DE19516686A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptan­ spruches.

Kraftstoffeinspritzvorrichtungen werden z. B. für Dieselmotoren sowohl in Stationäranlagen als auch im Schiffsbereich verwendet. Dabei sind diese Kraft­ stoffeinspritzvorrichtungen mit einem Kraft­ stoffvorrat verbunden und führen Einspritzdüsen eine genau bemessene Menge an Kraftstoff unter Druck zu.

Bekannt sind Einspritzkolbenpumpen, die beispiels­ weise über die Nockenwelle eines Motors angetrieben werden und bei denen eine Mengensteuerung bei­ spielsweise über eine Steuerkante erfolgt. Bei diesen konventionellen Pumpenelementen erfolgt eine Drehung des Pumpenkolbens mit der daran angeord­ neten Steuerkante über ein Regelgestänge, und diese Art der Steuerung hat sich als sehr robust erwie­ sen.

Es sind auch elektronische Steuerungen für die Ein­ spritzmengen von Einspritzpumpen bekannt, die den Vorteil haben, daß sie insbesondere beim Förder­ beginn der Einspritzpumpe eine besonders angepaßte Mengensteuerung vornehmen können und den herkömm­ lichen mechanischen Einspritzpumpen in diesem Aspekt überlegen sind; nachteilhaft bei diesen elektro­ nischen Einspritzpumpensystemen ist, daß die Gefahr besteht, daß sie z. B. bei einem Zusammenbruch des elektronischen Systems nicht mehr funktionsfähig sind. Ein Stillstand des Motors bei einem Versagen der Kraftstoffeinspritzpumpe kann sich äußerst un­ günstig auswirken, beispielsweise bei Schiffen, die bei ausgefallenem Schiffsmotor in Seenot geraten können. Somit werden aufgrund der strengen Sicher­ heitsvorschriften elektronische Kraftstoffmengen­ steuerungen für Schiffsantriebe häufig nicht zuge­ lassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem für Motoren zu schaffen, das zum einen die Vorteile des feinregulierbaren, umweltschonenden und kostengünstigen elektronischen Einspritzsystems aufweist und zum anderen die Robustheit und Sicherheit mechanischer Einspritz­ systeme bietet.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird eine Kraftstoff­ einspritzvorrichtung vorgeschlagen, bei der die ro­ buste mechanische Steuerung der Kraftstoffförder­ menge mit der elektronischen Dosierung der Kraft­ stoffmenge gekoppelt ist, und bei Ausfall der elek­ tronischen Steuerung der Kraftstoffmenge wird Kraft­ stoff weiterhin durch die mechanische Mengen­ steuerung den Einspritzdüsen zugeleitet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erläutert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ folgend in der Zeichnung dargestellt, in der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung dargestellt ist. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem ersten Kolben 1, einem zweiten Kolben 2, wobei der erste und zweite Kolben 1 und 2 bewegbar in einem Zylinder 3 bzw. 3A an­ geordnet sind.

Dem ersten Kolben 1 ist ein erster Kraftstoffeinlaß 4 zugeordnet und dem zweiten Kolben 2 ein zweiter Kraftstoffeinlaß 5; beide Kraftstoffeinlässe 4, 5 sind mit Rückschlagventilen 23, 24 ausgestattet, die ein Zurückfließen des Kraftstoffes verhindern. Der erste und zweite Kraftstoffeinlaß 4, 5 sind mit einem entsprechenden Kraftstoffvorrat verbunden. Von dem Zylinder 3A führt eine Kraftstoffleitung 6 zu einer Einspritzdüse 7.

Die Steuerung des Kolbens 1 erfolgt über einen Nocken 8, der auf einer Nockenwelle 9 angeordnet ist, wobei der Hub des Nockens 8 beispielsweise über eine in der Zeichnung lediglich schematisch dar­ gestellte Stößelstange 10 übertragen wird.

Am ersten Kolben 1 ist eine Steuerkante 11 ausge­ bildet, die für die Regelung der Kraftstoffmenge verwendet wird, und der Kolben 1 mitsamt der Steuer­ kante 11 wird über ein schematisch dargestelltes Regelgestänge 12 bewegt, um dadurch eine Steuerung der Kraftstoffördermenge zu ermöglichen.

