgemässe Anlage dadurch 30 gekennzeichnet, dass sie Mittel zur volumetrischen Bemessung der Einspritzmenge aufweist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel eingerichtet, die volumetrische Bemessung der Einspritzmenge mittels eines Dosierspeichers durchzuführen in 35 welchem die einzuspritzende Kraftstoffmenge druckabhängig der Düse vorgelagert wird. Der Speicher kann nach einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Federdruckspeicher oder auch als hydropneumatischer Speicher ausgeführt sein. Die Ladung dieses Speichers erfolgt in den ausreichend 40 langen Pausen zwischen den Einspritzungen, über einen drehzahlsynchron und phasenstarr angetriebenen Verteiler.

Der Kolben des Dosierspeichers wird vorteilhafterweise so ausgeführt, dass er zusätzlich die Funktion eines Absperrventils zur Ausflussbegrenzung übernimmt. Damit wird erreicht, dass 45 die Kraftstoffdruckleitung zwischen Verteiler und Dosierspeicher am Ende des Einspritzvorganges nicht ganz drucklos wird und sich entleert, und dass sich der Einspritzvorgang nach Austritt der vorgelagerten Menge selbsttätig abrupt beendet.

Der wesentliche steuerungstechnische Vorteil der erfin-50 dungsgemässen Kraftstoffeinspritzanlage besteht darin, dass der Hubmagnet nur kurzzeitig zur Einleitung einer Öffnungsbewegung der Einspritznadel angesteuert werden muss und die Dauer seiner Erregung nicht mehr bestimmend ist für die eingespritzte Menge. Diese Tatsache erlaubt es ohne teure elektrohy-55 draulische Servoventile auszukommen, da für die Realisierung dieser Funktion einfachere Hubmagnete ausreichen.

Zur Erzeugung des Einspritzdruckes ist dem Verteiler vorzugsweise eine druckgeregelte Kraftstoffpumpe vorgeschaltet. Diese Pumpe ist vorteilhafterweise als verstellbare Axialkolben-60 pumpe ausgeführt, deren Druckregler vom Fahrpedal aus gesteuert wird. Der Druckregler passt die Fördermenge der Pumpe automatisch so dem Bedarf an, dass der durch die Pedalstellung vorgegebene Druck konstant gehalten wird. Diese Art der Druckregelung, bei der nur soviel gefördert wird als nötig ist, 65 reduziert die Antriebsenergie der Kraftstoffpumpe auf das gerade nötige Mass. Um periodische Schwankungen der Fördermengen und Drücke zu dämpfen, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein hydropneumatischer Spei-

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cher zwischen Kraftstoffpumpe und Verteiler angeschlossen. Eine Elektronikschaltung sorgt abhängig von Kurbelwinkelimpulsen und Fahrpedalstellung für einen phasenstarren motorsynchronen Verteilerantrieb und für Drehzahl und lastabhängigen Einspritzbeginn, durch entsprechende Steuerung des Nadelventils-Hubmagneten. Anstelle eines Antriebes des Verteilers mittels elektrischem Schrittmotor kann dieser z.B. auch direkt mechanisch vom Dieselmotor angetrieben werden, ohne dass dies die elektronische Steuerbarkeit des Einspritzsystems beeinflussen würde. Als besonderer Vorteil des Verteilersystems ist noch anzuführen, dass es gegenüber anderen Systemen mit konstantem Einspritzdruck eine höhere Betriebssicherheit aufweist, was sich durch die zeitliche Trennung von Förderung und Einspritzung ergibt.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Nadelventil und der Dosierspeicher zu einer Einheit zusammengefasst. Dabei ergibt sich als besonderer Vorteil, dass die einzuspritzende Kraftstoffmenge unmittelbar an der Spitze des Nadelventils vorgelagert werden kann, was eine rasche Beendigung des Einspritzvorganges ohne Nachspritzen sicherstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage nach der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig. 2 einen mit dem Einspritzventil zu einer Baueinheit zusammengefassten Dosierspeicher,

Fig. 3 eine Alternativausführung der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage.

