DE1003506B - Kraftstoffeinspritzanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bekannte Kraftstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen beruhen zumeist darauf, daß durch die Verdrängung eines Kolbens in einer Kraftstoffeinspritzpumpe direkt ein Druck bzw. eine Druckwelle erzeugt wird. Die Nachteile solcher Anlagen sind die, daß erstens die auf diese Art von der Pumpe eingespritzte Kraftstoffmenge eine drehzahlabhängige Charakteristik hat, die mit der des Motors nicht übereinstimmt, so daß komplizierte Regelorgane nötig sind, daß zweitens große Schwierigkeiten auftreten bei der Dosierung des Kraftstoffes bei kleinen Fördermengen, drittens daß Schwierigkeiten auftreten bei höheren Drehzahlen und daß viertens diese Kraftstoffeinspritzpumpen eine sehr genaue Präzisionsarbeit mit sehr kleinen Toleranzen verlangen, was sehr verteuernd auf die Herstellung wirkt.

Ferner ist bereits eine Anlage bekannt, bei der der Einspritzdruck durch dass Abbremsen einer unter Druck stehenden, in einem Primärkreislauf bewegten Flüssigkeitssäule entsteht. Das Abbremsen dieser Flüssigkeitssäule erfolgt durch den Abschluß des Primärkreislaufes durch einen Drehschieber. Hierbei wird eine Einspritzmengenregelung durch eine Veränderung des auf dem gesamten Primärkreislauf lastenden Druckes durch ein hinter dem Drehschieber in Strömungsrichtung liegendes Überdruckventil bei gleichbleibendem, aus dem Abbremsen resultierendem Druck vorgenommen.

Der bei dieser Anlage verwendete Drehschieber hat jedoch den Nachteil, daß die Anlage bei Motoren mit großem Drehzahlbereich bei niedrigen Drehzahlen nicht funktionieren kann, da dann das langsame Schließen des Verschlußorgans ein zu langsames Abbremsen der Flüssigkeitssäule in der Primärleitung bewirkt, so daß ein zu geringer Druck erzeugt wird, um überhaupt Kraftstoff abzuspritzen. Ferner vermeidet der Drehschieber infolge der zur Erzielung gleichmäßiger Abspritzung nötigen feinen Passungen im Gehäuse und die dadurch bedingte Empfindlichkeit gegenüber Verschleiß der gegeneinandergleitenden Dichtflächen keineswegs die Nachteile der Kolbenpumpe. Außerdem ist bei dieser Anlage wie bei den Verdrängerpumpen ein kompliziertes Regelorgan nötig, um eine Einspritzmengenkennlinie zu erhalten, die der des Motors entspricht.

Diese Nachteile werden vermieden durch nachstehend beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Eine in Fig. 1 in einfachster Form dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage besteht aus einem Primärkreislauf, in welchem eine Niederdruckpumpe 6, ζ. Β. eine Zahnrad- oder Kreiselpumpe, eine Primärleitung 1 und ein Verschlußorgan 3 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, sowie weitere Teile, Kraftstoff einspritzanlage

Anmelder:

Dipl.-Ing. Hanns-Dieter Paschke,
Neckarsulm, Leuschnerweg 5

Dipl.-Ing. Hanns-Dieter Paschke, Neckarsulm,

und Helmut Dröschel, Pfungstadt (Hess.),

sind als Erfinder genannt worden

wie Regelorgan, Kraftstoffzuleitungen usw. Weiter ist an die Primärleitung 1 eine Sekundärleitung 2 angeschlossen, an deren Ende sich ein Einspritzventil 4 und eine Einspritzdüse 5 befindet. Der Anschluß der

so Sekundärleitung 2 an die Primärleitung 1 befindet sich vor dem Verschluß organ 3. Letzteres ist ein Ventil, welches mechanisch, elektrisch oder hydraulisch gesteuert wird im Rhythmus des verlangten Einspritztaktes.

