CH674243A5 - - Google Patents

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CH674243A5
CH674243A5 CH2598/87A CH259887A CH674243A5 CH 674243 A5 CH674243 A5 CH 674243A5 CH 2598/87 A CH2598/87 A CH 2598/87A CH 259887 A CH259887 A CH 259887A CH 674243 A5 CH674243 A5 CH 674243A5
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CH
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fuel
pump
pressure
injection system
piston
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Application number
CH2598/87A
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English (en)
Inventor
Christian Mathis
Original Assignee
Dereco Dieselmotoren Forschung
Iveco Fiat
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Publication date
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Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei den beispielsweise aus der DE-OS 32 27 742 und der EP-OS 0 149 598 bekannten Einspritzanlagen dieser Art ist der Druckspeicher über einen Ringraum und eine Drossel mit einem Kanal in jedem Einspritzelement dauernd verbunden, wobei jedes Einspritzelement ein für jeden Einspritzvorgang betätigbares Magnetventil aufweist, das bei seiner Betätigung den genannten
Kanal mit einer Kraftstoffrücklaufleitung verbindet und dadurch eine die Einspritzöffnung verschliessende Düsennadel entlastet und den Austritt von Kraftstoff aus einem der Einspritzöffnung unmittelbar vorgelagerten Druckraum freigibt. Zur Förderung des 5 Kraftstoffes und um diesen im Druckspeicher auf den gewünschten Druck zu bringen wird eine Hochdruckhydraulikpumpe verwendet, welche von der Motorwelle über ein Getriebe angetrieben ist. Die Dimensionierung dieser Pumpe richtet sich nach dem minimalen erforderlichen Druck bei tieferen Motordrehzahlen io und grösster erforderlicher Einspritzmenge sowie nach einer minimal notwendigen Druckänderungsgeschwindigkeit.
Die Daten dieser Pumpen müssen somit genau auf die Erfordernisse des jeweiligen Motors abgestimmt sein, was für den Hersteller den Nachteil nach sich zieht, dass er für verschiedene Lei-i5 stungsversionen einer Motorenkonstruktion auch verschiedene Pumpenlypen benötigt, wenn er nicht auf bestmögliche Verbrauchs- und Emissionswerte verzichten will. Diese Bereitstellung und Lagerhaltung einer praktisch der Anzahl Leistungsversionen einer Motorkonstruktion entsprechenden Anzahl unterschiedli-20 eher Pumpenversionen wirkt sich natürlich verteuernd auf das Endprodukt aus.
Es kommt als weiterer Nachteil der bisher bekannten Anordnungen dazu dass, da ja die Fördermenge der Hochdruckpumpe konstant und auf die maximal erforderlichen Werte abgestimmt 25 ist, in den meisten Betriebsbereichen des Motors die geforderte Kraftstoffmenge den effektiven Verbrauch bei weitem übersteigt, sodass ein erheblicher Anteil des von der Pumpe geforderten Kraftstoffs ungenützt über ein Druckregelventil in den Kraftstofftank zurückgeführt werden muss. Durch den Energieverlust, u. a. 3o durch das Druckregelventil, erhöht diese Rückführung den Gesamtverbrauch des Motors oder mindestens die von diesem abgegebene Leistung.
Dabei wird, als zusätzlicher Nachteil bei fast leerem Kraftstofftank der in diesem befindliche Kraftstoffrest unzulässig aufge-35 heizt was unter Umständen den Einbau eines zusätzlichen, die Gestehungskosten, gegebenenfalls auch den Kraftstoffverbrauch weitererhöhenden Kühlers erforderlich macht.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Kraftstoffeinspiitzanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 so zu verbessern, dass die geschilderten Nachteile bekannter Ausführungen vermieden werden, insbesondere das Erfordernis der Lagerhaltung einer grossen Zahl verschiedener Pumpengrössen für das Hochdrucksystem verschiedener Motortypen und der durch die Förderung überschüssiger Kraftstoffmengen im norma-« len Betrieb verursachte zusätzliche Kraftstoffverbrauch.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben.