Die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage für einen vierzylindrigen Dieselmotor, der nicht dargestellt ist, weist eine druckgeregelte Kraftstoffpumpe 1 auf, die mit einem Druckregler 2 gekoppelt ist, der von einem Fahrpedal 3 aus gesteuert wird. Die Kraftstoffpumpe 1 wird von dem Dieselmotor angetrieben und ist zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank 4 mit einem Kraftstoffverteiler 5 verbunden, der von einem Schrittmotor 6 angetrieben wird. Zwischen Verteiler 5 und Kraftstoffpumpe 1 ist ein Dämpfungsspeicher 20 geschaltet. Der Verteiler 5 verteilt im Betrieb die von der Kraftstoffpumpe 1 geförderte Menge in zeitlich definierten Abständen auf 4 Kraftstoffleitungen 7, von denen nur eine dargestellt ist. Jede Kraftstoffleitung 7 führt zu jeweils einem Dosierspeicher 8, der ein Gehäuse 9 aufweist, in dem ein Speicherkolben 10 und eine ' auf den Speicherkolben 10 in Schliessrichtung wirkende Druckfeder 11 untergebracht sind. Der Hubweg des Kolbens 10 wird durch einen mechanisch verstellbaren Anschlag 12 begrenzt. Jeweils eine weitere Kraftstoffleitung 13 führt von jedem Dosierspeicher 8 zu jeweils einem elektromagnetisch betätigten Einspritzventil 14, das dem entsprechenden Zylinder des Dieselmotors zugeordnet ist. Für jeden Zylinder des Dieselmotors sind also jeweils eine Kraftstoffleitung 7, ein Dosierspeicher 8, eine Kraftstoffleitung 13 und ein Einspritzventil 14 vorgesehen. Jedes Einspritzventil 14 hat ein Gehäuse 15, in dem eine axial bewegliche Düsennadel 16, eine auf die Düsennadel 16 in Schliessrichtung wirkende Feder 17 und ein Magnet 18 untergebracht sind, der mit der Düsennadel 16 verbunden ist. Durch Erregen des Magneten 18 wird die Düsennadel 16 entgegen der Wirkung der Schliessfeder 17 angehoben, um die strahlenförmig angeordneten Ausströmöffnungen des Ventils freizugeben, so dass Kraftstoff in den Brennraum des entsprechenden Zylinders einströmen kann. Der Hubmagnet 18 und der Schrittmotor 6 werden von einer Elektronikeinrichtung 19 gesteuert, in die Parameter wie Temperatur A des Motors, Kurbelwinkelstellung B und Fahrpedalstellung C eingegeben werden.

In Fig. 2 ist das Einspritzventil 25 mit dem Speicher zu einer

Baueinheit zusammengefasst. Mit dem Bezugszeichen 26 ist die Düsennadel des Einspritzventils 25 bezeichnet. Mit der Bezugsziffer 21 ist der Speicherraum und mit der Bezugsziffer 22 die Speicherfeder bezeichnet. Der Hubmagnet trägt das Bezugszei-5 chen 23, und ein in die Kraftstoffzufuhrleitung eingebauter Filter ist mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet.

Das Einspritzventil 25 ersetzt jeweils ein Einspritzventil 14, eine Kraftstoffleitung 13 und einen Dosierspeicher 8 bei Anwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzsy-io stem.

In der in Fig. 3 dargestellten alternativen Kraftstoffeinspritzanlage für einen Vierzylindermotor werden statt Federspeicher hydraulische Dosierspeicher 30 verwendet. Jeder Speicher 30 besteht aus einem Zylinder 31, in dem ein axial bewegli-ls eher Kolben 32 angeordnet ist. Jeder Kolben 32 unterteilt den Innenraum des zugehörigen Zylinders 31 in zwei Teilräume 33 und 34, von denen der Teilraum 33 Hydraulikflüssigkeit aufnimmt und der Teilraum 34 zum Speichern von einzuspritzendem Kraftstoff dient. Jeder Teilraum 34 ist über jeweils eine 20 Kraftstoffleitung 35, in der ein Rückschlagventil 36 angeordnet ist, mit einer Brennstoffpumpe 37 konventioneller Bauart für einen Sechszylindermotor verbunden. Von jeder Kraftstoffleitung 35 zweigt eine weitere Kraftstoffleitung 38 ab, die zu jeweils einem von vier elektromagnetisch betätigten Einspritzven-25 tilen 39 führt. Die Einspritzventile 39 sind mit den Einspritzventilen 14 des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems identisch; es wird daher auf eine Beschreibung der Einspritzventile 39 verzichtet.

Jeder Teilraum 33 des jeweiligen Speicherzylinders 31 ist 30 über eine Leitung 40 mit einem Hydraulikspeicher 41 konventioneller Bauart verbunden. Eine weitere Hydraulikleitung 42 verbindet den Hydraulikspeicher 41 mit der Brennstoffpumpe 37. Die Leitung 42 hat zwei Äste, von denen jeder an die Brennstoffpumpe 37 angeschlossen ist. In jedem Ast der Lei-35 tung 42 befindet sich ein Rückschlagventil 43, das mit den Rückschlagventilen 36 identisch ist. Eine Rücklaufleitung 44 verbindet den Hydraulikspeicher 41 mit einem Kraftstofftank 45, der durch eine Kraftstoff lei tung 46 mit der Brennstoff pumpe 37 verbunden ist.

40 In der Rücklaufleitung 44 ist ein regelbares Druckhalteventil 47 konventioneller Bauart angeordnet, das von einem elektronischen Rechner 48 gesteuert wird. Der Rechner 48 steuert auch den Hubmagneten von jedem Einspritzventil 39, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem. Das Volu-45 men des Hydraulikspeichers ist wesentlich grösser als das Speichervolumen der Dosierspeicher 30.