Ist im Betriebszustand das Verschluß organ 3 geöffnet, so bewegt sich in der Primärleitung- 1 eine Flüssigkeitssäule. Wird das Verschlußorgan 3 geschlossen, so muß die Flüssigkeitssäule ihre Geschwindigkeit zwangsweise vermindern, und es entsteht eine Druckwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit in den Leitungen 1 und 2, von dem Verschlußorgan ausgehend, fortpflanzt und in der Sekundärleitung 2 zum. Einspritzventil 4 gelangt, dieses öffnet und eine Abspritzung von Kraftstoff aus der Einspritzdüse 5 bewirkt.

Die beim Abspritzen entstehende Reflexionswelle kann aus der Sekundärleitung 2 in den relativ großen Primärkreis zurücklaufen, so daß ein Nachspritzen infolge nochmaliger Reflexion nicht stattfindet.

Bei einer Einspritzanlage, für einen Mehrzylindermotor befinden sich im Primärkreislauf sinngemäß mehrere parallel angeordnete. Primärleitungen. Jede Primärleitung besitzt für sich je ein Verschlußorgan, während! die übrigen Teile des Primärkreislaufes nur einmal in der Anlage vorhanden sind. Von jeder Primärleitung zweigt eine Sekundärleitung ab.

Um stets eine funktionsfähige Druckwelle zu erhalten, ist das Verschlußorgan als Ventil ausgebildet und durch einen an sich bekannten umlaufenden Abschnappnocken gesteuert. Um die gesamte kinetische Energie zur Erzeugung der Druckwelle nutzbar zu machen und um eine möglichst kurze Welle zu erreichen, wird das Ventil durch eine Feder so stark belastet, daß es eine Schließgeschwindigkait hat, die so groß ist, daß das während der Schließbewegung des

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Claims (4)

1. Ventils frei werdende Volumen gleich oder größer als das durch die Primärleitung nachströmende Volumen ist. Ferner wird vermieden, daß eine Änderung der Druckwelle durch einen etwa vorkommenden Verschleiß stattfinden kann, was durch die Verwendung eines Ventils als Verschlußorgan berücksichtigt wird, da hierbei die Absperrwirkung durch aufeinander ruhende Dichtflächen erfolgt.

   Im scharfen Gegensatz zu bekannten Einspritzanlagen ist bei der erfindungsgemäßen Einspritzanlage die aus der Einspritzdüse 5 abgespritzte Einspritzmenge im wesentlichen von der Energie und Form der jeweils durch das Abbremsen der Geschwindigkeit im Primärkreislauf erzeugten Druckwelle, den Kenngrößen des Einspritzventils 4 und — bei vorhandener offener Düse — dem wirksamen Querschnitt der Einspritzdüse 5 abhängig, welche Faktoren alle zur Beeinflussung der Einspritzmenge und daneben auch des Einspritzdruckes benutzt werden können. Die Energie der Druckwelle ist wiederum abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftstoffes in der Primärleitung 1 im Zeitpunkt des Schließen« des Verschlußorgans 3. Da aber der Förderdruck bzw. die Förderung der Niederdruckpumpe 6 diese Geschwindigkeit bewirkt, ist es möglich, durch Regelung desselben bzw. derselben die Einspritzmenge weitestgehend zu regulieren, z. B. durch ein regelbares Überströmventil am Primärkreislauf zwischen Niederdruckpumpe und Primärleitung, oder durch eine Drehzahlveränderung und damit Fördermengenveränderung der Niederdruckpumpe 6.

