DE102008050382B4

DE102008050382B4 - Einspritzsystem zum Betrieb kleiner Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102008050382B4
Application number: DE200810050382
Authority: DE
Inventors: Erich Eder
Original assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Current assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: DE102008050382A1; WO2010037435A1; EP2329131A1

Abstract

Einspritzsystem zum Betrieb kleiner Dieselmotoren mit einer Leistung von weniger als 37 kW, welche mit einem Einspritzdruck bis 800 bar auskommen, wobei der Dieselkraftstoff mittels stößelbetätigter Monoblockpumpen (8) mit Mengenregelung verdichtet und Injektoren (12) über Hochdruckleitungen (5) zugeführt wird, deren Druck jeweils mittels einer Elektronischen Steuereinheit (ECU) über einen Druckgeber (10) in der Hochdruckleitung (5) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Injektoren (12) solche für die leckagefreie Direkteinspritzung verwendet werden und dass die Monoblockpumpen (8) jeweils über eine Hochdruckleitung (5) mit den Injektoren (12) verbunden sind, wobei die Injektoren (12) jeweils am Anker einer Magnetanordnung befestigte Düsennadeln aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für Dieselkraftstoff gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei einem in EP 1387079 A1 beschriebenen Einspritzsystem mit Common Rail (CR) ist eine Hochdruckpumpe vorgesehen, welche über eine Durchflussmengensteuerung das Rail mit Kraftstoff versorgt, an welches Injektoren zu den einzelnen Zylindern des Motors angeschlossen sind. Die Hochdruckpumpe wird versorgt über eine Niederdruck-Förderpumpe, welche Kraftstoff aus einem Tank ansaugt und über ein Kraftstofffilter an die Hochdruckpumpe liefert. Der Betriebsdruck im Rail wird mittels einer elektronischen Steuereinheit geregelt.
Derartige CR-Systeme besitzen für Dieselmotoren aufwendige Magnetventil-gesteuerte Injektoren, welche jeweils über Leckölleitungen mit dem Tank verbunden sind, d. h. für ein derartiges, druckseitig geregeltes CR-System ist über die benötigte Einspritzmenge hinaus eine wesentlich größere Kraftstoffmenge zu fördern, wobei die insgesamt geförderte Menge das Drei- bis Fünffache der vom Motor benötigten Menge betragen kann.
DE 196 30 337 C2 und DE 197 34 196 A1 beschreiben mechanisch geregelte Einspritzsysteme zur Steuerung der Einspritzmenge.
CH 434 874 A und DE 10 2004 057 245 A1 zeigen jeweils eine Einspritzvorrichtung für die Dieseldirekteinspritzung mittels hydraulischer Betätigung der Düsennadel.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselmotoren ( DE 19508445 A1 ) sind ein Common Rail (CR) und Injektoren vorgesehen, über welche die Einspritzmenge entsprechend dem Betriebsdruck im Rail gesteuert wird. Dabei wird das CR über stößelbetätigte Monoblockpumpen versorgt. Den Injektoren sind über eine Elektronische Steuereinheit steuerbare Magnetventile vorgeschaltet, welche den Kraftstofffluss in den Hochdruckleitungen zu den Injektoren steuern.
Bei den bekannten CR-Systemen für Dieselmotoren kommen sehr hohe Einspritzdrücke in Frage, die für den Betrieb von Kleindieselmotoren nicht benötigt werden. Gerade für solche Motoren, insbesondere Einzylinder-Motoren, ist daher der Betrieb des Rails mit druckseitiger Absteuerung besonders energieaufwendig. Außerdem erfordert ein CR-System erhebliche Aufwendungen für das Rail selbst, gleichgültig ob es als Schmiede- oder Laserbauteil hergestellt wird. Die hohen Einspritzdrücke erfordern außerdem daran angepasste kostenaufwendige Injektoren.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders für Dieselmotoren kleiner Bauart energetisch günstiges Einspritzsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit kleinen Leckagen arbeitet und bei dem zu günstigen Bedingungen im Handel erhältliche Bauelemente einsetzbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß dem Kennzeichen von Patentanspruch 1 gelöst.
Eine derartige Ausführungsform eines Einspritzsystems kommt mit sog. Low-cost-Injektoren aus, wie sie als direkteinspritzende Injektoren für Ottomotoren zur Verfügung stehen (sog. GDI-Injektoren). Bei derartigen Injektoren ist die Düsennadel am Anker einer Magnetanordnung befestigt, so dass hydraulische Leckagen, wie sie bei Injektoren üblicher CR-Systeme in Kauf zu nehmen sind, entfallen. Das erfindungsgemäße Einspritzsystem arbeitet daher besonders effektiv und sparsam. Auf der Hochdruckseite verwendet das erfindungsgemäße Einspritzsystem einfache stößelbetätigte Monoblockpumpen, welche als sog. Mini-HD-Pumpen für Drücke bis zu 800 bar äußerst kostengünstig im Handel erhältlich sind. Dabei handelt es sich allerdings um ungeregelte Kolbenpumpen der einfachsten Art; diese sind für den Einsatz bei vorliegender Erfindung noch mit einer pumpenseitigen Mengenregelung zu versehen, was erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch geschieht, dass die Plunger der Monoblockpumpen mit obenliegender Steuerkante ausgebildet und über ein Stellglied verdrehbar angeordnet sind. Derartige Mini-HD-Pumpen sind jeweils über eine Kraftstoffrücklaufleitung mit einem Tank verbunden.