Der erste Kolben 1 hat einen durch das Bezugszeichen 14 gekennzeichneten Hub und der Auslaß der durch den ersten Kolben 1 beaufschlagten Kraftstoffmenge wird durch ein Steuerventil 15 vorgenommen. Das Steuer­ ventil 15 wird elektronisch gesteuert, wobei das Öffnen bzw. das Schließen des Steuerventiles 15 von einem Computer bzw. Mikrorechner 21 geregelt wird, d. h. der Computer ermittelt den Zeitpunkt, an den das Steuerventil 15 geöffnet bzw. wieder ge­ schlossen werden kann. Durch diese elektronische Ansteuerung des Steuerventiles 15 wird eine opti­ male Regelung der Kraftstoffzuleitung zu der Einspritzdüse 7 ermöglicht. Zwischen dem Zylinder 3 und dem Steuerventil 15 ist ein Rückschlagventil 20 angeordnet, damit Kraftstoff im unteren Bereich des Zylinders 3 nur über den 1. Kraftstoffeinlaß 4 zu­ geführt werden kann. Stromabwärts vom Steuerventil 15 ist ein Überströmventil 22 angeordnet, damit der Zufuhrdruck über dem Kolben 1 gewährleistet ist.

Stromabwärts des ersten Kolbens 1, d. h. in Richtung der Einspritzdüse 7, ist der zweite Kolben 2 ange­ ordnet, der einen mit Bezugszeichen 16 angezeigten Hub ausführt. Wie bereits oben erwähnt, ist oberhalb des zweiten Kolbens 2 ein zweiter Kraftstoffeinlaß 5 vorgesehen, wobei der sich im oberen Totpunkt be­ findliche zweite Kolben 2 durch eine Feder 17 wieder in seine Ausgangsstellung heruntergedrückt wird.

Da die Zeichnung lediglich ein Ausführungsbeispiel zeigt, kann auch der zweite Kolben 2 an anderer Stelle angeordnet sein als es aus der Zeichnung hervorgeht, beispielsweise ist es möglich, den zwei­ ten Kolben 2 mit einem entsprechenden Zylinder in der Einspritzdüse 7 anzuordnen oder in der Kraft­ stoffleitung 6. Es ist auch möglich, den Druckaufbau in der Kraftstoffleitung 6, und damit die Förder­ menge, zeitlich zu beeinflussen durch spezielle Bauformen des Kolbens 2.

Im Normalbetrieb ist die Funktionsweise der darge­ stellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wie folgt:

In der in der Zeichnung dargestellten Position be­ findet sich sowohl der erste Kolben 1 als auch der zweite Kolben 2 auf dem unteren Totpunkt. Das Steuerventil 15 ist geöffnet. Wenn sich die Nockenwelle 9, der durch den Pfeil 18 angedeuteten Richtung dreht, wird über die Stößelstange 10 der Kolben 1 nach oben bewegt und Kraftstoff, der sich oberhalb des ersten Kolbens 1 befindet, wird über das geöffnete Steuerventil 15 abgeführt. Der Kolben 2 befindet sich weiterhin an seinem unteren Totpunkt.

Wenn durch den Nocken 8 der Kolben 1 weiter ange­ hoben wird, schließt sich das Steuerventil 15 schlagartig, die dem ersten Kolben 1 zugeführte Kraftstoffmenge bewirkt bei einem weiteren Anheben des Kolbens 1, daß sich der Kolben 2 nach oben hin bewegt und damit eine bestimmte Fördermenge der Kraftstoffleitung 6 zugeführt wird. Während sich der Kolben 2 nach oben bewegt, ist das Rückschlagventil 23 des Kraftstoffeinlasses 5 bzw. der Zuführleitung gesperrt. Durch das weitere Anheben des zweiten Kolbens 2 wird der dem zweiten Kolben 2 zugeführte Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung 6 der Einspritzdüse 7 zugeleitet, die den Kraftstoff in die Brennstoffkammer des Motors einspritzt.

Bei einer weiteren Bewegung der Nockenwelle 9 öffnet sich das Steuerventil 15 schlagartig und die im Bereich des ersten Kolbens 1 befindliche Kraft­ stoffmenge wird über das Steuerventil 15 abgeführt. Aufgrund des fehlenden Druckes an der Unterseite des zweiten Kolbens 2 kann sich der zweite Kolben 2 nicht weiter nach oben hin bewegen, auch aufgrund des Gegendruckes an der sekundären Kolbenseite des zweiten Kolbens 2. Daher wird nach Öffnen des Steuerventiles 15 kein Brennstoff mehr der Ein­ spritzdüse 7 zugeleitet. Der erste Kolben 1 bewegt sich wieder entsprechend der Ausformung des Nockens 8 nach unten und die Fördermenge für den Bereich des ersten Kolbens 1 wird über das geöffnete Einlaßven­ til 4 zugeführt. Der Hubraum des ersten und zweiten Kolbens wird mit frischem Kraftstoff gefüllt, bis der zuvor beschriebene Anfangszustand wieder er­ reicht ist.