   Im Zeitpunkt des öffnens des Verschlußorgans 3 befindet sich die gesamte Flüssigkeitssäule in der Primärleitung 1 im Zustand der Ruhe, wenn das Ende der Druckwelle bereits das- Verschlußorgan 3 überlaufen hat. In Fig. 2 ist die Geschwindigkeit c des Kraftstoffes in der Primärleitung 1 im Betriebszustand in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt, wobei T der beliebig angenommene Zeitraum eines Arbeitsspieles ist. Die gestrichelt gezeichnete Linie in Fig. 2 stellt den Geschwindigkeitsverlauf dar, welcher sich bei dauernd geöffnetem Verschluß organ 3 ergeben würde und der sich asymptotisch der Geschwindigkeit im stationären Zustand nähert. Trägt man die Größe der jeweils· erreichten Geschwindigkeit ν über der minuitlichenMotordrehzahl η = 60 : T (bzw. n— 120 :T bei Viertakt) auf, so erhält man die in Fig. 3 stark ausgezogene Kurve, welche im verzerrten Maßstab gemäß dem bereits Beschriebenen die Einspritzmenge Q pro Arbeitsspiel in Abhängigkeit von der Drehzahl η so darstellt. Da die erreichte Geschwindigkeit ν im stationären Zustand, d. h. praktisch im unteren. Drehzahlbereich, nur durch das Verhältnis zwischen dem Förderdruck der Niederdruckpumpe 6 und dem Widerstandsbeiwert der Primärleitung 1 bestimmt ist, während sie im oberen Drehzahlbereich im wesentlichen nur vom Förderdruck und der Masse der Flüssigkeitssäule, d. h. von der Länge der Primärleitung 1 abhängt, ist es möglich, durch geeignete Auslegung dieser Größen auch drehzahlabhängig entsprechend den jeweils gegebenen Verhältnissen die Einspritzmengenkennlinien zu beeinflussen und den Erfordernissen des Motors anzugleichen. Im Betriebszustand kommt hierfür insbesondere die Veränderung des Widerstandsbeiwertes durch eine zugeordnet zum Förderdruck einstellbare Drossel in den Primärkreislauf in Frage.

   In Fig. 3 stellt die strichpunktierte Kurve den Verlauf dar, welcher sich z. B. bei doppeltem Förderdruck und doppeltem Widerstandsbeiwert gegenüber der stark ausgezogenen Kurve bei sonst gleichen. Größen der Anlage ergibt. Befindet sich bei einer Einspritzanlage für Mehrzylindermotoren die Drosselstelle in der gemeinsamen Zu- bzw. Ableitung der Primärleitungen 1, so ergibt sich mit zunehmender Drehzahl zunächst ein ansteigender, dann ein abfallender Verlauf der Kennlinie. Der Grund liegt darin, daß der mittlere Kraftstoffdurchsatz durch die Primärleitungen mit zunehmender Drehzahl stark abnimmt. In Fig. 3 stellt die gestrichelte Linie diesen Verlauf dar.

   Ist die Fördermenge der Niederdruckpumpe infolge Antriebs derselben von der Kurbelwelle proportional der Drehzahl, so ergibt sich eine im unteren Drehzahlbereich ansteigende Kennlinie der Einspritzmenge über der Drehzahl, welche durch geeignete Gestaltung der Niederdruckpumpe 6 mehr oder weniger steil gehalten sein kann. Auch kann die dann in Abhängigkeit von der Drehzahl durch das Überdruckventil fließende Kraftstoffmenge zur Regelung des Förderdruckes, d. h. der Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl herangezogen werden. Um bei dieser Art des Antriebes der Niederdruckpumpe 6 eine genügend große Einspritzmenge im untersten Drehzahlbereich zu gewährleisten, wird ein Druckspeicher in den Primärkreislauf eingeschaltet. Solange die Niederdruckpumpe im untersten Drehzahlbereich noch nicht ausreichend Kraftstoff fördert, speichert der Druckspeicher den während des ersten Teiles eines Arbeitsspieles von der Niederdruckpumpe geförderten Kraftstoff und drückt diesen kurz vor Schließen des Verschlußorgans 3 durch die Primärleitung 1, so daß eine bereits ausreichende Geschwindigkeit in der Primärleitung 1 erzeugt wird.