Bei der erfmdungsgemässen Ausbildung wird bei allen Betriebszuständen auch bei unveränderter Drehzahl der Pumpe 5o nur die für die Verbrennung und die Ansteuerung der Einspritzventile und des Motors benötigte Kraftstoffmenge gefördert bzw. unter Hochdruck gesetzt. Dadurch verringert sich gegenüber bekannten Ausfuhrungen mit Pumpen mit konstanter Förderleistung die hierfür erforderliche Antriebsleistung weil in den ver-55 gleichsweise zeitlich längeren Betriebszuständen im Teillastbereich eine geringere Kraftstoffmenge unter Druck gesetzt werden muss. Der Wegfall der Rückzirkulation von zuviel gefördertem Kraftstoff in den Tank ergibt eine Kraftstoffeinsparung von etwa 4% bei Höchstleistung und mehr im normalen Teillastbetrieb bo gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Ausführungen.
Da ausserdem das Druckniveau im Druckspeicher durch Regeln der Drossel, d.h. der von der regelbaren Drossel freigegebenen Öffnung in der saugseitigen Leitung zur Pumpe und damit durch variieren der Pumpenfüllung geregelt wird und nicht über 65 die Dimensionierung der Pumpe, kann bereits mit wenigen Pumpentypen die ganze Motorenpalette eines Herstellers abgedeckt werden. Schliesslich ist noch hervorzuheben, dass die erfmdungs-gemäss ausgebildete Einspritzanlage sehr rasch auf Befehle rea-
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giert, z. B. dass sich beim vollen Öffnen der Drossel der Druck im Druckspeicher sehr schnell erhöht, was z. B. für Beschleunigungsvorgänge sehr vorteilhaft ist. Endlich ergibt die erfindungsge-mässe Anordnung auch kostensenkende konstruktive Vereinfachungen.
Beispielsweise kann das bisher erforderliche Druckregelventil in der Kraftstoffrücklaufleitung in den Tank ganz entfallen oder jedenfalls konstruktiv einfacher gestaltet werden, z. B. als reines Sicherheitsventil bei anfälligem Versagen anderer Komponenten. Zwar sind aus verschiedenen Anwendungsbereichen der Technik bereits Hydraulikpumpen mit variabler Fördermenge bekannt.
Hierbei handelt es sich aber in der Regel um Schrägscheiben oder Taumelscheibenpumpen die für die Förderung von Medien geringer Zähigkeit und dann noch für die geforderten hohen Drücke nicht einsetzbar sind.
Besonders vorteilhafte Ausfuhrungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Schema einer Kraftstoffeinspritzanlage in einem hochtourigen, mehrzylindrigen Dieselmotor,
Fig. 2 im Schnitt eine Ausfuhrungsform einer Kraftstoffpumpe mit saugseitig vorgeschaltet eingebauter verstellbarer Drossel und Vorförderpumpe
Fig. 3 und 3a im Axialschnitt bzw. Querschnitt eine zweite Ausführungsform, und
Fig. 4 eine teilweise schematische Darstellung einer weiteren Ausfuhrungsform mit mechanischer Regelung der verstellbaren Drossel, z. B. über den Gashebelzug eines Fahrzeugs. In der schematischen Darstellung der Fig. 1 bezeichnet 1 allgemein einen mehrzylindrigen Dieselmotor, dessen jedem Zylinder zugeordnete Einspritzelemente 2, von denen hier beispielsweise drei gezeigt sind, aus einem Kraftstofftank 3 mit Kraftstoff versorgt werden. Der Kraftstoff aus dem Tank 3 wird durch eine Hochdruckkolbenpumpe 4 über eine Druckleitung 5 in einen Druckspeicher 6 sowie in eine Zuleitung 7 zu den Einspritzelementen 2 gefördert. Die einzelnen Einspritzelemente 2 werden über elektrische Leitungen 8 von einem elektronischen Steuergerät 9 angesteuert, das von einer Batterie 11 gespiesen ist und das Form und Dauer des jeweiligen Einspritzsignals aufgrund der Signale eines Positionsund Drehzahlgebers 10 und anderer Informationen erzeugt. Von den Einspritzelementen 2 fuhrt eine Kraftstoffleitung 12 zurück in den Kraftstofftank 3. Zwischen die Druckleitung 5 und die Kraftstoffleitung 12 ist ein konstruktiv wenig aufwendiges Sicherheitsventil 13 geschaltet, das erst bei einem unter Normalbetriebsbedingungen nicht auftretenden Druck öffnet und dadurch den Druck im System auf einen einstellbaren Wert begrenzt. Unter normalen Betriebsbedinungen erfolgt somit kein Rückfluss von Kraftstoff von den Einspritzelementen 2 über die Leitung 12 und durch das Ventil 13 in den Tank 3.