Der Druck im Kraftstoffzufuhrsystem 4, 5 ist relativ gering. Der Druck, bei dem sich das Überströmventil 22 öffnet, ist etwas höher als der Kraftstoffzu­ fuhrdruck, jedoch wesentlich geringer als der vom Kolben 1 erzeugbare Druck.

Bei dem dargestellten Betriebszustand befindet sich das Regelgestänge 12 stets auf der Stellung maxi­ maler Leistung, es sei denn, daß aufgrund einer drohenden Oberdrehzahl oder einer sogenannten "Back-up"-Betriebssituation das Regelgestänge auf eine geringere Leistung eingestellt wird. Das Regel­ gestänge 12 wird von einem Fremddrehzahlregler und/oder einem Maximalregler eingestellt.

Sollte bei dem oben dargestellten Betrieb der Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung das elektronische System ausfallen, würde das Steuerventil 15 nicht mehr ord­ nungsgemäß arbeiten. Bei einer herkömmlichen elek­ tronisch geregelten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wäre eine Kraftstoffeinspritzung nicht mehr gewähr­ leistet und aufgrund dessen käme es zu einem Still­ stand des Motors, was beispielsweise bei einem Schiffsantrieb zu einem gefährlichen Stillstand, z. B. auf hoher See des angetriebenen Schiffes führen würde.

Bei der aufgezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung würde bei einem Fortfall der Elektronik das Steuerventil 15, das ein Magnetventil sein kann, automatisch schließen und wäre auch im weiteren Ver­ lauf der unterschiedlichen Betriebszustände ge­ schlossen. In diesem Zustand würde sich oberhalb des sich bewegenden Kolbens 1 eine Kraftstoffsäule bil­ den, die bei einem Hin- und Herbewegen des ersten Kolbens 1 eine entsprechende Anhebung des Kolbens 2 verursachen würde. Wenn sich der Kolben 2 an seinem oberen Totpunkt befindet, wird der Kolben 2 aufgrund der Feder 17 wieder nach unten gedrückt und bei einem erneuten Anheben des ersten Kolbens 1 und der darüber befindlichen Kraftstoffmenge wird zwangs­ weise der beweglich gelagerte Kolben 2 wieder ange­ hoben. In den Hubraum oberhalb des Kolbens 2 wird nach wie vor über den zweiten Kraftstoffeinlaß Kraftstoff zugeführt, der dann über die Düse 7 in den Brennraum des Motors gespritzt wird.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird mit dem vor­ geschlagenen System auch dann ein Einspritzen von Kraftstoff ermöglicht, auch wenn die Elektronik nicht funktionsfähig ist. Bei einem Ausfall der Elektronik wird das Einspritzen des Kraftstoffes lediglich durch die mechanisch gesteuerte Ein­ spritzkolbenpumpe durchgeführt und gesteuert. Wenn jedoch das elektronische System funktionsfähig ist, wird durch die Ansteuerung des Steuerventiles 15 durch einen Mikrorechner der Förderbeginn und die Fördermengen der Einspritzvorrichtung gesteuert, je nach Motor und Betriebsbedingungen, und aufgrund dieser rechnergesteuerten Kontrolle der Kraft­ stoffeinspritzzeiten und -mengen werden besonders günstige Verbrauchswerte des Antriebsmotors erreicht.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Kraftstoffzuführungsleitung, einem mecha­ nischen ersten Pumpenelement und einer Kraftstoffeinspritzdüse, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem mechanischen Pumpenelement und der Kraftstoffeinspritz­ düse (7) ein elektronisch gesteuertes Steuerventil (15) angeordnet ist und zwischen dem Steuerventil (15) und der Einspritzdüse (7) ein zweites Pumpenelement angeordnet ist, das über eine zweite Kraftstoffzuführungsleitung mit einem Kraftstoffvorrat verbunden ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Pumpenelement mit einem Kolben (1) mit einer Steuerkante (11) für die Kraft­ stoffmengenregelung ausgestattet ist.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Pumpenelement unmittelbar hintereinander angeordnet sind.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Pumpenelement an der Kraft­ stoffeinspritzdüse (7) angeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Pumpenelement mit einem Kolben (2) ausgestattet ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerventil (15) zur Ansteuerung desselben mit einem Rechner verbunden ist.