   Zusammengefaßt besitzt die beschriebene Einspritzanlage und Regelung gegenüber den bekannten Einspritzpumpen folgende funktionelle, regelungs- und fertigungstechnische Vorteile: Infolge der Eigenart der Anlage können sehr kurze, reflexionsfreie Druckwellen erzeugt und somit selbst kleinste Einspritzmengen bis zu einem Kubikmillimeter genau dosiert und bis zu Drehzahlen von fünfzehntausend Umdrehungen, pro· Minute exakt und nachspritzfrei aus geschlossenen und auch offenen Düsen abgespritzt werden. Die Einspritzmengenkennlinien der Anlage können drehzahlabhängig in ihrer Form mit einfachen Mitteln weitgehend variiert und der jeweiligen Füllungscharakteristik des Motors unter Berücksichtigung des günstigsten Mischungsverhältnisses von Kraftstoff und Luft angepaßt werden. Da die Förderund Regelorgane auf Flüssigkeitsmengen wirken, die ein Vielfaches der Einspritzmenge betragen und unter einem Bruchteil des Einspritzdruckes stehen, sowie da die unter Einspritzdruck stehenden Teile der Anlage nicht die Abdichtung gegenainandergleitender Dichtflächen erforderlich machen, brauchen die Einzelteile entsprechend weniger präzise ausgeführt zu werden.

   Patentanspruch η κ-Ι. Kraftstoffeinspritzanlage, insbesondere für schnell laufende Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Primärkreislauf, der eine Niederdruckpumpe und in Strömungsrichtung 'hinter dieser eine Primärleitung und ein im verlangten Einspritztakt gesteuertes Verschlußorgan einschließt, sowie einer von der Primärleitung vor dem Verschlußorgan abzweigende Sekundärleitung, an deren Ende sich ein Einspritzventil und bed vorhandener offener Düse eine Einspritzdüse befindet, wobei die Niederdruckpumpe den; Kraft-

   stoff in der Primärleitung bei offenem Verschlußorgan im Kreislauf bewegt: und durch Schließen des Verschlußorgans jeweils die Entstehung des Einspritzdruckes bzw. der Druckwelle infolge der Verminderung der Geschwindigkeit der Flüssigkeitssäule in der Primärleitung ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan ein mechanisch, elektrisch oder hydraulisch gesteuertes Ventil ist, dessen Schließgeschwindigkeit so groß ist, daß das durch die Schließbewegung des Ventils frei werdende Volumen gleich oder größer ist. als das durch die Primärleitung nachströmende Volumen.
2. 2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Regelung der Einspritzmenge die Geschwindigkeit der Flüssigkeitssäule in der Primärleitung verändert wird, indem der Förderdruck der Niederdruckpumpe (6) z. B. durch ein einstellbares Überströmventil zwischen Niederdruckpumpe und Verschlußorgan (3) oder durch eine Veränderung der Fördermenge der Niederdruckpumpe, z. B. durch eine Drehzahländerung, vorgenommen wird, wobei diese Veränderung bei Ottomotoren in Abhängigkeit zur Mo'tordrosselstellung erfolgt.
3. 3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zur Erreichung einer dem angeschlossenen Motor entsprechenden Einspritzmengenkennlinie, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine dem Förderdruck der Niederdruckpumpe (6) zugeordnete einstellbare Drossel der zeitliche Anstieg der Geschwindigkeit der Flüssigkeitssäule in der Primärleitunig (1) nach jedem Einspritzvorgang in einer solchen- Weise verläuft, daß zum Zeitpunkt des Verminderns dieser Geschwindigkeit durch das Verschlußorgan (3) die für die Einspritzmengenkennlinie notwendige Geschwindigkeit erreicht wird.
4. 4. Kraftstoffeinspritzamlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer im unteren Drehzahlbereich unzureichenden Förderung der Niederdruckpumpe (6) im Primärkreislauf ein Druckspeicher eingeschaltet ist, der so gesteuert wird, daß er im Betriebszustand den während des ersten Teiles eines Arbeitsspieles von der Niederdruckpumpe (6) geförderten Kraftstoff speichert und diesen kurz vor dem Schließen des Verschlußorgans (3) durch die Primärleitung (1) bewegt, so daß eine ausreichende Geschwindigkeit und damit Einspritzmenge erreicht wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften::
   Deutsche Patentschriften Nr. 395 717, 492 184, 201, 589 112, 759 099;

   französische Patentschriften Nr. 714 563, 920 930, 412;

   britische Patentschriften Nr. 178 416, 312 573, 615, 624 080.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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