Diese kraftstoffsparende Lösung wird durch die nachfolgend beschriebenen konstruktiven Massnahmen erreicht.
Vom Kraftstofftank 3 wird der Kraftstoff zunächst durch eine Ansaugleitung 15 und durch einen Filter 14 von einer Vorförderpumpe 16 angesogen und auf einen von einem Niederdruckregelventil 17 begrenzten Druck gebracht. Von dort wird die Kraftstoffmenge über eine verstellbare Drossel 18 - und ein Rückschlagventil 19 vom Hochdruckkolben der Pumpe 4 bei dessen Saughub angesogen und beim folgenden Förderhub dann über ein weiteres Rückschlagventil 20 in der Druckleitung 5 in den Druckspeicher 6 gepresst. Angetrieben wird die Hochdruckkolbenpumpe 4 von der Motorwelle 21 über ein Getriebe 22. Mit diesem Getriebe 22 wird das notwendige Drehzahlverhältnis zwischen der Motorwelle 21 und der Welle 23 der Hochdruckkolbenpumpe 4 eingestellt. Im elektronischen Steuergerät 9 wird über auf den jeweiligen Motortyp abgestimmte Kennfelder ein von der momentanen Drehzahl und von der Stellung des Fahrpedals 24 und anderen Parametern abhängiger Druckwert vorgegeben und mit dem Ist-Druckwert verglichen. Dieser Ist-Wert wird von einem Drucksensor 25 gemessen, der hier in die Zuleitung 7 zu den Einspritzelementen geschaltet ist. Je nach der Differenz zwischen dem vorgegebenen Soll-Druckwert wird über eine das Steu-5 ergerät 9 mit der der Hochdruckkolbenpumpe 4 vorgeschalteten, verstellbaren Drossel 18 verbundenen Steuerleitung 26 die Drossel 18 verstellt bis die Druckdifferenz verschwindet.
Durch diese einfachen erfindungsgemässen Massnahmen, insbesondere durch die beschriebene Schaltung der verstellbaren io Drossel 18 in die Ansaugleitung der Hochdruckkolbenpumpe 4 wird erreicht, dass die Hochdruckkolbenpumpe 4 stets nur die gerade zum Betrieb des Motors benötigte Kraftstoffmenge fördert und unter Hochdruck setzt. Den Einspritzelementen 2 wird dabei, im Gegensatz zu den bisher bekannten Systemen, immer 15 der optimale Einspritzdruck zur Verfügung gestellt ohne dass die Pumpe überflüssigen und daher in den Tank zurückzuführenden Kraftstoff auf hohen Druck bringen muss. Der Wegfall einer Rückführung von zuviel gefördertem Kraftstoff in den Tank dank der Regulierung der benötigten Kraftstoffmenge durch eine der 20 Hochdruckkolbenpumpe 4 vorgeschaltete, rasch reagierende verstellbare Drossel hat zudem den weiteren erwünschten Effekt,
dass bei einer plötzlichen erheblichen Änderung der Stellung des Fahrpedals 24, wie sie beispielsweise bei der Einleitung eines Überholvorganges erfolgt, die verstellbare Drossel 18 unverzüg-25 lieh voll geöffnet wird, sodass die Pumpe 4 sofort die volle mögliche Kraftstoffmenge fördert. Da diese kurzzeitig die verbrauchte Menge übersteigt, erhöht sich der Druck im Druckspeicher 6 ebenfalls sehr schnell. Die Fig. 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung bei der die Hochdruckkolbenpumpe und die ihr vor-3o und nachgeschalteten Elemente zu einem kompakten Bauteil 27 zusammengebaut sind. Insbesondere umfasst das Bauteil 27 neben einer Hochdruckkolbenpumpe mit einem Kolben, wie ersichtlich, die in Fig. 1 mit 16 bezeichnete Vorförderpumpe, die der Hochdruckkolbenpumpe vorgeschaltete verstellbare Drossel 35 18 sowie die beiden Rückschlagventile 19 und 20 und das Niederdruckregelventil 17.