Da für Kleindieselmotoren unter einem Leistungsbereich von 37 kW bei Drücken unter 800 bar Partikelgrenzwerte im Rahmen zulässiger Emissionen erreichbar sind – PM < 0,3 g/kWh und NOx + HC < 7,5 g/kW –, stellt der erfindungsgemäß aufgezeigte Lösungsweg nicht nur ein emissionsgerechtes, sondern auch ein extrem kostengünstiges Einspritzsystem für Dieselmotoren kleiner Leistungen dar.
Da die Monoblockpumpen mit einer pumpenseitigen Mengenregelung versehen sind, ist nur die wirklich für die Motoreinspritzung benötigte Kraftstoffmenge zu verdichten. Die Monoblockpumpen sind jeweils über eine Hochdruckleitung direkt mit den Injektoren verbunden, sodass ein Rail-Bauteil vollständig entfallen kann; an dessen Stelle tritt quasi das Volumen der Hochdruckleitung zwischen Monoblockpumpen und Injektoren zuzüglich dem Volumen in den Injektoren selbst.
Die Druckerfassung erfolgt auf einfachste Weise im Hochdruckpfad, wobei über ein Zwischenstück ein Druckgeber angeschlossen ist. Das Zwischenstück kann dabei auch direkt an der Monoblockpumpe oder am Injektor vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Einspritzsystem eignet sich in seiner einfachsten Ausführungsform besonders gut für Einzylinder-Dieselmotoren, wo die zusätzlichen Kosten für die Kraftstoffeinspritzung sonst besonders ins Gewicht fallen. Bei Mehrzylinder-Motoren genügt es, die Hochdruckleitung durch ein einfaches Verteilerstück zu ergänzen.
In Anpassung an die niedrigen Gesamtkosten der Anschaffung für ein erfindungsgemäß gestaltetes Einspritzsystem kann es genügen, die elektronische Steuereinheit entsprechend abgespeckt auszubilden, so dass es gelingt, die Gesamtkosten gegenüber den bekannten CR-Einspritzsystemen erheblich zu reduzieren.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
1 ein schematisiertes Funktionsschema der Einspritzanlage und
2 die Ansicht einer geschnittenen Monoblockpumpe mit obenliegender Steuerkante.
1 zeigt eine Monoblockpumpe 8 in Form einer einfachen Stempelpumpe mit obenliegender Steuerkante 14 (2), welche in Abstimmung auf die jeweilige Motorgröße gewählt wird. Es handelt sich somit um eine mengengeregelte Monoblockpumpe 8, deren Plunger 15 über eine ECU 13 derart verdrehbar ist, dass ein nach dem Kennfeld vorgegebener Einspritzdruck durch die jeweilige Drehstellung des Plungers 15 mittels eines Stellglieds 9 einstellbar ist. Gemäß 2 dient das Stellglied 9, mit linearer oder rotierender Bewegung zur Betätigung einer Regelstange 17. Diese ermöglicht die Verdrehung des Plungers 15 zwischen einer Stellung für Nullförderung und einer Stellung für Vollförderung, d. h. zwischen diesen beiden Endstellungen ist jede Fördermenge zum Erzeugen eines vorgegebenen Hochdrucks in der Hochdruckleitung 5 zum Injektor 12 wählbar.
Die Monoblockpumpe 8 fördert in die Hochdruckleitung 5 eine zugemessene Einspritzmenge, welche über den GDI-Injektor 12 leckagefrei dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Eine geringe Leckagemenge ist lediglich an der Monoblockpumpe 8 in Kauf zu nehmen, welche über eine Leckageleitung 7 mit dem Tank 1 verbunden ist.
Die Kraftstoffzufuhr zur Monoblockpumpe 8 erfolgt über eine Niederdruckleitung 4 mittels einer Förderpumpe 2, wobei zwischen Förderpumpe 2 und Monoblockpumpe 8 noch ein Kraftstofffilter 3 in der Niederdruckleitung 4 vorgesehen ist.
Der Druckerfassung dient ein Druckgeber 10, welcher über ein Zwischenstück 11 an die Hochdruckleitung 5 angeschlossen ist, welche die Verbindung zwischen der Monoblockpumpe 8 und dem GDI-Injektor 12 herstellt. Der Druckgeber 10 ist über eine Signalleitung 6 mit der ECU 13 verbunden. Weitere Steuerleitungen 6 führen von der ECU 13 zum Stellglied 9 für die Mengenregelung an der Monoblockpumpe 8 sowie zum Injektor 12 für die Regelung der Phasen der Kraftstoffeinspritzung, z. B. als Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung. Dementsprechend sind die über die Steuerleitungen 6 mit der ECU 13 verbundenen Bauteile nach den Vorgaben des Motorkennfeld über die ECU ansteuerbar.