Die Brennstoffpumpe 37 wird vom Motor angetrieben und ist mit dem Fahrpedal 49 verbunden.

Im Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Kraftstoffeinspritzanlage 50 fördert die Brennstoffpumpe 37 Kraftstoff aus dem Tank 45 intermittierend in jeweils einen Teilraum 34 des zugehörigen Dosierspeichers 30 und in den Hydraulikspeicher 41, wobei die lastabhängige Fördermenge durch die Stellung des Fahrpedals 49 bemessen wird. Die verschiedenen Stellungen bzw. Bewe-55 gungen des Speicherkolbens sind in Fig. 3 angezeigt und bedeuten von links nach rechts «Nullage», «Speichern», «Einspritzen» und wieder «Nullage». Die dem Teilraum 33 zugekehrte Seite des jeweiligen Speicherkolbens 32 wird mit Druck beaufschlagt, der in dem Hydraulikspeicher 41 erzeugt, vom Rechner 60 48 in Abhängigkeit vom jeweiligen Last- und Motorzustand ermittelt und mittels des Druckhalteventils 47 geregelt wird. Dieser Druck entspricht dem Einspritzdruck des Kraftstoffes.

Der Einspritzdruck bleibt während des Einspritzvorganges nahezu konstant, weil die Volumenänderung im Dosierspeicher 65 im Verhältnis zum Volumen des Hydraulikspeichers 41 gering ist.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

632 319 PATENTANSPRÜCHE

1. Kraftstoffeinspritzanlage für Dieselmotoren mit mindestens einem elektromagnetisch betätigten, als Nadelventil ausgeführten Einspritzventil, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (8 ; 30) zur volumetrischen Bemessung der Einspritzmenge aufweist.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eingerichtet sind, die volumetri-sche Bemessung abhängig vom Kraftstoffeinspritzdruck durchzuführen.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie extern verstellbare mechanische Anschläge (12) zur Begrenzung der volumetrischen Bemessung aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur volumetrischen Bemessung der Einspritzmenge einen Dosierspeicher (8; 30) pro Nadelventil aufweisen.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dosierspeicher (8) zunächst beim zugehörigen Nadelventil (14) angeordnet ist.

6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben des Dosierspeichers gleichzeitig als Ventil zur Ausflussbegrenzung dient.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dosierspeicher und das zugehörige Einspritzventil zu einer Einheit zusammengefasst sind, in welcher der Dosierspeicher (21,22) die Düsennadel (26) konzentrisch umschliesst (Fig. 2).

7, dadurch gekennzeichnet, dass sie dafür eingerichtet ist, die Ladung des Dosierspeichers zeitunkritisch in den Pausen zwischen den Einspritzungen durchzuführen.

7. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 4 bis

8. Kraftstoff einspritzanlage nach einem der Ansprüche 4 bis

9. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ladung des Dosierspeichers oder allfällig mehrerer Dosierspeicher, ein vom Verbrennungsmotor mechanisch angetriebener Verteiler (5) vorhanden ist.

10. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie dafür eingerichtet ist, die Ladung des Speichers während der Einspritzpausen durch ein in der Fördermenge steuerbares Einspritzpumpenelement (37) durchführen zu lassen.

11. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ladung des Dosierspeichers, oder allfällig mehrerer Dosierspeicher, ein Verteiler (5) vorgesehen ist, der über einen elektronisch gesteuerten Schrittmotor (6) phasenstarr und synchron zur Motordrehzahl antreibbar ist.

12. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein-spritz-Nadelventil so bemessen ist, dass das Ventil durch kurzzeitige Ansteuerung eines Hubmagneten in einen hydraulisch unterstützten Öffnungsvorgang gebracht werden kann, in dem es auch nach Entregung des Hubmagneten bis zur Beendigung des Einspritzvorganges verbleibt, wobei es danach durch Wegfall des hydraulischen Öffnungsdruckes unter Wirksamwerden einer Federkraft in die Schliessstellung zurückkehrt.

13. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des erforderlichen Einspritzdruckes eine Kraftstoffpumpe (1) mit regelbarer Fördermenge vorgesehen ist.

14. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Fördermenge ein Druckregler (2) vorgesehen ist, dessen Einstellung mit dem Fahrpedal (3) gekoppelt ist.

15. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 13 oder 14 mit einer Förderpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderpumpe ein Hydraulikspeicher (20) zur Dämpfung von Förderschwankungen und Druckpulsationen nachgeschaltet ist.

16. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die elektrische Ansteuerung der Nadelventile und/oder des Verteilerantriebes eine Elektronikeinrichtung vorhanden ist, welche eine automatische Ver-5 Schiebung des Öffnungszeitpunktes jedes Nadelventils, abhängig von verschiedenen Parametern, z.B. Motordrehzahl, Fahrpedalstellung und Betriebstemperatur bewirkt.