Die in Lagern 28 im Gehäuse 29 des Bauteils 27 gelagerte Antriebswelle 23 entspricht der Pumpenwelle 23 in der Darstellung der Fig. 1. Sie treibt zunächst die Vorförderpumpe 16, die 40 den von ihr aus dem Kraftstofftank in den Kanal 30 geförderten Kraftstoff auf den am Niederdruckregelventil 17 eingestellten Druck bringt. Vom Kanal 30 führt ein weiterer Kanal 31 den Kraftstoff durch die hier nicht ganz geöffnet dargestellte verstellbare Drossel 18 in den Ansaugkanal 32 der Hochdruckkolben-45 pumpe 4. Diese ist hier durch einen in einem Zylinder 33 gleitend angeordneten Kolben 34 gebildet, der von einer Druckfeder 35 an eine auf der Welle 23 sitzenden Exzenterscheibe 36 gedrückt von dieser hin- und herbewegt wird. Bei jedem Abwärtshub (in Fig. 2 gesehen) saugt der Kolben 34 die im Ansaugkanal 32 zur Verfu-5o gung stehende Kraftstoffmenge durch das Rückschlagventil 19 an und presst sie beim nachfolgenden Aufwärtshub, da das Rückschlagventil 19 schliesst, durch das sich öffnende Rückschlagventil 20 in die zum Druckspeicher 6 fuhrende Druckleitung 5.
Während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 pro Umdre-55 hung der Welle 23 ein Hub des Kolbens 34 der Hochdruckkolbenpumpe 4 erfolgt, wobei die auf die Anzahl Zylinder des Motors 1 abgestimmte Anzahl Hübe pro Umdrehung der Motorwelle 21 durch das Getriebe 22 bestimmt ist, tritt im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 3a anstelle eines Getriebes 22 60 und der Exzenterscheibe 36 (Fig. 2) eine als Nockenwelle 37 ausgebildete Pumpenwelle mit einer der Zylinderzahl des Motors angepassten Anzahl, im dargestellten Beispiel vier Nocken 38.
Eine auf den Nocken 38 abrollende Tastwalze 39 erzeugt die Hubbewegungen des einzigen Hochdruckkolbens 34. Mit 28 sind es wiederum die Lager bezeichnet, welche die Nockenwelle 37 im Gehäuse 29 lagern. Anders als im Beispiel der Fig. 2 sind bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 3a die Vorförderpumpe 16 und das Niederdruckregelventil 17 nicht in das Bauteil mit der Hoch
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druckkolbenpumpe 4 integriert sondern als externe Bauteile vorgesehen, wobei rein beispielsweise hier die Vorförderpumpe 16 elektrisch angetrieben ist. Dagegen sind auch beim Beispiel der Hg. 3 und 3a die verstellbare Drossel 18 und die beiden Rückschlagventile 19 und 20 am Einlass bzw. Auslass der Pumpe 4 in das Gehäuse 29 integriert.