Claims

Einspritzsystem zum Betrieb kleiner Dieselmotoren mit einer Leistung von weniger als 37 kW, welche mit einem Einspritzdruck bis 800 bar auskommen, wobei der Dieselkraftstoff mittels stößelbetätigter Monoblockpumpen (8) mit Mengenregelung verdichtet und Injektoren (12) über Hochdruckleitungen (5) zugeführt wird, deren Druck jeweils mittels einer Elektronischen Steuereinheit (ECU) über einen Druckgeber (10) in der Hochdruckleitung (5) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Injektoren (12) solche für die leckagefreie Direkteinspritzung verwendet werden und dass die Monoblockpumpen (8) jeweils über eine Hochdruckleitung (5) mit den Injektoren (12) verbunden sind, wobei die Injektoren (12) jeweils am Anker einer Magnetanordnung befestigte Düsennadeln aufweisen.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubraum des Dieselmotors weniger als 500 ccm beträgt.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ECU (13) kennfeldprogrammiert ist.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur pumpenseitigen Mengenregelung die Plunger (15) der Monoblockpumpen (8) mit obenliegender Steuerkante (14) ausgebildet und über ein Stellglied (9) verdrehbar angeordnet sind.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Monoblockpumpen (8) über eine Kraftstoffrücklaufleitung (7) mit einem Tank (1) verbunden sind.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen der Kraftstoffeinspritzung durch Bestromung der Injektoren (12) über die ECU (13) gesteuert werden.