In Hg. 4 ist schematisch eine konstruktiv besonders einfache Ausführung dargestellt bei welcher die Verstellung der verstellbaren Drossel 18 in der Ansaugleitung zur Hochdruckkolbenpumpe mechanisch erfolgt. Hierbei gibt die Lage eines in Richtung X beweglichen Reglerhebels 40 den Sollwert für einen Druck dar. Über diesen Hebel 40 kann, in der aus der Hg. 4 ersichtlichen
Weise die Öffnungslage der verstellbaren Drossel 18 mechanisch so lange verändert werden, bis der Solldruck im Druckspeicher erreicht ist.
Diese Lage des Reglerhebels wird zweckmässig vom elektro-5 nischen Steuergerät der Brennkraftmaschine vorgegeben, sie könnte aber auch direkt vom Fahrpedal aus gesteuert werden.
Bei dieser Variante könnte das Druckkennfeld entfallen und die Einspritzelemente 2 würden dann in Abhängigkeit von Druck und Drehzahl von einem gegenüber dem vorhergehenden Bei-io spielen stark vereinfachten elektronischen Steuergerät 9 angesteuert.
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2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

674 243 PATENTANSPRÜCHE
1. KraftstofFeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit von einem elektronischen Steuergerät angesteuerten Einspritzelementen für jeden Zylinder und mit einem den Einspritzelementen vorgelagerten, gemeinsamen, durch eine kontinuierlich fordernde Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Last gesteuert beaufschlagten Kraftstoff-Druckspeicher, aus welchem die Einspritzelemente gespiesen werden, dadurch gekennzeichnet, dass ansaugseitig der Kraftstoffpumpe (4) eine verstellbare Drossel (18) angeordnet ist, durch welche die von der Kraftstoffpumpe (4) geforderte Kraftstoffmenge dosierbar ist, und dass die Drossel (18) durch bedie-nungsbeeinflusste Befehle vom elektronischen Gerät (9) oder/ und mechanisch so verstellbar ist, dass die Kraftstoffpumpe (4) nur die gerade benötigte Kraftstoffmenge erhält.
2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe eine Hochdruckkolbenpumpe (4) ist, und dass diese mit der verstellbaren Drossel (18), einer auf der gleichen Pumpenwelle (23) laufenden Vorförder-pumpe (16) und einem dieser zugeordneten Niederdruckventil
(17) sowie mit je einem zwischen der verstellbaren Drossel (18) und der Hochdruckpumpe (4) einerseits und druckseitig der Hochdruckpumpe (4) anderseits geschalteten Rückschlagventil (19 bzw. 20) ein in einem Gehäuse (27) untergebrachtes, geschlossenes Bauteil (27) bildet (Fig. 2).
3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) der Hochdruckkolbenpumpe (4) durch einen auf der über ein Getriebe (22) von der Motorwelle angetriebenen Pumpenwelle (23) sitzenden Exzenter (36) betätigt ist (Fig. 2).
4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) der Hochdruckkolbenpumpe (4) durch Nocken (38) der als Nockenwelle (37) ausgebildeten Pumpenwelle betätigt ist, wobei die Zahl der Nocken (38) und damit der Hübe des Kolbens (34) der Hochdruckkolbenpumpe (4) pro Umdrehung der Anzahl der Einspritzelemente (2) der Anlage entspricht (Flg. 3 und 3a).
5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der verstellbaren Drossel
(18) über ein direkt an ihr angreifendes Gestänge mechanisch erfolgt.
6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbaren Drossel (18) eine Vorförderpumpe (16) und ein dieser zugeordnetes Nieder-druckregelventil (17) vorgeschaltet sind, um den Kraftstoff vor der Drossel (18) auf einen begrenzten Druck zu bringen.
7. Kraftstoffeinspiitzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (16) elektrisch betrieben ist.
8. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in eine von den Einspritzelementen (2) zum Kraftstofftank (3) zurückführende Kraftstoffleitung (12) ein Sicherheitsventil (13) eingebaut ist, das diese Leitung (12) erst beim Auftreten eines nicht betriebsnormalen Drucks in der Leitung öffnet.
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